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細胞膜(cell membrane)又稱細胞質膜(plasma membrane)。細胞表面的一層薄膜。有時稱為細胞外膜或原生質膜。細胞膜的化學組成基本相同,主要由脂類、蛋白質和糖類組成。各成分含量分別約為50%、42%、2%~8%。此外,細胞膜中還含有少量水分、無機鹽與金屬離子等。

細胞膜細胞膜
細胞膜(cellmembrane)又稱細胞質膜(plasmamembrane)。細胞表面的一層薄膜。有時稱為細胞外膜或原生質膜。主要結構成份一般是蛋白質佔60%-80%,類脂佔20%-40%,碳水化合物約佔5%(分佈在類脂和蛋白質之間)。它是原始生命向細胞進化所獲得的重要形態特徵之一,是生命物質外面出現了一層膜性結構,即細胞膜。細胞膜位於細胞表面,厚度通常為7~8nm,由脂類和蛋白質組成。它最重要的特性是半透性,或稱選擇透過性,對進出入細胞的物質有很強的選擇透過性。細胞膜和細胞內膜系統總稱為生物膜(biomembrane),具有相同的基本結構特徵。

1 細胞膜 -基本簡介

細胞膜顯微鏡下的細胞膜
細胞膜是防止細胞外物質自由進入細胞的屏障,它保證了細胞內環境的相對穩定,使各種生化反應能夠有序運行。但是細胞必須與周圍環境發生信息、物質與能量的交換,才能完成特定的生理功能。因此細胞必須具備一套物質轉運體系,用來獲得所需物質和排出代謝廢物,據估計細胞膜上與物質轉運有關的蛋白占核基因編碼蛋白的15~30%,細胞用在物質轉運方面的能量達細胞總消耗能量的三分之二。

19世紀中葉K.W.Mageli發現細胞表面有阻礙染料進入的現象,提示膜結構的存在;1899年E.Oveiton發現脂溶性大的物質易入胞,推想應為脂類屏障。1925年荷蘭人E.Gorter和F.Grendel用丙酮抽提紅細胞膜結構,計算出紅細胞膜平鋪面積約為其表面積的兩倍,提出脂質雙分子層模型.成立前提:a.紅細胞的全部脂質都在膜上;b.丙酮法抽提完全;c.RBC平均表面積估算正確。(70%~80%偏低);40年後Bar重複這一試驗發現紅細胞膜平鋪面積應不是70%~80%,而是1.5倍還有蛋白質表面,同時干膜面積是99μm2,濕膜面積則為145μm2。兩項誤差相抵,結果基本正確。

根據細胞的生理生化特徵,曾先後推測質膜是一種脂肪柵、脂類雙分子層和由蛋白質-磷脂-蛋白質構成的三夾板結構。同時電鏡觀察也證實質膜確實呈暗-明-暗三層結構。隨後冷凍蝕刻技術顯示雙層膜中存在蛋白質顆粒;免疫熒光技術證明質膜中蛋白質是流動的。據此S.J.Singer等人在1972年提出生物膜的流動鑲嵌模型,結構特徵是:生物膜的骨架是磷脂類雙分子層,蛋白質分子以不同的方式鑲嵌其中,細胞膜的表面還有糖類分子,形成糖脂、糖蛋白;生物膜的內外表面上,脂類和蛋白質的分佈不平衡,反映了膜兩側的功能不同;脂雙層具有流動性,其脂類分子可以自由移動,蛋白質分子也可以在脂雙層中橫向移動。

儘管目前還沒有一種能夠直接觀察膜的分子結構的較為方便的技術和方法,但從研究中30年代以來提出了各種假說有數十種,其中得到較多實驗事實支持而目前仍為大多數人所接受的是美國的S.J.Singer和G.L.Nicholsom於1972年提出的流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)。這一假想模型的基本內容是:膜的共同結構特點是以液態脂質雙分子層為基架,其中鑲嵌著具有不同分子結構、因而也具有不同生理功能的蛋白質,後者主要以α-螺旋或球型蛋白質的形式存在。其局限性在於未表達出流動性不均一,Jain與White提出了「板塊與鑲嵌模型」。

2 細胞膜 -基本結構

細胞膜細胞膜蛋白
(1)膜脂
磷脂、膽固醇、糖脂,每個動物細胞質膜上約有109個脂分子,即每平方微米的質膜上約有5x106個脂分子。

(2)膜蛋白
細胞膜蛋白質(包括酶)膜蛋白質主要以兩種形式同膜脂質相結合:分內在蛋白和外在蛋白兩種。內在蛋白以疏水的部分直接與磷脂的疏水部分共價結合,兩端帶有極性,貫穿膜的內外;外在蛋白以非共價鍵結合在固有蛋白的外端上,或結合在磷脂分子的親水頭上。如載體、特異受體、酶、表面抗原。佔20%~30%的表面蛋白質(外周蛋白質)以帶電的氨基酸或基團——極性基團與膜兩側的脂質結合;佔70%~80%的結合蛋白質(內在蛋白質)通過一個或幾個疏水的α-螺旋(20~30個疏水氨基酸吸收而形成,每圈3.6個氨基酸殘基,相當於膜厚度。相鄰的α-螺旋以膜內、外兩側直鏈肽連接)即膜內疏水羥基與脂質分子結合。理論上,鑲嵌在脂質層中的蛋白質是可以橫向漂浮移位的,因而該是隨機分佈的;可實際存在著的有區域性的分佈;(這可能與膜內側的細胞骨架存在對某種蛋白質分子局限作用有關),以實現其特殊的功能:細胞與環境的物質、能量和信息交換等。(Frye和Edidin1970年用發紅光的鹼性芯香紅標記人細胞同用發綠光熒光素標記膜蛋白抗體標記離體培養的小鼠細胞一起培養,然後使它們融合,從各自分佈,經過37℃40min后變為均勻分佈。光致漂白熒光恢復法,微區監測)

細胞膜上存在兩類主要的轉運蛋白,即:載體蛋白(carrierprotein)和通道蛋白(channelprotein)。載體蛋白又稱做載體(carrier)、通透酶(permease)和轉運器(transporter),能夠與特定溶質結合,通過自身構象的變化,將與它結合的溶質轉移到膜的另一側,載體蛋白有的需要能量驅動,如:各類APT驅動的離子泵;有的則不需要能量,以自由擴散的方式運輸物質,如:纈氨酶素。通道蛋白與與所轉運物質的結合較弱,它能形成親水的通道,當通道打開時能允許特定的溶質通過,所有通道蛋白均以自由擴散的方式運輸溶質。

(3)膜糖
膜糖和糖衣:糖蛋白、糖脂。細胞膜糖類主要是一些寡糖鏈和多糖鏈,它們都以共價鍵的形式和膜脂質或蛋白質結合,形成糖脂和糖蛋白;這些糖鏈絕大多數是裸露在膜的外面(非細胞質)一側的。(多糖-蛋白質複合物,細胞外殼cellcoat)單糖排序上的特異性作為細胞或蛋白質的「標誌、天線」—抗原決定簇(可識別,與遞質、激素等結合。ABO血型物質即鞘氨醇上寡糖鏈不同。131AA+100糖殘基)。

3 細胞膜 -基本特徵

細胞膜細胞膜
細胞膜把細胞包裹起來,使細胞能夠保持相對的穩定性,維持正常的生命活動。此外,細胞所必需的養分的吸收和代謝產物的排出都要通過細胞膜。所以,細胞膜的這種選擇性的讓某些分子進入或排出細胞的特性,叫做選擇滲透性。這是細胞膜最基本的一種功能。如果細胞喪失了這種功能,細胞就會死亡.。

細胞膜除了通過選擇性滲透來調節和控制細胞內,外的物質交換外,還能以"胞吞"和"胞吐"的方式,幫助細胞從外界環境中攝取液體小滴和捕獲食物顆粒,供應細胞在生命活動中對營養物質的需求。細胞膜也能接收外界信號的刺激使細胞做出反應,從而調節細胞的生命活動。細胞膜不單是細胞的物理屏障,也是在細胞生命活動中有複雜功能的重要結構。

生物膜結構的共同特徵
鑲嵌性:磷脂雙分子層和蛋白質的鑲嵌面;或按二維排成相互交替的鑲嵌面
蛋白質極性:膜內在性蛋白質的極性區突向膜表面,非極性部分埋在雙層內部
流動性:膜結構中的蛋白質和脂質具有相對側向流動性
相變性;隨著環境條件的變化,脂質分子的晶態和液晶態是互變的
更新態:在細胞中,膜的組分處於不斷更新的狀態
不對稱性:膜中各組分的排列是不對稱的。

細胞膜生物膜結構示意圖

生物膜的主要性質:A.主要控制細胞與外界環境的物質交換:
 
①      細胞膜的選擇透性、胞飲作用、
②     吞噬作用,使細胞從外界環境獲得所需水分、鹽類和其他必需物質。
③    防止有害物質的進入。
④    通過胞吐作用,將代謝廢物排出細胞外。
⑤    防止細胞內部有用成分任意流失。
⑥    維持細胞膨壓。
B。物質主動運輸。
C。接收和傳遞外界信息。
D。抵禦病菌感染。
E。參與細胞間的相互識別。
F。成膜體(壁旁體)


 

4 細胞膜 -流動性介紹

細胞膜細胞膜
細胞膜的流動性是指構成膜的脂和蛋白質分子的運動性。膜的流動性不僅是膜的基本特性之一,也是細胞進行生命活動的必要條件。

膜的流動性一般是指膜脂脂肪酸烴鏈部分的運動狀態即膜脂質流動性。通過膜脂質流動性的改變可反應出細胞膜的功能狀態及膜受損傷的程度。

流動性的表現形式


·膜脂的運動方式

膜脂的流動是造成膜流動性的主要因素,概括起來,膜脂的運動方式主要有四種。
1、側向擴散(lateraldiffusion)
2、旋轉運動(rotation)
3、伸縮運動(flex)
4、翻轉擴散(transversediffusion),又稱為翻轉(flip-flop)。

·膜蛋白運動形式
膜蛋白的運動由於膜蛋白的相對分子質量較大,同時受到細胞骨架的影響,它不可能象膜脂那樣運動。主要有以下幾種運動形式:
1、隨機移動有些蛋白質能夠在整個膜上隨機移動。移動的速率比用人工脂雙層測得的要低。
2、定向移動有些蛋白比較特別,在膜中作定向移動。例如,有些膜蛋白在膜上可以從細胞的頭部移向尾部。
3、局部擴散有些蛋白雖然能夠在膜上自由擴散,但只能在局部範圍內擴散。

5 細胞膜 -功能介紹

細胞膜細胞膜
1、分隔形成細胞和細胞器,為細胞的生命活動提供相對穩定的內環境,膜的面積大大增加,提高了發生在膜上的生物功能;

2、屏障作用,膜兩側的水溶性物質不能自由通過;

3、選擇性物質運輸,伴隨著能量的傳遞;

4、生物功能:激素作用、酶促反應、細胞識別、電子傳遞等。

5、物質轉運功能:細胞與周圍環境之間的物質交換,是通過細胞膜的磚運動功能實現的,其主要轉運方式有以下四種。
·自由擴散:脂溶性物質有膜的高濃度側向低濃度側的擴散過程,稱為單純擴散。

·易化擴散:非脂溶性物質在膜蛋白的幫助下,順濃度差或電位差跨膜擴散的過程,稱為易化擴散。易化擴散的三個特點:
1、特異性:記憶中離子通道或載體一般指轉運一種物質。
2、飽和性:即當背後鑽雲物質增加到一定限度時,轉運量不再隨之增加,這是由於離子通道或載體的數量有限的緣故。
3、競爭性抑制:記憶中離子通道或載體同時轉運兩種或兩種以上物質時,一種物質濃度增加,將削弱對另一種物質的轉運。單純擴散和易化擴散都是順濃度差進行的,細胞本身不消耗能量,均屬於被動轉運。

·主動運輸:離子或小分子物質在膜上「泵」的作用下,被逆濃度差或逆電位差的跨膜轉運過程,稱為主動轉運。主動運輸需要消耗大量熱量。

·入胞和出胞作用:是轉運大分子或團塊物質的有效方式。物質通過細胞膜的運動從細胞外進入細胞內的過程,稱入胞。包括吞噬和吞飲。液態物質入胞為吞飲,如小腸上皮對營養物質的吸收;固體物質入胞為吞噬,如粒細胞吞噬細菌的過程。出胞是通過細胞膜的運動從細胞內派到細胞外的過程。細胞的代謝產物及腺細胞的分泌物都是以出胞作用完成的。

6、細胞膜的受體功能:受體是細胞識別和結核化學信息的特殊結構,其本質是蛋白質。

7、細胞是物質從無生命到有生命的最小單元(且不論病毒),深度分析細胞的能量流動有助於了解生命物質與非生命物質的根本區別。

6 細胞膜 -相關詞條

葉綠體細胞器立克次體基因工程
溶酶體支原體細胞壁螺旋體
中心體放線菌內毒素酵母
液泡衣原體細胞質病理學

7 細胞膜 -相關鏈接

1、http://iask.sina.com.cn/b/7084802.html
2、http://www.bioon.com/Article/Class573/17579.shtml
3、http://www.pkuschool.com/ask/q.asp?qid=337457
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