摘要：細(xì)胞膜探索歷程在各類(lèi)書(shū)籍中描述有的不很詳細(xì)，時(shí)間上不連續(xù)，這不僅給人們學(xué)習(xí)和了解前人的成就造成了很大的不便，也不便于很好地了解人類(lèi)在認(rèn)知事物上的一般性歷程。本文在參閱許多書(shū)籍后對(duì)此進(jìn)行了整理，以便大家的學(xué)習(xí)研究。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)挝荒?nbsp; 流動(dòng)鑲嵌模型 板塊鑲嵌模型 脂筏模型
細(xì)胞膜的探索歷程在不同書(shū)籍中描述不很一致，時(shí)間上也不連續(xù)，這就給人們學(xué)習(xí)和了解前人的業(yè)績(jī)方面造成了很大的不便，同時(shí)也不便于很好地了解人類(lèi)在認(rèn)知事物上的一般性歷程。為此本人參閱了許多書(shū)籍對(duì)此進(jìn)行了整理，以便大家的學(xué)習(xí)研究。
1855年，耐格里(K．W．Mageli)發(fā)現(xiàn)色素透入已損傷和未損傷的植物細(xì)胞的情況并不相同。他便通過(guò)細(xì)胞的滲透特性去研究它的“邊界”(他首次把細(xì)胞“邊界”稱(chēng)為“質(zhì)膜”)。
耐格里和克拉默(Cramer)一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞具有敏感的滲透特性，它的體積可以隨著周?chē)橘|(zhì)的不同滲透強(qiáng)度而改變。當(dāng)細(xì)胞外面的溶質(zhì)滲透強(qiáng)度大時(shí)，細(xì)胞就變小；溶質(zhì)滲透強(qiáng)度小時(shí)，細(xì)胞就變大。耐格里提出，細(xì)胞與環(huán)境之間正是通過(guò)這種“邊界”發(fā)生關(guān)系的。
耐格里在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)這樣的情況：把麗藻屬(Nitella)長(zhǎng)導(dǎo)管細(xì)胞的一端放入水溶液內(nèi)，另一端放進(jìn)糖溶液，細(xì)胞內(nèi)含物發(fā)生了傳動(dòng)障礙。在水中一端的細(xì)胞汁液流向糖溶液中的一端，并帶著所有可移動(dòng)的粒子�？墒�，原先已知的事實(shí)表明，蒸騰作用和滲透壓加在一起也不足以將液體壓到植物的上部，這兩種力無(wú)法解釋植物汁液流動(dòng)的方向。因而耐格里認(rèn)為，不得不假設(shè)有一股其他的力量，它們?cè)诳v壁，更可能在橫壁上。這種力量加大了細(xì)胞溶液從下往上的流向。
1897年，Crijins和赫定（Hedin）用紅細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)，同樣也證明分子的通透性與其在脂質(zhì)中的溶解度有關(guān),且溶解度越大越容易通過(guò)．
此外，德國(guó)植物生理學(xué)家普費(fèi)弗(W．Pfeffer)對(duì)植物細(xì)胞的滲透行為進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，并于1897年提出了兩個(gè)重要的結(jié)論：第一，細(xì)胞是被質(zhì)膜包被著的；第二，這層質(zhì)膜是水和溶質(zhì)通過(guò)的普遍障礙。同時(shí)，很快又發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜這個(gè)屏障具有明顯的選擇性，一些物質(zhì)可通過(guò)它，而另一些物質(zhì)幾乎完全不能通過(guò)。
1899年，英國(guó)細(xì)胞生理學(xué)家?jiàn)W弗頓(C．Overton)發(fā)表一系列關(guān)于化合物進(jìn)入細(xì)胞的觀察結(jié)果，他發(fā)現(xiàn)分子的極性越大，進(jìn)入細(xì)胞的速度越小，當(dāng)增加非極性基團(tuán)(如烷基鏈)時(shí)，化合物進(jìn)入的速度便增加。奧弗頓的結(jié)論是，控制物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的速度的細(xì)胞膜是脂肪性物質(zhì)，其中含有固醇和其他脂類(lèi)。因此，當(dāng)時(shí)確立了有一層脂質(zhì)的膜圍繞著細(xì)胞的認(rèn)識(shí)。
1917年，朗姆瓦（Langmuir）將磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯揮發(fā)完以后，磷脂分子分布散亂，經(jīng)過(guò)推擠，磷脂分子排列成了單層，而且每個(gè)分子的一端浸入水中，另一端浮于水面。成功將一層磷脂分子鋪在了水面上！朗姆瓦水盤(pán)如下圖：
1925年，戈特(E．Gorter)和格倫德?tīng)?F．Grendel)用丙酮（一種有機(jī)溶劑，可以溶解脂質(zhì)）提取了人類(lèi)紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類(lèi)成分，將其鋪展在水面，測(cè)出膜脂展開(kāi)的面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。成立前提：a．紅細(xì)胞的全部脂質(zhì)都在膜上；b．丙酮法抽提完全；c．RBC平均表面積估算正確。（70%～80%偏低）；40年后Bar重復(fù)這一試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞膜平鋪面積應(yīng)不是70%～80%，而是1．5倍還有蛋白質(zhì)表面，同時(shí)干膜面積是99μm2，濕膜面積則為145μm2。兩項(xiàng)誤差相抵，結(jié)果基本正確。根據(jù)細(xì)胞的生理生化特征，曾先后推測(cè)質(zhì)膜是一種脂肪柵、脂類(lèi)雙分子層和由蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)構(gòu)成的三夾板結(jié)構(gòu)。
2O世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來(lái)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但會(huì)被溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會(huì)被蛋白酶分解。
1935年英國(guó)丹尼利（J． Danielli）和戴維森（ H． Davson）發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了”蛋白質(zhì)-脂類(lèi)-蛋白質(zhì)”的三明治模型。認(rèn)為質(zhì)膜由雙層脂類(lèi)分子及其內(nèi)外表面附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。1959年在上述基礎(chǔ)上提出了修正模型，認(rèn)為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過(guò)。
1959年羅伯特森（J． D． Robertson）用鋨酸處理了細(xì)胞膜（蛋白質(zhì)經(jīng)鋨酸作用后形成高電子密度的鋨黑，在電鏡下呈黑色），用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的紅細(xì)胞細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7．5nm。這就是所謂的“單位膜”模型。它由厚約3．5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。單位膜模型的不足之處在于把膜的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)描寫(xiě)成靜止的不變的。
20世紀(jì)五六十年代冰凍電鏡技術(shù)應(yīng)用于細(xì)胞膜的研究，它使人們能在三維空間更好地了解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，從而認(rèn)識(shí)到羅伯特森“單位膜”模型中脂質(zhì)雙層中含有蛋白質(zhì)顆粒。
冰凍蝕刻（freeze-etching）亦稱(chēng)冰凍斷裂（freeze-fracture）。標(biāo)本置于-100?C的干冰或-196?C的液氮中，進(jìn)行冰凍。然后用冷刀驟然將標(biāo)本斷開(kāi)，升溫后，冰在真空條件下迅即升華，暴露出斷面結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為蝕刻（etching）。蝕刻后，向斷面以45度角噴涂一層蒸汽鉑，再以90度角噴涂一層碳，加強(qiáng)反差和強(qiáng)度。然后用次氯酸鈉溶液消化樣品，把碳和鉑的膜剝下來(lái)，此膜即為復(fù)膜（replica）。復(fù)膜顯示出了標(biāo)本蝕刻面的形態(tài)，在電鏡下得到的影像即代表標(biāo)本中細(xì)胞斷裂面處的結(jié)構(gòu)。
1970年弗雷（L．D．Frye）和埃迪登（H．Edidin）他們用發(fā)綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，用紅色熒光的染料標(biāo)記人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，用滅火的仙臺(tái)病毒促使兩種細(xì)胞融合。剛剛?cè)诤系募?xì)胞一個(gè)半球帶有紅色熒光，另一個(gè)半球帶有綠色熒光。如果把該細(xì)胞放在37 ℃條件下培養(yǎng)40 min，加上不同的濾光片觀察顯示紅、綠熒光在細(xì)胞表面混合均勻，把該細(xì)胞放在l ℃條件下培養(yǎng)40 min，加上不同的濾光片觀察顯示，細(xì)胞保持開(kāi)始狀態(tài)，即紅、綠熒光沒(méi)有混合。本實(shí)驗(yàn)證明了構(gòu)成細(xì)胞膜的磷質(zhì)和蛋白質(zhì)分子大多數(shù)不是靜止的，而是可以運(yùn)動(dòng)的，即細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性。
1972美國(guó)加州大學(xué)的辛格（S． J． Singer）和尼克森（G． L． Nicolson）根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在“單位膜”模型的基礎(chǔ)上提出“流動(dòng)鑲嵌模型”。該模型認(rèn)為： 細(xì)胞膜由流動(dòng)的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架；蛋白質(zhì)或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性。該模型的不足之處：忽視了蛋白質(zhì)分子對(duì)脂類(lèi)分子流動(dòng)性的限制作用；忽視了膜各部分流動(dòng)性的不均勻性等, 從而使人們又提出了一些新的模型。
1975年，瓦拉赫（Wallach）提出“晶格模型”。“晶格模型”是對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型的補(bǔ)充，強(qiáng)調(diào)流動(dòng)的整體性。用膜脂可逆地進(jìn)行無(wú)序（液態(tài)）和有序（晶態(tài)）的相變來(lái)解釋生物膜的流動(dòng)性。膜鑲嵌蛋白對(duì)脂類(lèi)分子的運(yùn)動(dòng)具控制作用。鑲嵌蛋白和它周?chē)闹?lèi)分子形成晶格狀態(tài)，這些不移動(dòng)的脂類(lèi)分子稱(chēng)界面脂質(zhì)，而流動(dòng)的脂質(zhì)呈小片、點(diǎn)狀分布。所以脂質(zhì)的流動(dòng)是局部的，并非整個(gè)脂雙層都在流動(dòng)。
1977年，賈因（Jain）和懷特（White）提出生物膜是由具有不同流動(dòng)性的板塊鑲嵌而成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。該模型強(qiáng)調(diào)整個(gè)生物膜是由不同組織結(jié)構(gòu)、不同大小、不同性質(zhì)、不同流動(dòng)性的可移動(dòng)的膜塊所組成，這些彼此獨(dú)立移動(dòng)的脂質(zhì)區(qū)(有序的“板塊”)之間被流動(dòng)的脂質(zhì)“板塊”(無(wú)序的)所分割, 兩種“板塊”之間可能存在一種連續(xù)的動(dòng)態(tài)平衡,因而細(xì)胞膜實(shí)際上是同時(shí)存在有不同流動(dòng)性的板塊鑲嵌而成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)使細(xì)胞膜的各部分的流動(dòng)性處于不均一狀態(tài), 并可隨生理狀態(tài)和環(huán)境條件的變化而發(fā)生晶態(tài)和非晶態(tài)的相變化。這種板塊鑲嵌模型有利于說(shuō)明膜功能的多樣性及調(diào)節(jié)機(jī)制的復(fù)雜性。
1997年，西蒙斯（K．Simons）和伊琳娜．易科寧（Elina Ikonen）等人提出提出了“功能筏(Functional rafts)”的概念,現(xiàn)在一般稱(chēng)為“脂筏(lipid raft)�！爸つＰ汀笨梢哉f(shuō)是細(xì)胞膜功能最新的功能解釋模型。脂筏是在生物膜上富含膽固醇和甘油脂的微結(jié)構(gòu)域(microdomain），該結(jié)構(gòu)域約70nm左右，是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，位于以甘油磷脂為主體的生物膜中；由于甘油脂具有較長(zhǎng)的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強(qiáng)，所以這些區(qū)域結(jié)構(gòu)致密，介于無(wú)序液體與液晶之間，稱(chēng)為有序液體。脂筏載著執(zhí)行某些特定生物學(xué)功能的各種膜蛋白他們就像一個(gè)蛋白質(zhì)停泊的平臺(tái)，與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選、跨膜物質(zhì)運(yùn)輸?shù)染忻芮械年P(guān)系。脂筏最初可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上形成，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上后，有些脂筏可在不同程度上與膜下細(xì)胞骨架蛋白交聯(lián)．推測(cè)一個(gè)100nm大小的脂筏可能載有600個(gè)蛋白分子。
從細(xì)胞膜的探索歷程中我們明確的認(rèn)識(shí)到：科學(xué)家研究細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的歷程是從物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)象開(kāi)始的。分析成分是了解結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，現(xiàn)象和功能又提供了探究結(jié)構(gòu)的線索。進(jìn)而人們?cè)趯?shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上提出假說(shuō)，又通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)修正假說(shuō)。最終達(dá)到認(rèn)知事物的本質(zhì)，了解表象下面隱藏的真理。
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本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/167781.html
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