生物膜

　　生物膜（biological membrane），细胞、细胞器和其环境接界的所有膜结构的总称。生物中除某些病毒外，都具有生物膜。真核细胞除质膜外，还有分隔各种细胞器的内膜系统，包括核膜、线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基器膜、叶绿体膜、过氧化酶体膜等。生物膜在活细胞的物质、能量及信息的形成、转换和传递等生命活动过程中，是必不可少的结构。

　　生物膜的基质是极性脂质：磷脂、胆固醇和糖脂。其分子形态包括一个亲水性的极性头部和疏水性的脂肪酰链尾部。这种两亲性特性维持了膜结构的稳定性。亲水性头部朝向水相，疏水性尾部避水彼此聚集。脂肪酰链中的C—C单键可以旋转，产生旋转异构体。因为受到邻近基团的空间阻碍，旋转不是所有角度能进行的。反式构象时系统的位能最小，性质最稳定；其他角度时位能都较高。低温时双分子层中脂肪酰链呈全反式的“僵直”状态，温度升高后链变得“柔软”。这样的转变过程不是渐行的，而是在某个温度时发生突变，该温度T为相变温度。1972年，S.J.辛格和G.L.尼科尔森提出生物膜流动镶嵌模型。根据疏水相互作用明确了双分子层中的基质是脂质，蛋白质靠静电相互作用结合在脂质的极性头部（外周膜蛋白），或镶嵌在双分子层的疏水性区域（内在性膜蛋白）——即膜的镶嵌特性。正常生理条件下，整个脂双分子层呈液晶状态脂分子，蛋白质分子处于不停的运动状态。温度、胆固醇等对膜的流动性有较大的影响。脂质和蛋白质在生物膜的内、外两侧分布不对称。脂质分子在膜中的运动形式主要有：①脂肪酰链C一C键的“反式-扭转式”异构化。②绕整个分子轴的旋转扩散。③在膜平面上的侧向扩散。④脂肪酰链的片断运动。⑤内、外层分子的翻转运动。

　　研究表明，脂质存在其他的非双分子层结构。一些尾部截面积大于头部的脂质或带负电的脂质在一定的温度、pH、离子环境（特别是Ca²⁺）等条件下能形成H相，可能在膜融合、脂质分子的翻转运动及某些物质的跨膜运输等过程中起重要作用。

　　不同的生物膜具有不同的功能，主要包括物质运输和能量转换两大类。

　　①物质运输。物质的跨膜运输可大体分为被动运输、主动运输和膜动运输。被动运输包括单纯扩散及促进扩散，两者都是在浓度梯度的驱动下，向平衡态进行的跨膜扩散运动。主动运输是物质逆着电化学位梯度跨膜运输的过程，必须有其他能量偶联输入。膜动运输是借膜的变形将大分子、配体、菌体等物质摄入细胞而将蛋白质、多糖等分泌出细胞的过程。其中通过膜上受体中介的内吞作用是个很重要的细胞学过程。铁传递蛋白、胰岛素、上皮生长因子，许多毒素和病毒等亦是通过这一途径进入细胞的。

　　②能量转换。ATP主要产生类囊体膜以及细菌、蓝绿藻等原核细胞的质膜。尽管这些膜在进行ATP合成及离子运输过程中最初的能源是各种各样的，但机理却很相近。1961年P.米切尔提出“化学渗透偶联”假说，认为膜两侧H⁺浓度差所贮存的渗透能量能够用来产生ATP。这一假说将膜上电子传递、离子运输及ATP合成这三方面统一起来。

　　细胞之间除通过物理接触直接通讯外，还能靠局部化学介体神经生长因子、组胺等、激素及神经递质等化学信号分子进行间接的信息传递。