細胞膜的功能

2022-09-20 科普知識

　　細胞膜主要是由磷脂構成的富有彈性的半透性膜，膜厚7～8nm，對于動物細胞來說，其膜外側與外界環境相接觸。下面是小編為大家整理的細胞膜的功能，僅供參考，歡迎閱讀。

　　細胞膜的功能1

　　細胞膜的三大功能

　　1、將細胞與外界環境分隔開；

　　2、識別和傳遞信息功能；

　　3、物質轉運功能。細胞膜主要是由磷脂構成的富有彈性的半透性膜，膜厚7～8nm，對于動物細胞來說，其膜外側與外界環境相接觸。

　　細胞膜的功能

　　（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`內部環境，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）識別和傳遞信息功能（主要依靠糖蛋白）。

　　（6）物質轉運功能：細胞與周圍環境之間的物質交換，是通過細胞膜的轉運功能實現的。

　　細胞膜的構造

　　1、按組成元素分：構成細胞膜的成分有磷脂，糖蛋白，糖脂和蛋白質。

　　2、按組成結構分：磷脂雙分子層是構成細胞膜的的基本支架。細胞膜的主要成分是蛋白質和脂質，含有少量糖類。其中部分脂質和糖類結合形成糖脂，部分蛋白質和糖類結合形成糖蛋白。

　　3、化學組成：細胞膜主要由脂質（主要為磷脂）、蛋白質和糖類等物質組成；其中以蛋白質和脂質為主。在電鏡下可分為三層，即在膜的靠內外兩側各有一條厚約2.5nm的電子致密帶，中間夾有一條厚2.5nm的透明帶，總厚度約7.0~7.5nm左右這種結構不僅見于各種細胞膜，細胞內的各種細胞器膜如：線粒體、內質網等也具有相似的結構。

　　細胞膜的功能2

　　細胞膜有重要的生理功能，它既使細胞維持穩定代謝的胞內環境，又能調節和選擇物質進出細胞。細胞膜通過胞飲作用（pinocytosis）、吞噬作用（phagocytosis）或胞吐作用（exocytosis）吸收、消化和外排細胞膜外、內的物質。在細胞識別、信號傳遞、纖維素合成和微纖絲的組裝等方面，質膜也發揮重要作用。有些細胞間的信息交流并不是靠細胞膜上的受體來實現的，比如某些細胞分泌的甾醇類物質，這些物質可以作為信號，與其他細胞進行信息交流，但是這些物質并不是和細胞膜上的受體結合的，而是穿過細胞膜，與細胞核內或細胞質內的某些受體相結合，從而介導兩個細胞間的信息交流的。

　　細胞膜結構的研究進程

　　細胞膜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.Overton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年后Bar重復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99μm，濕膜面積則為145μm。兩項誤差相抵，結果基本正確。

　　根據細胞的生理生化特征，曾先后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。隨后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，結構特征是：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，脂類和蛋白質的分布不平衡，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。

　　盡管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因而被大多數人所接受的是美國的S.J.Singer和G.L.Nicholsom于1972年提出的流體鑲嵌模型（fluid mosaic model）。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，后者主要以α-螺旋或球型蛋白質的形式存在。其局限性在于未表達出流動性不均一，Jain與White提出了“板塊與鑲嵌模型”。

　　三明治模型和單位膜模型

　　J. Danielli & H. Davson1925 發現質膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，推測膜中含有蛋白質，從而提出了”蛋白質-脂類-蛋白質”的三明治模型。認為質膜由雙層脂類分子及其內外表面附著的蛋白質構成的。1959年在上述基礎上提出了修正模型，認為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質通道，供親水物質通過。

　　J. D. Robertson1959用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結構，厚約7.5nm。這就是所謂的“單位膜”模型。它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內外表面各厚約2nm的蛋白質構成。

　　不足之處：

　　1）把膜結構描寫成靜止不變的；

　　2）無法解釋膜的功能活動；

　　3）各種膜有各自的特定厚度，并不都是7.5nm；

　　4）蛋白質提取的難易程度不同；

　　5）各種膜的蛋白質和脂類的比率不同。

　　流動鑲嵌模型

　　流動鑲嵌模型突出了膜的流動性和不對稱性，認為細胞膜由流動的脂雙層和蛋白質組成。磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架，蛋白質或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內部，或橫跨整個脂雙層，表現出分布的不對稱性。

　　不足之處：

　　1）不能說明膜在變化過程中如何保持膜的完整性和穩定性；

　　2）忽略了蛋白質對脂質分子流動性的控制作用；

　　3）忽略了膜各部分流動性的不均勻性。

　　晶格模型

　　1975年，Wallach提出晶格模型。晶格模型是對流動鑲嵌模型的補充，強調流動的整體性。用膜脂可逆地進行無序（液態）和有序（晶態）的相變來解釋生物膜的流動性。膜鑲嵌蛋白對脂類分子的運動具控制作用。鑲嵌蛋白和它周圍的脂類分子形成晶格狀態，這些不移動的脂類分子稱界面脂質，而流動的`脂質呈小片、點狀分布。所以脂質的流動是局部的，并非整個脂雙層都在流動。

　　板塊鑲嵌模型

　　1977年，Jain和White提出生物膜是由具有不同流動性的板塊鑲嵌而成的動態結構。

　　脂筏模型

　　脂筏（lipid raft）是質膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結構域（microdomain）。大小約70nm左右，是一種動態結構，位于質膜的外小頁。由于鞘磷脂具有較長的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強，所以這些區域結構致密，介于無序液體與液晶之間，稱為有序液體（Liquid-ordered）。在低溫下這些區域能抵抗非離子去垢劑的抽提，所以又稱為抗去垢劑膜（detergent-resistant membranes，DRMs）。脂筏就像一個蛋白質停泊的平臺，與膜的信號轉導、蛋白質分選均有密切的關系。

　　從脂筏的角度來看，膜蛋白可以分為三類：

　　①存在于脂筏中的蛋白質；包括糖磷脂酰肌醇錨定蛋白（GPI anchored protein），某些跨膜蛋白，Hedgehog蛋白，雙乙酰化蛋白（doubly acylated protein）如：非受體酪氨酸激酶Src、G蛋白的Gα亞基、血管內皮細胞的一氧化氮合酶（NOS）；

　　②存在于脂筏之外無序液相的蛋白質；

　　③介于兩者之間的蛋白質，如某些蛋白在沒有接受到配體時，對脂筏的親和力低，當結合配體，發生寡聚化時就會轉移到脂筏中。

　　脂筏中的膽固醇就像膠水一樣，它對具有飽和脂肪酸鏈的鞘磷脂親和力很高，而對不飽和脂肪酸鏈的親和力低，用甲基-β-環糊精（methyl-β-cyclodextrin）去除膽固醇，抗去垢劑的蛋白就變得易于提取。膜中的鞘磷脂主要位于外小頁，而且大部分都參與形成脂筏。

　　據估計脂筏的面積可能占膜表面積的一半以上。脂筏的大小是可以調節的，小的獨立脂筏可能在保持信號蛋白呈關閉狀態方面具有重要作用，當必要時，這些小的脂筏聚集成大一個大的平臺，在那里信號分子（如受體）將和它們的配件相遇，啟動信號傳遞途徑。如致敏原（allergen）能夠將過敏患者體內肥大細胞或嗜堿性細胞表面的IgE抗體及其受體橋聯起來，形成較大的脂筏，受體被脂筏中的Lyn（一種非受體酪氨酸激酶)磷酸化，啟動下游的信號轉導，最終引發過敏反應。

　　細胞表面的穴樣內陷（caveolae）具有和脂筏一樣的膜脂組成，不含籠形蛋白（clathrin），含有caveolin（一種小分子量的蛋白，21KD）。大量存在于脂肪細胞、上皮細胞和平滑肌細胞。這種結構細胞的內吞有關，另外穴樣內陷中還富含某些信號分子，說明它與細胞的信號轉導有關。

　　細胞膜的厚度通常為7~8nm，細胞膜最重要的特性之一是半透性或選擇性透性，即有選擇地允許物質通過擴散，滲透和主動運輸等方式進入細胞，從而保證細胞正常代謝的進行。此外，大多質膜上還存在激素的受體，抗原的結合位點以及其他有關細胞識別的位點，所以質膜在激素作用，免疫反應和細胞通訊等過程中起著重要的作用。

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