細胞生物膜的結構和組成

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介紹和歷史

膜是每個活細胞的重要組成部分，它將細胞與其外部環境隔開，並阻止分子自由移動。細胞膜的發現歸功於17世紀Robert Hooke和Anton van Leeuwenhoek的實驗，他們首次在顯微鏡下觀察到細胞和細菌。

在19世紀，研究人員發現細胞周圍有一層薄薄的物質，後來被稱為細胞膜。

細胞膜結構和組成的概念在20世紀初開始成形，當時E. Gorter和F. Grendel提出了脂雙層模型。後來，J. D. Robertson和J. E. Bangham開發了一個更詳細的模型，該模型如今被廣泛接受為流體鑲嵌模型。

膜的結構和組織

• 生物膜由脂雙層組成，脂雙層是由雙層脂質分子組成的，它可以阻止分子自由移動。

• 脂雙層由兩層磷脂組成，磷脂是兩親性分子，具有親水頭部和疏水尾部。

• 磷脂排列方式是其親水頭部朝向水性環境外側，疏水尾部朝向彼此內側。

• 這形成了一個疏水屏障，阻止極性分子（如離子、糖）自由穿過膜。

• 脂雙層中還散佈著蛋白質，這些蛋白質嵌入脂雙層中或附著在其表面。

• 蛋白質在膜的功能中發揮著多種作用，例如分子的運輸、訊號傳導和細胞粘附。

生物膜是如何形成的？

• 生物膜由各種型別的脂類、蛋白質和碳水化合物組成。膜的組成取決於細胞型別及其功能。

• 膜中的脂類主要是磷脂，磷脂是具有極性頭部和非極性尾部的兩親性分子。

• 膜中的磷脂排列成雙層結構，其極性頭部朝外，非極性尾部朝內。

• 磷脂的非極性尾部透過疏水相互作用相互吸引，這為膜提供了疏水屏障。

• 膜蛋白嵌入脂雙層中或附著在其表面。蛋白質主要負責膜的功能，例如分子的運輸、訊號傳導和細胞粘附。

生物膜的功能

細胞屏障

生物膜充當細胞與其外部環境之間的屏障，將細胞內部與外部隔開。此屏障選擇性地允許某些分子（如營養物質和廢物）透過，同時阻止其他分子（如毒素和病原體）進入。

細胞訊號傳導

生物膜包含充當化學和電訊號傳遞受體和通道的蛋白質。這些訊號使細胞能夠彼此通訊並協調其活動，例如在發育、免疫反應和神經系統功能期間。

分子的運輸

生物膜包含促進分子跨膜運輸的蛋白質，例如離子、營養物質和廢物。此過程透過各種機制發生，例如被動擴散、易化擴散和主動運輸。

能量產生

生物膜參與能量產生過程，例如植物的光合作用和動物的細胞呼吸。葉綠體和線粒體的膜特別適合促進這些細胞器的能量產生過程。

細胞粘附

生物膜包含使細胞能夠彼此粘附形成組織和器官的蛋白質。這些蛋白質對於維持組織結構至關重要，例如皮膚、腸道和血管。

膜運輸

生物膜在分子和細胞器的細胞內運輸中起著至關重要的作用。此過程涉及膜的融合和裂變，對於各種細胞功能至關重要，例如蛋白質分泌、囊泡運輸和內吞作用。

常見問題

問1. 生物膜的主要成分是什麼？

答：生物膜的主要成分是脂類、蛋白質和碳水化合物。

問2. 生物膜是如何形成的？

答：生物膜是透過脂類的自組裝形成的，脂類會自發地排列成雙層結構。

問3. 膽固醇在生物膜中的作用是什麼？

答：膽固醇有助於調節生物膜的流動性，使其更穩定，並且對某些分子的通透性更低。

問4. 膜蛋白和外周蛋白有什麼區別？

答：膜蛋白嵌入膜的脂雙層中，而外周蛋白只是鬆散地附著在膜的表面。

問5. 細胞如何維持其生物膜的不對稱性？

答：細胞利用各種機制（例如脂質轉運蛋白和膜酶）來維持其生物膜的不對稱性。

問6. 膜轉運蛋白在生物膜中的作用是什麼？

答：膜轉運蛋白促進分子跨生物膜的運輸，例如離子、營養物質和廢物。

問7. 水通道蛋白在生物膜中的作用是什麼？

答：水通道蛋白是促進水跨生物膜運輸的膜蛋白，使細胞能夠維持其水分平衡。

問8. 糖萼在生物膜中的作用是什麼？

答：糖萼是覆蓋生物膜表面的碳水化合物層，參與各種功能，例如細胞粘附、訊號傳導和保護。

問9. 生物膜中膜筏的作用是什麼？

答：膜筏是生物膜中富含某些脂類和蛋白質的特殊區域，它們在各種功能中發揮作用，例如細胞訊號傳導、膜運輸和病原體入侵。