细胞生物学内膜系统的统一性


内膜系统(endomembrane systems)
内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器, 因为它们的膜是相互流动的, 处于动态平衡, 在功能上也是相互协同的。广义上的内膜系统概念也包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核等细胞内所有膜结合的细胞器。
功能:扩大膜的总面积,为酶提供附着的支架,如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在线粒体内膜上;将细胞内部区分为不同的功能区域,保证各种生化反应所需的独特的环境。
性质:内膜系统具有动态性质。虽然内膜系统中各细胞器是一个个封闭的区室,并各具一套独特的酶系,有着各自的功能,在分布上有各自的空间。实际上,内膜系统中的结构式不断变化的,此为内膜系统的最大特点,动态性质。
动态网络主要是由细胞中3种不同的生化活动及3种不同的代谢途径造成的。1、生化合成途径。2分泌途径。3、内吞途径
内膜系统的研究方法:放射自显影术,减速离心分离与功能分析、用突变体研究内膜系统的运输作用A




内膜系统包括内质网、线粒体、叶绿体、高尔基体等结构
从形态上说,线粒体和叶绿体是双层膜,其起源一般认为是内共生,外膜和内膜上有不同的酶。比如线粒体的内膜通透性很差,上面有大量质子泵和细胞色素、辅酶Q等,是将有氧呼吸过程产生的大量能量通过氧化磷酸化而偶联到ATP上,而叶绿体也同样是在内膜上,将收集的光能用来裂解水,再用得到的质子梯度将能量固定,失去膜结构,这两个细胞器的功能就无从发挥。
而内质网和高尔基体是单层膜,内质网分为粗面和滑面,通常认为粗面内质网因为附着核糖体,是制造蛋白的主要位置,事实上核糖体之所以要附着在内质网上,是因为合成的蛋白是膜蛋白,需要根据穿膜序列在内质网上固定并修饰,修饰的主要场所就是内质网和高尔基体,包括糖基化、甲基化等等。而高尔基体也负责合成蛋白质的转运,蛋白质上有各种定位序列,就是在高尔基体里被分选到不同的膜上小体,从而转运到细胞的不同位置,而细胞膜上的蛋白,也是在这里形成包被小体,运送到膜上的。
这里需要提到溶酶体,溶酶体也是在高尔基体上分泌出来逐渐成熟的,一般是和细胞内吞的小泡结合,很多病毒就是有逃逸机制,在内吞小泡和溶酶体结合之前,识别了内吞小泡的pH值下降,就先逃逸了。而溶酶体如果裂解了,细胞也会遭殃,这是细胞凋亡的一个主要步骤。
(一)生物膜和生物膜系统

1、生物膜

指细胞内的化学组成相似、基本结构大致相同的膜的统称。包括细胞膜、核

膜及细胞器的膜。

2、生物膜系统

细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器,在结构和功能上是紧密联系的统一整体,它们形成的结构体系,叫做细胞的生物膜系统。

(二)各种生物膜在结构上的联系

1、直接联系





2、间接联系

内质网膜、高尔基体膜和细胞膜是可以相互转变的。



(三)各种生物膜在功能上的联系

1、分泌蛋白

是指酶、抗体、部分激素等在细胞内合成后,分泌到细胞外起作用的蛋白质。

2、以分泌蛋白的合成和分泌为例:





3、结论

细胞内的各种生物膜在功能上既有明确分工,又有紧密联系,各种生物膜相互配合、协同工作,才使得细胞这台高度精密的生命机器能够持续、高效地运转。

(四)生物膜系统的作用

1、细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境,同时在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换和信息传递的过程中也起着决定性的作用。

2、细胞的许多重要的化学反应都在生物膜上进行。细胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点,为各种化学反应的顺利进行创造了有利条件。

3、细胞内的生物膜把细胞分隔成一个个小的区室,如各种细胞器,这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应,而不会相互干忧,保证了细胞的生命活动高效、有序地进行。

(五)研究生物膜的重要意义

1、理论上

有助于阐明细胞的生命活动规律

2、实践应用上

(1)工业方面:模拟生物膜处理污水、淡化海水。

(2)农业方面:寻找改善农作物品质的新途径。

(3)医学方面:尝试用人工合成的膜材料,代替人体病变器官,行使正常的生理功能。

二、重难点知识归纳及总结

(一)细胞的生物膜系统

细胞膜、细胞核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器,在结构、功能上都是紧密联系的统一整体,它们形成的结构体系叫做细胞的生物膜系统,根据其在细胞中的位置可分为两类——质膜和内膜系统。

(1)质膜:指包围在细胞外面的细胞膜

(2)内膜系统:指真核细胞中,在结构、功能或发生上相关的,由膜围绕而成的细胞器或细胞结构,如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。

(二)各种生物膜在结构上的联系

真核细胞中,内质网外连细胞膜,内连核膜,中间还与许多细胞器膜相连,其内质网腔还与内外两层核膜之间的腔相通,从而使细胞结构之间相互联系,成为一个统一整体;此外,高尔基体膜,内质网膜,细胞膜,还是可以相互转化

的:内质网膜 高尔基体膜 细胞膜。由此可见,细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性。

(三)各种生物膜在功能上的联系

膜融合是细胞融合(如植物体细胞杂交,高等生物的受精过程)的关键,也与大分子物质进出细胞的内吞作用和外排作用密切相关,通过膜之间的联系,使细胞内各种细胞器在独立完成各自生理功能的同时,又能有效的协调工作,保证细胞生命活动的正常进行。例如分泌蛋白的形成。

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