为什么原核细胞的细胞膜不含有胆固醇而真核细胞的细胞膜含有胆固醇？
原核细胞和真核细胞的细胞膜在结构和功能上存在显著差异，其中一个关键的区别在于细胞膜成分的构成，特别是胆固醇的缺失与存在。要理解这一点，我们需要深入探讨原核和真核细胞的进化背景、细胞膜的生理功能以及胆固醇在细胞膜中的作用。
1. 进化历程与细胞膜的起源
首先，让我们回顾一下生命进化的宏大图景。原核生物（如细菌和古菌）是地球上最早出现的生命形式，它们在地球上存在了数十亿年。而真核生物（包括原生生物、真菌、植物和动物）则是在此之后，从原核生物演化而来，大约出现在20亿年前。
细胞膜作为所有细胞的基本边界，其主要功能是分隔细胞内外环境，控制物质进出，并为细胞内的生化反应提供一个稳定的场所。在生命起源的早期阶段，细胞膜的结构相对简单，能够满足早期细胞的生存需求。
2. 原核细胞膜：简化而高效
原核细胞由于其简单的结构，缺乏内膜系统（如内质网、高尔基体）以及线粒体、叶绿体等细胞器。它们的遗传物质裸露在细胞质中，唯一的细胞器是核糖体。
原核细胞膜的主要组成成分是：
磷脂双分子层： 这是细胞膜的基本骨架，由疏水的脂肪酸链朝向内部，亲水的磷酸头部朝向外部排列而成。磷脂双分子层提供了膜的流动性和选择性通透性。
蛋白质： 膜蛋白在原核细胞膜中扮演着至关重要的角色。它们镶嵌在磷脂双分子层中，承担着能量转换（如呼吸链和光合作用的电子传递链就位于原核细胞膜上）、物质运输（如离子泵、转运蛋白）、信号传导以及细胞壁的合成等多种功能。
其他脂质： 除了磷脂，一些原核生物的细胞膜还含有其他的脂质，例如细菌中的脂多糖（LPS），尤其是在革兰氏阴性菌的外膜中，它具有重要的免疫原性和结构支持作用。古菌的细胞膜脂质则更加独特，可能含有醚脂类，这些脂类的结构与细菌和真核生物的酯脂类不同，具有更高的稳定性和耐受性。
为什么原核细胞膜不含胆固醇？
进化上的简洁性： 在早期进化过程中，胆固醇的合成途径可能尚未出现或尚未被广泛采纳。原核细胞的生化途径倾向于更加简化和高效，它们通过优化现有的磷脂和膜蛋白来满足其生存需求。
功能上的替代机制： 原核细胞通过其膜蛋白的多样性和功能性来补偿缺乏胆固醇所带来的影响。例如，许多重要的膜蛋白直接嵌入磷脂双分子层中，通过其自身的结构特性来维持膜的稳定性和流动性。一些细菌还可能通过改变磷脂的脂肪酸链长度或饱和度来调节膜的流动性。
环境适应性： 某些原核生物生活在极端环境中，例如高温或高盐。它们可能演化出特殊的脂质成分（如古菌的醚脂）来增强细胞膜的稳定性，而不是依赖胆固醇。
3. 真核细胞膜：复杂而精细
真核细胞比原核细胞复杂得多，它们拥有完整的细胞核，以及各种膜结合的细胞器，如线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体等。这些细胞器将细胞质分隔成不同的区室，使得高度专业化的生化反应得以进行。
真核细胞膜（尤其是质膜）的主要组成成分包括：
磷脂双分子层： 与原核细胞类似，磷脂双分子层是基本骨架。然而，真核细胞膜的磷脂种类更加多样，例如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸以及鞘磷脂等。
蛋白质： 膜蛋白在真核细胞膜中同样扮演着关键角色，负责物质运输、信号转导、细胞识别、细胞黏附等。
糖类： 存在于细胞膜外侧，与蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂。它们在细胞识别、免疫应答和细胞黏附中起重要作用。
胆固醇： 这是真核细胞膜的一个标志性成分，尤其是在动物细胞的质膜中含量较高。
为什么真核细胞膜含有胆固醇？
胆固醇是一种固醇类脂质，其独特的“刚性”结构和疏水性尾部使其在细胞膜中发挥着至关重要的作用：
调节膜的流动性： 这是胆固醇最重要的功能之一。
在中等温度下： 胆固醇分子会插入到磷脂双分子层中，其平坦的环状结构会阻碍磷脂分子的自由运动，从而降低膜的流动性，增加膜的稳定性。这就像是在磷脂的“海浪”中插入了一些“木块”，减少了波动的幅度。
在低温下： 相反，胆固醇会阻止磷脂分子紧密堆积在一起，从而防止膜变得过于僵硬和脆裂，维持一定的流动性。它像是在磷脂分子之间留出了一些“间隔”，防止它们“冻结”。
因此，胆固醇能够使真核细胞膜在广泛的温度范围内保持适度的流动性，这对于维持膜的完整性、屏障功能以及膜蛋白的活性至关重要。
增强膜的机械强度和稳定性： 胆固醇的存在可以增加细胞膜的抗拉伸性和抵抗力，使其能够承受一定的物理压力而不破裂。
形成细胞膜微区（Lipid Rafts）： 胆固醇倾向于与某些特定的鞘磷脂和信号转导相关的蛋白质一起聚集，形成相对稳定且具有特殊功能的膜微区，即脂筏。脂筏是细胞膜上的信号平台，能够集中特定的信号分子，促进信号的有效传递。
作为合成其他重要分子的前体： 在动物体内，胆固醇不仅是细胞膜的结构成分，也是合成多种重要激素（如性激素、皮质醇）、维生素D和胆汁酸的前体。这些功能在原核生物中并不存在。
与膜蛋白的相互作用： 胆固醇可以与许多膜蛋白相互作用，影响它们的构象和功能。例如，它可能有助于稳定某些跨膜蛋白的结构，或调节其活性。
总结
原核细胞的细胞膜之所以不含胆固醇，可以归结为进化上的简洁性和功能上的差异化。它们通过优化磷脂组成和膜蛋白的功能来满足其基本生存需求。而真核细胞的出现，带来了更复杂的细胞结构和更精细的细胞活动，细胞膜承担了更广泛的功能，包括精密的信号转导和高度的组织化。在这样的背景下，胆固醇的引入为真核细胞膜提供了额外的调控机制，使其能够在更宽的温度范围内保持稳定性，支持复杂的膜蛋白功能，形成功能性的膜微区，并参与到生命活动的其他重要方面。
可以说，胆固醇的出现是真核细胞演化过程中一个重要的适应性创新，它赋予了真核细胞膜更强的适应性和功能多样性，使其能够支持更加复杂和精密的生命活动。
1. 进化历程与细胞膜的起源
首先，让我们回顾一下生命进化的宏大图景。原核生物（如细菌和古菌）是地球上最早出现的生命形式，它们在地球上存在了数十亿年。而真核生物（包括原生生物、真菌、植物和动物）则是在此之后，从原核生物演化而来，大约出现在20亿年前。
细胞膜作为所有细胞的基本边界，其主要功能是分隔细胞内外环境，控制物质进出，并为细胞内的生化反应提供一个稳定的场所。在生命起源的早期阶段，细胞膜的结构相对简单，能够满足早期细胞的生存需求。
2. 原核细胞膜：简化而高效
原核细胞由于其简单的结构，缺乏内膜系统（如内质网、高尔基体）以及线粒体、叶绿体等细胞器。它们的遗传物质裸露在细胞质中，唯一的细胞器是核糖体。
原核细胞膜的主要组成成分是：
磷脂双分子层： 这是细胞膜的基本骨架，由疏水的脂肪酸链朝向内部，亲水的磷酸头部朝向外部排列而成。磷脂双分子层提供了膜的流动性和选择性通透性。
蛋白质： 膜蛋白在原核细胞膜中扮演着至关重要的角色。它们镶嵌在磷脂双分子层中，承担着能量转换（如呼吸链和光合作用的电子传递链就位于原核细胞膜上）、物质运输（如离子泵、转运蛋白）、信号传导以及细胞壁的合成等多种功能。
其他脂质： 除了磷脂，一些原核生物的细胞膜还含有其他的脂质，例如细菌中的脂多糖（LPS），尤其是在革兰氏阴性菌的外膜中，它具有重要的免疫原性和结构支持作用。古菌的细胞膜脂质则更加独特，可能含有醚脂类，这些脂类的结构与细菌和真核生物的酯脂类不同，具有更高的稳定性和耐受性。
为什么原核细胞膜不含胆固醇？
进化上的简洁性： 在早期进化过程中，胆固醇的合成途径可能尚未出现或尚未被广泛采纳。原核细胞的生化途径倾向于更加简化和高效，它们通过优化现有的磷脂和膜蛋白来满足其生存需求。
功能上的替代机制： 原核细胞通过其膜蛋白的多样性和功能性来补偿缺乏胆固醇所带来的影响。例如，许多重要的膜蛋白直接嵌入磷脂双分子层中，通过其自身的结构特性来维持膜的稳定性和流动性。一些细菌还可能通过改变磷脂的脂肪酸链长度或饱和度来调节膜的流动性。
环境适应性： 某些原核生物生活在极端环境中，例如高温或高盐。它们可能演化出特殊的脂质成分（如古菌的醚脂）来增强细胞膜的稳定性，而不是依赖胆固醇。
3. 真核细胞膜：复杂而精细
真核细胞比原核细胞复杂得多，它们拥有完整的细胞核，以及各种膜结合的细胞器，如线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体等。这些细胞器将细胞质分隔成不同的区室，使得高度专业化的生化反应得以进行。
真核细胞膜（尤其是质膜）的主要组成成分包括：
磷脂双分子层： 与原核细胞类似，磷脂双分子层是基本骨架。然而，真核细胞膜的磷脂种类更加多样，例如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸以及鞘磷脂等。
蛋白质： 膜蛋白在真核细胞膜中同样扮演着关键角色，负责物质运输、信号转导、细胞识别、细胞黏附等。
糖类： 存在于细胞膜外侧，与蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂。它们在细胞识别、免疫应答和细胞黏附中起重要作用。
胆固醇： 这是真核细胞膜的一个标志性成分，尤其是在动物细胞的质膜中含量较高。
为什么真核细胞膜含有胆固醇？
胆固醇是一种固醇类脂质，其独特的“刚性”结构和疏水性尾部使其在细胞膜中发挥着至关重要的作用：
调节膜的流动性： 这是胆固醇最重要的功能之一。
在中等温度下： 胆固醇分子会插入到磷脂双分子层中，其平坦的环状结构会阻碍磷脂分子的自由运动，从而降低膜的流动性，增加膜的稳定性。这就像是在磷脂的“海浪”中插入了一些“木块”，减少了波动的幅度。
在低温下： 相反，胆固醇会阻止磷脂分子紧密堆积在一起，从而防止膜变得过于僵硬和脆裂，维持一定的流动性。它像是在磷脂分子之间留出了一些“间隔”，防止它们“冻结”。
因此，胆固醇能够使真核细胞膜在广泛的温度范围内保持适度的流动性，这对于维持膜的完整性、屏障功能以及膜蛋白的活性至关重要。
增强膜的机械强度和稳定性： 胆固醇的存在可以增加细胞膜的抗拉伸性和抵抗力，使其能够承受一定的物理压力而不破裂。
形成细胞膜微区（Lipid Rafts）： 胆固醇倾向于与某些特定的鞘磷脂和信号转导相关的蛋白质一起聚集，形成相对稳定且具有特殊功能的膜微区，即脂筏。脂筏是细胞膜上的信号平台，能够集中特定的信号分子，促进信号的有效传递。
作为合成其他重要分子的前体： 在动物体内，胆固醇不仅是细胞膜的结构成分，也是合成多种重要激素（如性激素、皮质醇）、维生素D和胆汁酸的前体。这些功能在原核生物中并不存在。
与膜蛋白的相互作用： 胆固醇可以与许多膜蛋白相互作用，影响它们的构象和功能。例如，它可能有助于稳定某些跨膜蛋白的结构，或调节其活性。
总结
原核细胞的细胞膜之所以不含胆固醇，可以归结为进化上的简洁性和功能上的差异化。它们通过优化磷脂组成和膜蛋白的功能来满足其基本生存需求。而真核细胞的出现，带来了更复杂的细胞结构和更精细的细胞活动，细胞膜承担了更广泛的功能，包括精密的信号转导和高度的组织化。在这样的背景下，胆固醇的引入为真核细胞膜提供了额外的调控机制，使其能够在更宽的温度范围内保持稳定性，支持复杂的膜蛋白功能，形成功能性的膜微区，并参与到生命活动的其他重要方面。
可以说，胆固醇的出现是真核细胞演化过程中一个重要的适应性创新，它赋予了真核细胞膜更强的适应性和功能多样性，使其能够支持更加复杂和精密的生命活动。
网友意见
因为跟你说这话的教科书在这方面是过时的。
支原体属/Mycoplasma、埃立克体属/Ehrlichia、无形体属/Anaplasm、短螺旋菌属/Brachyspira、螺杆菌属/Helicobacter、疏螺旋体属/Borrelia 的一些细菌的细胞膜含有胆固醇。它们自己不合成胆固醇，但会从宿主体内或环境中获取胆固醇等甾醇，并将其添加到细胞膜中。这些甾醇有概率在细菌细胞膜上形成类似真核细胞膜中的脂筏的结构[1]。
- 幽门螺杆菌有三种胆固醇糖脂，占其脂质总量的 25% 左右。幽门螺杆菌目前感染着全人类的约 50%，其中大概有多名声称“原核细胞的细胞膜不含有胆固醇”的教科书编者。
- 幽门螺杆菌可以检测周围环境中的胆固醇，朝高浓度胆固醇来源移动，可以从人上皮细胞的细胞膜夺取胆固醇。
- 致病菌伯氏疏螺旋体在有胆固醇供应的条件下才能生长，其细胞膜可以含有游离胆固醇、胆固醇-β-D-吡喃半乳糖苷（CGal）和胆固醇 6-O-酰基-β-D-吡喃半乳糖苷 (ACGal/BbGL-I)。
显然，这是细菌长期寄生在哺乳类体内、经历生态选择的结果。
细菌不自己合成胆固醇的理由可以简单归结为没必要：
- 真核生物使用四环三萜类脂质控制细胞膜的流动性和柔韧性，细菌经常用不同类别的三萜类化合物（五环类藿烷）执行一样的功能，那有一类就够了。
- 需要胆固醇的细菌可以从宿主身上简单地夺取，没必要自己搞。
- 合成类固醇的途径较为复杂，在已知细菌中只有一些粘细菌进行这类合成[2]，它们并没有因此获得什么巨大优势。
更早些时候，你会看到教科书说动物细胞的细胞膜才有胆固醇。改成“真核细胞”也算有点进步了。但是，一些支原体的细胞膜含有胆固醇的事实最晚在 1975 年就为人们所知[3]，起码能追溯到 Bird 等 1971 年的工作。
- 在自然科学科目的教学过程中，将阶段性的“看起来好像挺对的实验现象”当成真理灌输给学生、要求学生去做选择题或判断题，是一种十分常见的反科学行为，应该改革。
- 在已经有明确的实验屡次显示“情况并非如此”的情况下拒绝修改教科书，更是属于宣扬伪科学。
参考
- ^ Zhen Huang, Erwin London, Cholesterol lipids and cholesterol-containing lipid rafts in bacteria, Chemistry and Physics of Lipids, Volume 199, 2016, Pages 11-16, ISSN 0009-3084, https://doi.org/10.1016/j.chemphyslip.2016.03.002.
- ^ Bode, H.B., Zeggel, B., Silakowski, .B., Wenzel, S.C., Reichenbach, .H. and Müller, R. (2003), Steroid biosynthesis in prokaryotes: identification of myxobacterial steroids and cloning of the first bacterial 2,3(S)-oxidosqualene cyclase from the myxobacterium Stigmatella aurantiaca. Molecular Microbiology, 47: 471-481. https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2003.03309.x
- ^ https://journals.asm.org/doi/pdf/10.1128/jb.124.1.570-572.1975
类似的话题
-
原核细胞和真核细胞的细胞膜在结构和功能上存在显著差异，其中一个关键的区别在于细胞膜成分的构成，特别是胆固醇的缺失与存在。要理解这一点，我们需要深入探讨原核和真核细胞的进化背景、细胞膜的生理功能以及胆固醇在细胞膜中的作用。1. 进化历程与细胞膜的起源首先，让我们回顾一下生命进化的宏大图景。原核生物（如............. -
这是一个非常好的问题，涉及到生命演化过程中一个关键的过渡时期，也是科学家们一直在探索的领域。确实，我们现在看到的原核细胞和真核细胞之间存在着巨大的结构和功能差异，比如真核细胞拥有细胞核、线粒体、叶绿体等复杂的细胞器，以及复杂的细胞骨架系统。如果真核细胞是由原核细胞一步步进化而来，那么理论上应该存在一.............
-
好的，我们来聊聊将自然界的生物划分为原核、古核和真核这三类，这个分类体系背后有着怎样的意义，以及它对我们认识生命有多重要。首先，我们得明白，这个分类并不是一个随意为之的划分，它背后是亿万年演化的轨迹，是生命内部最根本的结构和功能差异的体现。这就像是我们要理解一栋建筑，首先要看它的地基、骨架和整体结构.............
-
要说世界上“最小”的真核细胞，这其实是个挺有意思的问题，因为它不像我们想象的那样有一个明确的、一成不变的答案。科学界一直在探索和发现，而且“最小”这个概念本身也可以有不同的理解角度。不过，如果要找一个最常被提及的、作为当前普遍认知的例子，那大概率是某种类型的酵母细胞，尤其是那些经过特殊选育或者在特定.............
-
高中生物选修三中提及的胚胎工程，其中关于雄原核和雌原核大小的差异，确实是个很有趣也很有技术性的问题。很多人会有疑问，为什么在体外受精的过程中，我们会观察到雄原核通常比雌原核要大一些呢？这背后其实涉及到精子和卵子在形成和受精过程中一系列精妙的生化和结构上的准备。咱们得先从精子和卵子的本质说起。精子：极.............
-
好的，咱们来聊聊“原核生物”这个话题，保证让你听起来就像是跟一个对生物特别着迷的朋友聊天一样，绝不生硬，充满细节。想象一下，地球上最古老的生命形式，那些最简单，也是最先出现的神奇家伙，它们就是原核生物。说白了，它们就是最原始、结构最简单的细胞生物。如果你拿一棵树苗和一棵参天大树来比，原核生物大概就相.............
-
近年来，自由主义在全球范围内的影响力确实呈现出明显的衰落趋势，这一现象涉及经济、政治、社会、技术、文化等多个层面的复杂互动。以下从多个维度详细分析自由主义衰落的原因： 一、经济全球化与贫富差距的加剧1. 自由主义经济政策的局限性 自由主义经济学强调市场自由、私有化、减少政府干预，但其在21世.............
-
俄乌战争期间，虚假信息（假消息）的传播确实非常广泛，其背后涉及复杂的国际政治、媒体运作、技术手段和信息战策略。以下从多个角度详细分析这一现象的成因： 1. 信息战的直接动因：大国博弈与战略竞争俄乌战争本质上是俄罗斯与西方国家（尤其是美国、北约）之间的地缘政治冲突，双方在信息领域展开激烈竞争： 俄罗斯.............
-
政府与军队之间的关系是一个复杂的政治与军事体系问题，其核心在于权力的合法性和制度性约束。虽然政府本身可能不直接持有武器，但通过法律、组织结构、意识形态和历史传统，政府能够有效指挥拥有武器的军队。以下是详细分析： 一、法律授权与国家主权1. 宪法与法律框架 政府的权力来源于国家宪法或法律。例如.............
-
关于“传武就是杀人技”的说法，这一观点在历史、文化和社会语境中存在一定的误解和偏见。以下从历史、文化、现代演变和误解来源等多个角度进行详细分析： 一、历史背景：武术的原始功能与社会角色1. 自卫与生存需求 中国传统武术（传武）的起源与农耕社会、游牧民族的生存环境密切相关。在古代，武术的核心功.............
-
关于近代历史人物是否能够“翻案”的问题，需要结合历史背景、人物行为对国家和民族的影响，以及历史评价的客观性进行分析。袁世凯和汪精卫作为中国近代史上的重要人物，其历史评价确实存在复杂性和争议性，但“不能翻案”的结论并非基于单一因素，而是综合历史、政治、道德等多方面考量的结果。以下从历史背景、人物行为、.............
-
关于“俄爹”这一称呼，其来源和含义需要从多个角度分析，同时要明确其不尊重的性质，并指出如何正确回应。以下是详细解析和反驳思路： 一、称呼的来源与可能的含义1. 可能的字面拆解 “俄”是“俄罗斯”的拼音首字，而“爹”在中文中通常指父亲，带有亲昵或戏谑的意味。 若将两者结合，可能暗示.............
-
民国时期（19121949）虽然仅持续约37年，却涌现出大量在文学、艺术、科学、政治、哲学等领域具有划时代意义的“大师级人物”。这一现象的出现，是多重历史、社会、文化因素共同作用的结果。以下从多个维度进行详细分析： 一、思想解放与文化启蒙的浪潮1. 新文化运动（19151923） 思想解放.............
-
航空航天领域在待遇和职业环境上确实存在一定的挑战，但国家在该领域取得的飞速发展，主要源于多方面的国家战略、技术积累和系统性支持。以下从多个维度详细分析这一现象： 一、国家战略与长期投入：推动技术突破的核心动力1. 国家层面的战略目标 航空航天技术往往与国家的科技竞争力、国家安全和国际地位密切.............
-
吴京作为中国知名演员、导演，近年来因《战狼2》《英雄联盟》等作品及个人生活引发公众关注，其形象和言论在不同语境下存在争议，导致部分人对其产生负面评价。以下从多个角度详细分析可能的原因： 1. 个人生活与公众形象的冲突 妻子被曝光：2018年，吴京妻子的近照和视频被网友扒出，引发舆论争议。部分人.............
-
近年来，全球范围内对乌克兰的支持确实呈现出显著增加的趋势，这一现象涉及多重因素，包括国际局势、地缘政治博弈、信息传播、经济援助、民族主义情绪以及国际社会的集体反应。以下从多个角度详细分析这一现象的成因： 1. 俄乌战争的爆发与国际社会的集体反应 战争的爆发：2022年2月，俄罗斯对乌克兰发动全面入侵.............
-
《是大臣》《是首相》等政治剧之所以能在编剧缺乏公务员经历的情况下取得成功，主要源于以下几个关键因素的综合作用： 1. 构建政治剧的底层逻辑：制度与权力的结构性认知 政治体制的系统性研究：编剧可能通过大量研究英国议会制度、政府运作流程、政党政治规则（如议会制、内阁制、党鞭系统等）来构建剧情。例如.............
-
关于“剧组中男性可以坐镜头箱而女性不能”的现象，这一说法可能存在误解或过度泛化的倾向。在影视拍摄中，镜头箱（通常指摄影机或固定设备）与演员的性别并无直接关联，但若涉及性别差异的讨论，可能与以下多方面因素相关： 1. 传统性别刻板印象的延续 历史背景：在传统影视文化中，男性常被赋予主导、主动的角.............
-
印度在俄乌战争中不公开表态、在安理会投票中对俄罗斯的决议案弃权，这一行为背后涉及复杂的地缘政治、经济利益和外交策略考量。以下是详细分析： 1. 与俄罗斯的经济与军事合作 能源依赖：印度是俄罗斯的重要能源进口国，2022年俄乌战争爆发后，印度从俄罗斯进口了大量石油和天然气，以缓解对西方能源的依赖。尽管.............
-
关于“公知”与高校知识分子的关系，这一现象涉及中国社会、教育体系、媒体环境以及知识分子角色的多重因素。以下从多个维度进行分析： 一、高校知识分子的特殊性1. 教育背景与专业素养 高校知识分子通常拥有高等教育背景，具备较强的知识储备和批判性思维能力。这种专业素养使他们更倾向于参与公共讨论，尤其.............
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有