生物膜与细胞内过程的模拟模型

生物膜的结构模型生物膜是由多种生物分子构成的薄层结构，包括脂质、蛋白质和糖类等，它们通过各种相互作用相互连接在一起构成了不透水的屏障。

生物膜在细胞内起到了许多关键的功能，例如维持细胞的形状、调控物质的进出以及参与细胞间的相互作用等。

生物膜的结构模型可以帮助我们更好地理解生物膜的组成和功能，进而有助于探索相关的生物学问题。

1.扁平膜模型：扁平膜模型是生物膜最早提出的结构模型之一，它认为生物膜是由两层磷脂分子层构成的。

磷脂分子是一种极性分子，具有疏水性的疏水尾部和亲水性的亲水头部。

根据这个模型，生物膜的内部是由疏水尾部相互排列的脂质屏障，疏水头部与水接触，形成了水相界面。

然而，这个模型无法解释许多生物膜的功能，比如膜上的特异性蛋白质、膜上的酶活性等。

2.浮动蛋白质模型：浮动蛋白质模型是对扁平膜模型的一种补充和修正。

它认为生物膜上有许多浮动的蛋白质，这些蛋白质能够在脂质屏障上任意移动。

这个模型能够解释膜上酶活性等的现象，但仍不能解释膜内蛋白质与脂质分子之间的相互作用。

3.海岛模型：海岛模型是对生物膜结构的一种最新的认识。

它认为生物膜上存在着许多固定的蛋白质簇，这些蛋白质簇被固定在脂质屏障上，并通过一些特定的相互作用与脂质分子结合在一起。

这个模型解释了膜内蛋白质与脂质分子之间的相互作用，以及膜上特异性蛋白质的存在。

除了以上几种主要的结构模型，还有一些其他的模型，例如疏水孔道模型、翻车酪氨酸模型等。

这些模型基于不同的实验结果和理论推测而提出，并在一定程度上解释了生物膜的结构和功能。

总结起来，生物膜的结构模型包括了扁平膜模型、浮动蛋白质模型、海岛模型以及其他的一些模型。

这些模型有助于我们更好地理解生物膜的组成和功能，但仍然存在许多待解决的问题。

未来的研究将进一步完善这些模型，探索生物膜的更多内部结构和功能细节。

生物膜与细胞质膜（一）生物膜的结构模型关于生物膜结构模型，人们熟知的流淌镶嵌模型是以前普遍接受的概念，目前更为科学的概念是脂筏模型。

是指在生物膜上脂质分子胆固醇富集而形成有序的脂相，即膜脂大分子，犹如脂筏一样载着各种膜蛋白和膜多糖。

组成脂筏的紧密分子在脂质双分子层上可以流淌，并且全部组成分子一起流淌。

脂筏是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，大小约70nm，是一种动态结构，位于质膜双层的外侧。

因为鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体。

脂筏就像一个糖蛋白和糖脂分子停靠的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有疏远的关系。

脂筏最初可能在内质网上形成，转运到细胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上与生物膜内侧的细胞骨架蛋白交联。

推想一个100nm大小的脂筏可能载有600个蛋白分子。

从脂筏的角度来看，膜蛋白可以分为三类：①存在于脂筏中的蛋白质，包括糖磷脂酞肌醇锚定、某些跨膜蛋白、Hedgehog蛋白、双乙酞化蛋白如非受体酪氨酸激酶Src,G蛋白的G+亚基、血管内皮细胞的NO合酶。

②存在于脂筏之外无序液相的蛋白质；③介于两者之间的蛋白质，如某些蛋白在没有接受到配体时，对脂筏的亲和力低，当结合配体，发生寡聚化时就会转移到脂筏中。

（二）生物膜的类型 1．细胞质膜细胞质膜，也称原生质膜，存在于全部细胞的细胞质基质外表面，是典型细胞结构特征之一。

细胞质膜是细胞与外界举行物质交换、信号传递、能量传递的基础。

细胞质膜的功能主要有以下几个方面：①维持细胞的结构完整性，庇护细胞内成分；②细胞内外挑选性物质运送的通道和桥梁；③细胞通讯中，是受体一配体、抗原一抗体特异性识别的物质基础和位置；④细胞表面绒毛、纤毛、鞭毛的着生位点；⑤分隔不同的酶系，使各种代谢反应不相干扰。

相对而言，具有细胞壁的细胞和植物细胞的细胞质膜的结构功能要比动物细胞的细胞质膜容易。

但是，因为原核细胞没有细胞内膜和其他膜性细胞器，因此，原核细胞的细胞质膜第1页共3页。

生物膜的结构模型关于膜的结构，从20世纪开始一直到现在，科学家们提出了很多假说和模型。

下面举几个比较流行的模型加以说明。

1．单位膜模型这种模型于1935年提出，到20世纪50年代加以修正，随后经罗伯特森（Robertson）的电镜观察加以完善。

这种模型表示，细胞膜由脂质双分子层及在其内外两侧各覆盖一层蛋白质所组成。

脂质分子相互平行，与膜垂直。

蛋白质是以β-叠形式结合在膜的内外两侧，形成网状。

罗伯特森于1959年指出，所有生物膜的厚度基本上是一致的，这种三层结构的膜普遍存在于细胞中，他叫这样的膜为单位膜。

但到20世纪60年代以后，由于应用了一系列新技术，科学家证实膜的脂质双分子层中也有蛋白质颗粒，并证实膜蛋白主要不是β-折叠结构，而是α-螺旋结构等。

科学家根据这些事实，对生物膜的单位膜模型理论提出了修正。

2．液态镶嵌模型这是细胞生物学的重要进展之一。

科学家发现细胞膜不是静态的，而是膜中的脂质和蛋白质都能自由运动。

这种模型叫做流动脂质—球蛋白镶嵌模型。

这是个动态模型，表示细胞膜是由脂质双分子层和镶嵌着的球蛋白分子组成的，有的蛋白质分子露在膜的表面，有的蛋白质分子横穿过脂质双分子层。

这种模型主要强调的是，流动的脂质双分子层构成了膜的连续体，而蛋白质分子像一群岛屿一样无规则地分散在脂质的“海洋”中。

后来，不少实验都证实膜脂的“流动性”是生物膜结构的基本特性之一，因此这种模型比较普遍地被大家所接受和支持。

但是，这种模型也有不足之处，它比较忽视了蛋白质分子对脂质分子流动性的控制作用，以及其他因素对脂质分子运动的影响。

3．晶格镶嵌模型由于液态镶嵌模型有上述不足之处，沃利奇（Wallach）于1975年提出了晶格镶嵌模型。

他指出：生物膜含有“流动性”脂质是可逆地进行从无序（“流动性”）到有序（晶态）的相变；在大多数动物细胞的膜系统中，这种“流动性”脂质呈小片的点状分布，面积小于100 nm2左右。

沃利奇认为，“晶格镶嵌”模型比“液态镶嵌”模型更能代表膜的真实结构。