生物膜系統(tǒng)中,膜的相互關(guān)系是什么?生物高手請(qǐng)幫忙....

【專家解說】：細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，人們對(duì)許多生命現(xiàn)象的探索都要深入到細(xì)胞中尋求解答。細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展十分迅速，特別是20世紀(jì)后半葉，在生物膜、細(xì)胞骨架、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡與衰老、染色體結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞工程等研究領(lǐng)域取得了許多振奮人心的成就。本章選擇生物膜系統(tǒng)和細(xì)胞工程作為代表，簡(jiǎn)要介紹細(xì)胞生物學(xué)在理論研究和應(yīng)用方面的重要進(jìn)展。 細(xì)胞的生物膜系統(tǒng) 細(xì)胞就像一臺(tái)復(fù)雜而精巧的生命機(jī)器，各個(gè)部件雖然作用不同，但是銜接得非常巧妙，因而整臺(tái)機(jī)器能夠靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。細(xì)胞膜、核膜以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等細(xì)胞器，就是這臺(tái)“機(jī)器”中一些功能相關(guān)的“部件”，它們都由膜構(gòu)成，這些膜的化學(xué)組成相似，基本結(jié)構(gòu)大致相同，統(tǒng)稱為生物膜。 各種生物膜在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系 細(xì)胞內(nèi)的各種生物膜在結(jié)構(gòu)上存在著直接或間接的聯(lián)系。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與外層核膜相連，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔與內(nèi)、外兩層核膜之間的腔相通，外層核膜上附著有大量的核糖體(如圖)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核膜的連通，使細(xì)胞質(zhì)和核內(nèi)物質(zhì)的聯(lián)系更為緊密。在有的細(xì)胞中，還可以看到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細(xì)胞膜相連。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與線粒體膜之間也存在一定的聯(lián)系。線粒體是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)執(zhí)行功能時(shí)所需能量的直接“供應(yīng)站”，在合成旺盛的細(xì)胞里，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)總是與線粒體緊密相依，有的細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜甚至與線粒體的外膜相連。 雖然高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上沒有直接相通，但是當(dāng)附著有核糖體顆粒的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜連接到高爾基體膜上時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜常常失去核糖體，變成光滑的、無顆粒的膜，與高爾基體的膜極為相似。許多科學(xué)家認(rèn)為，在細(xì)胞進(jìn)化的過程中，高爾基體是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)變而來的。 高爾基體膜在厚度和化學(xué)組成上介于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和細(xì)胞膜之間。在活細(xì)胞中，這三種膜是可以互相轉(zhuǎn)變的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜通過“出芽”的形式，形成具有膜的小泡，小泡離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，移動(dòng)到高爾基體，與高爾基體膜融合，小泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體膜又可以突起，形成小泡，小泡離開高爾基體，移動(dòng)到細(xì)胞膜，與細(xì)胞膜融合，成為細(xì)胞膜的一部分。細(xì)胞膜也可以內(nèi)陷形成小泡，小泡離開細(xì)胞膜，回到細(xì)胞質(zhì)中。由此可以看出，細(xì)胞內(nèi)的生物膜在結(jié)構(gòu)上具有一定的連續(xù)性。 生物膜的化學(xué)組成 細(xì)胞內(nèi)的各種生物膜不僅在結(jié)構(gòu)上相互聯(lián)系，它們的化學(xué)組成也大致相同。與細(xì)胞膜類似，其他生物膜也主要由蛋白質(zhì)、脂類和少量的糖類組成。但是在不同的生物膜中，這三種物質(zhì)的含量是有差別的(如下表)。 生物膜 人紅細(xì)胞膜 大鼠肝細(xì)胞核膜 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 蛋白質(zhì) 49 59 67 脂類 43 35 33 糖類 8 2.9 含量很少 （質(zhì)量分?jǐn)?shù) /%） 生物膜 線粒體外膜 線粒體內(nèi)膜 蛋白質(zhì) 52 76 脂類 48 24 糖類 含量很少 含量很少 各種生物膜在功能上的聯(lián)系 科學(xué)家在研究分泌蛋白的合成和分泌時(shí)，曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：他們?cè)陔嗍蟮囊扰K腺泡細(xì)胞中注射3H標(biāo)記的亮氨酸，3min后，被標(biāo)記的氨基酸出現(xiàn)在附著有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，17min后，出現(xiàn)在高爾基體中，117min后，出現(xiàn)在靠近細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的小泡中，以及釋放到細(xì)胞外的分泌物中(如圖)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明分泌蛋白在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成之后，是按照內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→ 細(xì)胞膜的方向運(yùn)輸?shù)摹? 在核糖體上合成的分泌蛋白，為什么要經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，而不是直接運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞膜呢？進(jìn)一步的研究表明，在核糖體上翻譯出的蛋白質(zhì)，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，還要經(jīng)過一些加工，如折疊、組裝、加上一些糖基團(tuán)等，才能成為比較成熟的蛋白質(zhì)。然后，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔膨大、出芽形成具膜的小泡，包裹著蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到高爾基體，把蛋白質(zhì)輸送到高爾基體腔內(nèi)，做進(jìn)一步的加工。接著，高爾基體邊緣突起形成小泡，把蛋白質(zhì)包裹在小泡里，運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞膜，小泡與細(xì)胞膜融合，把蛋白質(zhì)釋放到細(xì)胞外(如圖)。在分泌蛋白的合成、加工和運(yùn)輸?shù)倪^程中，需要大量的能量，這些能量的供給，來自于細(xì)胞內(nèi)的“動(dòng)力站”——線粒體，線粒體內(nèi)膜上含有大量的與有氧呼吸有關(guān)的酶。由此可見，細(xì)胞內(nèi)的各種生物膜不僅在結(jié)構(gòu)上有一定的聯(lián)系，在功能上也是既有明確的分工，又有緊密的聯(lián)系。各種生物膜相互配合，協(xié)同工作，才使得細(xì)胞這臺(tái)高度精密的生命機(jī)器能夠持續(xù)、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。 生物膜系統(tǒng)的概念 通過前面的介紹，我們可以看出，細(xì)胞膜、核膜以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等由膜圍繞而成的細(xì)胞器，在結(jié)構(gòu)和功能上都是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體，它們形成的結(jié)構(gòu)體系，叫做細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)。 物質(zhì)通過細(xì)胞膜的運(yùn)輸方式有哪幾種？參考答案 細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)在細(xì)胞的生命活動(dòng)中起著極其重要的作用。首先，細(xì)胞膜不僅使細(xì)胞具有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，同時(shí)在細(xì)胞與環(huán)境之間進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸、能量交換和信息傳遞的過程中也起著決定性的作用。第二，細(xì)胞的許多重要的化學(xué)反應(yīng)都在生物膜內(nèi)或者膜表面進(jìn)行。細(xì)胞內(nèi)的廣闊的膜面積為酶提供了大量的附著位點(diǎn)，為各種化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行創(chuàng)造了有利條件。第三，細(xì)胞內(nèi)的生物膜把細(xì)胞分隔成一個(gè)個(gè)小的區(qū)室，如各種細(xì)胞器，這樣就使得細(xì)胞內(nèi)能夠同時(shí)進(jìn)行多種化學(xué)反應(yīng)，而不會(huì)相互干擾，保證了細(xì)胞的生命活動(dòng)高效、有序地進(jìn)行。