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第二章 细胞的基本功能
www.chinamr.org 2002-12-18 华夏盲人网

机体是由细胞和细胞间质按特定的结构方式装配起来的。整体的活动虽不等同于细胞活
动，但它是建立在细胞之间的广泛功能联系之上的。任何一项整体活动，都要有某些细胞的
特殊功能活动参与；任何细胞功能的变化，都会在整体活动上有不同程度的反映。因此，一
般可以说，细胞是机体功能和结构的基本单位。了解细胞功能，对理解整体功能极有帮助。
细胞功能涉及面很广，本章只讨论细胞膜的物质转运功能、细胞的受体功能、细胞的生
物电现象和肌肉收缩几个问题。
第一节 细胞膜的物质转运功能
细胞膜是由两层脂类分子和嵌入的球状蛋白质分子组成的。它把细胞内容物和周围环境
分隔开来，是保护细胞的一道天然屏障。细胞新陈代谢过程中的物质交换都必须通过这个屏
障。细胞膜通过其有选择性的物质转动功能既保持了细胞特有的化学组成，又满足了新陈代
谢的需要。其具体转运物质的形式，可归纳如下：
1．单纯扩散 是指一些脂溶性的物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。影响
单纯扩散的主要因素有二：①膜两侧的溶物分子浓度梯度。浓度梯度大，物质顺浓度梯度扩
散就多；浓度梯度消失，扩散就停止。②膜对该物质的通透性。由于细胞膜的结构是脂质双
分子层，所以膜对脂溶性高的物质如氧和二氧化碳通透性大，扩散容易；对脂溶性低和非脂
溶性物通透性小，扩散就难以进行甚至不能以这种方式跨越细胞膜。
2．易化扩散 是指一些非脂溶性的物质或水溶性强的物质，依靠细胞膜上镶嵌在脂质双
分子层中特殊蛋白质的“帮助”，顺电一化学梯度扩散的过程。即将本来不能或极难进行的
跨膜扩散变得容易进行，所以叫做易化扩散。目前认为，参与易化扩散的镶嵌蛋白质有两种
类型：一种是载体蛋白质（简称载体），另一种是通道蛋白质（简称通道）。因而易化扩散
可分为两种
①以载体为中介的易化扩散：载体的作用可能是在细胞膜的一侧与某物质相结合，再通
过本身的变构作用将其运往膜的另一侧。以此种方式转运的物质是一些小分子的有机物，如
葡萄糖、氨基酸和其他简单有机分子。载体转运有三个主要特点：一个是它具有高度特异性，
一种载体只能转运一种物质，如葡萄糖载体只能转运葡萄糖。另一个是它具有饱和性，即在
单位时间内的物质转运量不能超过某一数值。第三，它还具有竞争抑制性，即结构近似的物
质可争夺占有同一种载体、载体优先转运浓度较高的物质。
②以通道为中介的易化扩散：通道的作用是在一定条件下通过蛋白质本身的变构作用而
在其内部形成一个水相孔洞或沟道，使被转运的物质得以通过。以此种方式转运的物质是一
些简单的离子。
通道的开放和关闭，受一定因素控制。由化学因素控制的通道，称为化学依赖性通道；
由电位因素控制的通道，称电位依赖性通道。化学依赖性通道是在与某一化学物质结合时开
放，在与该化学物质脱离时关闭。电位依赖性通道是在细胞膜两侧的电位差变化到某一数值
时开放。
在单纯扩散和易化扩散的过程中，物质都是顺着电一化学梯度而移动，不消耗细胞的能
量，故这两种转运方式属于被动转运。
3．主动转运 是指物质依靠膜上“泵蛋白”的作用，由膜的低浓度一侧向高浓度一侧转
运的过程。这是一种耗能过程，所以称为主动转运。
主动转运是靠细胞上的一种特殊的镶
嵌蛋白质实现的，这种特殊的镶嵌蛋白质，
称为泵蛋白质，简称泵，于是又将主动转
运称为泵转运。细胞膜上的泵蛋白质具有
特异性，按其所转运的物质种类可分为钠
泵、钾泵、钙泵等等。现以钠一钾泵来说
明泵转动过程（图2-l）。
钠一钾泵实际上是一种钠一钾依赖性
的ATP酶。细胞内的离子浓度增高或细胞
外钾离子浓度增高，都会激活此酶，使
ATP分解为ADP，于是钠一钾泵就会汲取
从中释放的能量而转运，逆着电化学梯度
把细胞内的钠离子泵出细胞外，把细胞外
的钾离子泵人细胞内，从而恢复细胞内外钠离子和钾离子浓度的正常分布。
在不同组织的细胞膜上，各种离子泵的化学结构虽有差异，但其转运离子的特点基本相
同，都是耗氧、耗能量的（能量由ATP提供）。这是主动转运与单纯扩散、易化扩散的重要不
同点。上述三种物质转运的形式有一个共同之处，就是被转运物质都是以分子或离子的形式通
过细胞膜的。
4.入胞和出胞 一些大分子或物质团块的转运，是通过入胞作用和出胞作用来实现的。
①入胞（内吞）； 入胞是指物质通过细胞膜的运动，从细胞外进入细胞内的过程。如
果进入的是固体物质，称为吞噬；如果是液态物质，称为吞饮。
入胞过程进行时，首先是细胞膜“辩认”环境中的某物质。这一“辨认”过程可能与细
胞膜表面存在的特殊受体以及被吞物质所带的电荷和其表面的粗糙程度有关。接着是膜和该
物质接触，引起膜的形态和机能的变化。接触处的膜内陷。其周围的膜形成了突出的伪足并
包围该物质，然后，伪足相互接触并发生膜的融合和断裂，于是异物和包围它的一部分细胞
膜一起内陷而进入细胞内。在胞质内，吞噬特与溶酶体接触后，两膜融合成一体，溶酶体内
的水解酶即可将进入的物质进行消化。
吞噬现象见于中性粒细胞与巨噬细胞对细菌、异物、组织碎片等的吞噬；吞饮现象见于
人体毛细血管、肝、小肠上皮等细胞借以摄取外界蛋白质、脂肪等。
②出胞（外吐）： 出胞是指物质通过细胞膜的运动，从细胞内排出到细胞外的过程。
它是细胞把代谢产物或腺细胞的分泌物排到细胞外的方式。以腺细胞分泌酶原的过程为例，
当出胞作用进行时，腺细胞内的酶原颗粒逐渐向细胞的顶端靠近。最后酶原颗粒外包裹的膜
和细胞膜接触并融合，在融合处形成小孔，致使酶原颗粒内容物放出细胞外。入胞和出胞作
用也都是耗能的主动转运过程。
第二节 细胞的受体功能
受体是指细胞成分中分化出来的特殊蛋白质结构，它能选择性地与细胞生存环境中一定
的活性物质相结合，从而引起细胞内生理过程的改变。凡能与受体结合并产生生理效应的物
质，统称配体。如激素、神经递质、抗原等。
受体分布于细胞的不同部位，各有不同的名称。分布于细胞膜者，称膜受体；分布于胞
浆者，称为胞浆受体；分布在细胞核中者，称为胞核受体。不论分布在哪里，受体的基本功
能都是一致的。
细胞受体的第一项功能就是识别和结合。细胞受体能在体液中形形色色的化学物质中识
别出为它带来信息的特殊化学信号，并与之特异性结合。这种识别和特异结合能力，与受体
的主体构象有关，就如同一把钥匙开一把锁一样。有了这层特异关系，既能保持细胞对特异
化学物质的高度敏感性，又能杜绝不相干的化学物质的干扰，从而使信息传递具有针对性，
使细胞间的相互作用更加精确可靠。
细胞受体的第二项功能就是转发信息。受体在与特异化学物质结合的同时，其本身便受
到激动而发生一系列变化，再以一定信号形式把这一系列变化的信息送至细胞的相应部位，
触发相应的功能变化。
现以靶细胞膜受体为例加以具
体说明。在激素受体中，膜受体占
大多数。如图2-2所示膜受体蛋白
质是由两个亚单位组成。一个位于
细胞膜外表面一侧，称为调节亚单
位；另一个位于细胞膜内表面的一
侧，称为催化亚单位。调节亚单位
具有识别和结合特殊化学物质的能
力，属于受体中的收信机构。催化
亚单位具有在调节亚单位激动作用
下以一定信号形式转发信息的功能，属于受体中的发信机构。在靶细胞周围的内环境中可
能存在各种各样的化学物质，其中也可能包括给该细胞带来信息的特殊化学物质（图 2一2A）。
受体的调节亚单位识别出这一物质便与之发生特异性的结合，同时本身受到激动（图2－2B）。
激动了的调节亚单位，又可使催化亚单位激动起来。催化亚单位实际上是一种酶，它能催化细
胞内的链状结构的ATP，使之转化成环状结构的环--磷酸腺耷（CAMP），故被称为腺苷酸环化
酶。所以当催化亚单位激动后，细胞内的CAMP浓度便会升高（图2一2C）。这就是催化亚单位以
CAMP为信号发出的信息。CAMP可在细胞内引起一系列生化反应，从而触发细胞的生理活动。
第三节 细胞的生物电现象
伴随生命活动的电现象，称为生物电。关于生物电在生命活动中所起的作用，目前还不
十分清楚。本节着重以神经纤维为例讨论细胞水平生物电的表现形式，即静息电位和动作电
位。
一、静息电位及其产生机制
（一）静息电位
静息电位是指细胞在安静状态下，存在于细胞膜的电位差。这个差值在不同的细胞是不
一样的，就神经纤维而言为膜外电位比膜内电位高70～90mv。如规定膜外电位为0，则膜内
电位当为负值（-70～-90mv）。细胞在安静状态时，保持比较稳定的外正内负的状态，称为极
化。极化状态是细胞处于生理静息状态的标志。以静息电位为准，膜内负电位增大，称为超极
化。膜内负电位减小，称为去或除极化。细胞兴奋后，膜电位又恢复到极化状态，称为复极化。
（二）静息电位产生的机制
“离子学说”认为，细胞水平生物电产生的前提有二：①细胞内外离子分布和浓度不同。
就正离子来说，膜内K+浓度较高，约为膜外的30倍。膜外Na+浓度较高约为膜内的10倍。从负
离子来看，膜外以Cl-为主，膜内则以大分子有机负离子（A-）为主。②细胞膜在不同的情况
下，对不同离子的通透性并不一样，如在静息状态下，膜对K+的通透性大，对Na+的通透性则
很小。对膜内大分子A-则无通透性。
由于膜内外存在着K+浓度梯度，而且在静
息状态下，膜对K+又有较大的通透性（K+通道
开放），所以一部分K+便会顺着浓度梯度向膜
外扩散，即K+外流。膜内带负电荷的大分子
A-，由于电荷异性相吸的作用，也应随K+外
流，但因不能透过细胞膜而被阻止在膜的内表
面，致使膜外正电荷增多，电位变正，膜内负
电荷增多，电位变负。这样膜内外之间便形成
了电位差，它在膜外排斥K+外流，在膜内又牵
制K+的外流，于是K+外流逐渐减少。当促使
K+流的浓度梯度和阻止K+外流的电梯度这两
种抵抗力量相等时，K+的净外流停止，使膜内外的电位差保持在一个稳定状态。