基本介紹
- 中文名：生物膜系統
- 外文名：biomembrane system
- 作用：細胞具有一個相對穩定的內環境
- 套用：醫學和生產過程
概念,功能,聯繫,作用,研究意義,人工膜,
概念
細胞就像一台複雜而精巧的生命機器，各個部件雖然作用不同，但是銜接得非常巧妙，因而整台機器能夠靈活運轉。細胞膜、核膜以及內質網、高爾基體、線粒體等細胞器，就是這台“機器”中一些功能相關的“部件”，它們都由膜構成，這些膜的化學組成相似，基本結構大致相同，統稱為生物膜。
功能
①使細胞內具有一個相對穩定的環境，並使細胞與周圍環境進行物質運輸、能量交換、 信息傳遞。
②為酶提供了大量的附著位點，為反應提供了場所
③將細胞分成小區室，把細胞器和細胞質分隔開，使各種化學反應互不干擾，保證了生命活動高效有序地進行
聯繫
（一）各種生物膜在結構上的聯繫
細胞內的各種生物膜在結構上存在著直接或間接的聯繫。內質網膜與外層核膜相連，內質網腔與內、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)。內質網與核膜的連通，使細胞質和核內物質的聯繫更為緊密。在有的細胞中，還可以看到內質網膜與細胞膜相連。內質網膜與線粒體膜之間也存在一定的聯繫。線粒體是內質網執行功能時所需能量的直接“供應站”，在合成旺盛的細胞里，內質網總是與線粒體緊密相依，代謝越旺盛相依程度越緊密，有的細胞的內質網膜甚至與線粒體的外膜相連。
雖然高爾基體與內質網在結構上沒有直接相通，但是當附著有核糖體顆粒的內質網膜（粗面內質網）連線到高爾基體膜上時，內質網膜常常失去核糖體，變成光滑的、無顆粒的膜，生物學上稱之為滑面內質網，與高爾基體的膜極為相似。許多科學家認為，在細胞進化的過程中，高爾基體是由內質網轉變而來的。
高爾基體膜在厚度和化學組成上介於內質網膜和細胞膜之間。在活細胞中，這三種膜是可以互相轉變的。內質網膜通過“出芽”的形式，形成具有膜的囊泡（具膜小泡），囊泡離開內質網，移動到高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體膜又可以突起，形成囊泡，囊泡離開高爾基體，移動到細胞膜，與細胞膜融合，成為細胞膜的一部分。細胞膜也可以內陷形成囊泡，囊泡離開細胞膜，回到細胞質中。由此可以看出，細胞內的生物膜在結構上具有一定的連續性，囊泡對細胞的胞吞和胞吐作用有著十分重要的意義。
生物膜的化學組成細胞內的各種生物膜不僅在結構上相互聯繫，它們的化學組成也大致相同。與細胞膜類似，其他生物膜也主要由蛋白質、脂類和少量的糖類（細胞膜上的糖類一般與蛋白質結合，以糖蛋白的形式出現在細胞膜上，糖蛋白對細胞的生物識別功用意義非凡。也有一部分糖類與脂質結合形成糖脂。）組成。但是在不同的生物膜中，這三種物質的含量是有差別的(如下表)。
蛋白質 ...49.. .......59.......... 67 .......52 ..........76
脂類 .....43 .........35 ..........33 .......48 ..........24
糖類 ......8 ........2.9 .......含量很少 ....含量很少.... 含量很少
（質量分數 /%）
（二）各種生物膜在功能上的聯繫
科學家在研究分泌蛋白的合成和分泌時，曾經做過這樣一個實驗：他們在豚鼠的胰臟腺泡細胞中注射3H標記的亮氨酸，3min後，被標記的胺基酸出現在附著有核糖體的內質網中，17min後，出現在高爾基體中，117min後，出現在靠近細胞膜內側的運輸蛋白質的小泡中，以及釋放到細胞外的分泌物中(如圖)。這個實驗說明分泌蛋白在附著於內質網上的核糖體中合成之後，是按照內質網→高爾基體→ 細胞膜的方向運輸的。
分泌蛋白的合成與分泌
分泌蛋白的合成與分泌在核糖體上合成的分泌蛋白，為什麼要經過內質網和高爾基體，而不是直接運輸到細胞膜呢？進一步的研究表明，在核糖體上翻譯出的蛋白質，進入內質網腔後，還要經過一些加工，如摺疊、組裝、加上一些糖基團等，才能成為比較成熟的蛋白質。然後，由內質網腔膨大、出芽形成具膜小泡，包裹著蛋白質轉移到高爾基體，把蛋白質輸送到高爾基體腔內，做進一步的加工。接著，高爾基體邊緣突起形成小泡，把蛋白質包裹在小泡里，運輸到細胞膜，小泡與細胞膜融合，把蛋白質釋放到細胞外。在分泌蛋白的合成、加工和運輸的過程中，需要大量的能量，這些能量的供給，來自於細胞內的“動力站”——線粒體，線粒體內膜上含有大量的與有氧呼吸有關的酶。由此可見，細胞內的各種生物膜不僅在結構上有一定的聯繫，在功能上也是既有明確的分工，又有緊密的聯繫。各種生物膜相互配合，協同工作，才使得細胞這台高度精密的生命機器能夠持續、高效地運轉。
作用
1－基本作用
首先，細胞膜不僅使細胞具有一個相對穩定的內環境，同時在細胞與外界環境之間進行物質運輸、能量交換和信息傳遞的過程中也起著決定性的作用。第二，細胞的許多重要的化學反應都在生物膜內或者膜表面進行。細胞內的廣闊的膜面積為酶提供了大量的附著位點，為各種化學反應的順利進行創造了有利條件。第三，細胞內的生物膜把細胞分隔成一個個小的區室，如各種細胞器，這樣就使得細胞內能夠同時進行多種化學反應，而不會相互干擾，保證了細胞的生命活動高效、有序地進行。
2－對細胞工程的意義
膜融合是細胞融合（如植物體細胞雜交，高等生物的受精過程，單克隆抗體的製備）的關鍵，也與大分子物質進出細胞的內吞作用和外排作用密切相關，通過膜之間的聯繫，使細胞內各種細胞器在獨立完成各自生理功能的同時，又能有效的協調工作，保證細胞生命活動的正常進行。例如分泌蛋白的形成。
研究意義
①理論上：闡明細胞生命活動規律。如蛋白質、糖類和脂質的人工合成和運輸。
②工業上：人工模擬生物膜功能。如海水淡化、污水處理。
③農業上：改善作物品質。如抗寒、抗旱、耐鹽機理的研究。
