1.3.1 细胞膜的结构和功能
2024年11月8日约 1660 字大约 6 分钟
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。
一、细胞膜的功能
1、将细胞与外界环境分隔开（屏障作用）
- (1)对于原始生命，膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。
- (2)细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定。
2、控制物质进出细胞
- (1)细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞；细胞不需要的物质不容易进入细胞。
- (2)抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外；细胞内有用的成分却不会轻易流失到细胞外。
结论：活的细胞膜的功能特点是选择透过性。
提示
鉴定动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液，原理是：由于细胞膜具有选择透过性，活细胞不能被台盼蓝染色，死细胞能被染成蓝色。
- (3)细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入，有些病毒、病菌也能侵入细胞。
3、进行细胞间的信息交流
- (1)内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。
- (2)相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。如精子和卵细胞之间的识别和结合。
- (3)相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。如高等植物细胞间的胞间连丝。
二、对细胞膜成分的探索
1、1895年，欧文顿：
- 实验现象：溶于脂质的物质容易穿过细胞膜。
- 提出假说：细胞膜的主要组成成分中有脂质。
2、科学家对脂质成分的验证
- 20世纪初，科学家利用哺乳动物成熟红细胞，制备纯净细胞膜。化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多。
提示
哺乳动物成熟红细胞除细胞膜外，不含有其它膜性结构。
3、由磷脂分子“头部亲水尾部疏水”的特性，提出假说：细胞膜中的磷脂分子呈双层排列。
4、1925 年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔
- 实验：用丙酮从人的成熟红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。
- 结论：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
5、1935年，英国学者丹尼利和戴维森
- 实验：研究细胞膜的张力，发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。而此时，人们已发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。
- 推测：细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
6、对细胞膜成分的研究发现，脂质约占细胞膜总质量的50%，蛋白质约占40%，糖类占2%~10%。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。
三、对细胞膜结构的探索
1、1959年，罗伯特森
- 实验：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
- 模型：细胞膜由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成（三明治模型）。
2、20世纪60年代以后，质疑静态模型
- 理由：如果细胞膜是静态的，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。
- 推测：质疑细胞膜是静态的观点，细胞膜应该能够流动。
3、1970年， 科学家进行荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验
- 实验：将小鼠细胞和人细胞融合，并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子。刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37 ℃下经过40 min，两种颜色的荧光均匀分布。
- 结论：细胞膜具有流动性。
4、1972年，辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型。
四、流动镶嵌模型的基本内容
1、基本内容
(1)磷脂双分子层是膜的基本支架
- 磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
(2)蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中
- 有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。功能越复杂的膜，蛋白质的含量越多。
(3)膜具有流动性(结构特性)
- 主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。膜的流动性对于膜执行功能非常重要。
2、糖被及其功能
在细胞膜（其他膜暂不考虑）的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫做糖被，与细胞表面的识别、与细胞间的信息传递等功能有密切关系。
五、细胞膜的成分结构与功能相适应
- 1、将细胞和外界环境分开：磷脂双分子层——屏障作用
- 2、控制物质进出细胞：膜转运蛋白（细胞膜上起运输作用的蛋白质——主要）和磷脂双分子层（允许弱极性或无极性分子以及极性小分子穿过，阻止离子和强极性分子通过）
- 3、进行细胞间的信息交流：糖被