细胞膜的构造

細胞膜的構造


任何物质进出细胞必须经过细胞膜,其构造宽度约是5~10奈米(nm),想打开物质如何出入细胞的真相必须藉由电子显微镜观察细胞膜的结构后,才能真相大白。

辛格(Singer)和尼克森(Nicolson)于1972年提出流体镶嵌模型 (Fluid Mosaic Model),说明细胞膜是由双层脂膜(lipid bilayer)合而为一构成的单层生物膜。双层脂膜(如下附图)的外面两层是具有极性的亲水性磷脂质 (phospholipid)头部(各约1.5奈米),中间是非极性的厌水性(亲油性)脂肪酸尾端(约3奈米),磷脂质分子间有约0.5奈米的空隙,是种流体式的动态平衡,物质可以在膜上移动或聚合。利用冷冻断裂分析法 (Freeze-Fracture Analysis)可以发现细胞膜上有蛋白质、脂质和少数醣类镶嵌在脂双层中,由于种种细胞膜的特殊构造而形成其选择性通透 (selective permeability ) 的特性。

细胞膜上的蛋白质称为膜蛋白 (membrane protein),依其型态可分为嵌入蛋白 ( integral protein )–会嵌入或贯穿脂双层;周边蛋白质(peripheral protein)–位于细胞膜外或细胞质内;附脂蛋白(lipid-anchored protein)–附着于双层膜内脂肪酸上。膜蛋白的功能有的是能接收荷尔蒙或环境等讯息,引发反应者称为接受蛋白 ( recerptor protein);有的作为酵素(enzyme)可催化反应;有的可作为运输蛋白(transport proteins),其中如果具有相当的缝隙可以容许一些特定的分子或离子通过者,则称为通道蛋白(channel protein),例如水通道及离子通道;其中若必须先和被输送的物质结合,然后造成膜蛋白质分子结构变化,而再由此蛋白质分子的缝隙而到转送至细胞膜的另一侧者,则称为载体蛋白(或称携带蛋白,carrier protein)。膜蛋白运送的物质都具有专一性,也有饱和度的限制。膜蛋白外侧若有寡糖(oligosacharide)附着者称为膜醣蛋白(或称醣蛋白,glycoprotein),有辨识功能,可提供免疫系统辨别自身或外来细胞的依据。

细胞膜上的脂类统称为膜脂 (membrane lipid),主要有磷脂质、胆固醇和醣脂。膜脂是构成细胞膜的基本骨架,约占膜的50%。磷脂质具有极性亲水性的头和非极性厌水性的尾,是构成细胞膜的主要物质外,还可作为防止水溶性物质自由进出的屏障。胆固醇(cholesterol)紧密穿插于双层脂膜中(注:细菌与大多植物细胞膜缺乏胆固醇,由植物醇替代)可以降低膜的流动性并维持细胞膜的形状。醣脂普遍存在生物细胞膜上但并含量不高,可作为细胞膜上的受体,例如有一种醣脂–神经节苷脂含有唾液酸(Sialic acid)是流感病毒在黏液细胞中的的受体,也可以阻止病菌入侵,例如脑神经细胞、颌下腺黏蛋白、母乳中则含量较高。

细胞膜上的醣类统称为膜醣 (membrane carbohydrate),主要是短链的寡糖。寡糖键结于膜蛋白者称为膜醣蛋白(glycoprotein)可当作细胞的标誌(marker)及细胞间的黏着及辨识等。例如疱疹病毒外套膜(envelope)上的醣蛋白可以诱发宿主合成抗体,是目前疫苗研发的主要标的抗原。寡糖若附着于膜上的脂肪则称为醣脂(glycolipid),其功能于膜脂已详述。

细胞膜的构造


图片来源
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=File:Cell_membrane_detailed_diagram_zh.svg&variant=zh-tw

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