细胞膜的概念与定位
细胞膜有几个等效的名称:胞质膜和质膜。在国家统一考试(ЕГЭ)的回答中使用这些术语中的任何一个都被认为是正确的。
在真核生物(动物、植物、真菌)中,细胞的外被结构各不相同。植物和真菌细胞在膜的外侧有一层细胞壁,可提供抗机械损伤的保护。而动物细胞没有细胞壁——其外边界正是细胞质膜,外侧包裹着一层糖萼。
膜的化学组成与结构
膜的基础是双脂层——两排脂质分子,主要是磷脂。每个磷脂分子包含:
- 亲水头部——面向水环境的极性部分;
- 疏水尾部——隐藏在双层内部的非极性区域。
蛋白质嵌入双层结构中,还有赋予膜稳定性的胆固醇分子。碳水化合物占膜质量的10%——它们是糖蛋白(糖类 + 蛋白质)和糖脂(糖类 + 脂质)的组成部分。位于动物细胞膜外侧的碳水化合物“触角”构成了糖萼层。
膜蛋白的分类
根据其在双层结构中的相对位置,蛋白质可分为三类:
- 周围蛋白(外周蛋白)——位于膜表面;
- 半整合蛋白——部分嵌入双层中;
- 整合蛋白(跨膜蛋白)——贯穿整个双层。
跨膜蛋白尤为重要:它们形成通道,使亲水物质能够穿过疏水层。膜蛋白的功能多种多样:
- 选择性地将物质转运进出细胞;
- 传递激素信号;
- 在胞吞和胞吐过程中形成有孔小窝;
- 参与免疫反应;
- 不改变底物成分的前提下加速反应的酶促作用;
- 作为组织和器官的组成部分组织细胞间连接。
碳水化合物成分与糖萼
膜的寡糖在动物细胞外侧形成糖萼层。其主要作用是受体功能:实现细胞间的相互识别。例如,肝细胞(肝细胞)借助糖萼识别“同类”并形成统一的组织。糖蛋白和糖脂还确保对信号分子的识别。
物质的被动运输
被动运输顺浓度梯度进行(从高浓度区域到低浓度区域),且不需要消耗 ATP 能量。它包括:
- 简单扩散——脂溶性小分子非极性分子的转运:O₂、CO₂。
- 协助扩散——在载体蛋白参与下顺浓度梯度的运输;葡萄糖、氨基酸、水和其他亲水物质就是这样通过的。
- 渗透作用——水通过半透膜单向扩散到浓度更高的溶液中,以均衡浓度。
主动运输、胞吞与胞吐
主动运输逆浓度梯度进行,并需要消耗ATP 能量。它由载体酶完成,典型例子是钠钾泵:K⁺ 被泵入细胞内,Na⁺ 被排出细胞外。
胞吞作用——细胞通过膜的内陷摄取物质:
- 吞噬作用——摄取固体颗粒;形成的液泡与溶酶体融合,其水解酶将生物聚合物分解为单体;
- 胞饮作用——摄取含有溶解物质的液体。
胞吐作用——将物质排出细胞:转运小泡与细胞质膜融合,内容物释放到外部。消化酶、激素、细胞壁成分(例如植物中的半纤维素)就是这样分泌的。
细胞质膜的功能
- 运输功能——确保物质的主动和被动转运;
- 屏障(分隔)功能——将细胞质内容物与外部环境隔开;
- 半透性——根据分子的大小和性质选择性地通透分子;
- 受体功能——借助糖蛋白和糖脂识别物质和细胞;
- 接触功能——在组织中形成细胞间连接。
关键要点
- 同义词:细胞膜 = 细胞质膜 = 质膜。
- 膜的基础是由具有亲水头部和疏水尾部的磷脂构成的双脂层。
- 膜蛋白分为外周蛋白、半整合蛋白和整合蛋白。
- 动物细胞的糖萼发挥受体功能并确保细胞识别。
- 被动运输(扩散、协助扩散、渗透)顺浓度梯度进行,不消耗 ATP。
- 主动运输(例如 Na⁺/K⁺ 泵)逆浓度梯度进行,消耗 ATP。
- 胞吞包括吞噬和胞饮;胞吐确保物质的分泌。
- 膜的主要功能:运输、屏障、受体和接触。