当前课程知识点:普通生物学 > 第一章 细胞生物学基础 > 第二节 细胞膜与物质的跨膜运输 > 1.2.2 质膜的基本特征及功能
按照流动镶嵌模型的理论
生物膜有两个特点
第一是流动性
第二是不对称性
如何理解生物膜的流动性呢
我们可以从膜脂和膜蛋白
两个方面进行分析
先来看膜脂的流动性
所谓膜脂的流动性主要是指
膜脂分子的侧向运动
也就是一个磷脂分子
与相邻的磷脂分子
不断地交换位置
从而实现侧向扩散
那么膜脂的流动性
与哪些因素有关呢
第一与脂肪酸链的长度有关
如果脂肪酸链比较长
相互之间就容易缠绕在一起
不容易流动
所以脂肪酸链越短
流动性越好
第二与不饱和脂肪酸的含量有关
不包含程度越高
膜脂的流动性越大
第三个影响因素是温度
不同膜脂的变相温度是不同的
第四个影响因素是胆固醇
它对动物细胞膜的流动性
起双向的调节作用
第五膜脂之间
膜脂与膜蛋白之间的相互作用
也会影响膜脂的流动性
我们再来看看膜蛋白的流动性
我们如何知道
膜蛋白具有流动性呢
已经通过多项实验证实了
例如荧光抗体免疫标记实验
就是一个典型的例子
用两种带荧光标记的抗体
一种是抗鼠的细胞质膜蛋白的
荧光抗体 显示为绿色
另一种是抗人的细胞质膜蛋白的
荧光抗体 显示为红色
分别标记小鼠和人的细胞表面
然后介导两种细胞融合
刚开始
在新形成的杂交细胞质膜表面
绿色荧光和红色荧光各占一半以上
10min后不同颜色的荧光
在融合细胞的表面开始扩散
40min后两种颜色的荧光
已经均匀分布
这一实验可以清晰地显示
结合了抗体的膜蛋白
在质膜上具有流动性
既然是流动的
那么膜蛋白或膜脂的扩散速率
是否有方法来测量呢
可以利用荧光漂白恢复技术来进行测算
用荧光素标记膜蛋白或膜脂
然后用激光束
照射细胞表面某一个区域
使被照射的区域的荧光淬灭变暗
由于膜存在的流动性
结果呢这个淬灭区域的亮度
会逐渐增强
最后恢复到与周围荧光强度相同的状态
根据荧光恢复的速率
我们就可以测算出膜蛋白或膜脂的扩散速度
经过测算
膜蛋白的扩散速率可以达到 5 × 10-11~5 × 10-9cm2/s
事实上
机体内的膜蛋白并非都能自由运动
在极性细胞中
比如小肠的上皮组织细胞
由于相邻的细胞间
有紧密连接等特殊结构的存在
因此细胞游离端的膜蛋白
和基底面的膜蛋白就被分隔开来
它们只能在一定区域内流动
现在我们再来分析
细胞质膜的另一个特点
膜的不对称性
同样从膜脂和膜蛋白
两个方面来分析
先分析膜脂的不对称性
膜脂的不对称性
是指膜脂分子在膜的脂双层两侧
呈不均匀分布
多数磷脂存在于脂双层的内外两侧
但在内外侧的种类和数量
并非均匀分布
请看这张示意图
如果用6种不同颜色
代表不同的磷脂分子
那么可以看到
脂双层两侧的颜色不同
也就意味着磷脂分子的
种类和数量不同
例如红色代表的磷脂酰胆碱
也就是卵磷脂
主要分布在脂双层的外侧
绿色代表的磷脂酰丝氨酸
黄色代表的磷脂酰乙醇胺
和墨绿色代表的磷脂酰肌醇
主要分布在脂双层的内侧
另外蓝色的六边形结构代表糖链
通常位于细胞的外侧
那么膜脂为什么呈不对称分布呢
这是有生物学意义的
例如刚才我们讲过
磷脂酰肌醇主要分布在脂双层的内侧
也就是面向细胞质的一侧
它的羟基被磷酸化后
就成为磷脂酰肌醇-4.5-二磷酸简称PIP2
这个磷酸化的头部基团面向细胞质一侧
随后PIP2就被磷脂酶C水解成
IP3和DAG两种第二信使
分别激活两条不同的信号通路
这也从另一个侧面说明了
结构与功能相适应的原理
这一过程很复杂不要求大家掌握
这里只是为了举例说明
膜脂不对称性的生物学意义
现在我们来分析膜蛋白的不对称性
膜蛋白的不对称性是指
膜蛋白分子在质膜上有明确的方向性
细胞表面的受体是接受来自胞外的信号
并将胞外的信号传递给胞内
引起胞内的化学反应
例如肝细胞表面的肾上腺素受体
与肾上腺素结合之后
激活腺苷酸环化酶
后者催化ATP转变成为cAMP
引起细胞内发生一系列的代谢反应
另外膜上的载体蛋白
以主动或被动运输方式
将物质运入或运出细胞
也是有明确的方向性
例如协同转运蛋白
借助钠离子的驱动力
同时逆浓度梯度运送葡萄糖分子
这部分内容在下一节会详细介绍
总之受体和载体蛋白
都是按一定的方向来传递信号和转运物质的
另外膜蛋白的这种不对称性
是与其功能相适应的
是生物膜
执行各种复杂的生理功能的保证
下面我们简单介绍一下细胞质膜的功能
它的功能主要是由膜蛋白决定的
主要体现在五方面
第一为细胞提供了相对稳定的内环境
第二可以选择性的跨膜运送物质
第三提供细胞之间识别的位点
第四为多种酶提供结合位点
第五介导细胞与细胞
细胞与胞外基质之间的连接
这些功能在后续的课程中
都会分别介绍,大家先有一个总体的认识
-绪论
--绪论
-人物访谈——走进精准医学
-第一节 细胞概述
-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述
-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第一章 细胞生物学基础--第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第三节 真核细胞的结构
-第一章 细胞生物学基础--第三节 真核细胞的结构
-第四节 细胞的能量代谢
-第一章 细胞生物学基础--第四节 细胞的能量代谢
-第五节 细胞的分裂与分化
-第一章 细胞生物学基础--第五节 细胞的分裂与分化
-第一节 遗传的分子基础
-第二章 分子生物学基础--第一节 遗传的分子基础
-第二节 基因的表达调控
-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控
-第三节 生物技术及其应用
-第二章 分子生物学基础--第三节 生物技术及其应用
-第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第二章 分子生物学基础--第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第一节 高等植物体的细胞与组织
-第三章第一节 高等植物体的细胞与组织
-第二节 植物的生长
-第三章 高等植物体的结构与功能--第二节 植物的生长
-第三节 植物的生殖和发育
-第三章 高等植物体的结构与功能--第三节 植物的生殖和发育
-第四节 植物的营养与运输
-第三章 高等植物体的结构与功能--第四节 植物的营养与运输
-第五节 植物生长发育的调控
--3.5.6 乙烯
-第三章 高等植物体的结构与功能--第五节 植物生长发育的调控
-第一节 动物的组织
--4.1.5 软骨
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-第一节 动物的组织--作业
-第二节 消化系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第二节 消化系统
-第三节 呼吸系统
-第三节 呼吸系统--作业
-第四节 循环系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第四节 循环系统
-第五节 内环境的控制
-第四章 高等动物体的结构与功能--第五节 内环境的控制
-第六节 内分泌系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第六节 内分泌系统
-第七节 神经系统与神经调节
-第四章 高等动物体的结构与功能--第七节 神经系统与神经调节
-第八节 生殖与胚胎发育
-第四章 高等动物体的结构与功能--第八节 生殖与胚胎发育
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