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细胞生物学论文.doc 细胞膜的分子结构及物质运输研究 姓名:李智 班级:生物技术10级3班 学号:20103510 摘要:细胞膜是由类脂双分子层构成，在细胞的进化中很容易得到这种膜。人们有关细胞膜的生物 模型很多，但流动镶嵌模型仍旧是目前运用最多，得到科学界广泛承认的生物模型。膜的流 动性和膜蛋白分布的不对称性是细胞膜的基本特性。动物细胞有3种类型的链接方式:紧密 连接、斑块连接和通讯连接。细胞外基质是蛋白和糖行程的水合胶体，主要是由胶原蛋白和 弹性蛋白以及蛋白聚糖和糖胺聚糖构成。它们不但具有抗压力和张力的机械性能，而且它们 还发展出了一些和细胞增殖、分化、凋亡等有关的功能。植物细胞壁的主要成分是多糖，其 中最主要的是纤维素，它赋予植物细胞硬度和强度。植物细胞的胞间连丝不仅使相邻细胞的 细胞质膜、细胞质、内质网交融在一起，也是植物细胞间物质运输和传递信息的重要渠道。 关键词:结构;功能;组成成分;特性;跨膜运输 引言:细胞膜是所有细胞的重要组成部分。由于膜的存在才确定了细胞为生命的基本单位。在真核 细胞中还有构成各种细胞器的膜称为细胞内膜。细胞膜和细胞内膜统称为生物膜。 一、细胞膜的分子结构 由于质膜太薄光镜下看不见，所以首先从膜的透性开始研究。19世纪后期研究膜透性提出细胞面有一类脂层。1925年通过实验提出膜是由双层脂类构成。这一结论为许多模型接受，一直应用到现在。在电镜下观察膜提出了单位膜模型(1959)。由于技术的发展有提出了许多新的模型。其中流体镶嵌模型(1972)收到广泛地支持。该模型认为，脂双层是膜的构架，球形蛋白分子按其所在位置分为内在蛋白和外在蛋白、蛋白-脂类、脂类-脂类的相互作用，主要是疏水的和亲水的两种非共价键的相互作用。 膜脂双层是所有膜的基础结构，构成膜的脂类有磷脂、胆固醇和糖脂。其中磷脂最为丰富且有多种。不同膜脂在不同类型的细胞膜中含量比例分布不同。磷脂分子一个重要特征是极性强，为双型性分子(糖脂、胆固醇也是双型性分子)，在水中能自发地形成双层分子，又能自我封合为脂质体。这些特性及其流动性对构成生物膜主要组分有意义，且为膜蛋白(包括酶)维持构象、表现活性提供适宜环境。 二、细胞膜的组成成分 膜蛋白是膜的重要组分，完成膜的大部分功能。在膜中，蛋白质的种类和数量反映膜功能的复 1 杂程度，功能较简单的含大量脂类，功能较复杂的蛋白质含量高。膜的外在蛋白为水溶性的，由离子键或非共价键或其他较弱的键与膜表面的蛋白质或脂类接合;内在蛋白嵌入脂双层，多为跨膜蛋白，它们以亲水或疏水部分非共价键接合。膜蛋白和膜脂如何结合是膜分子结构的重要问题，一直有以下几类方式:?膜蛋白以α螺旋单次或多次跨膜;?β筒跨膜(一些多次跨膜蛋白排列成封闭的β片);?形成大的蛋白复合物跨膜;?通过共价结合的脂类基团与脂双层结合;?通过与膜蛋白非共价键的相互作用。 三、细胞膜的特性 膜的流动性是生物膜的基本特性之一。构成膜的脂类在一定温度下可由液晶态转变为晶态或反之。各种膜脂由于其组分不同各有其相变温度。生物膜中脂类的组分较复杂，在生理温度下也有分相现象。在相变温度以上时，液晶态的膜脂宗的是处于流动状态，膜脂分子具不同形式的运动:侧向扩散、旋转运动、翻转运动，还有伸缩震荡运动以及左右摆动等。影响膜脂流动的因素主要来自膜本身的组成成分(如胆固醇的多少、脂肪酸链、不饱和键的含量、链的长度及卵磷脂/鞘磷脂的比值等)以及遗传、环境的理化因素。膜蛋白的运动大致分为侧向扩散和旋转运动。膜蛋白的运动性也受许多因素的影响和限制。膜的流动性对细胞正常功能的进行是必需的。已知的如膜上的酶活性、膜的物质运输、细胞的信息传递、激素、药物的作用等均与膜的流动性相关。在发育中、在细胞周期中膜的流动性有变化，还与农作物的抗寒性有关。 细胞被普遍存在于动物细胞表面，主要由糖脂、糖蛋白(寡糖链与膜脂、膜蛋白共价结合)及蛋白多糖(由多糖链与膜蛋白结合)等组成。在膜中存在的单糖约9种，其中唾液残基位于糖侧链末端是真核细胞的标志。糖脂和糖蛋白的寡糖链通常不足15个糖残基，常低扩散有分支。在不同细胞被内单糖链的糖排列组合是极其多样的。近年已证明，结合质膜的外源凝集素能识别糖脂、糖蛋白的特异寡糖链，介导各种暂时的细胞—细胞粘附，如发炎反应。在细胞被中还有膜抗原，如ABO血型抗原、MN血型抗原等。 四、细胞膜的功能 细胞膜的重要功能之一是通过膜的物质运输。小分子和离子通过膜，主要由膜的运输蛋白来完成;大分子通过膜，则是由膜形成的囊泡进行运输。根据不同物质通过膜的方式可分为被动运输、主动运输和内吞外排3中运输途径。被动运输是物质通过自由扩散(或促进扩散)顺着浓度梯度由高向低扩散，不需要细胞提供能量。参与的运输蛋白分为通道蛋白和载体蛋白。通道蛋白又分为简单的水通道和离子通道。前者能通过水及小的水溶性物质;后者仅能通过离子，有高度选择性，一种通道只允许一种类型的离子通过。它与水孔不同，不是连续开放，是瞬时开放，对特定刺激发生反应时开放。门开关的转换是由于通道蛋白构象的变化，根据控制门开关条件分为配体门通道、电 2 压门通道及压力激活通道。载体蛋白能与一些小的有机分子或离子结合通过膜。载体上的结合点只能与某种物质进行暂时可逆地结合分离，不需ATP提供能量，而是按浓度梯度进行促进扩散，由载体构象变化将物质从膜的一侧运至另一侧。此外，还有离子载体，是小的疏水分子，也按被动运输途径运输途径运输离子。 五、跨膜运输 主动运输与被动运输不同，是物质逆着浓度梯度或电化学梯度由低到高梯度运输需要细胞提供能量。这种运输对保持细胞内的离子成分及输入一些细胞外比细胞内浓度低的物质是不可缺的。主动运输有ATP驱动泵、协同运输器、光驱动泵3种主要方式:?ATP驱动泵，这类泵本身是一种载 +++体蛋白，也是一种ATP酶。，它催化ATP水解提供能量。由于运输溶质不同而分为Na—K泵和Ca ++++++泵等。?协同运输是由Na—K泵泵出Na+所产生和许多细菌质膜无Na—K泵，而有H泵将H +泵出细胞，通过H的电化学梯度，将糖、氨基酸等带入细胞内。?光驱动泵，在一些光合细菌膜上 +++有H泵，由光激活H泵的活性，产生H的电化学梯度驱动溶质进入细胞。 内吞和外排作用，是通过囊泡运输大分子(蛋白质、多核苷酸、多糖等)进出细胞，属主动运输过程。当细胞摄入大分子或颗粒时，被摄入物先附于细胞表面，该处质膜凹陷，然后脱落下来形成小囊泡进入细胞，是为内吞作用。根据形成囊泡的大小和物，分为两种类型:内吞物质如固体物，形成的囊泡较大，称为吞噬作用;若为液体或溶质，形成的囊泡较小，则称为胞饮作用。吞噬作用主要由特化的吞噬细胞进行，该类细胞表面有种与吞噬有关的受体，它能识别抗体。吞噬是一个触发的过程，即由被吞噬物激活表面受体，传递信号到细胞内，发生反应。大部分动物细胞是通过受体介导的内吞作用使许多特定的大分子进入细胞。某种大分子结合到细胞表面受体，该处质膜胞质面有蛋白被形成有被小窝，进一步凹陷、脱落形成有被小囊。这是选择的浓缩机制。通过这种机制使许多物质包括许多基本代谢物、一些激素、一些酶以及一些病毒进入细胞。其中胆固醇是典型的一例。现已知有被小窝和有被小囊的被是由包涵素形成的三叉辐射型单体聚合成网格状结构。由于包涵素分子在胞质面组装促使膜形成小窝。动力蛋白在小窝颈组装成环，环收缩，小窝脱落形成小囊。包被上另一类重要蛋白为接合素，能识别特异的跨膜蛋白受体，并连接到包涵素被。 在漫长的生命进化过程中质膜的出现是一个重要的关键阶段，有了它才确定了细胞为生命单位。质膜最基本的作用是维持细胞内微环境的相对稳定，并与外界环境不断地有选择地进行物质交换、能量和信息传递，对细胞的生存、生长、分裂、分化都至为重要。 3 参考文献:1.细胞生物学,高等教育出版社,刘凌云、薛绍白、柳惠 主编,2004. 2.细胞,C.P.斯旺森，P.L.韦伯斯特 著,科学出版社 3.简明细胞生物学,周竹青 主编,中国农业出版社 4. 细胞生物学,何奕騉，曾宪录 主编,科学出版社,2009 5. 细胞生物学简明教程,黄百渠, 曾宪录 主编,高等教育出版社,2010 6. 细胞的起源,(英)哈利斯(Harris,H.) 著，朱玉贤译 7. 细胞生物学,汪堃仁，薛绍白，柳惠图 主编,北京师范大学出版社,1998 8. 细胞生物学教程,郝水编 著,高等教育出版社,1983.10 9. 细胞生物学精要,曹祥荣 主编,东南大学出版社,2010 10. 细胞与分子生物学基础,陈仁彪，孙岳平 主编(,2版,上海科学技术出版社,2003 4