Topic 1.3 Membrane Structure 膜结构
重要知识点回顾：
- 细胞膜的结构，磷脂层phospholipid layers如何排布
- 膜蛋白的种类和功能
- 胆固醇在动物细胞膜中的重要性
- 怎么用流动镶嵌模型fluid mosaic model来解释细胞膜的结构特征
Important features of a membrane
磷脂组分 Phospholipid component
细胞膜主要由磷脂构成。磷脂磷酸头（phosphate head）和脂肪尾（lipid tail）组成。这种组成导致磷脂是双亲性（amphipathic）。对于细胞膜，还有另外两个名词需要明确，亲水（hydrophilic）分子和疏水（hydrophobic）分子。
- 亲水分子：磷脂的phosphate group呈亲水性，出现在富含水环境的膜外面 water loving
- 疏水分子：磷脂的fatty acids呈疏水性（repel water），出现在没有水的膜内部 water hating
为了能够隔绝尾部和水的接触，细胞膜是由两层磷脂分子构成，把头部暴露在与水接触的面。（The combination of both the hydrophilic and hydrophobic properties of phospholipids promotes the rapid formation of phospholipid bilayers when they are placed into aqueous solutions.）
分子由于部分带电导致亲水的现象也称极性（polar），在看到hydrophilic时可以等价polar这个term，hydrophobic则等价nonpolar。
蛋白质组分 Protein components
细胞膜的蛋白质是球蛋白（globular protein），有两种类型：
- Integral protein：部分或全部包埋在磷脂双分子层中，这类型蛋白质是amphipathic分子
- Peripheral protein：连在磷脂双分子层的任意一边，这类型蛋白质是不含疏水区域，因为不贯穿膜
不同类型细胞的细胞膜因为有不同蛋白质分子的附著，表现出不一样的功能。在下一节讲到细胞膜的选择透过性时，蛋白质对这个功能起著重要作用。
主要的功能有：
- Cellular adhesion
- Cell to cell communication
- Hormone binding sites
- Immobilized enzymes
- Channels for passive transport
- Pump for active transport
碳水化合物组分 Carbohydrate components
分布在细胞膜外侧，主要是一些短的多糖分子（short-chain polysaccharide）。这些糖链有时会与蛋白质连接形成糖蛋白（glycoprotein），有时与脂肪连接形成糖脂（glycolipid）。
胆固醇 Cholesterol
胆固醇在细胞膜中的作用是调节磷脂层的流动性（flexibility）。（help buffer the fluidity of the membrane）
- 使细胞膜更稳定
- 使细胞膜在胞吞胞吐（endocytosis，exocytosis）时可以pinch in and out
- 限制极性分子的进出膜，因为胆固醇是非极性分子
Fluid mosaic model explain a membranes properties
关于细胞膜结构的研究，根据观察到的现象前后有多种模型被推导出来。
- Danielli and Davson提出的模型是蛋白质均匀分布于磷脂双分子层的内外两侧，膜上有孔洞供物质进出
- Singer and Nicholson根据更多的证据提出了fluid mosaic model，是现在大家所认同的（1972年）
- 由于磷脂的双亲性特征，细胞膜非常稳定，fluid mosaic model中的fluid指的是单个的磷脂分子可以在细胞膜中变换位置，这个通过荧光染色（fluorescent dyes）可知
- Mosaic的意思指的是蛋白质和胆固醇的其他物质嵌合在磷脂双分子层中。
*考试的时候要会画出细胞膜的二维结构。
练习题
Quiz on 1.3 Membrane Structure
- 链接为Google Forms形式的8道练习题，做完提交后会显示分数和正确答案。
- 习题副本如有需要请在末尾选择「Send me a copy of my responses.」，系统会发送到你填写的邮箱。
Short answer question
- Draw a labelled diagram to show the fluid mosaic structure of a plasma membrane, indicating the hydrophilic and hydrophobic regions. [5 marks]
Reference:
Clegg, C. Biology for the IB Diploma (2nd ed.). Hodder Education.
拓展视频(TED-ED)：
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