愛華網(wǎng)感悟：隨著科技的進(jìn)步，對事物的認(rèn)識會更完整和科學(xué)。1930—1950年，隨著電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)應(yīng)用這項技術(shù)來研究細(xì)胞時，才發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的邊界膜是一個固體結(jié)構(gòu)的實體，從而證實了細(xì)胞膜的存在。
17世紀(jì)中葉以后的2個世紀(jì)中，細(xì)胞學(xué)說的發(fā)展史已經(jīng)大體完成。但是唯獨對細(xì)胞膜的認(rèn)識還要推遲兩個世紀(jì)。
1855年，耐格里發(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。他便通過細(xì)胞的滲透特性去研究它的“邊界”。耐格里和克拉默一起進(jìn)行實驗，通過實驗發(fā)現(xiàn)細(xì)胞具有敏感的滲透特性，它的體積可以隨著周圍介質(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，細(xì)胞就變??；溶質(zhì)滲透強(qiáng)度小時，細(xì)胞就變大。耐格里提出，細(xì)胞與環(huán)境之間正是通過這種“邊界”發(fā)生關(guān)系的。
德國植物生理學(xué)家普費(fèi)弗對植物細(xì)胞的滲透行為進(jìn)行了大量的試驗，并于1897年提出了兩個重要的結(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)通過的普遍障礙。同時，很快又發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜這個屏障具有明顯的選擇性，一些物質(zhì)可通過它，而另一些物質(zhì)幾乎完全不能通過。
E. Overton 1895 發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過植物的細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過細(xì)胞膜，因此推測細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。
水溶性物質(zhì)難以通過質(zhì)膜
1925年E.Gorter & F. Grendel 用有機(jī)溶劑提取了人類紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推測細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。
以下就是研究細(xì)胞膜的過程中，科學(xué)家建立的結(jié)構(gòu)模型。
1．片層結(jié)構(gòu)模型
1935年J. Danielli & 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，推測膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了”蛋白質(zhì)—脂類—蛋白質(zhì)”的三明治模型。認(rèn)為質(zhì)膜由雙層脂類分子及其內(nèi)外表面附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。
1954年對該模型進(jìn)行了修改：膜上有一些二維伸展的孔，孔的表面也是由蛋白質(zhì)包被的，這樣使孔具有極性，可提高水對膜的通透性。
這一模型是第一次用分子術(shù)語描述的結(jié)構(gòu)，并將膜結(jié)構(gòu)同所觀察到的生物學(xué)理化性質(zhì)聯(lián)系起來，對后來的研究有很大的啟發(fā)。
2．“單位膜”模型
1959 年J.D. Robertson用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(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。
單位膜模型是在片層結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的另一個重要模型。它與片層結(jié)構(gòu)模型有許多相同之處，最重要的修改是膜脂雙分子層內(nèi)外兩側(cè)蛋白質(zhì)存在的方式不同。單位膜模型強(qiáng)調(diào)的是蛋白質(zhì)為單層伸展的β折疊片狀，而不是球形蛋白。另外，單位膜模型還認(rèn)為膜的外側(cè)表面的膜蛋白是糖蛋白，而且膜蛋白在兩側(cè)的分布是不對稱的。
這一模型能夠解釋細(xì)胞質(zhì)膜的一些基本特性，例如質(zhì)膜有很高的電阻，這是由于膜脂的非極性端的碳?xì)浠衔锸遣涣紝?dǎo)體的緣故；再如由于膜脂的存在，使它對脂溶性強(qiáng)的非極性分子有較高的通透性，而脂溶性弱的小分子則不易透過膜。
單位膜模型的不足之處在于把膜的動態(tài)結(jié)構(gòu)描寫成靜止的不變的。該模型也不能解釋為什么有的膜蛋白很容易被分離，有些則很難。
3．流動鑲嵌模型
1972年Singer和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“流動鑲嵌模型”。認(rèn)為球形膜蛋白分子以各種鑲嵌形式與脂雙分子層相結(jié)合，有的附在內(nèi)外表面，有的全部或部分嵌入膜中，有的貫穿膜的全層，這些大多是功能蛋白。
流動相嵌模型有兩個主要特點。其一，蛋白質(zhì)不是伸展的片層，而是以折疊的球形鑲嵌在脂雙層中，蛋白質(zhì)與膜脂的結(jié)合程度取決于膜蛋白中氨基酸的性質(zhì)；其二，膜具有一定的流動性，不再是封閉的片狀結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)細(xì)胞各種功能的需要。
這一模型強(qiáng)調(diào)了膜的流動性和不對稱性，較好地體現(xiàn)細(xì)胞的功能特點，被廣泛接受，也得到許多實驗的支持。后來又發(fā)現(xiàn)碳水化合物是以糖脂或糖蛋白的形式存在于膜的外側(cè)表面。
4．晶格鑲嵌模型
流動鑲嵌模型的補(bǔ)充，強(qiáng)調(diào)流動的整體性。1975年，Wallach提出了晶格鑲嵌模型。他在流動鑲嵌模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：生物膜中流動性脂質(zhì)的可逆性變化。這種變化區(qū)域呈點狀分布在膜上。相變表現(xiàn)為膜脂分子的一種協(xié)同效益，即幾十個以上的脂分子同時相變。膜脂的相變受溫度、脂本身的性質(zhì)、膜中其他成分、pH和二價陽離子濃度等因素的影響。
5．板塊鑲嵌模型
1977年，Jain和White提出了板塊鑲嵌模型，其內(nèi)容本質(zhì)上與晶格鑲嵌模型相同。他們認(rèn)為：在流動的脂雙分子層中，存在許多大小不同的、剛度較大的、彼此獨立運(yùn)動的脂質(zhì)“板塊”（有序結(jié)構(gòu)區(qū)），板塊之間被無序的流動的脂質(zhì)區(qū)所分割，這兩種區(qū)域處于一種連續(xù)的動態(tài)平衡之中。
6．脂筏模型
脂筏模型（lipidrafts model）即在生物膜上膽固醇富集而形成有序脂相，如同脂筏一樣載著各種蛋白。脂筏是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域。大小約70nm左右，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁。由于鞘磷脂具有較長的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強(qiáng)，所以這些區(qū)域結(jié)構(gòu)致密，介于無序液體與液晶之間，稱為有序液體。在低溫下這些區(qū)域能抵抗非離子去垢劑的抽提，所以又稱為抗去垢劑膜。脂筏就像一個蛋白質(zhì)停泊的平臺，與膜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。
從脂筏的角度來看，膜蛋白可以分為三類：①存在于脂筏中的蛋白質(zhì)；包括糖磷脂酰肌醇錨定蛋白，某些跨膜蛋白等；②存在于脂筏之外無序液相的蛋白質(zhì)；③介于兩者之間的蛋白質(zhì)，如某些蛋白在沒有接受到配體時，對脂筏的親和力低，當(dāng)結(jié)合配體，發(fā)生寡聚化時就會轉(zhuǎn)移到脂筏中。
脂筏中的膽固醇就像膠水一樣，它對具有飽和脂肪酸鏈的鞘磷脂親和力很高，而對不飽和脂肪酸鏈的親和力低。
