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1、细胞与细胞膜细胞膜是细胞与环境的界线，由双层脂质所构成，如下图所示:胞器位于细胞内，为由膜所形成的分隔物。细胞膜本身即为胞器，而所有的膜形状 上都是球形（由上而下观察）。原核细胞：仅由单层膜所包覆形成，DNA和细胞质彼此没有任何的分隔。细菌的DNA约长1 mm,但细菌的大小才约2 ym（lym = 10-3 mm）,故表示其中的 DNA必然有缠绕、折迭的情形。糖解作用发生于所有生物（包括真核与原核生物）的细胞质中。真核细胞细胞由细胞膜所包覆，细胞内部的各个独立的小分隔（或称胞器）亦由膜所包覆， 细胞由外部的细胞膜与外界环境有所区隔，而构成细胞内各胞器的结构亦为膜。下 图为真核细胞的结构：(取材
2、自 http:esg-www.mit.edu:8001/esgbio/cb/org/animal.gif)细胞膜：由双层脂质所构成。细胞核与粒线体：由双层膜所构成（分内膜与外膜）。细胞溶质（Cytosol）：细胞膜与细胞核之间的水溶液，不包括任何胞器。 细胞内有许多的胞器，每个胞器都由膜所构成。举例溶体：如下图所示：溶体内部酸度很高，且具有蛋白酶（可分解蛋白质）和核酸酶（可分解 DNA、RNA 等核酸）。原文的 9 应为（细胞核：包覆DNA的胞器。如下图所示:RNA在细胞核内合成出并送至细胞质进行转译工作。粒线体：真核细胞的胞器，是ATP（即细胞能量来源）的主要合成地点，粒线体由 外膜与高度折
3、迭的内膜所构成。每个胞器，包括细胞膜在内，都有其各自的蛋白质组成成分。膜脊突0.1-0.5 um1-2 um基質(取材自 http:/esg-www.mit.edu:8001/esgbio/cb/org/mito.gif)细胞膜的构造-双层磷脂质-具有蛋白质，有些是固有的蛋白质，其它的则分为输送分子进出的跨膜蛋白或细 胞表面的受器。膜蛋白的例子:原文中 blucose 应为 glucose 所有的膜皆由双层脂质所构成，这些脂质包括由饱和或不饱和脂肪酸所构成的磷脂 质。不饱和脂肪酸由于除了具有C-C外，还具有c=c,这使得细胞膜具有流动性。磷 脂质彼此间的缠络使得细胞膜更具流动性，这类磷脂质包括
4、不饱和油酸与多不饱和 亚麻油酸。脂肪酸为碳氢长链，并与一羰基相连，如CH3(CH2)nCOOH，其中n通常介于8到12 之间。当一分子甘油酯化为两分子脂肪酸时，即可形成磷脂质。親油番吓帶竜荷)细胞膜中的磷脂质通常其磷酸基会受到修饰：R為極性疔子團-如:-H.小h1 TH 十?niine)受到乙醇胺(ethanolomine)修饰的磷脂质即称为磷脂乙醇胺 ( phosphatidylethanolamine)磷脂质可以下图表示：亲水头.亲油尾? 磷脂质由于其脂肪酸链的亲油端彼此交互作用，再加上饱和脂肪酸之间的缠绕，通 常会形成脂双层，这种形态是由于凡得瓦力与亲油效应(即物以类聚的现象)所造 成，
5、同时也使得脂肪酸链得以与外界亲水环境相隔绝。脂双层的总厚度约 3 nm(1 nm=l9 m)或 30AO磷脂质在水溶液中会自动形成双层脂质的形态，碳氢链绝不会与水相接触。双层磷 脂质通常会围绕在一起，形成与外界隔绝的封闭分隔，即没有任何缝隙的连续膜。磷脂质在溶液中通常会以下列三种形态存在：1. 胶团(Micelles)：内部仅有脂肪酸亲油端的粒子。2. 脂质体(Liposomes)：内部具有水溶液的粒子。3. 双层折迭(Bilayer Sheets)：即使是在水溶液中，仍未必会形成脂双层，也不会 产生没有任何缝隙的连续膜。所有的生物膜都会形成封闭分隔，从外表观察，看似球状物。若仔细观察细胞两侧
6、的电位:内部亲油端的问题同前.但依下文似翻者为正确 膜可透过脂双层将附于其上的正、负电荷分离，再利用正、负电荷相吸的原理，达 到储存电荷的目的，此功能与电子学中的电容器类似(如下图所示)。磷脂质的亲油 区则和同绝缘体般，可避免水分子与离子通过。十十+十十事器绝缘体：亲油区（脂肪酸链）电容器：亲水基（磷酸基）几乎每个细胞的内部都比外部带有较多的负电荷，膜内外的电位差约为-70 mV。70 mV看似不高，但若考虑到膜的厚度（约3.5 nm）,则0.07 V/ 3.5X107 cm=200,000 V/ cm （即每公分有二十万伏特！）。细胞膜（流体镶嵌模型）V,| Is s.ma IIrf(取材自
7、 http:/www.bgsu.edu/departments/chem/midden/MITBCT/mem/structure.html)细胞膜的特点：1. 可将小分子（如ATP）保留在细胞内，但也会释出废物分子。2. 细胞膜为一选择性屏障，大部分的分子，包括离子、醣类、胺基酸等分子在内， 都无法直接通过细胞膜，细胞必须用摄取的方式才能将这些分子纳入细胞内部。3. 细胞膜上附有许多蛋白质，这些蛋白质可作为辅助小分子进出细胞之用：（1）膜上的蛋白质可帮助细胞与其它细胞相连，这些附着性分子通常参与细胞群 形成组织的过程。（2）某些分子可透过蛋白质直接进出细胞膜。（3）细胞膜上带有各式各样的蛋白质
8、，有些称为受器（可与激素这类分子相结合），有些则为输送蛋白（辅助分子进出细胞）。4. 细胞内部有各种不同的胞器，许多胞器都由双层脂膜所包覆。5. 每个胞器都相当独特，胞器的分类主要由胞器内部及其膜上的蛋白质种类来决 定。既然内部为亲油区，蛋白质又是如何进入到膜的内部的呢？每个蛋白质都有c=o 和NH键，这些极性键不会阻碍蛋白质进入到膜的内部吗？ 原来，蛋白质的跨膜区会形成称为a螺旋的结构，这是由于C = 0和NH间形成 氢键的缘故（即C = OHN）,因此这些极性键并不会和细胞膜的亲油区发生交 互作用。（如下图所示）a螺旋结构i9:厂曬鬻険中，相鄢 甫帼胺基酸的距 蹇蠶0.15 T1TT1 *
9、C=OHN-H間形成氫鍵(取材自 http:/esg-www.mit.edu:8001/esgbio/lm/proteins/structure/structure.html)有关a螺旋结构1）C = O和NH间形成的氢键较一般的氢键为长。2）C = O和NH等极性分子团位于螺旋内部，而R分子团（即侧链）突出于螺旋 外部。蛋白质的跨膜区包括哪类胺基酸呢？主要为带有亲油性R分子团的胺基酸，因为这 类分子团较能够与细胞膜内部的亲油区相结合。下列为蛋白质跨膜区主要的胺基酸：COO丙胺酸AlanineA8b+H3hlCHH； CH3出CHj異亮胺酸Isoteujcine亮胺酸L&ucme(leu)8b
10、+HjNCHG也ObCHj蛋胺酸Methiojune tme*M苯丙胺酸Pluenylalininj&8bH色胺酸 Tryptophan (tip)W豁胺酸Tyrosine (tyr)Ycoo-+H3N一?HGHH3C 匕 H3締胺酸Vali rue(灿V跨膜蛋白质的例子：1）下图为细胞膜中的胰岛素（一种激素）受器。2）葡萄糖输送蛋白:a螺旋并非呈直线排列，而是彼此聚集在一起形成小孔，此小孔可用以输送葡萄糖:（如下图）这些输送蛋白都是细胞膜中很独特的蛋白质，可用以辅助分子（如葡萄糖）通过细 胞膜，这些蛋白质与分子相连，帮助分子通过细胞膜并进入到细胞内部。输送蛋白 经过下列过程后可保持原来的状态
11、：若观察细胞内另一个胞器溶体，可发现到溶体的膜上带有特殊的蛋白质，这类蛋白 质可用以维持溶体内部的酸性环境。（如下图所示）內部pH 5.0Claiia 溶質 ph 7.0ADP + 片Cl通道1）质子（H+）帮浦a.可将H+送进溶体内部，H+-的上升可降低溶体内部的pH,使内部呈现酸性。b.需消耗能量，能量来源由ATP水解而来(ATLADP + Pi)。2) Cl-通道蛋白a. 使Cl-依浓度差流入溶体内部。b. Cl-可用以中和H+造成的正电荷上升情形。溶体内部的H+-可为其外部环境的H+-达100倍以上。若观察另一种细胞红血球(erythrocyte):1. 红血球(red blood c
12、ell, RBC)形状为双凹盘。2. 红血球在细胞分化过程中(即形成红血球的过程:会失去细胞核3. 红血球内部带有许多的血红素，可用以输送 O2。4. 红血球的的半生期(即半数死亡.半衰期)约为 120天。虽然红血球直径高达7 “m但由于具有高度的弹性，而得以在循环系统狭窄的微血 管中以挤压形状的方式顺利移动。红血球高度弹性的产生可归因于其细胞膜内部复 杂的细胞骨架网络，若深入分析红血球的细胞膜及其蛋白质网络：细就膜內倒的细就替樂蛋白舷成網络结構離與合供衽一起的膜蛋白相饉蛋白质形成的网络结构也可作为细胞间的连结之用，两细胞可由整齐排列的蛋白质彼此相连在一起。(如下图所示)细魁與细也之間的連结蛋白总复习：所有的膜都由磷脂质所构成，且以双层结构存在。 o 所有的胞器都由膜所包覆。O 所有的胞器都由下列蛋白质所构成：1) 可决定胞器形状的蛋白质2) 跨膜输送蛋白3) 可代表所属胞器的独特蛋白质责任编译：清华生科 庄雅善
