細胞膜

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細胞膜由雙層磷脂與懸浮其間的蛋白質構成,厚約 7.5 nm,比例不同細胞而有差異,通常是 1:1。在穿透式電子顯微鏡下看來像兩條黑線夾一白線,各為 2.5 nm。利用 Freeze -Fracture 技術可看見細胞膜的「裡面」。內層的外面稱為 P 面而外層的內面稱為 E 面。細胞膜的功能包括:

  • 維持細胞結構完整。
  • 控制細胞內外物質進出與訊號傳遞。
  • 藉由表面的各種抗原、受體,提供辨識功能,並調控細胞間的交互作用。
  • 作為細胞質與外界間的一個「介面」。(有些反應乃是發生於「介面上」,而非「介質中」。)

構成細胞膜的磷脂上的兩條脂肪酸尾巴,通常一條是飽和的而另一條是不飽和的,除了磷脂,亦有其他脂類物質如膽固醇、糖脂混雜期間。蛋白質則可分為 integral protein 與 peripheral protein,前者包埋在脂肪中,常與物質傳遞有關;後者則僅是「沾在一側」(通常是細胞裡面一側,偶爾外面),常與 secondary messenger 系統有關。
因為大多數的 intergral protein 是穿過雙脂層,兩端各露出一點,因此又叫做 transmembrane protein。因為這些蛋白質「漂浮」在雙脂層中,如同冰山漂大海,因此這模型便稱作 fulid mosaic model,液體馬賽克模型。不過,在許多細胞──尤其是具有極性的細胞,不同的表面處理不同工作──蛋白質的移動能力則有限。
細胞膜外面有時會有一層毛毛的外套,稱為 cell coat 或者 glycocalyx。通常由碳水化合物鏈組成,厚度不定,厚時可達 50 nm(通常在消化道上皮)。帶豐富負電荷,可由 ruthenium red 或 Alcian blue 染色顯現。功能包括保護、細胞間的辨識與連接。
一些非極性的物質與少數有極性不帶電的物質(如水、甘油)可以直接擴散通過細胞膜。親水物質則藉由蛋白質轉運通過細胞膜,這些蛋白質又可分為 channel(通道)與 carrier(傳送者)兩種,前者不與運送的物質形成鍵結(bind),後者則會。不論是經過哪一種,不耗能而僅由濃度差決定的運送稱為促進性擴散 facilitated diffusion,而消耗能量的運輸則稱為主動運輸 active transport,後者只有 carrier 可做到。
目前已知的 channel 有超過一百種,雖然它們的孔道可讓特定小分子物質自由進出,但多數具有門 gate。藉由控制門的開關,細胞可決定小分子物質是否可以進出。控制方式因不同 channel 而異,可能經過電壓、受質、物理因素,或者 G protein。
Carrier 可因物質結合而可逆的改變形狀,把要傳送的東西抓過膜面,這動作可能耗能或不耗能,若耗能則可逆著濃度梯度而傳送。若直接消耗 ATP,稱為 primary active transport,其中最有名的是 Na-K pump。它直接消耗 ATP,將鈉送出細胞而鉀打入細胞。(二進三出)經由 Na-K pump 所建立的濃度梯度,可以因此控制水的進出(水跟著鈉走,而鉀在打進細胞後又可經由隨時開放的鉀通道跑出細胞,因而不會拉水),也可以產生膜內外的電動勢,藉以提供其他物質運送所需的能源。
若不直接消耗 ATP,而消耗其他物質的濃度梯度(如鈉、鉀),則稱為 secondary active transport。比如將鈉與葡萄糖同時運入細胞的 cotransporter,便是藉由細胞外較濃的鈉濃度來促進葡萄糖的吸收。

部分資料來源:

  • color textbook of histology, by Leslie P. Gartner and James L. Hiatt, first edition.

This article was written by 封狼

2 thoughts on “細胞膜”

  1. 請更正:鈉送出細胞而鉀打入(出)細胞
    其中最有名的是 Na-K pump。它直接消耗 ATP,將鈉送出細胞而鉀打出細胞。(二進三出)經由 Na-K pump 所建立的濃度梯度,可以因此控制水的進出(水跟著鈉走,而鉀在打進細胞後又可經由隨時開放的鉀通道跑出細胞…

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