细胞生物学细胞膜与细胞表面的结构与识别

细胞质膜

简述细胞膜的生理作用

1.限定细胞的范围，维持细胞的形状

2.具有高度选择性，（为半透膜）并能进行主动运输使细胞内外形成不同离子浓度并保持细胞内物质和外界环境之间的必要差别

3.是接受外界信号的传感器，使细胞对外界环境的变化产生适当的反应

4.与细胞新陈代谢、生长繁殖分化及癌变等重要生命活动密切相关

生物膜的化学组成及其特点和意义

构成生物膜的主要成分是脂类和蛋白质。

其中脂类包括磷脂、糖脂和硫脂等，几乎都是两性分子，在水相中磷脂分子亲水的头部朝向水相，疏水的尾部相对，自发排列成疏水双分子层，而且双分子膜一旦破损也能自我闭合。磷脂双分子层的这种自我装配、自我闭合的特点赋予细胞细胞膜对细胞起保护作用，使每一个细胞成为一个相对独立的整体。脂双层分子具有流动性，有利于嵌在膜内的功能蛋白的旋转和转移，便于其发挥相应的作用

细胞膜中的蛋白质多种多样：从组成看有单纯蛋白质、糖蛋白和脂蛋白等。从结合状态看有不同的镶嵌方式；从功能来分，有载体蛋白、受体蛋白和各种酶等。由此保证有控制细胞内外的物质交换的作用和细胞间相互识别以及传递各种信息的作用、感受和传递各种刺激的作用等多种功能，还使细胞具有多样性，保证了不同组织细胞和不同发育时期细胞膜功能的差异性。

生物膜的基本结构特征是什么？与它的生理功能有什么联系？（指导）

生物膜的基本结构特征：1.磷脂双分子层组成生物膜的基本骨架，具有极性的头部和非极性的尾部的脂分子在水相中具有自发形成封闭膜系统的性质，以非极性尾部相对，极性头部朝向水中。这一结构特点为细胞核细胞器的生理活动提供了一个相对稳定的环境，使细胞与外界、细胞器与细胞器之间有了一个界面

2.蛋白质分子以不同的方式镶嵌其中或者结合与表面，蛋白质的类型、数量多少、蛋白质分布的不对称性以及脂分子的协同作用赋予生物膜不同的特性和功能，这些结构有利于物质的选择运输，提供细胞识别位点，为多种酶提供了结合位点，同时参与形成不同功能的细胞表面结构特征。

细胞质膜的基本特征与功能

一、膜的流动性

1.膜脂的流动性

膜脂的流动性主要是指脂分子的侧向运动，它在很大程度上是由脂分子本省的性质决定的，一般来说，脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大。各种膜脂有具有其不同的相变温度，鞘脂的相变温度一般高于磷脂。

膜脂的流动性是生长细胞完成包括生长、增殖在内的多找那个生理功能所必需的，在细菌和动物细胞中常常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度以维持膜脂的流动性。

方法：用荧光素标记磷脂分子

2.膜蛋白的流动性

一系列实验证明了膜蛋白的流动性。荧光抗体免疫标记实验就是其中一个典型的例子。用抗鼠细胞质膜蛋白的荧光抗体（显绿色荧光）和抗人细胞质膜蛋白的荧光抗体（显红色荧

光）分别标记小鼠和人的细胞表面，然后用灭活的仙台病毒介导两种细胞融合，10min后不同颜色的荧光在融合细胞表面开始扩散，40min后已经分辨不出融合细胞表面绿色荧光或红色荧光区域，如果加上不同的滤光片则显示红色荧光或绿色荧光都均匀分布在融合细胞表面，这一实验清楚地显示了与抗体结合的膜蛋白在质膜上的运动。

另外，实验表明，膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运动，不需要细胞代谢产物的参加，也不需要输出能量。

在某些细胞，当荧光抗体标记时间继续延长，已均匀分布在细胞表面的标记荧光会重新排布，聚集在细胞表面的某些部位，即所谓成斑现象，或聚集在细胞的一端，即成帽现象。成斑现象与成帽现象进一步证实了膜蛋白的流动性。

实际上并非所有的膜蛋白都像在体外人-鼠融合细胞质膜上那样运动，在极性细胞中，质膜蛋白被某些特殊的结构如紧密连接限定在细胞表面的某个区域。

用非离子去垢剂处理细胞使细胞膜系统崩解，多数膜蛋白流失，但仍有部分膜蛋白结合在细胞骨架上。细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是影响膜流动性的重要因素。

二、膜的不对称性

膜脂和膜蛋白在生物膜上呈不对称分布：同一种膜脂在脂双层中的分布不同；同一种膜蛋白在脂双层中的分布都有特定的方向或拓扑学特征；糖蛋白和糖脂的糖基部分均位于细胞质膜的外侧

1.膜脂的不对称性：是指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不对称分布，多数磷脂存在于脂双层的内外两侧，但某一侧往往含量高一些，并非均匀分布。

2.膜蛋白的不对称性：所有的膜蛋白，无视是外在膜蛋白还是内在膜蛋白在脂膜上都呈不对称分布。与膜脂不同，膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在脂膜上都有一定的方向性。如细胞表面的受体、膜上载脂蛋白等，都是按照一定的取向传递信号和转运物质。与质膜相关的酶促反应也都发生在膜的某一侧面，特别是质膜上的糖蛋白或者是糖脂，其糖残基均分布在脂膜的ES面，它们与细胞外的胞外基质，以及生长因子、凝集素和抗体等相互作用，如人的ABO血型抗原。

各种生物膜的特征及其生物学功能主要是由膜蛋白来决定的，膜蛋白的不对称性是在它们合成时就已经决定，在随后的一系列转运过程中其拓扑学结构湿重保持不变直至蛋白质降解，而不会像膜脂那样发生翻转运动。膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。

细胞质膜的基本功能

细胞质膜作为细胞内外边界，与内膜系统相比其结构更加复杂，功能更为多样。细胞质膜的主要功能概括如下：

1.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境

2.选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排除，其中伴随着能量物质的传递

3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传导；病毒等病原微生物识别和侵染特异

4.介导细胞与细胞、细胞与胞外基质之间的连接

5.为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序的进行

6.质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构

7.膜蛋白的异常与某些传染病、恶性肿瘤、自身免疫病甚至神经退行性疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。