好醫(yī)師編者按
細(xì)胞膜( cell )也稱質(zhì)膜( ) ,是分隔細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞周圍環(huán)境的一層膜結(jié)構(gòu),厚度7~8nm。細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)各類細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)及其物理組成是基本相同的,主要由脂類和蛋白質(zhì)組成，還有少量脂類物質(zhì)。
其中,和脂類的比列在不同種類的細(xì)胞可相差很大。一般而言,在功能活躍的細(xì)胞,膜蛋白濃度較高;而在功能簡(jiǎn)單的細(xì)胞,膜蛋白濃度相對(duì)較低。例如,膜蛋白與膜脂類在小腸粘膜上皮細(xì)胞膜中的重量比可高達(dá)4.6:1,而在構(gòu)成神經(jīng)纖維髓鞘的施萬(wàn)細(xì)胞膜中的重量比僅為0.25:1。關(guān)于各類化學(xué)成分在膜中排列的方式,目前廣為接受的是和于1972年提出的液態(tài)鑲嵌模型(fluid model)學(xué)說(shuō)。這一學(xué)說(shuō)覺(jué)得,液態(tài)脂類單層構(gòu)成膜的基架,不同結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)鑲嵌在其中,糖類分子與脂類、蛋白結(jié)合后附在膜的外表面(圖2-1)。
（一）細(xì)胞膜的脂類
在多數(shù)細(xì)胞,雖然膜蛋白質(zhì)總重量小于脂類,但因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的分子量比脂類大得多,所以脂類的分子數(shù)卻遠(yuǎn)少于蛋白質(zhì)。因而,脂質(zhì)成為細(xì)胞膜的基本架構(gòu)，連續(xù)包被在整個(gè)細(xì)胞的表面。膜脂類主要由磷脂( )、和少量糖脂( )構(gòu)成。在大多數(shù)細(xì)胞的膜脂類中,磷脂占總數(shù)的70%以上,膽固醇不超過(guò)30% ,糖脂不超過(guò)10%。磷脂是一類富含乙酸的單糖。磷脂中濃度最多的是磷脂酰膽堿,其次是磷脂酰絲氨酸和磷脂酰乙醇胺,含量最低的是磷脂酰肌醇。各種膜脂類在膜上的分布是不對(duì)稱的。大部分的磷脂酰膽堿和全部的糖脂都分布在膜的內(nèi)層,含多肽的磷脂(磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇)主要分布在膜的外層。其中，磷脂酰肌醇的濃度盡管甚少,但可作為細(xì)胞內(nèi)第二信使三磷酸肌醇( IP,)和二酰甘油( DG)的供體,因而在跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中有重要作用(見(jiàn)第二節(jié))。
脂質(zhì)分子都是雙嗜性分子( )。例如，磷脂分子中富含乙酸和核苷酸的頭端具有親水性,含有較長(zhǎng)脂肪酸的尾端具有疏水性;膽固醇分子中的甲基以及糖脂分子中的糖鏈具有親水性,分子的另一端則具有疏水性。脂質(zhì)分子的雙嗜特點(diǎn)使之在質(zhì)膜中以脂類單層()的方式存在,即兩層脂類分子的親水端分別朝向細(xì)胞外液或胞質(zhì),疏水的脂肪酸烴鏈則彼此相對(duì),形成膜內(nèi)部的疏水區(qū)。質(zhì)膜的疏水區(qū)是水以及水溶性物質(zhì)如葡萄糖和各類帶電離子的天然屏障,但脂溶性物質(zhì)如氫氣、以及丙酮等則很容易穿透。脂質(zhì)分子呈單層排列是和于1925年通過(guò)對(duì)紅細(xì)胞膜化學(xué)成分的測(cè)定和紅細(xì)胞膜表面積的估算猜想下來(lái)的。
膜脂類可因體溫改變而呈凝膠或溶膠狀態(tài)。正常人溫度低于膜脂類的熔點(diǎn)，即已超過(guò)兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換氣溫,故膜脂類在人體內(nèi)呈溶膠狀態(tài),具有一定程度的流動(dòng)性。脂質(zhì)雙分子層在熱力學(xué)上的穩(wěn)定性和它的流動(dòng)性,使細(xì)胞還能承受相當(dāng)大的張力和變型而不至于斷裂,如紅細(xì)胞有很強(qiáng)的變形性和可塑性,能通過(guò)比其半徑還小的毛細(xì)血管和血竇縫隙。膜脂類的流動(dòng)性還可使嵌入的膜蛋白發(fā)生側(cè)向聯(lián)通、聚集和相互作用。細(xì)胞的許多基本活動(dòng),如膜蛋白的相互作用、膜泡運(yùn)輸、細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、分裂、細(xì)胞間聯(lián)接的產(chǎn)生等都有賴于質(zhì)膜保持適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性。除了與氣溫有關(guān)外,質(zhì)膜的流動(dòng)性還與膜脂類的成份及膜蛋白的濃度有關(guān)。膽固醇分子具有不易變型的甾環(huán)結(jié)構(gòu),后者與脂肪酸鏈的結(jié)合可限制脂類的流動(dòng),故膜脂類中尿酸濃度愈高,膜的流動(dòng)性就愈低;脂肪酸烴鏈寬度愈長(zhǎng)、飽和脂肪酸愈多,膜的流動(dòng)性也愈低,如植物脂肪以飽和脂肪酸為主,室溫下可呈固態(tài);膜中鑲嵌的蛋白質(zhì)濃度增多時(shí)也會(huì)增加膜的流動(dòng)性。
（二）細(xì)胞膜的蛋白
細(xì)胞膜的功能主要是通過(guò)膜蛋白( )實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)膜蛋白在膜上的存在形式，可將其分為表原液蛋白( ) 和整合膜蛋白( ) 兩類(見(jiàn)圖2-1)。
表原液蛋白約占膜蛋白總數(shù)的20%~30%，主要附著于細(xì)胞膜的內(nèi)表面。例如，膜骨架蛋白和錨定蛋白。前者屬于結(jié)構(gòu)蛋白,常以蛋白分子多聚體產(chǎn)生的長(zhǎng)條細(xì)絲方式出現(xiàn)，可使質(zhì)膜具有一定的硬度和彈性;后者用于整合膜蛋白的定位,將其固定到特定的質(zhì)膜位置。有的表面蛋白還以酶的方式發(fā)揮胞內(nèi)訊號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用或參與個(gè)別物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的控制。表面蛋白通過(guò)靜電引力與脂類的親水部份相結(jié)合或通過(guò)離子鍵與膜中的整合蛋白相結(jié)合,但其結(jié)合力較弱。高鹽堿液可使離子鍵斷掉,因而可用于表面蛋白從膜中的洗脫。
整合膜蛋白約占膜蛋白總數(shù)的70%~80%,它們以其肽鏈一次或反復(fù)多次穿越膜脂類單層為特點(diǎn)。穿越脂類單層的肽段以疏水性氨基酸殘基為主,肽鍵之間易產(chǎn)生構(gòu)象,因而多以α螺旋結(jié)構(gòu)的方式存在;露出膜外表面或內(nèi)表面的肽段則是親水性的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，分別以直鏈方式構(gòu)成聯(lián)接疏水性α跨膜螺旋的細(xì)胞外環(huán)或細(xì)胞二環(huán)。一個(gè)α跨膜螺旋需18~21個(gè)氨基酸殘基能夠穿越厚約3nm的疏水區(qū)。因此,可依照肽鏈中所含的有足夠?qū)挾鹊氖杷云瑪嗟臄?shù)量來(lái)推斷蛋白是否為跨膜蛋白及其跨膜次數(shù)。例如,G蛋白耦聯(lián)受體的肽鏈包含7個(gè)有足夠?qū)挾鹊氖杷云瑪?因而猜測(cè)它是一個(gè)7次跨膜的蛋白。整合膜蛋白與脂類分子結(jié)合緊密,在膜蛋白純化過(guò)程中可用兩性洗滌劑使之與脂類分離。一般來(lái)說(shuō)，與物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能和受體功能有關(guān)的蛋白都屬于整合膜蛋白，如載體、通道、離子泵、G蛋白耦聯(lián)受體等。也有一些整合膜蛋白作為黏附分子()在細(xì)胞與基質(zhì)、細(xì)胞與細(xì)胞之間發(fā)揮作用。
各種功能蛋白質(zhì)分子在質(zhì)膜中的位置分布存在區(qū)域特點(diǎn),這與細(xì)胞完成其特殊功能有關(guān)。例如，骨骼肌細(xì)胞膜上的N2型乙酰膽堿受體一般都集中在與神經(jīng)末梢相對(duì)應(yīng)的終板膜上,這與神經(jīng)胸肌之間的信息傳遞有關(guān);有髓神經(jīng)纖維軸突膜上的電流門(mén)控鈉通道幾乎全部集中在裸露的郎飛結(jié)處,這與激動(dòng)的發(fā)生和跳躍式傳導(dǎo)(見(jiàn)后)有關(guān)。
（三）細(xì)胞膜的脂類
細(xì)胞膜中的脂類主要是一些甾醇和多糖鏈,它們以共價(jià)鍵的方式與膜蛋白或膜脂類結(jié)合而產(chǎn)生糖蛋白()或糖脂( )。大多數(shù)整合蛋白都是糖蛋白,近1/10的膜脂類是糖脂。結(jié)合于糖蛋白或糖脂分子上的糖鏈幾乎總是伸向細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)(被稱為細(xì)胞“天線”),形成細(xì)胞的糖包被()。細(xì)胞表面糖包被的互相接觸可促使細(xì)胞之間的互相接觸和作用;許多脂類帶有負(fù)電荷,這促使細(xì)胞表面呈現(xiàn)負(fù)電性,從而抵觸帶有負(fù)電荷的物質(zhì)與其接觸,如血液中紅細(xì)胞之間才能保持分開(kāi)狀態(tài)就與膜上唾液酸(一種天然的碳水化合物)攜帶著負(fù)電荷有關(guān);許多脂類還作為一種分子標(biāo)記發(fā)揮受體或抗體的功能。例如,霍亂毒素的受體就是一種稱為Gm1的糖脂;紅細(xì)胞膜上ABO血型系統(tǒng)的抗體就是由糖蛋白或糖脂上不同的寡糖鏈所決定的，其中b型抗體和a型抗體的差異僅在于此糖鏈中一個(gè)糖基的不同(見(jiàn)第三章)。