生物膜和生物膜系統(tǒng)的辨析與復(fù)習(xí)

譚文宇 文新明

(四川省宜賓市第一中學(xué)校)

1.準(zhǔn)確理解和正確區(qū)分生物膜和生物膜系統(tǒng),體現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的生命觀念

生物膜是指細(xì)胞中主要以磷脂雙分子層為基本骨架,蛋白質(zhì)分子以覆蓋、鑲嵌、貫穿等不同形式與之結(jié)合在一起而形成的一個(gè)整體,具有特定結(jié)構(gòu)和特殊功能的膜結(jié)構(gòu)。而生物膜系統(tǒng)則是細(xì)胞內(nèi)由細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜和核膜等共同構(gòu)成的一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng),和生物膜之間是部分和整體的關(guān)系。所有的生物膜在物質(zhì)組成和分子結(jié)構(gòu)上都具有相似性,結(jié)構(gòu)上都具有一定的流動(dòng)性,功能上都具有選擇透過(guò)性,實(shí)現(xiàn)與外界分隔、控制物質(zhì)進(jìn)出、進(jìn)行信息交流的主要功能。都可以用“流動(dòng)鑲嵌模型”加以解釋。而膜蛋白種類和數(shù)量的不同又決定了不同的生物膜具備不同的功能,體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的觀點(diǎn):即組成膜的分子具有運(yùn)動(dòng)性決定了膜具有流動(dòng)性,膜的流動(dòng)性又決定了其功能具有選擇透過(guò)性。

【示例1】真核細(xì)胞具備的生物膜系統(tǒng)能為其代謝的穩(wěn)定進(jìn)行提供一個(gè)有利環(huán)境。下列關(guān)于生物膜的描述,正確的是

( )

A.核糖體不屬于生物膜系統(tǒng)范疇,但其在生物膜的合成方面起到重要作用

B.漿細(xì)胞內(nèi),單層膜細(xì)胞器在抗體的加工過(guò)程中均發(fā)揮重要作用

C.糖蛋白普遍存在于各種生物膜上,其在信息傳遞方面發(fā)揮重要作用

D.具有一定流動(dòng)性和選擇透過(guò)性分別是各種生物膜的功能特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

【解析】核糖體沒(méi)有膜結(jié)構(gòu),不屬于生物膜系統(tǒng)的范疇,但其是生物膜中蛋白質(zhì)的主要合成場(chǎng)所,對(duì)生物膜的合成方面起到重要作用,A正確;抗體屬于分泌蛋白,分泌蛋白合成過(guò)程:在核糖體上合成蛋白質(zhì)→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行粗加工→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)“出芽”形成囊泡→高爾基體進(jìn)行再加工形成成熟的蛋白質(zhì)→高爾基體“出芽”形成囊泡→細(xì)胞膜,整個(gè)過(guò)程還需要線粒體提供能量。對(duì)分泌蛋白具有加工作用的單層膜細(xì)胞器只有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,而漿細(xì)胞內(nèi)單層膜的細(xì)胞器還有溶酶體,B錯(cuò)誤;糖蛋白主要分布在細(xì)胞膜的外側(cè),與細(xì)胞間的相互識(shí)別和信息傳遞有關(guān),其他生物膜幾乎不含糖蛋白,C錯(cuò)誤;生物膜系統(tǒng)包括細(xì)胞膜、核膜和細(xì)胞器膜,各種生物膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一定的流動(dòng)性,功能特性是具有選擇透過(guò)性,D錯(cuò)誤。

【答案】A

2.生物膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系,體現(xiàn)部分和整體的觀點(diǎn)

2.1生物膜系統(tǒng)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體在結(jié)構(gòu)上具有一定的連續(xù)性

構(gòu)成生物膜系統(tǒng)的各種生物膜可以實(shí)現(xiàn)彼此之間的相互轉(zhuǎn)化。以教材插圖為例,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在整個(gè)細(xì)胞中占據(jù)廣大的空間,內(nèi)連核膜,外連細(xì)胞膜,使細(xì)胞膜和核膜緊密聯(lián)系,大面積的網(wǎng)格為多種酶提供附著位點(diǎn),為許多重要的生化反應(yīng)提供廣闊空間,體現(xiàn)出生物膜之間在結(jié)構(gòu)上的直接聯(lián)系。同時(shí),在細(xì)胞中有發(fā)達(dá)的高爾基體通過(guò)膜結(jié)構(gòu)的囊泡向內(nèi)實(shí)現(xiàn)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)化,向外實(shí)現(xiàn)與細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)化,起到了重要的交通樞紐和中轉(zhuǎn)站的作用。所以,生物膜系統(tǒng)包含各種生物膜,而且根據(jù)功能的需要實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化,是部分和整體的關(guān)系,如圖1所示。

圖1

2.2生物膜系統(tǒng)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體在功能上緊密聯(lián)系,協(xié)調(diào)配合

在分泌蛋白的合成、加工、運(yùn)輸、分泌完整而有序的過(guò)程中,蛋白質(zhì)(多肽)最初在非膜結(jié)構(gòu)的核糖體上合成一段肽鏈,這段肽鏈會(huì)與核糖體一起轉(zhuǎn)移到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)其合成過(guò)程,并且邊合成邊轉(zhuǎn)移進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔中進(jìn)行初步加工、修飾,形成具有一定活性的較為成熟的蛋白質(zhì),再以囊泡包裹的形式運(yùn)輸?shù)礁郀柣w內(nèi)進(jìn)一步的修飾、加工、分類、包裝,形成成熟的蛋白質(zhì)(如胰島素),最后以囊泡包裹的形式運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞膜,囊泡與細(xì)胞膜融合,分泌蛋白以胞吐的方式完成分泌,而整個(gè)過(guò)程中主要以線粒體供能間接參與。從生物膜系統(tǒng)功能上的聯(lián)系看,該過(guò)程體現(xiàn)了生物膜部分與生物膜系統(tǒng)整體之間統(tǒng)一的觀點(diǎn)(見(jiàn)圖2)。

圖2

【示例2】生物膜系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和功能上都是一個(gè)統(tǒng)一的整體。根據(jù)圖中所給信息,回答下列各題:

圖3

圖4

(1)圖3分泌蛋白的合成與分泌過(guò)程體現(xiàn)了生物膜系統(tǒng)在________上的聯(lián)系.該過(guò)程體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有________的特點(diǎn)。圖示的生理過(guò)程,一般采用的研究方法是________。

(2)圖4顯示了囊性纖維化的病因,從基因水平上理解,該病的產(chǎn)生體現(xiàn)了基因控制性狀的方式是________。該圖還顯示了細(xì)胞膜的________模型。

(3)除了圖所示的功能外,細(xì)胞膜還具有的兩項(xiàng)功能是________、________。

【解析】(1)圖3是膜泡運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程,圖中,甲、乙分別表示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體,由題圖可知分泌蛋白的合成與分泌過(guò)程體現(xiàn)了生物膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系;該過(guò)程體現(xiàn)了細(xì)胞膜的一定的流動(dòng)性的特點(diǎn);研究生物膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能一般采用同位素標(biāo)記法。(2)圖4是生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型,由題圖可知囊性纖維病的病因;從基因水平上理解,該病的產(chǎn)生體現(xiàn)了基因控制性狀的方式是基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物性狀;圖示為細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型,其基本支架是磷脂雙分子層。(3)圖3、圖4顯示了細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出功能,細(xì)胞膜除了具有控制物質(zhì)進(jìn)出功能外,還具有信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換或?qū)⒓?xì)胞與外界環(huán)境分隔等功能。

【答案】(1)結(jié)構(gòu)和功能 一定的流動(dòng)性 同位素標(biāo)記法 (2)基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物性狀 流動(dòng)鑲嵌 (3)進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流 能量轉(zhuǎn)換(或?qū)⒓?xì)胞與外界環(huán)境分隔)

3.細(xì)胞內(nèi)生物膜系統(tǒng)的存在和出現(xiàn),體現(xiàn)生物進(jìn)化的觀點(diǎn)

就細(xì)胞結(jié)構(gòu)而言,所有的細(xì)胞都有生物膜,但不是所有的細(xì)胞都有生物膜系統(tǒng)。原核細(xì)胞就只有生物膜——細(xì)胞膜,而沒(méi)有生物膜系統(tǒng),而真核細(xì)胞絕大多數(shù)都具有由多種生物膜構(gòu)成的生物膜系統(tǒng),少數(shù)特化后的細(xì)胞無(wú)生物膜系統(tǒng)。如哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞,高等植物特化后的導(dǎo)管、篩管細(xì)胞等。從生物進(jìn)化的規(guī)律(簡(jiǎn)單到復(fù)雜,低等到高等)來(lái)看,在原始海洋中由有機(jī)高分子物質(zhì)組成的多分子體系外面包有最原始的界膜,與周?chē)脑己Ｑ蟓h(huán)境分隔開(kāi),成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系,能夠?qū)崿F(xiàn)原始的物質(zhì)交換。由此可以看出:從原始海洋中多分子體系外的最原始界膜,到原核細(xì)胞只有細(xì)胞膜,再到真核細(xì)胞的由多種生物膜構(gòu)成的生物膜系統(tǒng),體現(xiàn)了生物進(jìn)化的觀點(diǎn),生物膜系統(tǒng)的形成和出現(xiàn)是進(jìn)化上的重要標(biāo)志之一。而作為最原始低等的病毒既無(wú)生物膜更無(wú)生物膜系統(tǒng)。

【示例3】如圖5是關(guān)于細(xì)胞生物膜系統(tǒng)的概念圖,請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

圖5

(1)科學(xué)家用________模型解釋了生物膜的結(jié)構(gòu)。

(2)請(qǐng)依次指出圖中a、b、j、e、f、h、m、p所示結(jié)構(gòu)名稱:________。

(3)在m上所發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換形式為_(kāi)_______;同時(shí)發(fā)生在p上的另一種物質(zhì)變化為_(kāi)_______。

(4)上述結(jié)構(gòu)中具有識(shí)別功能的是________(填字母),其識(shí)別功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是________;發(fā)生“f→g→h→g→j”過(guò)程的基礎(chǔ)是________。

(5)原核細(xì)胞只有________(填字母)沒(méi)有________(填字母)因而無(wú)生物膜系統(tǒng)。從進(jìn)化角度看,首先由于________(填字母)的出現(xiàn),才誕生了相對(duì)獨(dú)立的生命系統(tǒng)。

【答案】(1)流動(dòng)鑲嵌

(2)核膜、細(xì)胞器膜、細(xì)胞膜、溶酶體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、類囊體膜、線粒體內(nèi)膜

(4)j 糖被 生物膜具有一定的流動(dòng)性

(5)j a、b j

4.區(qū)分生物膜與組織黏膜

生物膜是位于細(xì)胞內(nèi)的膜結(jié)構(gòu),概念的外延是細(xì)胞內(nèi),主要包括了細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜和核膜三大類,在真核細(xì)胞中構(gòu)成復(fù)雜的生物膜系統(tǒng)。而口腔黏膜、胃黏膜等屬于組織黏膜,是由許多上皮細(xì)胞構(gòu)成的組織結(jié)構(gòu),屬于生命系統(tǒng)的一個(gè)結(jié)構(gòu)層次,而生物膜不屬于生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。由于組織黏膜包含了許多細(xì)胞,也就包含了許多生物膜,但組織黏膜一定不能等同于生物膜。

【示例4】下列有關(guān)生物膜系統(tǒng)的說(shuō)法,正確的是

( )

A.細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、口腔黏膜與小腸黏膜都屬于生物膜系統(tǒng)

B.所有的酶都在生物膜上,沒(méi)有生物膜生物就無(wú)法進(jìn)行各種代謝活動(dòng)

C.生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)都是一樣的,在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系

D.細(xì)胞內(nèi)的生物膜把各種細(xì)胞器分隔開(kāi),使細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不會(huì)互相干擾

【解析】生物膜系統(tǒng)是真核細(xì)胞內(nèi)由細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜和核膜共同構(gòu)成,而口腔黏膜和小腸黏膜屬于消化道黏膜,不屬于生物膜系統(tǒng),A錯(cuò)誤;生物膜為多種酶提供附著位點(diǎn),是許多生物化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所,但細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中也含有酶(如進(jìn)行無(wú)氧呼吸的酶),也能進(jìn)行各種代謝活動(dòng),B錯(cuò)誤;各種生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)大致相同,在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系,C錯(cuò)誤;細(xì)胞內(nèi)的生物膜把各種細(xì)胞器分隔開(kāi),如線粒體膜將線粒體基質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)分開(kāi),使細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)不會(huì)互相干擾,D正確。

【答案】D