高中生物必修一知识体系.docx
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高中生物必修一知识体系
模块
分子与细胞
1.细胞的分子组成
自由水
定义：
细胞中绝大部分的水以游离的形式存在，可以自由流动，叫做自由水。
（1）特点：
流动性强，易蒸发，加压可析离，是可以参与物质代谢过程的水。
（2）生理功能：
良好的溶剂（自由水是细胞内的良好溶剂，许多物质溶解在这部分水中）。
各种生化反应的介质（细胞内的许多生物化学反应也都需要有水的参与，多细胞生物体的绝大多数细胞，必须浸润在以水为基础的液体环境中）。
是生化反应（如光合作用.呼吸作用）的原料。
参与物质运输（水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时也把各个细胞在新陈代谢中产生的废物，运送到排泄器官或者直接排出体外）。
（3）含量：
约占细胞内全部水分的95.5%
自由水和结合水的区分不是绝对的，两者在一定条件下可以相互转化。
如血液凝固时，自由水就变成了结合水。
结合水
定义：
结合水是水在生物体和细胞内的存在状态之一,是吸附和结合在有机固体物质上的水,主要是依靠氢键与蛋白质的极性基（羧基和氨基）相结合形成的水胶体。
功能：
（1）组成细胞和生物体结构的成分：
水分子是极性分子，细胞内部一部分水主要以氢键的形式与蛋白质，多糖、磷脂等固体物质相结合，这部分水不蒸发、不能析离,失去了流动性和溶解性,是生物体的构成物。
如心脏，心肌含水量是79%，和血液含水量差不多。
但其所含的水主要为结合水，故成坚实形态。
（2）稳定大分子结构：
结合水因离颗粒表面远近不同，受电场作用力的大小也不同，所以分为强结合水和弱结合水。
大家知道，生物大分子具有一定的空间构象，它们的许多功能都与构象的相互转化有关。
结合水是稳定大分子结构的必要因素。
现已证明，脱氧核糖核酸的双股螺旋，胶原蛋白的三股螺旋，胰岛素、红氧还素等蛋白质晶体结构的形成，蛋白质分子向折叠的转化，类脂双分子膜的稳定等等，无一不和结合水的存在有关。
（3）在生物体系中，质子的传递对能量的转换起着十分重要的作用。
而结合水所形成的有序水的网络，为这种质子传递提供了必要的结构基础钠离子和钾离子的主动转移是重要的生命现象。
主动转移是指细胞内外的离子或溶质的一种抗电化学梯度的反常运动，通常用膜泵理论给以解释。
近年来，也有人从细胞内有序结构水对离子的排斥作用来讨论这一问题，并为实验所证实结合水对某些生物体系的代谢具有决定性的影响。
美国科学家克列格最近完成了一个很有说服力的实验。
他在一种小海虾上发现，随着水合程度的不同，可出现无代谢、限制性代谢、正常代谢三个阶段，并证明了不同的代谢状态与结合水密切相关结合水在肌肉收缩中的作用是圣乔治在1972]年提出的。
他认为肌肉收缩是收缩蛋白肌球蛋白周围水结构的形成与破坏的过程。
其后不少实验都证实，在肌肉收缩过程中，水的状态确实发生着变化。
（4）生命活动：
老年医学与癌症是目前医学界最为关心的问题。
人们对水状态的研究也对此做出了有益的贡献。
年代初报道，一些肿癌组织中结合水量减少，水状态与正常组织不同。
显然这方面的研究不但与探讨肿瘤发生的机理有关，而且对其早期诊断亦可提供有意义的信息。
老年医学中关于衰老机制有着多种不同的解释。
蛋白质分子交叉结合产生冰结区，从而抑制代谢的观点，就是其中的一种。
它与细胞内水的状态不无联系。
而衰老过程中组织可塑性的衰减可能与蛋白质大分子结合水的能力有关。
低温生物学的研究有着重要的理论和实际意义。
在深低温条件下，细胞内结合水状态的改变，对生物活性的恢复能力有着直接的影响。
从以上的叙述不难看出，生物体系中结合水对于生命活动是十分重要的。
它不但对于阐明生命本质具有理论价值，而且可能对医学实践有所贡献。
此外，其研究成果还有可能广泛应用于食品加工、纺织、制革、冷冻、包藏等工业生产中。
可以预料，人们对于生命体系内水所进行的深入研究，必将结出丰硕的果实。
（5）自由水和结合水的比较：
在代谢旺盛的细胞中，自由水的含量一般较多，而在休眠的种子和越冬的植物，生活在干旱和盐渍状况下的植物，结合水的含量相对较多。
碳骨架
大多数有机化合物中，碳原子以单键或双键或叁键彼此连接形成的不成环的长链。
每一个单体都以若干个相连的碳原子构成基本的骨架，有许多单体连接成多聚体。
糖类
分子通式：
Cn（H2O）这只是表示大多数糖的通式。
符合这一通式的不一定都是糖类，是糖类也不一定都符合这一通式。
比如，脱氧核糖是糖类却不符合这一通式。
另外，还有符合这一公式的（如：
甲醛HCHO,乙酸CH3COOH）却不是糖类。
分类：
单糖、二糖、低聚糖（寡糖）、多糖、复合糖五种。
单糖是糖类种结构最简单的一类，单糖分子含有许多亲水基团，易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，简单的单糖一般是含有3-7个碳原子的多羟基醛或多羟基酮，其组成元素是C,H,O葡萄糖、果糖、半乳糖等。
葡萄糖是生命活动的主要能源物质，核糖是RNA的组成物质，脱氧核糖是DNA的组成物质。
葡萄糖、果糖的分子式都是：
C6H12O6，他们是同分异构体。
二糖是由两分子单糖脱水而成的糖苷，苷元是另一分子的单糖。
二糖水解后生成两分子的单糖。
如乳糖、蔗糖、麦芽糖。
蔗糖和麦芽糖是能水解成单糖供能。
它们的分子式都是：
C12H22O11。
也属于同分异构体。
低聚糖（寡糖）由2-10个单糖分子聚合而成。
水解后可生成单糖。
多聚糖由10个以上单糖分子聚合而成。
经水解后可生成多个单糖或低聚糖。
根据水解后生成单糖的组成是否相同，可以分为：
（1）同聚多糖：
由一种单糖组成，水解后生成同种单糖。
如阿拉伯胶、糖元、淀粉、纤维素等。
淀粉和纤维素的表达式都是（C6H10O5）n。
但他们不是同分异构体，因为他们的n数量不同。
其中淀粉n<纤维素n。
（2）杂聚多糖：
由多种单糖组成，水解后生成不同种类的单糖。
如粘多糖、半纤维素等。
复合糖（complexcarbohydrate，glycoconjugate）.糖类的还原端和蛋白质或脂质结合的产物。
脂质（脂类）
定义：
由脂肪酸和醇作用生成的酯及其衍生物统称为脂类，这是一类一般不溶于水而溶于脂溶性溶剂的化合物。
粗分
1.油脂（fat）即甘油三酯或称之为脂酰甘油（triacylglycerol），是油和脂肪的统称。
一般将常温下呈液态的油脂称为油，而将其呈固态时称为脂肪。
脂肪是由甘油和脂肪酸脱水合成而形成的。
脂肪酸的羧基中的—OH与甘油羟基中的—H结合而失去一分子说，于是甘油与脂肪酸之间形成酯键，变成了脂肪分子。
脂肪和胆固醇均会在血管内壁上沉积而形成斑块，这样就会妨碍血流，产生心血管疾病。
也由于此，血管壁上有沉淀物，血管变窄，使肥胖症患者容易患上高血压等疾病。
油脂分布十分广泛，各种植物的种子、动物的组织和器官中都存有一定数量的油脂，特别是油料作物的种子和动物皮下的脂肪组织，油脂含量丰富。
人体内的脂肪约占体重的10%~20%。
贮存能量和供给能量是脂肪最重要的生理功能。
1克脂肪在体内完全氧化时可释放出38kJ（9.3kcal）的能量，比1克糖原或蛋白质所释放的能量多两倍以上。
脂肪组织是体内专门用于贮存脂肪的组织，当机体需要能量时，脂肪组织细胞中贮存的脂肪可动员出来分解供给机体的需要。
此外，高等动物和人体内的脂肪，还有减少身体热量损失，维持体温恒定，减少内部器官之间摩擦和缓冲外界压力的作用。
2.类脂（lipids）包括磷脂（phospholipids），糖脂（glycolipid）和胆固醇及其酯（cholesterolandcholesterolester）三大类。
①磷脂是含有磷酸的脂类，包括由甘油构成的甘油磷脂（phosphoglycerides）与由鞘氨醇构成的鞘磷脂（sphingomyelin）。
在动物的脑和卵中，大豆的种子中，磷脂的含量较多。
②糖脂是含有糖基的脂类。
③还有，胆固醇及甾类化合物（类固醇）等物质主要包括胆固醇、胆酸、性激素及维生素D等。
这些物质对于生物体维持正常的新陈代谢和生殖过程，起着重要的调节作用。
另外，胆固醇还是脂肪酸盐和维生素D3以及类固醇激素等的合成原料，对于调节机体脂类物质的吸收，尤其是脂溶性维生素（A，D，E，K）的吸收以及钙、磷代谢等均起着重要作用。
这三大类类脂是生物膜的重要组成成分，构成疏水性的“屏障”（barrier），分隔细胞水溶性成分及将细胞划分为细胞器/核等小的区室，保证细胞内同时进行多种代谢活动而互不干扰，维持细胞正常结构与功能等。
蛋白质
定义及概述
蛋白质是一种复杂的有机化合物，旧称“朊（ruǎn）”。
食入的蛋白质在体内经过消化被水解成氨基酸被吸收后，重新合成人体所需蛋白质，同时新的蛋白质又在不断代谢与分解，时刻处于动态平衡中。
因此，食物蛋白质的质和量、各种氨基酸的比例，关系到人体蛋白质合成的量，尤其是青少年的生长发育、孕产妇的优生优育、老年人的健康长寿，都与膳食中蛋白质的量有着密切的关系。
蛋白质的结构
蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。
一级结构：
蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置。
二级结构：
蛋白质分子局区域内，多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式。
三级结构：
蛋白质的二级结构基础上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子结构的空间构象。
四级结构：
多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链，以适当的方式聚合所形成的蛋白质的三维结构。
蛋白质的性质
①具有两性②可发生水解反应③溶水具有胶体的性质④加入电解质可产生盐析作用 少量的盐（如硫酸铵、硫酸钠等）能促进蛋白质的溶解，如向蛋白质水溶液中加入浓的无机盐溶液，可使蛋白质的溶解度降低，而从溶液中析出，这种作用叫做盐析。
这样盐析出的蛋白质仍旧可以溶解在水中，而不影响原来蛋白质的性质，因此盐析是个可逆过程．利用这个性质，采用盐析方法可以分离提纯蛋白质．⑤蛋白质的变性：
在热、酸、碱、重金属盐、紫外线等作作用下，蛋白质会发生性质上的改变而凝结起来．这种凝结是不可逆的，不能再使它们恢复成原来的蛋白质．蛋白质的这种变化叫做变性。
蛋白质变性后，就失去了原有的可溶性，也就失去了它们生理上的作用．因此蛋白质的变性凝固是个不可逆过程．⑥颜色反应：
蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应．例如在鸡蛋白溶液中滴入浓硝酸，则鸡蛋白溶液呈黄色．这是由于蛋白质（含苯环结构）与浓硝酸发生了颜色反应的缘故．还可以用双缩脲试剂对其进行检验,该试剂遇蛋白质变紫.⑦蛋白质在灼烧分解时，可以产生一种烧焦羽毛的特殊气味。
利用这一性质可以鉴别蛋白质．
蛋白质的生理功能
1、构造人的身体：
人体的每个组织：
毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经、内分泌等都是由蛋白质组成，所以说蛋白质对人的生长发育非常重要。
比如大脑发育的特点是一次性完成细胞增殖，人的大脑细胞的增长有二个高峰期。
第一个是胎儿三个月的时候；第二个是出生后到一岁，特别是0---6个月的婴儿是大脑细胞猛烈增长的时期。
到一岁大脑细胞增殖基本完成，其数量已达成人的9/10。
所以0到1岁儿童对蛋白质的摄入要求很有特色，对儿童的智力发展尤关重要。
2、修补人体组织
3、维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送。
载体蛋白对维持人体的正常生命活动是至关重要的。
可以在体内运载各种物质。
比如血红蛋白—输送氧（红血球更新速率250万/秒）、脂蛋白—输送脂肪、细胞膜上的受体还有转运蛋白等。
4、白蛋白：
维持机体内的渗透压的平衡及体液平衡。
5、维持体液的酸碱平衡。
6、免疫细胞和免疫蛋白：
有白细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、抗体（免疫球蛋白）、补体、干扰素等。
七天更新一次。
当蛋白质充足时，这个部队就很强，在需要时，数小时内可以增加100倍。
7、构成人体必需的催化和调节功能的各种酶。
8、激素的主要原料。
具有调节体内各器官的生理活性。
胰岛素是由51个氨基酸分子合成。
生长素是由191个氨基酸分子合成。
9、构成神经递质乙酰胆碱、五羟色氨等。
维持神经系统的正常功能：
味觉、视觉和记忆。
10、胶原蛋白：
占身体蛋白质的1/3，生成结缔组织，构成身体骨架。
如骨骼、血管、韧带等，决定了皮肤的弹性，保护大脑（在大脑脑细胞中，很大一部分是胶原细胞，并且形成血脑屏障保护大脑）
11、提供生命活动的能量。
氨基酸
定义：
含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称。
生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。
是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物。
氨基连在α-碳上的为α-氨基酸。
天然氨基酸均为α-氨基酸。
蜂王浆中含有20多种氨基酸。
除蛋白氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等人体本身不能合成、又必需的氨基酸外，还含有丰富的丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸、胱氨酸、脯氨酸、酷氨酸、丝氨酸等据分析，氨基酸中的谷氨酸，不仅是人体一种重要的营养成分，而且是治疗肝病、神经系统疾病和精神病的常用药物，对肝病、精神分裂症、神经衰弱均有疗效。
分类：
1、必需氨基酸（essentialaminoacid）：
指人体（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。
成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%～37%。
共有10种其作用分别是：
赖氨酸：
促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化；色氨酸：
促进胃液及胰液的产生；苯丙氨酸：
参与消除肾及膀胱功能的损耗； 蛋氨酸（甲硫氨酸）：
参与组成血红蛋白、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能； 苏氨酸：
有转变某些氨基酸达到平衡的功能；异亮氨酸：
参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；亮氨酸：
作用平衡异亮氨酸；缬氨酸：
作用于黄体、乳腺及卵巢。
精氨酸：
精氨酸与脱氧胆酸制成的复合制剂（明诺芬）是主治梅毒、病毒性黄疸等病的有效药物。
组氨酸：
人体虽能够合成精氨酸和组氨酸，但通常不能满足正常的需要，因此，又被称为半必需氨基酸。
2、非必需氨基酸（nonessentialaminoacid）：
指人（或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。
例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。
核酸
由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一。
核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、生物体内核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。
不同的核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。
根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸，简称RNA和脱氧核糖核酸，简称DNA。
DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础，RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用，其中转移核糖核酸，简称tRNA，起着携带和转移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸，简称mRNA，是合成蛋白质的模板；核糖体的核糖核酸，简称rRNA，是细胞合成蛋白质的主要场所。
核酸不仅是基本的遗传物质，而且在蛋白质的生物合成上也占重要位置，因而在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起决定性的作用。
核酸在实践应用方面有极重要的作用，现已发现近2000种遗传性疾病都和DNA结构有关。
如人类镰刀形红血细胞贫血症是由于患者的血红蛋白分子中一个氨基酸的遗传密码发生了改变，白化病患者则是DNA分子上缺乏产生促黑色素生成的酪氨酸酶的基因所致。
肿瘤的发生、病毒的感染、射线对机体的作用等都与核酸有关。
70年代以来兴起的遗传工程，使人们可用人工方法改组DNA，从而有可能创造出新型的生物品种。
如应用遗传工程方法已能使大肠杆菌产生胰岛素、干扰素等珍贵的生化药物。
核苷酸
核苷中的戊糖5’碳原子上羟基被磷酸酯化形成核苷酸。
核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸两大类。
依磷酸基团的多少，有一磷酸核苷、二磷酸核苷、三磷酸核苷。
核苷酸在体内除构成核酸外，尚有一些游离核苷酸参与物质代谢、能量代谢与代谢调节，如三磷酸腺苷（ATP）是体内重要能量载体；三磷酸尿苷参与糖原的合成；三磷酸胞苷参与磷脂的合成；环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸（cGMP）作为第二信使，在信号传递过程中起重要作用；核苷酸还参与某些生物活性物质的组成：
如尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。
2.细胞的结构和功能
细胞骨架
是指真核细胞中蛋白纤维的网络结构。
细胞骨架不仅在维持细胞形态、承受外力、保持细胞内部结构有序性方面起重要作用，而且还参与许多重要的生命活动，如：
在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离；在细胞物质运输中，各类小泡和细胞器可沿着细胞骨架定向运转。
细胞骨架在20世纪60年代后期才被发现。
细胞学说
细胞学说是1838~1839年间由德国植物学家施莱登（MatthiasJakobSchleiden）和动物学家施旺（TheodorSchwann）所提出，直到1858年才较完善。
它是关于生物有机体组成的学说。
细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性，以及在进化上的共同起源。
这一学说的建立地推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。
革命导师恩格斯曾把细胞学说与能量守恒和转换定律、达尔文的自然选择学说等并誉为19世纪最重大的自然科学发现之一。
细胞学说与新细胞学说之争
十九世纪四十年代，苏联女学者--勒柏辛斯卡娅宣布她创立了"新细胞学说"，指斥微尔和的学说是"伪科学。
"勒柏辛斯卡娅1915年毕业于莫斯科医学院，十月革命后从事行政工作并讲授过组织学课程。
到了晚年开始研究细胞的起源。
她从63岁开始，以鸡蛋为材料，对蛋黄球转变为细胞的过程进行研究，宣称自己发现了鸡的卵黄球会发展成为鸡的内胚层细胞。
这种见解在她之前也有人提出过，但从未被人证实过。
尔后她又研究鲟鱼的卵细胞的发育过程，声称它们在发育过程中经历过无细胞核的阶段，而无核的卵细胞会发展成为有核的卵细胞。
并于1945年出版了《细胞起源于生活物质以及生活物质在有机体中的作用》一书，总结了她的一系列"新发现"，宣告"新细胞学说的诞生"，以往细胞学说的不科学。
勒柏辛斯卡娅新细胞学说一问世，便受到学术界和科学界的强烈反对，许多遗传学、组织学、细胞学与胚胎学的权威分别或联名写文章，对勒柏辛斯卡的工作进行了批评，指出其工作是不科学的。
但是，由于当时苏联的某些领导机关利用行政手段进行干预，迫使这些科学家不得不放弃自己的学术见解，致使在1950年5月召开的关于细胞起源于非细胞生活物质问题的会议上"一致"赞同勒柏辛斯卡娅的理论和实验是重大的科学成就，还"一致"认为社会主义国家不应该有微耳和细胞学说的存在。
1950年7月苏联科学院主席团和苏联医学科学院主席团作出联合决定，宣布勒柏辛斯卡娅的工作是"伟大的成就"，并号召生物学家和医学家沿着勒柏辛斯卡娅的研究方向前进。
苏联部长会议也作出决定，授予勒柏辛斯卡娅斯大林奖金一等奖。
曾批评过"新细胞学说"的科学家被迫纷纷作出检讨。
但政治高压必竟压不出科学。
"新细胞学说"没有一项得到实验的证实，是一种名副其实的伪科学。
原核细胞
原核细胞（procaryotic/prokaryoticcell）指没有核膜且不进行有丝分裂、减数分裂、无丝分裂的细胞。
这种细胞不发生原生质流动，观察不到变形虫样运动。
光合作用在细胞膜进行，没有叶绿体（chloroplast）、线粒体（mitochondrion）等细胞器（organelles）的分化，只有核糖体。
由这种细胞构成的生物，称为原核生物，它包括所有的细菌和蓝藻类。
即构成细菌和蓝藻等低等生物体的细胞。
它没有真正的细胞核（nucleus）,只有原核或拟核,所含的一个基因带（或染色体）,是环状双股单一顺序的脱氧核糖核酸分子（circularDNA）,没有组蛋白（histone）与之结合无核仁（nucleolus）,缺乏核膜（nuclearenvelope）。
缺乏高尔基体（Golgiapparatus）、内质网（E.R.）、线粒体和中心体（centrosomes）等。
转录和转译（transcriptionandtranslation）同时进行,四周质膜内含有呼吸酶。
结构含有:
荚膜（capsule），细胞壁（mureincellwall），细胞膜（cellsurfacemembrane），脱氧核糖核酸分子（circularDNA）,中膜体（mesosome）或间体,thykoloid,能源[energystorage（e.g.glycogen）],核糖体（ribosome）,鞭毛（flagellum）,pilli等等。
分类：
根据外表特征，可把原核生物粗分为“三菌三体”6种类型，即细菌（狭义的）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。
真核细胞
在真核细胞的核中，DNA与组蛋白等蛋白质共同组成染色体结构，在核内可看到核仁。
在细胞质内膜系统很发达，存在着内质网、高尔基体、线粒体和溶酶体等细胞器，分别行使特异的功能。
真核生物包括我们熟悉的动植物以及微小的原生动物、单细胞海藻、真菌、苔藓等。
真核细胞具有一个或多个由双膜包裹的细胞核，遗传物质包含于核中，并以染色体的形式存在。
染色体由少量的组蛋白及某些富含精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质构成。
真核生物进行有性繁殖，并进行有丝分裂。
也有些真核生物的细胞也能进行无丝分裂，如蛙的红细胞，人的肝脏细胞。
细胞膜
细胞膜（cellmembrane）又称细胞质膜（plasmamembrane）。
细胞表面的一层薄膜。
有时称为细胞外膜或原生质膜。
细胞膜的化学组成基本相同，主要由脂类、蛋白质和糖类组成。
各成分含量分别约为50%、42%、2%~8%。
此外，细胞膜中还含有少量水分、无机盐与金属离子等。
细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障，它保证了细胞内环境的相对稳定，使各种生化反应能够有序运行。
但是细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才能完成特定的生理功能。
因此细胞必须具备一套物质转运体系，用来获得所需物质和排出代谢废物，据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的三分之二。
流动镶嵌模型
流动镶嵌模型认为：
细胞膜结构是由液态的脂类双分子层中镶嵌可以移动的球形蛋白质而形成的。
随着科学研究技术的不断创新和改进，流动镶嵌模型也逐步得到完善，是目前比较公认的膜结构模型。
这一模型强调两点：
①膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向移动。
②膜蛋白分布的不对称性，球形蛋白质有的镶嵌在膜的内或外表面，有的嵌人或横跨脂双分子层。
基本理论
生物膜的流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）认为：
一、磷脂双分子层构成了生物膜的基本支架，这个支架不是静止的。
其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水亲脂性的尾部相对朝向内侧。
二、球形膜蛋白分子以各种镶嵌形式与磷脂双分子层相结合，有的镶在磷脂双分子层表面，有的全部或部分嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。
这里体现了膜结构内外的不对称性。
另外，大多数膜蛋白分子是功能蛋白。
三、大多数蛋白质分子和磷脂分子都能够以进行横向扩散的形式运动，体现了膜具有一定的流动性。
四、在细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。
它在细胞生命活动中具有重要的功能。
例如：
消化道和呼吸道上皮细胞表面的糖蛋白有保护和润滑作用；糖被与细胞表面的识别有密切的关系，好比是细胞与细胞之间，或者细胞与其他大分子之间，互相联络用的文字或语言。
除糖蛋白外，细胞膜表面还有糖类和脂质分子结合成的糖脂。
膜蛋白主要有以下几种运动形式：
①随机移动有些蛋白质能够在整个膜上随机移动。
移动的速率比用人工脂双层测得的要低。
②定向移动有些蛋白比较特别，在膜中作定向移动。
例如，有些膜蛋白在膜上可以从细胞的头部移向尾部。
③局部扩散有些蛋白虽然能够在膜上自由扩散，但只能在局部范围内扩散。
膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性，保证了生命活动的高度有序性。
细胞壁
细胞壁
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