生理第一节细胞膜的物质转运功能.docx

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生理第一节细胞膜的物质转运功能

第一节　细胞膜的物质转运功能

　　细胞内外的各种物质不断地交换，物质通过细胞膜转运的方式基本有以下四种。

单纯扩散

易化扩散

主动转运

举例

O2、CO2、N2、NH3、H2O、乙醇、尿素等的跨膜转动

葡萄糖进入红细胞、普通细胞，离子（K、Na+、CI-、Ca2）

肠及肾小管吸收葡萄糖，Na+泵、Ca泵、H+K+泵

移动方向

物质分子或离子从高浓度的一侧移向低浓度的一侧

物质从高浓度梯度或高电位梯度一侧移向低梯度的一侧

物质分子或离子逆浓度差或逆电位差移动

移动过程

无需帮助，自由扩散

需离子通道或载体的帮助

需“泵”的参与

终止条件

达细胞膜两侧浓度相等或电化学势差=0时停止

达细胞膜两侧浓度相等或电化学势差=0时停止

受“泵”的控制

能量消耗

不消耗所通过膜的能量，能量来自高浓度本身势能

不消耗所通过膜的能量，属于被动转动

消耗了能量，由膜或膜所属细胞供给

（一）单纯扩散

　　脂溶性的小分子物质从细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程，称为单纯扩散。

　　人体内脂溶性的物质为数不多，比较肯定的有氧和二氧化碳等气体分子。

　　02、N2、C02、乙醇、尿素等都是以单纯扩散的方式进行跨膜转运的。

（二）易化扩散

　　易化扩散指一些不溶于脂质或脂溶性很小的物质，在膜结构中一些特殊蛋白质分子的“帮助”下，从膜的高浓度一侧向低浓度一侧的移动过程。

易化扩散分为两种类型。

经通道易化扩散

经载体易化扩散

介导方式

借助于通道蛋白质的介导

借助于载体蛋白质的介导

转运方向

顺浓度梯度或电位梯度进行

顺浓度梯度进行

转运速率

快

慢

特性

离子通道具有离子选择性和门控特性

载体与溶质的结合具有化学结构特异性

特点

相对特异性，特异性无载体蛋白质高

通道具有静息、激活和失活等不同功能状态，通道的导通表现为开放和关闭两种状态

无饱和现象

化学结构特异性

竞争性抑制

饱和现象

举例

带电离子K＋、Na＋、Cl-、Ca2+的快速移动

葡萄糖、氨基酸、核苷酸等的跨膜转运

　　1.由载体介导的易化扩散葡萄糖、氨基酸等营养性物质的进出细胞就属于这种类型的易化扩散。

以载体为中介的易化扩散有如下特点：

①高度特异性；②有饱和现象；③有竞争性抑制。

　　①转运的方向始终是顺浓度梯度的，转运速度比仅从溶质物理特性所预期的要快得多。

②由于膜上载体和载体结合位点的数目都是有限的，因此转运速率会出现饱和现象。

③载体与溶质的结合具有化学结构特异性。

④化学结构相似的溶质经同一载体转运时会出现竞争性抑制。

　　葡萄糖是组织细胞的能源物质，它跨膜进入红细胞的过程是典型的经载体易化扩散。

　　2.由通道介导的易化扩散通过通道扩散的物质主要是Na+、K+、Ca2+、Cl-等离子。

通道具有一定的特异性，但它对离子的选择性没有载体蛋白那样严格。

通道蛋白质的重要特点是，随着蛋白质分子构型的改变，它可以处于不同的功能状态。

当它处于开放状态时，可以允许特定的离子由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转移；当它处于关闭状态时，膜又变得对该种离子不能通透。

根据引起通道开放与关闭的条件不同，一般可将通道区分为电压门控通道和化学门控通道，化学门控通道也称配体门控通道。

　　不同的离子通道，一般都有其专一的阻断剂。

河豚毒能阻断Na+通道，只影响Na+的转运而不影响K+的转运。

四乙基铵能阻断K+通道，只影响K+的转运而不影响Na+的转运。

　　上述两种物质转运方式，都不需要细胞代谢供能，因而均属于被动转运。

　　静息状态下，K+由细胞内向细胞外扩散属于

　　A.单纯扩散

　　B.载体介导易化扩散

　　C.通道介导易化扩散

　　D.原发性主动转运

　　E.速发性主动转运

[答疑编号111010101：

针对该题提问]

『正确答案』C

　　Na＋通过离子通道的跨膜转运过程属于

　　A.单纯扩散

　　B.易化扩散

　　C.主动转运

　　D.出胞作用

　　E.入胞作用

[答疑编号111010102：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　记录神经纤维动作电位时，加人选择性离子通道阻断剂河豚毒，会出现什么结果：

　　A.静息电位变小

　　B.静息电位变大

　　C.除极相不出现

　　D.超射不出现

　　E.复极相延缓

[答疑编号111010103：

针对该题提问]

『正确答案』C

　　（三）主动转运

　　指细胞膜通过本身的某种耗能过程，将某物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。

在细胞膜的主动转运中研究得最充分，而且对于细胞的生命活动也是最重要的，是细胞膜对钠和钾离子的主动转运过程。

　　主动转运：

　　特征：

　　逆电化学梯度。

　　定向。

　　需要载体蛋白的协助。

　　需要细胞提供能量［ATP］。

　　1.原发性主动转运原发性主动转运是指离子泵利用分解ATP产生的能量将离子逆浓度梯度和（或）电位梯度进行跨膜转运的过程。

在哺乳动物细胞上普遍存在的离子泵有钠-钾泵和钙泵。

　　钠泵是镶嵌在膜的脂质双分子层中的一种特殊蛋白质，它具有ATP酶的活性，可以分解ATP使之释放能量，并能利用此能量进行Na+和K+逆浓度梯度的主动转运。

因而钠泵就是一种被称Na+-K+ATP酶的蛋白质。

　　一个活着的细胞，其细胞内、外各种离子的浓度有很大的差异。

以神经和肌细胞为例，正常时细胞内K+的浓度约为细胞外的30倍，细胞外Na+的浓度约为细胞内的12倍。

当细胞内的Na+增加和细胞外的K+增加时，钠泵被激活，于是将细胞内的Na+移出膜外，同时把细胞外的K+移入膜内。

泵出Na+和泵入K+这两个过程是同时进行或“耦联”在一起的。

与此同时.ATP酶分解ATP，为Na+泵提供能量。

在一般生理情况下，每分解一个ATP分子，可以移出3个Na+，同时移入2个K+。

　　钠泵活动的意义：

①钠泵活动造成的细胞内高K+，是许多代谢反应进行的必需条件；②细胞内低Na+能阻止细胞外水分大量进入细胞，对维持细胞的正常体积、形态和功能具有一定意义；③建立一种势能贮备，供其他耗能过程利用。

　　另一种说法：

　　①钠泵活动造成的细胞内高K+浓度，是胞质内许多代谢反应所必需的，例如核糖体合成蛋白质就需要高K+环境。

②钠泵活动造成的膜内外Na+和K+的浓度差，是细胞生物电活动产生的前提条件③钠泵活动能维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定。

尽管细胞膜对Na+的通透性远小于对K+的通透性，但由于膜对Cl-的通透性很高，于是发生Na+和Cl-不断地向细胞内漏入；膜对细胞内K+的通透性虽然很高.但对胞质内的有机负离子（胞质内主要的负离子）几乎不能通透，于是胞质内负离子的静电引力牵制了K+的外流，使K+向外漏出的量相对较少。

如漏入胞质的Na+和Cl-多于从胞质漏出的K+，使胞质的渗透压升高，于是水进入细胞，使细胞发生肿胀。

④钠泵的活动对维持细胞内pH的稳定也具有重要的意义。

因为细胞代谢产生的H+需通过Na+-H+交换机制排出膜外，而钠泵活动形成的膜内、外Na+浓度差是维持Na+一H+交换的动力，如果将钠泵抑制，则Na+-H+交换减少，细胞内H+浓度就会升高，pH降低。

⑤钠泵活动形成的膜内、外Na+浓度差也是Na+-Ca“交换的动力，因此在维持细胞内Ca2+浓度的稳定中也起重要的作用。

⑥钠泵每分解l分子ATP，可排出3个Na+，转入2个K+，因而它的活动是生电性的，可增加膜内电位的负值，在一定程度上影响静息电位的数值。

⑦Na+在膜两侧的浓度差也是其他许多物质继发性主动转运（如葡萄糖、氨基酸的主动吸收，以及上面提到的Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换等）的动力。

　　细胞膜内外正常Na＋和K＋浓度差的形成与维持是由于

　　A.膜在安静时对K＋通透性大

　　B.膜在兴奋时对Na＋通透性增加

　　C.Na＋、K＋易化扩散的结果

　　D.细胞膜上Na＋－K＋泵的作用

　　E.细胞膜上ATP的作用

[答疑编号111010104：

针对该题提问]

『正确答案』D

　　有关钠泵的叙述，错误的是

　　A.是细胞膜上的镶嵌蛋白质

　　B.具有ATP酶的活性

　　C.是逆浓度梯度或电位传递梯度

　　D.当细胞外钠离子浓度增多时被激活

　　E.当细胞外钾离子浓度增多时被激活

[答疑编号111010105：

针对该题提问]

『正确答案』E

　　2.继发性主动转运继发性主动转运是指驱动力并不直接来自ATP的分解，而是来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运方式。

事实上，继发性主动转运就是经载体易化扩散与原发性主动转运相偶联的主动转运系统。

葡萄糖、氨基酸在小肠黏膜上皮的主动吸收就是一个典型的继发性主动转运。

它是由Na+一葡萄糖同向转运体和钠泵的偶联完成的。

　　葡萄糖和氨基酸在小肠粘膜上皮的吸收以及在肾小管上皮被重吸收的过程，细胞普遍存在的Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换等过程，均属于继发性主动转运。

　　氨基酸进入肠粘膜上皮细胞是属于

　　A.单纯扩散

　　B.易化扩散

　　C.原发性主动转运

　　D.继发性主动转运

　　E.入胞作用

[答疑编号111010106：

针对该题提问]

『正确答案』D

　　总结一下

　　出胞与入胞式物质转运

　　出胞是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。

　　神经纤维末梢突触囊泡内神经递质的释放等。

神经末梢递质的释放，就是由动作电位的刺激引起的出胞过程。

　　入胞是指大分子物质或物质的团块（细菌、细胞碎片等）借助于与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。

　　图：

910

　　神经纤维末梢突触囊泡内神经递质的释放等。

神经末梢递质的释放，就是由动作电位的刺激引起的出胞过程。

　　神经末梢释放神经递质的方式是

　　A.单纯扩散

　　B.经通道易化扩散

　　C.经载体易化扩散

　　D.主动转运

　　E.出胞

[答疑编号111010107：

针对该题提问]

『正确答案』E

第二节　细胞的兴奋性和生物电现象

　　一、静息电位和动作电位及其产生机制

　　细胞的生物电现象：

细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式，一种是在安静时所具有的静息电位，另一种是受到刺激时产生的动作电位。

　　1.静息电位：

指细胞在安静时存在于细胞膜两侧的电位差。

静息电位都表现为膜内较膜外为负，如规定膜外电位为0，则膜内电位大都在-10～-100mV之间。

　　习题：

有关静息电位的叙述，哪项是错误的：

　　A.由K+外流所致，相当于K+的平衡电位

　　B.膜内电位较膜外为负

　　C.各种细胞的静息电位数值是不相同的

　　D.是指细胞安静时，膜内外电位差

　　E.是指细胞安静时，膜外的电位

[答疑编号111010201：

针对该题提问]

『正确答案』E

　　细胞在安静（未受刺激）时，膜两侧所保持的内负外正的状态称为膜的极化；静息电位的数值向膜内负值增大的方向变化，称为超极化；相反，使静息电位的数值向膜内负值减小的方向变化，称为去极化或除极化；细胞受刺激后，细胞膜先发生去极化，然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复，称为复极化。

　　习题：

当细胞膜内的静息电位负值加大时，称为膜的

　　A.极化

　　B.超极化

　　C.复极化

　　D.反极化

　　E.去极化

[答疑编号111010202：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　静息电位主要由K+平衡电位引起。

正常时细胞内的K-浓度高于细胞外，而细胞外Na+浓度高于细胞内。

在安静状态下，虽然细胞膜对各种离子的通透性都很小，但相比之下，对K+有较高的通透性，于是细胞内的K+在浓度差的驱使下，由细胞内向细胞外扩散。

由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞，所以随着带正电荷的K+外流将使膜内电位变负而膜外变正。

但是，K+的外流并不能无限制地进行下去。

因为最先流出膜外的K+所产生的外正内负的电场力，将阻碍K+的继续外流，随着K+外流的增加，这种阻止K+外流的力量（膜两侧的电位差）也不断加大。

当促使K+外流的浓度差和阻止K+外移的电位差这两种力量达到平衡时，膜对K+的净通量为零，于是不再有K+的跨膜净移动，而此时膜两侧的电位差也就稳定于某一数值不变，此电位差称为K+平衡电位。

除K+平衡电位外，静息时细胞膜对Na+也有极小的通透性，由于Na+顺浓度差内流，因而可部分抵消由K+外流所形成的膜内负电位。

这就是为什么静息电位的实测值略小于由Nernst公式计算所得的K+平衡电位的道理。

此外，钠泵活动所形成的Na+、K+不对等转运也可加大膜内负电位。

　　膜对K+和Na+的相对通透性可影响静息电位的大小，如果膜对K+的通透性相对增大，静息电位也就增大（更趋向于Ek），反之，膜对Na+的通透性相对增大，则静息电位减小（更趋向于ENa）。

　　习题：

关于细胞静息电位的论述，不正确的是

　　A.细胞膜处于极化状态

　　B.静息电位主要是由K+内流形成的

　　C.静息状态下，细胞膜对K+通透性增高

　　D.细胞在静息状态时处于外正内负的状态

　　E.静息电位与膜两侧Na＋－K+泵的活动有关

[答疑编号111010203：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　习题：

静息电位接近于

　　A.钠平衡电位

　　B.钾平衡电位

　　C.钠平衡电位与钾平衡电位之和

　　D.钠平衡电位与钾平衡电位之差

　　E.锋电位与超射之差

[答疑编号111010204：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　习题：

细胞膜在静息情况下，对下列离子通透性最大的是

　　A.Na＋

　　B.K+

　　C.Cl-

　　D.Ca2+

　　E.Mg2+

[答疑编号111010205：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　2.动作电位：

指细胞受到刺激而兴奋时，细胞膜在原来静息电位的基础上发生的一次迅速而短暂的，可向周围扩布的电位波动。

在神经纤维上，它一般在0.5～2.0毫秒的时间内完成，这使它在描记的图形上表现为一次短促而尖锐的脉冲样变化，称为锋电位。

　　动作电位的产生过程：

神经纤维和肌细胞在安静状态时，其膜的静息电位约为-70～-90mV。

当它们受到一次阙刺激（或阈上刺激）时，膜内原来存在的负电位将迅速消失，并进而变成正电位，即膜内电位由原来的-70～-90mV变为+20～+40mV的水平，由原来的内负外正变为内正外负。

这样整个膜内外电位变化的幅度为90～130mV，构成了动作电位的上升支。

膜电位在零位线以上的部分，称为超射。

但是，由刺激引起的这种膜内外电位的倒转只是暂时的，很快就出现了膜内电位的下降，由正值的减小发展到膜内出现刺激前原有的负电位状态，这就构成了动作电位的下降支。

①动作电位上升支

膜对Na＋通透性增大，超过了对K+的通透性。

Na＋向膜内易化扩散（Na＋内移）

②锋电位

大多数被激活的Na＋通道进入失活状态，不再开放

绝对不应期

Na＋通道处于完全失活状态

相对不应期

一部分失活的Na＋通道开始恢复，一部分Na＋通道仍处于失活状态

③动作电位下降支

Na＋通道失活、K+通道开放（K+外流）

④负后电位

复极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近，暂时阻碍了K+的外流

⑤正后电位

生电性钠泵作用的结果

　　动作电位的产生机制：

在静息状态时，细胞膜外Na+浓度大于膜内，Na+有向膜内扩散的趋势，而且静息时膜内存在着相当数值的负电位，这种电场力也吸引Na+向膜内移动；但是，由于静息时膜上的Na+通道多数处于关闭状态，膜对Na+相对不通透，因此，Na+不可能大量内流。

当细胞受到一个阈刺激（或阈上刺激）时，电压门控性Na+通道开放，膜对Na+的通透性突然增大，并且超过了膜对K+的通透性，Na+迅速大量内流，以至膜内负电位因正电荷的增加而迅速消失；由于膜外高Na+所形成的浓度势能，使得Na+在膜内负电位减小到零电位时仍可继续内移，进而出现正电位，直至膜内正电位增大到足以阻止由浓度差所引起的Na+内流时，膜对Na+的净通量为零，从而形成了动作电位的上升支，这时膜两侧的电位差称为Na+平衡电位。

Na+平衡电位的数值也可根据Nernst公式算出，计算所得的数值与实际测得的动作电位的超射值相接近，后者略小于前者。

　　但是，膜内电位并不停留在正电位状态，而是很快出现动作电位的复极相，这是因为Na+通道开放的时间很短，它很快就进入失活状态，从而使膜对Na+的通透性变小。

与此同时，电压门控性K+通道开放，于是膜内K+在浓度差和电位差的推动下又向膜外扩散，使膜内电位由正值又向负值发展，直至恢复到静息电位水平。

膜电位在恢复到静息电位水平后，钠泵活动加强，将动作电位期间进入细胞的Na+转运到细胞外，同时将外流的K+转运入细胞内，从而使膜内外离子分布也恢复到原初静息水平。

　　锋电位具有动作电位的主要特征，是动作电位的标志。

动作电位的峰值在+40～+50mV，非常接近于ENa（+50～+70mv）。

　　习题：

神经和肌肉细胞动作电位去极相的产生是由于：

　　A.K+内流

　　B.Na+内流

　　C.Ca2+内流

　　D.K+内外流

　　E.Na+外流

[答疑编号111010206：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　习题：

在神经纤维动作电位的去极相，通透性最大的离子是

　　A.Na＋

　　B.K+

　　C.Cl-

　　D.Ca2+

　　E.Mg2+

[答疑编号111010207：

针对该题提问]

『正确答案』A

　　习题影响神经纤维动作电位幅度的主要因素是：

　　A.刺激强度

　　B.刺激时间

　　C.阈电位水平

　　D.神经纤维直径

　　E.细胞内、外的Na+浓度

[答疑编号111010208：

针对该题提问]

『正确答案』E

　　习题记录神经纤维动作电位时，加入选择性离子通道阻断剂河豚毒，会出现什么结果：

　　A.静息电位变小

　　B.静息电位变大

　　C.除极相不出现

　　D.超射不出现

　　E.复极相延缓

[答疑编号111010209：

针对该题提问]

『正确答案』C

　　习题：

神经纤维动作电位下降相是由于

　　A.Na＋内流

　　B.K+内流

　　C.Na＋外流

　　D.K+外流

　　E.Ca2+内流

[答疑编号111010210：

针对该题提问]

『正确答案』D

　　习题：

当低温、缺氧或代谢障碍等因素影响Na＋-K+泵活动时，可使细胞的

　　A.静息电位增大，动作电位幅度减小

　　B.静息电位减小，动作电位幅度增大

　　C.静息电位增大，动作电位幅度增大

　　D.静息电位减小，动作电位幅度减小

　　E.静息电位和动作电位幅度均不变

[答疑编号111010211：

针对该题提问]

『正确答案』D

『答案解析』钠泵的电生理作用可以直接影响静息电位。

钠泵除了直接影响静息电位外，更重要的作用是维持膜两侧离子浓度差。

低温、缺氧或代谢障碍等因素抑制Na+～K+泵活动时，静息电位会减小，动作电位幅度也会减小，选项D正确。

　　习题：

人工地增加离体神经纤维浸浴液中的K+浓度，则该神经纤维静息电位的绝对值和动作电位的幅度将

　　A.均增大

　　B.均减小

　　C.前者增大后者减少

　　D.前者减少后者增大

　　E.前者减小后者不变

[答疑编号111010212：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　动作电位的特点：

①“全或无”现象。

单一神经或肌细胞动作电位的一个重要特点就是刺激若达不到阈值，将不会产生动作电位。

刺激一旦达到阈值，就会暴发动作电位。

动作电位一旦产生，其大小和形状不再随刺激的强弱和传导距离的远近而改变。

⑦具有不应期。

由于绝对不应期的存在，动作电位不可能发生融合。

　　习题：

关于可兴奋细胞动作电位的描述，正确的是

　　A.动作电位是细胞受刺激时出现的快速而不可逆的电位变化

　　B.在动作电位的去极相，膜电位由内正外负变为外正内负

　　C.动作电位的大小不随刺激强度和传导距离而改变

　　D.动作电位的大小随刺激强度和传导距离而改变

　　E.不同的细胞，动作电位的幅值都相同

[答疑编号111010213：

针对该题提问]

『正确答案』C

　　二、兴奋性与兴奋的引起阈值、阈电位和动作电位的关系

　　动作电位的产生是细胞兴奋的标志。

一般来说，细胞对刺激发生反应的过程，称为兴奋，兴奋被看做是动作电位的同义语或动作电位的产生过程。

并不是所有的细胞接受刺激后都能产生动作电位的。

凡在受刺激后能产生动作电位的细胞，称为可兴奋细胞.

　　可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力称为细胞的兴奋性。

如果细胞对很弱的刺激就能发生反应，产生动作电位，就表示该细胞具有较高的兴奋性；如果需要较强的刺激才能引起兴奋，则表明细胞的兴奋性较低。

　　习题兴奋性是机体或组织对刺激

　　A.发生应激的特性

　　B.发生反应的特性

　　C.产生适应的特性

　　D.引起反射的特性

　　E.引起内环境稳态的特性

[答疑编号111010214：

针对该题提问]

『正确答案』B

　　习题：

兴奋性是指可兴奋细胞对刺激产生什么的能力：

　　A.反应

　　B.反射

　　C.兴奋

　　D.抑制

　　E.适应

[答疑编号111010215：

针对该题提问]

『正确答案』C

　　习题：

神经、肌肉、腺体受阈刺激产生反应的共同表现是：

　　A.收缩

　　B.分泌

　　C.局部电位

　　D.阈电位

　　E.动作电位

[答疑编号111010216：

针对该题提问]

『正确答案』E

　　测量使组织发生兴奋的最小刺激强度，后者称为阈强度（thresholdintensity）。

相当于阈强度的刺激称为阈刺激（thresholdstimulus）。

阈刺激或阈强度一般可作为衡量细胞兴奋性常用的指标，阈刺敖增大表不兴奋性下降，反之，表示兴奋性升高。

当可兴奋细胞受到一个阈强度的刺激时，它的膜电位恰好达到阈电位，并引发动作电位。

　　习题：

阈刺激是指：

　　A.阈强度

　　B.阈值

　　C.强度阈

　　D.刺激阈

　　E.阈强度的刺激

[答疑编号111010217：

针对该题提问]