AP 生物学 质膜 — AP 生物学
1. 流动镶嵌模型 ★★☆☆☆ ⏱ 4 min
流动镶嵌模型由Singer和Nicolson于1972年提出，是目前公认的质膜结构模型。该模型认为质膜是动态结构，多种不同的嵌入组分分散在磷脂双分子层中。
- **磷脂**：双亲性分子，具有亲水的磷酸头部和疏水的脂肪酸尾部，在水环境中会自发形成双分子层。
- **流动性**：磷脂可在自身单分子层内侧向移动；流动性受温度、脂肪酸饱和程度以及（动物细胞中）胆固醇的调控。
- **蛋白质**：内在蛋白嵌入磷脂双分子层；外周蛋白结合在膜表面。
- **糖类**：结合在脂质（糖脂）或蛋白质（糖蛋白）上，参与细胞识别。
2. 选择透过性与膜运输 ★★☆☆☆ ⏱ 3 min
磷脂双分子层的双亲结构产生了选择透过性，即只有特定分子可以自由穿过，其他分子则需要特殊蛋白质或能量才能穿过。通透性取决于溶质的大小和极性/电荷：
- **高通透性（不需要蛋白质）：** 小分子非极性物质（例如$O_2$、$CO_2$、类固醇激素）可以快速扩散。
- **低通透性（扩散极慢）：** 小分子不带电极性物质（例如水、尿素）扩散缓慢，大部分通过水通道蛋白运输。
- **无法透过（需要蛋白质）：** 大分子极性物质（例如葡萄糖、蔗糖）和所有带电离子都无法穿过疏水核心。
物质运输大致分为两类：被动运输（不需要能量，顺浓度梯度运输，包括简单扩散和协助扩散）和主动运输（需要能量输入，逆浓度梯度运输，包括通过囊泡进行的批量运输）。
3. 水势与渗透作用 ★★★☆☆ ⏱ 4 min
渗透作用是自由水跨选择透过性膜的净扩散。水势（符号$\Psi$，psi）用于衡量水移动的势能。水总是从水势较高（负值更小）的区域流向水势较低（负值更大）的区域。
Ψ = Ψ_s + Ψ_p
其中$Ψ_s$ = 溶质势，$Ψ_p$ = 压力势。溶质势的计算公式为：
Ψ_s = -iCRT
- $i$ = 电离常数（溶质解离出的离子数，共价溶质为1）
- $C$ = 摩尔浓度（mol/L）
- $R$ = 压力常数（AP生物学中取值为$0.0831 \frac{L·bar}{mol·K}$）
- $T$ = 开尔文温度（$^\circ C + 273$）
溶质势始终为负值（加入溶质会减少自由水的量）。开放体系的压力势为0，膨压状态的植物细胞压力势为正，植物木质部的压力势为负。
4. 膜概念的实验应用 ★★★★☆ ⏱ 3 min
质膜相关概念经常出现在AP生物学的自由作答题中，要求针对实验场景（例如测试农作物的耐盐性）进行计算和预测。
Common Pitfalls
Why: 学生记住了胆固醇在动物细胞中的作用，错误地将其推广到所有细胞类型
Why: 学生记住了水从低溶质浓度流向高溶质浓度，但处理负值水势时会搞错方向
Why: 学生将疏水核心规则过度推广到所有极性分子，忽略了大小差异
Why: 学生忘记离子溶质会解离成多个离子，这会改变溶质颗粒的总数
Why: 学生忘记继发性主动运输利用一种分子的梯度为另一种分子逆梯度运输供能
Why: 学生过度推广常见示意图中所有内在蛋白都跨越双分子层的呈现