Topic 1.3 Membrane Structure 膜結構
重要知識點回顧：
- 細胞膜的結構，磷脂層phospholipid layers如何排布
- 膜蛋白的種類和功能
- 膽固醇在動物細胞膜中的重要性
- 怎麼用流動鑲嵌模型fluid mosaic model來解釋細胞膜的結構特徵
Important features of a membrane
磷脂組分 Phospholipid component
細胞膜主要由磷脂構成。磷脂磷酸頭（phosphate head）和脂肪尾（lipid tail）組成。這種組成導致磷脂是雙親性（amphipathic）。對於細胞膜，還有另外兩個名詞需要明確，親水（hydrophilic）分子和疏水（hydrophobic）分子。
- 親水分子：磷脂的phosphate group呈親水性，出現在富含水環境的膜外面 water loving
- 疏水分子：磷脂的fatty acids呈疏水性（repel water），出現在沒有水的膜內部 water hating
為了能夠隔絕尾部和水的接觸，細胞膜是由兩層磷脂分子構成，把頭部暴露在與水接觸的面。（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.）
分子由於部分帶電導致親水的現象也稱極性（polar），在看到hydrophilic時可以等價polar這個term，hydrophobic則等價nonpolar。
蛋白質組分 Protein components
細胞膜的蛋白質是球蛋白（globular protein），有兩種類型：
- Integral protein：部分或全部包埋在磷脂雙分子層中，這類型蛋白質是amphipathic分子
- Peripheral protein：連在磷脂雙分子層的任意一邊，這類型蛋白質是不含疏水區域，因為不貫穿膜
不同類型細胞的細胞膜因為有不同蛋白質分子的附著，表現出不一樣的功能。在下一節講到細胞膜的選擇透過性時，蛋白質對這個功能起著重要作用。
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
碳水化合物組分 Carbohydrate components
分佈在細胞膜外側，主要是一些短的多糖分子（short-chain polysaccharide）。這些糖鏈有時會與蛋白質連接形成糖蛋白（glycoprotein），有時與脂肪連接形成糖脂（glycolipid）。
膽固醇 Cholesterol
膽固醇在細胞膜中的作用是調節磷脂層的流動性（flexibility）。（help buffer the fluidity of the membrane）
- 使細胞膜更穩定
- 使細胞膜在胞吞胞吐（endocytosis，exocytosis）時可以pinch in and out
- 限制極性分子的進出膜，因為膽固醇是非極性分子
Fluid mosaic model explain a membranes properties
關於細胞膜結構的研究，根據觀察到的現象前後有多種模型被推導出來。
- Danielli and Davson提出的模型是蛋白質均勻分佈於磷脂雙分子層的內外兩側，膜上有孔洞供物質進出
- Singer and Nicholson根據更多的證據提出了fluid mosaic model，是現在大家所認同的（1972年）
- 由於磷脂的雙親性特徵，細胞膜非常穩定，fluid mosaic model中的fluid指的是單個的磷脂分子可以在細胞膜中變換位置，這個通過熒光染色（fluorescent dyes）可知
- Mosaic的意思指的是蛋白質和膽固醇的其他物質嵌合在磷脂雙分子層中。
*考試的時候要會畫出細胞膜的二維結構。
練習題
Quiz on 1.3 Membrane Structure
- 鏈接為Google Forms形式的8道練習題，做完提交後會顯示分數和正確答案。
- 習題副本如有需要請在末尾選擇「Send me a copy of my responses.」，系統會發送到你填寫的郵箱。
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.
拓展視頻(TED-ED)：
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