一、细胞膜的不对称性
1.不对称性的表现
膜的主要成份是蛋白质、脂和糖,膜的不对称性主要是指那些成份分布的不对称以及那些分子在方向上的不对称。
(1)膜脂分布的不对称性膜脂分布的不对称性表现在膜脂两边分布的各种脂的浓度比列不同,各类细胞的膜脂不对称性差别很大。因为膜脂在两边分布的差异细胞膜流动性,导致不同膜区的功能各异。
(2)膜蛋白分布的不对称性膜蛋白的分布时绝对不对称的,每种膜蛋白在膜内都有特定的排布方向。通常说,细胞质面的蛋白质比外表面少,一些酶和受体处于膜的外表面。
(3)膜糖的不对称性糖脂均分布在植物细胞的外表面。糖蛋白的糖基在质膜上也是分布于质膜脂单层的外叶。
2.不对称性的意义
膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性造成了膜功能的不对称性和方向性,保证了生命活动的高度有序性。
膜除了内外两边的功能不同,不同区域的功能也不相同,导致这些功能上的差别主要是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不对称造成的。
细胞间的辨识、运动、物质运输、信号转导等都具有方向性,这种方向的维持则依赖于膜蛋白、膜脂和膜糖的分布不对称性。
膜的流动性概念是指膜内部的脂和蛋白质分子的运动性。
膜流动性主要是由膜脂单层的状态变化导致的。在生理条件下,膜脂多呈液晶态。气温降至某点,则弄成晶态。一定湿度下,晶态可溶化在弄成液晶态。这些临界气温称为相变体温。
膜脂因为成份不同而各有其不同的相变体温。在某一气温下,有些脂处于晶态,另一些脂仍处于液态。处于这两种不同状态的磷脂分子分别各自汇集,产生了相的分离,进而产生一些流动性不一的微区。因为膜脂的流动,给膜蛋白提供了可以流动的环境,加上膜蛋白自身构象的变化,使膜蛋白处于动态之中。
二、细胞膜的流动性
1、流动性的表现方式
膜脂运动
脂的流动是导致膜流动的主要诱因。概括上去,膜脂的运动形式主要有3种形式:侧向扩散,又称侧向迁移。在同一单脂层内的脂分子时常相互换位,其速率相当快。这些运动一直保持脂分子在质膜中排布方向:亲水的侧链朝向膜表面,疏水的尾指向膜的内部。旋转运动,即每位脂分子都围绕其长轴做快速旋转。反转扩散,它是指脂分子从脂单层的一个层面翻转至两一个层面的运动。这些运动时极少发生,也是最为剧烈运动。
膜蛋白运动
因为膜蛋白分子质量较大,它不可能像膜那样运动。膜蛋白的运动表现为:随机联通、定向联通和局部运动。
2.膜流动性的生理意义
细胞质膜适合的流动性是质膜行使功能的必要条件。诸如细胞质膜中有相当数目的酶催化着不同的反应,酶活性与流动性极大的关系。膜流动性大,有利于酶的侧向扩散和旋转运动,增强酶的活性。
膜的一个重要功能就是参与物质运输。细胞质膜上有一些蛋白可作为讯号分子的受体,它可同细胞外的讯号分子结合,之后以某种运动形式,将讯号传递到细胞内,假若没有膜的流动性,讯号也就难以向细胞内传递。
膜流动性与细胞周期关系密切。
细胞的生命活动须要能量消耗,细胞内能量转换的鞋厂是线粒体和内质网。另外,膜的流动性与发育和细胞衰老过程都有相当大的关系。
3.影响膜的流动性的诱因
室温对膜流动性的影响
室温,是影响膜流动性主要的诱因。膜的骨架成份是脂,犹如其他的物质一样,既可以是晶态,又可以是液态存在。主要更具气温变化而定。
膜脂结构和组成对膜流动性的影响
(1)脂肪酸链的宽度对流动性影响长链的脂肪酸具有较高的相变体温细胞膜流动性,而短链脂肪酸的变相湿度较低。膜若是富含丰富的长链脂肪酸,这么流动性就增加。反之,膜中短链脂肪酸的浓度丰富,膜的流动性就高。
(2)脂肪酸链的不饱和程度对流动性的影响不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸具有较低的相变气温,也就是说,假如膜脂中富含丰富的不饱和脂肪酸,膜的流动性就高。
(3)固醇对膜流动性的调处作用真核细胞膜中大量的固醇插在磷脂之间,几乎多至每一个磷脂分子就有一个固醇。固醇的甾环区域磷脂分子的脂肪酰链互相作用,可以提高膜脂单层的稳定性,降低膜脂有序性而增加其流动性,调处膜的机械性能。
在变型气温以上,尿酸可使磷脂分子的脂酰链末端的羟基运动减少,即限制膜的流动性。在变相气温以下,尿酸可降低单糖分子脂酰链的运动,这样可以提高膜的流动性。也就是说在变相气温以下,降低血脂提升流动性;在变型气温以上,降低血脂则增加膜的流动性,所以觉得胆甾醇是膜结构中“可塑分子”。
固醇不仅调节膜的流动性外,它还能促使磷脂的腹部分开,促使细胞表面的分子穿过外层。通过这些影响,尿酸帮助结合在膜表面的蛋白质分子步入细胞。其实固醇才能促使蛋白质步入细胞,但也能使得脂单层的尾部合拢,以制止离子和一些物质的步入。
(4)卵磷脂和鞘磷脂比值对膜流动性影响
卵磷脂浓度高,则流动性较大,如果鞘磷脂浓度高,则流动性低。在37时,两种脂均处于流动状态,但前者的微粘性较大。衰老的细胞膜和动脉硬化的细胞膜上的卵磷脂和鞘磷脂的比值低,流动性低。
膜蛋白对流动性的影响
尽管膜蛋白还能在膜中进行侧向扩散和旋转运动,但因为膜蛋白与膜脂的结合时功能性的,它必然要以膜中形式同细胞内、细胞外、细胞与细胞间发生联系,组成特殊的膜区,这样,膜蛋白的运动都会遭到限制,因而影响了膜的流动性。如整合蛋白常常集聚成群,因此影响相互的运动;膜整合蛋白常常同膜下骨架相连或同细胞外基质成份互相作用,这样必然影响膜蛋白的流动性;有些整合蛋白具有细胞联接的作用,也别是参与紧密联接的蛋白质基本是固定不动的;还有些整合蛋白与细胞外官能团、抗体及抗生素大分子等互相作用,这种都是限制膜蛋白运动的诱因。