生物膜有何重要的生理功能?为什么说信息传递和细胞识别与细胞膜有关?

生物膜有何重要的生理功能?为什么说信息传递和细胞识别与细胞膜有关?
生物膜有何重要的生理功能?为什么说信息传递和细胞识别与细胞膜有关?

生物膜有何重要的生理功能?为什么说信息传递和细胞识别与细胞膜有关?
从生物膜的化学组成看,主要由蛋白质、脂类和少量的糖类组成,只是不同膜所含蛋白质与脂类的比例不同,不同膜的各成分结合程度不同.基本结构都由磷脂双分子层构成基本骨架.而构成膜的磷脂分子和蛋白质分子大多是可以在一定范围内运动的,不是静止、固定不变的,这种结构能经受一定程度的变形不至破裂,又可使膜中各成分按需要调整其分布.
在生物膜中可以说,内质网在各种膜结构的联系中处于中心地位,即可以与核膜、细胞膜、线粒体膜直接相连,又可以借助于具膜的小泡,通过“出芽”的形式,与高尔基体间接联系.这样在活细胞内,膜的组成成分就可以实现直接或间接转化了,这些问题用同位素示踪法可以证明细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性.
2．细胞内的生物膜在结构和功能方面上的联系
（1）在结构上的联系：
（2）在功能上的联系：
3．生物膜系统的功能
（1）细胞膜又叫质膜,在细胞生活中起重要作用,因为细胞与环境发生的一切联系和反应,都必须通过质膜.其主要功能有①实现物质交换.物质进出细胞通过质膜的分子运输主要有三种途径,即自由扩散、主动运输、内吞作用与外排作用.②实现信号转换.如细胞间直接接触,通过与质膜结合的信号分子影响其他细胞.③进行细胞识别和免疫.其中细胞识别是细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选择性地相互作用,从而导致胞内一系列生理生化变化,最终表现为细胞整体的生物学效应的过程.如人的细胞表面有一种蛋白质抗原,即人类白细胞抗原,简称HLA,是一种变化极多的糖蛋白,由于不同的人有不同的HLA分子,器官移植时,被植入的器官常被病人的免疫系统排斥.
（2）除了细胞膜以外的其他生物膜,如：内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体、叶绿体等细胞器膜与细胞核的核膜构成细胞内膜系统,内膜系统主要处于基质的环境中,而基质是新陈代谢的主要场所,如：内质网为细胞内各种生化过程的进行、为细胞代谢创造了极为理想的环境,由于它是一个复杂的膜系统而将细胞质基质分隔成许多不同的小区域,使细胞内一些物质代谢能在特定的环境条件下进行.同时它在细胞内极为有限的空间内建立起大量的膜表面,利于酶的分布及各种代谢过程高效率的进行.具体地讲,内质网不仅对细胞有机械支持、物质交换和物质运输作用,而且它的重要功能还在于蛋白质的合成、分离、输出细胞方面,以及与脂类的代谢、糖类的代谢,和解毒作用等都有密切关系.
4．生物膜的研究过程
对质膜的研究,由于在光学显微镜下看不出,所以首先是从其生理功能进行研究的.开始是研究膜的透性,Overton曾用500多种化学物对植物细胞的透性进行过上万次的实验.得出了活的原生质体的特殊透性是由于选择的可溶性机制的结论,疏水的化合物进入细胞比亲水的化合物快,认为在细胞的表面有类脂层,并推测其中含有胆固醇、卵磷脂和脂肪油.以后的学者进行实验,对膜的结构提出了种种假说,但由于质膜太薄,在光镜下不能看到它,一般都是间接的证据.因此又有些学者对膜的存在提出了怀疑,到了1930年前后显微操作技术发展了.Plowe（1931）应用微针触及植物原生质体证明了质膜存在和膜具有保护作用.后来电子显微镜技术发展了,特别是50年代,揭示出惊人的细胞亚显微世界,不仅证明了质膜的存在,且发现了细胞内具有复杂的内膜系统.
随着生化技术的发展,60年代左右已能成功地分离出具有膜的细胞器,同时能对分离出纯净的细胞膜进行了化学组分分析,并探讨其功能.从60年代以后,特别是70年代以来,一些化学与物理技术,如红外光谱、电子自旋共振、核磁共振、冰冻断裂蚀刻等新技术不断应用于膜的研究.
5．生物膜及膜生物工程的应用及发展
生物膜与膜生物工程是现代生物科学的重大方向之一,对阐明生物能量转换、信息识别与传递及物质转移等生命现象具有重大意义,同时在工业、农业和医学方面具有广阔的应用前景,成为继基因工程、蛋白质工程、细胞工程和发酵工程后出现的又一个重要而前景广阔的生物工程领域.通过分析,国际上有以下三个基本发展方向：
（1）利用膜脂在水中相互形成磷脂双分子层的原理.人工制成平面双分子层脂膜（黑脂膜）或脂球体（球形脂双分子层的脂质体）并镶入各种功能蛋白,研究膜的结构、功能及应用,特别是应用于免疫.脂质体或“隐形”脂质体包裹基因或药物,作为“导弹药物”定向导向靶细胞,在临床诊断和治疗的研究中受到广泛的注意.美国1988年已有多种脂质体制剂以治疗肿瘤及多种疾病而问世,他们称1988年为“脂质体年”.
（2）利用生物膜的基本功能如选择透过性、离子转移、信息识别与感受等机理.将这些原理应用于工业生产或临床实践中.这方面的进展在1987年于日本召开的第一界国际生物膜与膜工艺代表大会中得到了充分的反映,如海水淡化、污染治理、生化工程中的分离浓缩器等.其中人工膜分离浓缩器、生物膜传感器等倍受重视.此外,利用大分子材料模拟生物膜的研究也特别活跃.
（3）利用生物膜能量转换原理.研究“生物芯片”和“智能型生物计算机”系统,在这方面已开展细菌“视紫红质”光驱动光电开关原型和存储装置,细胞色素C的氧化还原状态作为记忆单元和DNA作为只读存储器的分子模型等.日本、美国政府都在大力发展这方面的研究,投入了大量人力与资金.最近国外在利用植物色素光能转换电能的脂片膜方面已取得初步进展和突破.
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