第4章(學案) 細胞的物質輸入和輸出 閱讀探究
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細胞膜的化學組成及跨膜運輸
細胞膜及其他膜結構主要由脂質、蛋白質和糖類等物質組成；盡管不同來源的膜中各種物質的比例和組成有所不同，但一般是以蛋白質和脂質為主，糖類只占極少量。如以重量計算，膜中蛋白質約為脂質的1~4倍不等，但蛋白質的分子量比脂質大得多，故膜中脂質的分子數反較蛋白質分子數多得多，至少超過蛋白質分子數100倍以上。
脂質的熔點較低，這決定了膜中脂質分子在一般體溫條件下是呈液態的，即膜具有某種程度的流動性。脂質雙分子層在熱力學上的穩定性和它的流動性，能夠說明何以細胞可以承受相當大的張力和外形改變而不致破裂，而且即使膜結構有時發生一些較小的斷裂，也可以自動融合而修復，仍保持連續的雙分子層的形式。觀察一下體內某些吞噬細胞通過毛細血管壁內皮細胞間隙時的變形運動和紅細胞通過纖細的毛細血管管腔時被扭曲而不破裂的情況，便會對細胞膜的可變性和穩定性有深刻的印象。
膜結構中的蛋白質，具有不同的分子結構和功能。生物膜所具有的各種功能，在很大程度上決定于膜所含的蛋白質；細胞和周圍環境之間的物質、能量和信息交換，大都與細胞膜上的蛋白質分子有關。由于脂質分子層是液態的，鑲嵌在脂質層中的蛋白質是可移動的，即蛋白質分子可以在膜脂分子間橫向漂浮移位；不同細胞膜中的不同蛋白質分子的移動和所在位置，存在著精細的調控機制。例如，骨骼肌細胞膜中與神經肌肉間信息傳遞有關的通道蛋白質分子，通常都集中在肌細胞膜與神經末梢分布相對應的那些部分；而在腎小管和消化管上皮細胞，與管腔相對的膜和其余部分的膜中所含的蛋白質種類大不相同，說明各種功能蛋白質分子并不都能在所在的細胞膜中自由移動和隨機分布，而實際存在著的有區域特性的分布，顯然同蛋白質完成其特殊功能有關。膜內側的細胞骨架可能對某種蛋白質分子局限在膜的某一特殊部分起著重要作用。
細胞膜所含糖類甚少，主要是一些寡糖和多糖鏈，它們都以共價鍵的形式和膜脂質或蛋白質結合，形成糖脂和糖蛋白；這些糖鏈絕大多數是裸露在膜的外面一側的。這些糖鏈的意義之一在于以其單糖排列順序上的特異性，可以作為它們所結合的蛋白質的特異性的“標志”。例如，有些糖鏈可以作為抗原決定簇，表示某種免疫信息；有些是作為膜受體的“可識別性”部分，能特異地與某種遞質、激素或其他化學信號分子相結合。如人的紅細胞abo血型系統中，紅細胞的不同抗原特性就是由結合在膜脂質的鞘氨醇分子上的寡糖鏈所決定的，a型抗原和b型抗原的差別僅在于此糖鏈中一個糖基的不同。
既然膜主要是由脂質雙分子層構成的，那么理論上只有脂溶性的物質才有可能通過它。但事實上，一個進行著新陳代謝的細胞，不斷有各種各樣的物質（從離子和小分子物質到蛋白質等大分子，以及團塊性固形物或液滴）進出細胞，包括各種供能物質、合成細胞新物質的原料、中間代謝產物和終產物、維生素、氧和二氧化碳，以及na+、k+、ca2+離子等。它們理化性質各異，且多數不溶于脂質或其水溶性大于其脂溶性。這些物質中除極少數能夠直接通過脂質層進出細胞外，大多數物質分子或離子的跨膜運輸，都與鑲嵌在膜上的各種特殊的蛋白質分子有關；至于一些團塊性固態或液態物質的進出細胞（如細胞對異物的吞噬或分泌物的排出），則與膜的更復雜的生物學過程有關，其主要方式是胞吐和胞吞。