细胞膜的功能构造

时至今日,地球已经经过了长达46亿年的光辉岁月。在这其中,最美好、并赋予地球生机的诞生物便是生命。是的,目前为止,地球是唯一一个已知拥有生命的星体。无论地球历经怎样的变迁,它仍然生机勃勃。那么是什么造就了生命?

构成生命的基础是自然界中的物质。我们能够想象到的,可能包含大分子有机物和无机物(有序排列),以构成细胞的每一个部分。其次是驱动“构成生命最基础的单位”~细胞的生命活动的能量。然后便是使每一种生命永续的密钥~自我复制(繁殖)。我自身无法永生,但我可以将能够代表我自身的物质永存,于是便有了遗传、演化、繁殖。目前看来,使生命诞生的条件已经足够充足。但是,生命是否需要另外的条件呢?我们可以思考一下,两个人何为两个人,为何两人不能组合在一起?yes,两人之间存在皮肤上的隔阂。正因为皮肤,或者“外套”,才让一滩物质构成了一个个体。所以,生命的诞生离不开一个能让生命是生命的场所。换句话说,就细胞也需要自己的皮肤。这便是细胞构成部分之一的细胞膜。如此,细胞内部的能量便能实现浓缩、聚集,以驱动生命,并为不同的生命需求创造新的大分子结构,形成一套完美、能够彼此链接的的系统。这样一来,其稳定性不言而现。

(但生命的运行要求物质具备一定的有序性,以满足复杂的生命活动。同时,仅有物质是不行的。如果将细胞中所含的所有物质滴入试管中,生命也不可能凭空出现。所以,能量也是一个重要的因素。能量源于温度(太阳、熔岩),源于原子的重组与分子的分裂,以驱动细胞的生命活动。现在看来,生命诞生的条件似乎足够了,但每一个细胞终会有死亡的一天,那么细胞该如何应对死亡?让自己变为永生?对于早期生命来说可能难度较大,那我能否以另一种方式“永生”?没错,这便是自我复制,将自己的遗传物质通过读取、粘贴,传给下一个“自己”,实现永“存”。这便是细胞分裂繁殖的源头。)


由此,我们可以得出细胞膜的第一个功能:与外界隔离,保持细胞内部相对稳定的环境。如此,细胞才因为成为真正的个体而称之为细胞。那么细胞还有什么功能?作为细胞本体与外部环境的交涉界,一定控制着细胞与外部环境的互动,例如控制物质的进出和与其他细胞的信息交流。哪些有害物质不能进,哪些必要物质不能出,又或者可进可出。要想识别,就需要有对应的细胞器工作。但如果细胞想要完成如此繁杂的工作,是否要一定要具备不同凡响的结构和组成?需要。我们知道细胞是生活在体液中的,而类似糖类和小分子有机物会因为水的极性而被水解,也就是通俗语言中的“溶解”。一旦溶解,自身的结构很难保持,无法拥有致密的包裹性。所以,细胞膜由不溶于水的脂质构成。这种特定脂质被称为磷脂(也包含一些胆固醇)。

那么磷脂分子是如何排列而构成细胞膜的呢?难道是扎堆后随意排列吗?显然,生命的诞生离不开有序性,否则无法进行相应的生命活动。

磷脂由一个分子的胆碱、磷酸、甘油基团和两个分子的脂肪酸构成。脂肪酸部分共同构成了磷脂分子的尾部,而其他部分则构成了头部。我们可以发现,头部中有碱基、磷酸基团和甘油,三者在单独存在的状态下都非常容易溶于水,所以有很强的极性。如此一来,磷脂头部就具备亲水性。而磷脂尾部的构成中则包含两条大分子脂肪酸连,是一种烷烃,难溶于水。所以烷烃尾部具备疏水、亲脂性。我们已知的是细胞内外都存在水。细胞质中,水能够为细胞器的工作提供稳定的环境,而细胞外,水能让生命活动更为旺盛,并作为良好溶剂主导物质运输。所以,难道磷脂这玩意一头亲水一头疏水,真的能构成细胞?其实所有的科学先贤都被此问题困扰,但在实践过程中,人们发现细胞膜中所包含的脂质的面积居然是表面积的两倍!so,这就说明,细胞膜极有可能是两层磷脂尾对尾组成的。事实上的确如此,细胞膜的主要结构便是磷脂双分子层。这样一来,细胞膜便具有紧密的包裹性,服务于细胞的生命活动。

细胞膜不仅需要有紧密的包裹性,也需要有选择性的渗透、选择物质。那么细胞中的物质是如何实现进出的呢?想要实现进出,最基本的前提是识别。我要知道你是什么,才能决定你能否进入并起一些生命作用。既然细胞膜中已经存在大量脂质,另外两种有机物~糖类和蛋白质有无可能来肩负起类似的责任?唉,你猜对了。蛋白质不仅是构成集体的物质,也是行使生命活动的主要物质。水对于生命有着重要的作用,但双分子层内是疏水的,不可能通过间隙而实现进出。通过观察,我们可以发现细胞膜上存在着一些特殊的凸起,而且数量繁多。它们就是由蛋白质组成的管道,能使水通过。它们镶嵌在脂质中,行使其职权。其他物质的进出,则决定于细胞膜上的各类糖蛋白和糖脂。它们共同被称为糖被。

PS:大家可能听说过一种接收器~受体,它可能就是糖被中的一员哦。

那么我们就可以建立一套关于细胞膜的模型:

观察以上的结构,大家能否想出些问题?我们要知道,细胞膜作为生命的一部分,难道其具备的结构仅仅就像乐高积木一样拼装起来就不为所动来吗?nonono!细胞膜的结构不一定是刚性(固定)的!科学家做过一个实验,以荧光标记人体红细胞和小鼠细胞的膜蛋白,然后将其混合,发现不同的荧光也混合起来了!这说明,膜蛋白不是固定的,而是会流动的。那为什么细胞膜需要流动性呢?因为流动性可以提高物质运输和交换的效率,并有助于能量流动和信息传递,有助于自我修复。如果它是“固定”的,那么细胞器与物质的交互一定无法满足生命活动对灵活的需求。这和排队拥挤其实是一个道理,大家可以自行体会。

以上,就是关于细胞膜的所有内容。初中阶段,细胞膜仅仅作为一个浪漫的机体代名词进入我们的思维,而当下,它被赋予了不同的意义。作为生命诞生的最后基础,它的出现是何等的神奇。可能是巧合,可能是偶然,但这恰巧证明生命的创造力是无限的,是伟大的。或许,细胞膜仅仅是生命资产的冰山一角。更多机密还等着我们去发现,去提出。

当然,我也会有问题:细胞膜的存在能够解释,那么细胞壁何以存在?既然细胞膜能够维持细胞内部的稳定环境,为什么碰上病毒和高浓度无机盐溶液会“崩盘”呢?更多关于细胞膜如何与其他物质交互的内容,我们将会在未来最进一步的研究。到时候不见不散,Good Bye!

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