生物膜系统

细胞具有一个相对稳定的内环境

细胞生物膜系统是指由细胞膜、细胞核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器的膜共同构成的生物膜系统。这些生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调配合。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。此外，研究细胞生物膜系统在医学和生产过程中都有很广阔的前景。

概念

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。

功能

①使细胞内具有一个相对稳定的环境，并使细胞与周围环境进行物质运输、能量转换、信息传递。

②为酶提供了大量的附着位点，为反应提供了场所

③将细胞分成小区室，把细胞器和细胞质分隔开，使各种化学反应互不干扰，保证了生命活动高效有序地进行

联系

（一）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。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，代谢越旺盛相依程度越紧密，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（粗面内质网）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，生物学上称之为滑面内质网，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，形成具有膜的囊泡（具膜小泡），囊泡离开内质网，移动到高尔基体，与高尔基体膜融合，囊泡膜成为高尔基体膜的一部分。高尔基体膜又可以突起，形成囊泡，囊泡离开高尔基体，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囊泡，囊泡离开细胞膜，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，囊泡对细胞的胞吞和胞吐作用有着十分重要的意义。

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（细胞膜上的糖类一般与蛋白质结合，以糖蛋白的形式出现在细胞膜上，糖蛋白对细胞的生物识别功用意义非凡。也有一部分糖类与脂质结合形成糖脂。）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)。

（质量分数 /%）

（二）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1)。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。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。

作用

1－基本作用

首先，细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与外界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。

2－对细胞工程的意义

细胞工程是现代生物学研究的主要课题，细胞融合则是细胞工程的关键步骤。

膜融合是细胞融合（如植物体细胞杂交，高等生物的受精过程，单克隆抗体的制备）的关键，也与大分子物质进出细胞的内吞作用和外排作用密切相关，通过膜之间的联系，使细胞内各种细胞器在独立完成各自生理功能的同时，又能有效的协调工作，保证细胞生命活动的正常进行。例如分泌蛋白的形成。

研究意义

①理论上：阐明细胞生命活动规律。如蛋白质、糖类和脂质的人工合成和运输。

②工业上：人工模拟生物膜功能。如海水淡化、污水处理。

③农业上：改善作物品质。如抗寒、抗旱、耐盐机理的研究。

④医学上：人工膜代替病变器官。如人工肾中的“血液透析膜”。

人工膜

人工合成的膜材料已用于疾病的治疗。例如：肾功能发生障碍时，由于代谢废物不能排除，患者会出现水肿、尿毒症。常用的治疗方法，是采用透析型人工肾代替病变的肾脏行使功能，其中起关键作用的血液透析膜就是一种人工合成膜材料。当病人的血液流经人工肾时，血液透析膜能够把病人血液中的代谢废物透析掉，让干净的血液返回病人体内。

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