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膜蛋白,通常是指細胞膜上的蛋白,約佔細胞膜成分的30%,包括有以下幾種:

外周膜蛋白、整合膜蛋白和脂錨定膜蛋白

外周膜蛋白是被疏水作用「按」在膜上的,很容易被外力破壞脫離;整合膜蛋白是通過共價鍵連在質膜上的,本質是在翻譯的過程中就進行了穿膜,整合到了膜裡面,如G蛋白偶聯受體就是典型的七次穿膜蛋白——如下圖:

SRP抓住正在翻譯的肽鏈「塞進」膜裏

而脂錨定膜蛋白是這樣的(注意是與脂錨定而不是用脂錨定):

三種錨定方式

載體蛋白離子通道是細胞膜表面蛋白質輔助物質運輸(非自由擴散)的主要方式,這兩種蛋白統稱膜轉運蛋白,都屬於整合膜蛋白——載體蛋白又稱通透酶,分為可動離子載體(不依賴ATP)、ATP泵偶聯運輸泵(伴隨運輸)、光碟機動泵四種,後三種屬於主動運輸,第一種屬於協助擴散;

通道蛋白和載體蛋白介導擴散的區別

四種ATP驅動泵

離子通道介導的膜轉運都屬於協助擴散,根據激活方式,它們分為水孔蛋白、配位門通道、電位門通道、壓力激活通道四種,分別起到運輸水、陰陽離子、感受電位變化、感受離子濃度的作用;(水孔蛋白只是個疏水的「圓筒」)

三種門通道

顯而易見,還有一些載體蛋白是定位在細胞內的生物膜而非細胞質膜上的,尤其是線粒體葉綠體中,有著大量的ATP合酶(F型離子泵)用於ATP的合成。

糖蛋白是蛋白質在內質網和高爾基體上發生糖基化的產物,高中課本上指出膜表面受體大多是糖蛋白,這句話本身是正確的,但並不是隻有細胞膜表面有糖蛋白也不是所有細胞膜表面的蛋白都是糖蛋白——糖基化過程如下圖所示:

這是在內質網上以多萜醇為載體將糖基連到蛋白質天冬醯胺位點的氨基上

這是在高爾基體上進行的糖基化,注意看糖基化的意義

比如IgG(抗體),血凝素等蛋白,需要進行糖基化後才能正確摺疊,如果把他們定義為糖蛋白,很顯然他們不屬於膜蛋白、載體蛋白、受體蛋白其中的任意一種。

受體蛋白如前文所述,在內質網上進行了多次穿膜及糖基化,高爾基體上進行進一步修飾後通過囊泡轉移到細胞質膜上,它們通常是這樣的:

GPCR,圖片來自維基百科

受體蛋白在細胞接受外界信號(第一信使)並激活下游通路產生第二信使乃至第三信使的過程中扮演著重要角色,它們有的固定在細胞質膜上、還有的位於葉綠體、線粒體以及內質網膜上(這裡面就要提到內質網上重要的鈣離子門通道在細胞凋亡中的重要角色),甚至有的位於細胞核內——比如許多脂溶性激素。

兩種轉導途徑

下圖為細胞表面受體及其產生的第二信使,這些都屬於膜表面的受體;


主要參考了翟中和的《細胞生物學》和部分出自教學PPT的圖片。


從代謝的角度略述。

生物體的最基本特徵是新陳代謝。

新陳代謝是生物體與環境交換物質與能量的過程。

除外無獨立代謝功能的病毒之外,最小的生物體就是細胞了。

故而代謝亦為活細胞的基本功能。

新陳代謝之所以能由「新」代謝為「陳」,其本質是在細胞內液中發生的一系列酶促生化反應。

細胞內液主要的成分是水,根據相似相溶原理,自然其大部分成分需要以水溶物的形式存在。

而活細胞不想脫水的話,就不能直接跟空氣接觸,以免細胞內液蒸發。所以細胞要生活在水中,是為細胞外液,因其為細胞在體內的直接生存環境,故而細胞外液亦稱內環境。這樣要蒸發也是先蒸發內環境的水分,只要生物體及時補水,保持水平衡,則細胞無缺水之虞。

與細胞內液道理相同,細胞外液的大部分成分也要以水溶物形式存在,以防因相似相溶機制形成脂栓,即便是必需的脂溶物,也要改造成水溶物。脂類以脂蛋白的形式運輸、氧氣以氧合血紅蛋白的形式運輸、二氧化碳以碳酸氫鹽的形式運輸,都是典型的例子。

細胞膜的最基本存在意義是作為屏障保護細胞內容物。所以細胞膜的基本結構是由雙性分子磷脂形成的雙分子層夾心餅乾——兩面水化層使其穩定存在於細胞內液與細胞外液之間,中間的脂溶部分有效阻隔水溶物自由通透,以維持細胞內液與細胞外液的差異。或者說,細胞膜就是細胞這種生物體與內環境的分界。

而細胞膜的這種屏障功能與新陳代謝定義就形成了矛盾。

細胞膜要保護細胞,就要通過脂溶性屏障阻止水溶物溶質在細胞膜兩側自由交換;新陳代謝卻要求細胞與內環境不斷交換物質和能量,起碼要完成「新(營養物質)」入「陳(代謝廢物)」出這種選擇性的交換。

選擇性地在細胞膜兩側實現物質交換,必然涉及分子結構識別和運輸,是一種複雜功能。

一切功能以結構為基礎,糖和脂肪這樣的簡單分子結構無法實現分子識別及運輸的複雜功能,所以才需要結構複雜的蛋白質鑲嵌或附著於細胞膜。

輔助細胞交換有形物質的膜蛋白,稱載體、通道或泵;輔助細胞交換無形信息的膜蛋白,則稱受體。

更細節的內容書上都有,肯定也會有別的知友來答,沒必要再由我複述了。


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