細胞膜的構造

細胞膜的構造 (Cell Membrane)
臺中市雙十國民中學自然領域王淑卿教師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

任何物質進出細胞必須經過細胞膜，其構造寬度約是5~10奈米(nm)，想打開物質如何出入細胞的真相必須藉由電子顯微鏡觀察細胞膜的結構後，才能真相大白。

辛格(Singer)和尼克森(Nicolson)於1972年提出流體鑲嵌模型 (Fluid Mosaic Model)，說明細胞膜是由雙層脂膜(lipid bilayer)合而為一構成的單層生物膜。雙層脂膜（如下附圖）的外面兩層是具有極性的親水性磷脂質 (phospholipid)頭部（各約1.5奈米），中間是非極性的厭水性（親油性）脂肪酸尾端（約3奈米），磷脂質分子間有約0.5奈米的空隙，是種流體式的動態平衡，物質可以在膜上移動或聚合。利用冷凍斷裂分析法 (Freeze-Fracture Analysis)可以發現細胞膜上有蛋白質、脂質和少數醣類鑲嵌在脂雙層中，由於種種細胞膜的特殊構造而形成其選擇性通透 (selective permeability ) 的特性。

細胞膜上的蛋白質稱為膜蛋白 (membrane protein)，依其型態可分為嵌入蛋白 ( integral protein )–會嵌入或貫穿脂雙層；周邊蛋白質（peripheral protein）–位於細胞膜外或細胞質內；附脂蛋白(lipid-anchored protein)–附著於雙層膜內脂肪酸上。膜蛋白的功能有的是能接收荷爾蒙或環境等訊息，引發反應者稱為接受蛋白 ( recerptor protein)；有的作為酵素(enzyme)可催化反應；有的可作為運輸蛋白(transport proteins)，其中如果具有相當的縫隙可以容許一些特定的分子或離子通過者，則稱為通道蛋白(channel protein)，例如水通道及離子通道；其中若必須先和被輸送的物質結合，然後造成膜蛋白質分子結構變化，而再由此蛋白質分子的縫隙而到轉送至細胞膜的另一側者，則稱為載體蛋白（或稱攜帶蛋白，carrier protein）。膜蛋白運送的物質都具有專一性，也有飽和度的限制。膜蛋白外側若有寡糖(oligosacharide)附著者稱為膜醣蛋白（或稱醣蛋白，glycoprotein），有辨識功能，可提供免疫系統辨別自身或外來細胞的依據。

細胞膜上的脂類統稱為膜脂 (membrane lipid)，主要有磷脂質、膽固醇和醣脂。膜脂是構成細胞膜的基本骨架，约占膜的50%。磷脂質具有極性親水性的頭和非極性厭水性的尾，是構成細胞膜的主要物質外，還可作為防止水溶性物質自由進出的屏障。膽固醇(cholesterol)緊密穿插於雙層脂膜中（註：細菌與大多植物細胞膜缺乏膽固醇，由植物醇替代）可以降低膜的流動性並維持細胞膜的形狀。醣脂普遍存在生物細胞膜上但並含量不高，可作為細胞膜上的受體，例如有一種醣脂–神經節苷脂含有唾液酸(Sialic acid)是流感病毒在黏液細胞中的的受體，也可以阻止病菌入侵，例如腦神經細胞、頜下腺黏蛋白、母乳中則含量較高。

細胞膜上的醣類統稱為膜醣 (membrane carbohydrate)，主要是短鏈的寡糖。寡糖鍵結於膜蛋白者稱為膜醣蛋白(glycoprotein)可當作細胞的標誌(marker)及細胞間的黏著及辨識等。例如疱疹病毒外套膜(envelope)上的醣蛋白可以誘發宿主合成抗體，是目前疫苗研發的主要標的抗原。寡糖若附著於膜上的脂肪則稱為醣脂(glycolipid)，其功能於膜脂已詳述。

圖片來源
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=File:Cell_membrane_detailed_diagram_zh.svg&variant=zh-tw