生物膜系统中,膜的相互关系是什么? 生物膜系统中,膜的相互关系是什么?

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细胞是生物体结构和功能的基本单位,人们对许多生命现象的探索都要深入到细胞中寻求解答.细胞生物学的发展十分迅速,特别是20世纪后半叶,在生物膜、细胞骨架、细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡与衰老、染色体结构和功能、细胞信号转导、细胞工程等研究领域取得了许多振奋人心的成就.本章选择生物膜系统和细胞工程作为代表,简要介绍细胞生物学在理论研究和应用方面的重要进展.
细胞的生物膜系统
细胞就像一台复杂而精巧的生命机器,各个部件虽然作用不同,但是衔接得非常巧妙,因而整台机器能够灵活运转.细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等细胞器,就是这台“机器”中一些功能相关的“部件”,它们都由膜构成,这些膜的化学组成相似,基本结构大致相同,统称为生物膜.

各种生物膜在结构上的联系
细胞内的各种生物膜在结构上存在着直接或间接的联系.内质网膜与外层核膜相连,内质网腔与内、外两层核膜之间的腔相通,外层核膜上附着有大量的核糖体(如图).内质网与核膜的连通,使细胞质和核内物质的联系更为紧密.在有的细胞中,还可以看到内质网膜与细胞膜相连.内质网膜与线粒体膜之间也存在一定的联系.线粒体是内质网执行功能时所需能量的直接“供应站”,在合成旺盛的细胞里,内质网总是与线粒体紧密相依,有的细胞的内质网膜甚至与线粒体的外膜相连.
虽然高尔基体与内质网在结构上没有直接相通,但是当附着有核糖体颗粒的内质网膜连接到高尔基体膜上时,内质网膜常常失去核糖体,变成光滑的、无颗粒的膜,与高尔基体的膜极为相似.许多科学家认为,在细胞进化的过程中,高尔基体是由内质网转变而来的.
高尔基体膜在厚度和化学组成上介于内质网膜和细胞膜之间.在活细胞中,这三种膜是可以互相转变的.内质网膜通过“出芽”的形式,形成具有膜的小泡,小泡离开内质网,移动到高尔基体,与高尔基体膜融合,小泡膜成为高尔基体膜的一部分.高尔基体膜又可以突起,形成小泡,小泡离开高尔基体,移动到细胞膜,与细胞膜融合,成为细胞膜的一部分.细胞膜也可以内陷形成小泡,小泡离开细胞膜,回到细胞质中.由此可以看出,细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性.
生物膜的化学组成 细胞内的各种生物膜不仅在结构上相互联系,它们的化学组成也大致相同.与细胞膜类似,其他生物膜也主要由蛋白质、脂类和少量的糖类组成.但是在不同的生物膜中,这三种物质的含量是有差别的(如下表).

生物膜 人红细胞膜 大鼠肝细胞核膜 内质网膜

蛋白质 49 59 67
脂类 43 35 33
糖类 8 2.9 含量很少
（质量分数 /%）
生物膜 线粒体外膜 线粒体内膜
蛋白质 52 76
脂类 48 24
糖类 含量很少 含量很少

各种生物膜在功能上的联系
科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时,曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸,3min后,被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中,17min后,出现在高尔基体中,117min后,出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中,以及释放到细胞外的分泌物中(如图).这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后,是按照内质网→高尔基体→ 细胞膜的方向运输的.

在核糖体上合成的分泌蛋白,为什么要经过内质网和高尔基体,而不是直接运输到细胞膜呢?进一步的研究表明,在核糖体上翻译出的蛋白质,进入内质网腔后,还要经过一些加工,如折叠、组装、加上一些糖基团等,才能成为比较成熟的蛋白质.然后,由内质网腔膨大、出芽形成具膜的小泡,包裹着蛋白质转移到高尔基体,把蛋白质输送到高尔基体腔内,做进一步的加工.接着,高尔基体边缘突起形成小泡,把蛋白质包裹在小泡里,运输到细胞膜,小泡与细胞膜融合,把蛋白质释放到细胞外(如图).在分泌蛋白的合成、加工和运输的过程中,需要大量的能量,这些能量的供给,来自于细胞内的“动力站”——线粒体,线粒体内膜上含有大量的与有氧呼吸有关的酶.由此可见,细胞内的各种生物膜不仅在结构上有一定的联系,在功能上也是既有明确的分工,又有紧密的联系.各种生物膜相互配合,协同工作,才使得细胞这台高度精密的生命机器能够持续、高效地运转.
生物膜系统的概念
通过前面的介绍,我们可以看出,细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器,在结构和功能上都是紧密联系的统一整体,它们形成的结构体系,叫做细胞的生物膜系统.
物质通过细胞膜的运输方式有哪几种?参考答案
细胞的生物膜系统在细胞的生命活动中起着极其重要的作用.首先,细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境,同时在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换和信息传递的过程中也起着决定性的作用.第二,细胞的许多重要的化学反应都在生物膜内或者膜表面进行.细胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点,为各种化学反应的顺利进行创造了有利条件.第三,细胞内的生物膜把细胞分隔成一个个小的区室,如各种细胞器,这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应,而不会相互干扰,保证了细胞的生命活动高效、有序地进行.