Mọi tế bào phải giữ những thứ đúng bên trong và ngăn những thứ sai ra ngoài. Công việc này thuộc về một lớp mỏng đáng kinh ngạc — màng bề mặt tế bào, chỉ mới hai…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp
4.1
The cell surface membrane · Màng bề mặt tế bào
Syllabus · Chương trình
English
describe the fluid mosaic model of membrane structure with reference to the hydrophobic and hydrophilic interactions that account for the formation of the phospholipid bilayer and the arrangement of proteins
describe the arrangement of cholesterol, glycolipids and glycoproteins in cell surface membranes
describe the roles of phospholipids, cholesterol, glycolipids, proteins and glycoproteins in cell surface membranes, with reference to stability, fluidity, permeability, transport (carrier proteins and channel proteins), cell signalling (cell surface receptors) and cell recognition (cell surface antigens – see 11.1.2)
outline the main stages in the process of cell signalling leading to specific responses: • secretion of specific chemicals (ligands) from cells • transport of ligands to target cells • binding of ligands to cell surface receptors on target cells
Tiếng Việt
mô tả mô hình khảm lỏng của cấu trúc màng liên quan đến các tương tác kỵ nước và kính nước giải thích sự hình thành lớp kép phospholipid và sự sắp xếp của protein
mô tả sự sắp xếp của cholesterol, glycolipid và glycoprotein trong màng bề mặt tế bào
mô tả vai trò của phospholipid, cholesterol, glycolipid, protein và glycoprotein trong màng bề mặt tế bào, liên quan đến độ ổn định, tính lưu động, tính thấm, vận chuyển (protein mang và protein kênh), tín hiệu tế bào (thụ thể trên bề mặt tế bào) và nhận diện tế bào (antigen trên bề mặt tế bào – xem 11.1.2)
nêu các giai đoạn chính trong quá trình truyền tín hiệu tế bào dẫn đến các đáp ứng cụ thể: • tiết các chất hóa học đặc hiệu (ligand) từ tế bào • vận chuyển ligand đến tế bào đích • liên kết của ligand với các thụ thể trên bề mặt tế bào ở tế bào đích
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Every cell is wrapped in a cell surface membrane 细胞膜. We describe its structure with the fluid mosaic model 流动镶嵌模型.
The phospholipid bilayer
The membrane is built mainly from phospholipids 磷脂. Each phospholipid has a hydrophilic 亲水 ("water-loving") head and two hydrophobic 疏水 ("water-fearing") tails. There is water on both sides of the membrane, so the phospholipids line up in two layers — a bilayer 双层 — with the heads facing the water outside and inside, and the tails hidden in the middle, away from water. This arrangement forms by itself because of those hydrophilic and hydrophobic interactions.
The model is called "fluid" because the phospholipids are not fixed: they slide past each other, so the membrane can move and bend. It is called a "mosaic" because many proteins 蛋白质 are dotted through it, like tiles in a picture.
What floats in the membrane
Part
Where it sits
Main roles
phospholipids
the two layers
form the basic barrier
proteins
through the membrane or on its surface
transport, support and signalling
carrier proteins 载体蛋白
span the membrane
carry specific molecules across
channel proteins 通道蛋白
span the membrane
form water-filled pores for ions to pass
cholesterol 胆固醇
between the phospholipid tails
controls fluidity 流动性 and adds strength
glycolipids 糖脂 and glycoproteins 糖蛋白
carbohydrate chains on the outer surface
cell recognition; some act as antigens 抗原
So the membrane molecules together give the membrane its stability 稳定性, its fluidity, its permeability 通透性 (control over what gets through), its transport jobs, its signalling jobs, and its cell recognition.
The membrane is partially permeable 半透膜: it lets some substances through easily but blocks others.
Tiếng Việt
Mọi tế bào đều được bao bọc bởi một màng bề mặt tế bào. Chúng ta mô tả cấu trúc của nó bằng mô hình khảm lỏng.
Tế bào hồng cầu dưới kính hiển vi điện tử quét — mỗi tế bào đều được bao bọc bởi màng bề mặt tế bào
Lớp kép phospholipid
Màng chủ yếu được cấu tạo từ phospholipid. Mỗi phospholipid có một đầu ưa nước ("yêu nước") và hai đuôi kỵ nước ("sợ nước"). Có nước ở cả hai phía của màng, do đó các phospholipid xếp thành hai lớp — một lớp kép — với phần đầu hướng ra nước bên ngoài và bên trong, còn phần đuôi ẩn giấu ở giữa, tránh xa nước. Sự sắp xếp này tự hình thành nhờ các tương tác ưa nước và kỵ nước này.
Mô hình được gọi là "lỏng" vì các phospholipid không cố định: chúng trượt qua nhau, cho phép màng di chuyển và uốn cong. Nó được gọi là "khảm" vì có nhiều protein xen kẽ khắp màng, giống như các viên gạch trang trí trong một bức tranh.
Những thứ nổi trong màng
Bộ phận
Vị trí
Vai trò chính
phospholipid
hai lớp
tạo hàng rào cơ bản
protein
xuyên suốt màng hoặc trên bề mặt
vận chuyển, hỗ trợ và truyền tín hiệu
protein vận chuyển
xuyên suốt màng
mang các phân tử cụ thể qua màng
protein kênh
xuyên suốt màng
tạo các lỗ rỗng chứa nước để ion đi qua
cholesterol
giữa các đuôi phospholipid
điều chỉnh tính lỏng và tăng cường độ bền
glycolipid và glycoprotein
chuỗi cacbohydrat trên bề mặt ngoài
nhận diện tế bào; một số đóng vai trò như antigen
Mô hình khảm lỏng: các protein, cholesterol và chuỗi cacbohydrat nằm trong lớp kép phospholipid lỏng lẻo
Như vậy, các phân tử màng cùng nhau mang lại cho màng tính ổn định, tính lỏng, tính thấm (kiểm soát những gì đi qua), chức năng vận chuyển, chức năng truyền tín hiệu và khả năng nhận diện tế bào.
Màng có tính thấm chọn lọc: nó cho phép một số chất đi qua dễ dàng nhưng ngăn cản các chất khác.
Explore · Khám phá
Explore the cell membrane · Khám phá màng tế bào
Tap each part of the fluid mosaic model — the bilayer plus the proteins and other molecules dotted through it. · Nhấn vào từng bộ phận của mô hình phôi tử chất lỏng — lớp kép cùng các protein và các phân tử khác xen kẽ trong đó.
Cells talk to each other by cell signalling 细胞信号传递. The main stages are:
a cell secretes a signal chemical called a ligand 配体 (for example a hormone 激素).
the ligand is carried (often in the blood) to a target cell 靶细胞.
the ligand binds to a specific receptor 受体 on the target cell's surface membrane. The shape of the receptor matches that ligand only. Binding then triggers a particular response inside the target cell.
Tiếng Việt
Các tế bào giao tiếp với nhau thông qua truyền tín hiệu tế bào. Các giai đoạn chính là:
một tế bào bài tiết một hóa chất tín hiệu gọi là ligand (ví dụ như một hormon).
ligand được vận chuyển (thường trong máu) đến một tế bào đích.
ligand liên kết với một thụ thể cụ thể trên màng bề mặt của tế bào đích. Hình dạng của thụ thể chỉ khớp với ligand đó. Việc liên kết sau đó kích hoạt một phản ứng cụ thể bên trong tế bào đích.
Ligand chỉ vừa vặn với một hình dạng thụ thể duy nhất, nên chỉ các tế bào có thụ thể đó mới đáp ứng với tín hiệu
Moving substances across the membrane · Di chuyển các chất qua màng
Syllabus · Chương trình
English
describe and explain the processes of simple diffusion, facilitated diffusion, osmosis, active transport, endocytosis and exocytosis
investigate simple diffusion and osmosis using plant tissue and non-living materials, including dialysis (Visking) tubing and agar
illustrate the principle that surface area to volume ratios decrease with increasing size by calculating surface areas and volumes of simple 3-D shapes (as shown in the Mathematical requirements)
investigate the effect of changing surface area to volume ratio on diffusion using agar blocks of different sizes
investigate the effects of immersing plant tissues in solutions of different water potentials, using the results to estimate the water potential of the tissues
explain the movement of water between cells and solutions in terms of water potential and explain the different effects of the movement of water on plant cells and animal cells (knowledge of solute potential and pressure potential is not expected)
Tiếng Việt
mô tả và giải thích các quá trình khuếch tán đơn giản, khuếch tán có hỗ trợ, thẩm phân, vận chuyển chủ động, nhập bào và xuất bào
nghiên cứu khuếch tán đơn giản và thẩm phân sử dụng mô thực vật và vật liệu không sống, bao gồm màng dialysis (Visking) và agar
minh họa nguyên tắc rằng tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích giảm khi kích thước tăng bằng cách tính toán diện tích bề mặt và thể tích của các hình 3-D đơn giản (như được chỉ ra trong yêu cầu về toán học)
nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay đổi tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích lên quá trình khuếch tán sử dụng các khối agar có kích thước khác nhau
nghiên cứu ảnh hưởng của việc ngâm mô thực vật trong các dung dịch có thế năng lượng nước khác nhau, sử dụng kết quả để ước tính thế năng lượng nước của các mô
giải thích sự di chuyển của nước giữa tế bào và dung dịch dựa trên thế năng lượng nước và giải thích các tác động khác nhau của sự di chuyển nước lên tế bào thực vật và tế bào động vật (không yêu cầu kiến thức về thế năng lượng tan chất và thế áp suất)
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Active transport vs diffusionOsmosis: water crosses the membraneDiffusion: random motion, one-way flow
There are six processes. Some are passive 被动 (they need no energy 能量), and some are active (they use energy from ATP).
Simple diffusion
Diffusion 扩散 is the net movement of particles from where they are at a high concentration 浓度 to where they are at a low concentration, until they are spread evenly. Simple diffusion 简单扩散 is when particles pass straight through the bilayer, down the concentration gradient 浓度梯度. Only small or non-polar molecules can do this — such as oxygen 氧气 and carbon dioxide 二氧化碳. It is passive.
Facilitated diffusion
Charged ions 离子 and large polar molecules (such as glucose 葡萄糖) cannot cross the oily bilayer by themselves. In facilitated diffusion 易化扩散 they cross through channel proteins or carrier proteins, still moving down the concentration gradient. It is also passive.
Osmosis
Osmosis 渗透 is the diffusion of water across a partially permeable membrane, from a higher water potential 水势 to a lower water potential. It is passive.
Active transport
Active transport 主动运输 moves a substance against its concentration gradient — from low to high concentration. This needs carrier proteins and energy from ATP.
Endocytosis and exocytosis
These move large amounts of material in bulk, using ATP.
in endocytosis 胞吞作用, the membrane folds inwards around material and pinches off a vesicle 囊泡 to bring it into the cell.
in exocytosis 胞吐作用, a vesicle fuses with the membrane and releases its contents outside the cell.
Tiếng Việt
Vận chuyển chủ động so với khuếch tánThẩm thấu: nước đi qua màngKhuếch tán: chuyển động ngẫu nhiên, dòng chảy một chiều
Có sáu quá trình. Một số là thụ động (không cần năng lượng), và một số là chủ động (sử dụng năng lượng từ ATP).
Khuếch tán đơn giản
Khuếch tán là sự di chuyển tổng hợp của các hạt từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp, cho đến khi chúng phân bố đều. Khuếch tán đơn giản xảy ra khi các hạt đi thẳng qua lớp kép, dọc theo độ dốc nồng độ. Chỉ những phân tử nhỏ hoặc không phân cực mới có thể thực hiện điều này — như oxy và cacbon đioxit. Đây là quá trình thụ động.
Khuếch tán hỗ trợ
Ion mang điện tích và các phân tử phân cực lớn (như glucose) không thể tự vượt qua lớp kép dầu. Trong khuếch tán hỗ trợ, chúng đi qua các protein kênh hoặc protein vận chuyển, vẫn di chuyển theo độ dốc nồng độ. Quá trình này cũng là thụ động.
Thẩm thấu
Thẩm thấu là sự khuếch tán của nước qua màng bán thấm, từ nơi có thế nước cao hơn sang nơi có thế nước thấp hơn. Đây là quá trình thụ động.
Thẩm kế khoai tây: dung dịch đường dâng lên ống do nước xâm nhập vào khoai tây qua quá trình thẩm thấuNước di chuyển về phía thế nước thấp hơn; chất tan quá lớn để vượt qua màng bán thấm
Vận chuyển chủ động
Vận chuyển chủ động di chuyển chất ngược lại độ dốc nồng độ — từ nơi có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao. Quá trình này cần protein vận chuyển và năng lượng từ ATP.
Khuếch tán và khuếch tán hỗ trợ là thụ động (theo độ dốc); vận chuyển chủ động đi ngược lại và cần ATP
Thực bào và xuất bào
Những quá trình này di chuyển lượng lớn vật liệu theo khối, sử dụng ATP.
trong thực bào, màng tế bào gập lại bao quanh vật liệu và bẻ ra một phân tử (vesicle) để đưa vào tế bào.
trong xuất bào, một phân tử (vesicle) fusion với màng và giải phóng nội dung ra ngoài tế bào.
Thực bào đưa vật liệu vào bằng cách tạo thành phân tử; xuất bào fusion một phân tử để giải phóng nội dung
Explore · Khám phá
Diffusion across a membrane · Khuếch tán qua màng
Set the concentration on each side. Particles spread from high to low concentration until both sides are equal. · Đặt nồng độ ở mỗi bên. Các hạt lan tỏa từ nồng độ cao sang thấp cho đến khi hai bên bằng nhau.
Surface area to volume ratio · Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích
English
A cell takes in and removes substances across its surface. As an object gets bigger, its volume 体积 grows faster than its surface area 表面积. So the surface area to volume ratio gets smaller as size increases.
A large $L$ gives a small ratio. This is why small cells (and thin, flat shapes) exchange materials quickly, while large cells cannot rely on diffusion alone.
Worked example. Compare the surface area : volume ratio of a cube-shaped cell of side $4$ with one of side $10$.
For side $4$: surface area $= 6 \times 4^2 = 96$ and volume $= 4^3 = 64$, so the ratio is $96 : 64 = 1.5 : 1$. For side $10$: surface area $= 6 \times 10^2 = 600$ and volume $= 10^3 = 1000$, so the ratio is $600 : 1000 = 0.6 : 1$. The larger cell has the smaller ratio, so it exchanges materials across its surface more slowly for its size — which is why large organisms need specialised exchange surfaces such as lungs and gills.
You can show this with agar 琼脂 blocks of different sizes soaked in dye or acid: the smallest block, with the largest surface area to volume ratio, changes colour all the way through fastest. Diffusion across non-living materials can also be studied with dialysis tubing 透析袋 (Visking tubing).
Tiếng Việt
Tế bào hấp thu và loại bỏ các chất qua bề mặt của nó. Khi một vật thể trở nên lớn hơn, thể tích của nó tăng nhanh hơn diện tích bề mặt. Do đó, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích trở nên nhỏ hơn khi kích thước tăng lên.
Một $L$ lớn sẽ cho tỷ lệ nhỏ. Đó là lý do tại sao các tế bào nhỏ (và hình dạng mỏng, phẳng) trao đổi vật liệu nhanh chóng, trong khi các tế bào lớn không thể chỉ dựa vào khuếch tán.
Khi một khối lập phương (hoặc tế bào) phát triển, tỷ lệ diện tích bề mặt : thể tích của nó trở nên nhỏ hơn
Ví dụ mẫu. So sánh tỷ lệ diện tích bề mặt : thể tích của một tế bào hình lập phương cạnh $4$ với một tế bào cạnh $10$.
Đối với cạnh $4$: diện tích bề mặt $= 6 \times 4^2 = 96$ và thể tích $= 4^3 = 64$, nên tỷ lệ là $96 : 64 = 1.5 : 1$. Đối với cạnh $10$: diện tích bề mặt $= 6 \times 10^2 = 600$ và thể tích $= 10^3 = 1000$, nên tỷ lệ là $600 : 1000 = 0.6 : 1$. Tế bào lớn hơn có tỷ lệ nhỏ hơn, do đó nó trao đổi vật liệu qua bề mặt chậm hơn so với kích thước của nó — đó là lý do tại sao các sinh vật lớn cần các bề mặt trao đổi chuyên biệt như phổi và mang.
Bạn có thể minh chứng điều này bằng các khối agar có kích thước khác nhau ngâm trong thuốc nhuộm hoặc axit: khối nhỏ nhất, có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn nhất, sẽ thay đổi màu toàn bộ nhanh nhất. Khuếch tán qua vật liệu không sống cũng có thể được nghiên cứu bằng màng dialyze (màng Visking).
Explore · Khám phá
Surface area : volume · Diện tích bề mặt : thể tích
Make the cube bigger: its volume grows faster than its surface, so the SA:V ratio falls — which is why exchange surfaces and cells stay small. · Làm cho khối lập phương lớn hơn: thể tích tăng nhanh hơn diện tích bề mặt, nên tỷ lệ SA:V giảm — đó là lý do tại sao các bề mặt trao đổi và tế bào giữ kích thước nhỏ.
Explore · Khám phá
Diffusion across the surface · Khuếch tán qua bề mặt
Particles spread on their own from crowded to sparse. A small cell has a large surface-area-to-volume ratio, so substances diffuse in and out fast enough. · Các hạt tự phát tán từ nơi đông đúc sang nơi thưa thớt. Tế bào nhỏ có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn, nên chất khuếch tán vào và ra đủ nhanh.
Water potential and living cells · Thế nước và tế bào sống
English
Water potential measures how likely water is to leave a solution. Pure water has the highest water potential. Adding a solute 溶质 (a dissolved substance) lowers it. Water always moves by osmosis from a higher to a lower water potential.
To estimate the water potential of plant tissue, you place pieces in sucrose solutions of different water potentials. The solution that causes no change in mass or length has about the same water potential as the tissue.
Effect on plant cells
in a solution of higher water potential (for example distilled water 蒸馏水), water enters the cell. The cell swells and becomes turgid 膨胀, but the strong cell wall stops it bursting.
in a solution of lower water potential, water leaves. The cell contents shrink and the membrane pulls away from the cell wall — this is plasmolysis 质壁分离.
Effect on animal cells
Animal cells have no cell wall to protect them.
in a solution of higher water potential, water enters and the cell may burst. In a red blood cell this bursting is called haemolysis 溶血.
in a solution of lower water potential, water leaves and the cell shrinks.
Tiếng Việt
Thế nước đo lường khả năng nước rời khỏi dung dịch. Nước tinh khiết có thế nước cao nhất. Việc thêm chất tan (chất đã hòa tan) sẽ làm giảm thế nước. Nước luôn di chuyển qua thẩm thấu từ nơi có thế nước cao hơn sang nơi có thế nước thấp hơn.
Để ước tính thế nước của mô thực vật, bạn đặt các mảnh vào các dung dịch sucrose có thế nước khác nhau. Dung dịch gây ra không có sự thay đổi nào về khối lượng hoặc chiều dài có khoảng cùng thế nước với mô.
Ảnh hưởng đến tế bào thực vật
trong dung dịch có thế nước cao hơn (ví dụ: nước cất), nước xâm nhập vào tế bào. Tế bào trương nở và trở nên căng cứng, nhưng thành tế bào chắc chắn ngăn không cho nó bị vỡ.
trong dung dịch có thế nước thấp hơn, nước thoát ra. Nội dung tế bào co lại và màng tế bào tách ra khỏi thành tế bào — đây là tách nguyên sinh chất (plasmolysis).
Ảnh hưởng đến tế bào động vật
Tế bào động vật không có thành tế bào để bảo vệ.
trong dung dịch có thế nước cao hơn, nước xâm nhập và tế bào có thể bị vỡ. Ở tế bào hồng cầu, hiện tượng vỡ này được gọi là vỡ huyết (haemolysis).
trong dung dịch có thế nước thấp hơn, nước thoát ra và tế bào bị co lại.
Tế bào thực vật trở nên căng hoặc bị co nguyên sinh; tế bào động vật có thể vỡ (lục huyết) hoặc co lại
Explore · Khám phá
Water potential · Tiềm năng nước
water follows the gradient · nước di chuyển theo gradient
Drag the concentrations. A water-potential gradient drives net movement — it stops only when the two sides match. · Kéo các nồng độ. Gradient tiềm năng nước điều khiển sự di chuyển ròng — chỉ dừng lại khi hai bên cân bằng.
Describe the membrane as a fluid mosaic: a phospholipid bilayer with proteins, cholesterol and glycoproteins.
Sort each process: diffusion, facilitated diffusion and osmosis are passive (down a gradient); active transport and endo/exocytosis need ATP and can go against it.
For osmosis always use water potential ($\Psi$): water moves from high (less negative) to low (more negative)$\Psi$; pure water is $0$, the highest.
State the outcome by cell type: plant cell turgid/plasmolysed; animal cell lyses/crenates — link it to the water-potential gradient.
Tiếng Việt
Mô tả màng sinh chất dưới dạng mô hình mosaic lỏng: lớp kép phospholipid có chứa protein, cholesterol và glycoprotein.
Phân loại từng quá trình: khuếch tán, khuếch tán assisted và thẩm thấu là thụ động (theo chiều gradient); vận chuyển chủ động và nội/tngo bào cần ATP và có thể đi ngược chiều gradient.
Đối với thẩm thấu luôn sử dụng thế năng lượng nước ($\Psi$): nước di chuyển từ cao (ít âm hơn) sang thấp (nhiều âm hơn)$\Psi$; nước tinh khiết là $0$, mức cao nhất.
Nêu kết quả theo loại tế bào: tế bào thực vật căng/co nguyên sinh; tế bào động vật vỡ/crenate — liên hệ với gradient thế năng lượng nước.
Interactive lessons on this topic · Bài học tương tác về chủ đề này
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Chọn một môn và trang sẽ điều hướng theo — ghi chú, tài liệu, video và bài tập đều mở ở đó.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Nhập để tìm ghi chú, bài học, mã, từ vựng và câu hỏi đề thi cũ trên mọi môn học.