当前课程知识点：细胞生物学：细胞社会的奥秘 > 第三章 细胞膜 > 3.2细胞膜的结构 > 03-2-细胞膜的结构
同学们好
今天这一讲我们来认识一下
细胞膜的结构
前面我们已经讲了细胞膜的组成成分
知道细胞膜是由脂质和蛋白质所组成的
疏水性的薄层结构
那么它的具体结构是怎么样的呢
从20世纪末一直到现在
科学家们曾提出了很多假说和模型
下面就让我们一起
沿着细胞膜结构模型的认识历程
来解读一下细胞膜的结构吧
首先就是脂双层模型
最先提出的细胞模型
就是脂双层模型 Lipid bilayer
早在1895年
Overton 如图所示
他就发现脂溶性物质很容易通透细胞膜
而极性分子则难以通过
1902年他首先提出细胞膜
是由脂类构成
到1925年的Gorter和Grendel
用图中的简单装置巧妙地测量了
红细胞膜内单分子层的面积
是细胞膜表面就这样
因而他们提出
红细胞它的膜是由两层脂类分子构成
据此 第一次提出了
脂双层是细胞膜的基本结构模型
如图中所示
那么后来随着电子显微镜等新技术
在细胞生物学研究上的应用
进一步证明了脂双层
是细胞膜的基本结构
并将脂双层定义为
是由两层脂质分子以疏水性的
烃链的尾端相对
以极性头部朝向表面所形成的片层结构
这是生物膜基本结构的通称
那么脂双层是如何形成的呢
我前面已经提到过
由于这个膜脂成分
主要指磷脂它的分子形状、大小
和它的双亲性
又赋予了它独特的
比如物理性质
当它们处在油水或者空气水界面环境时
它们往往能自发排列在界面上
极性的头部伸向水中
而非极性的尾部则避开水相
伸向油或空气相中
在水环境中
这个磷脂分子的聚集
便可以自组装成脂双层这样的结构
并形成含有水溶性空腔的微粒形态
那么现在已经通过实验证明了
当把膜脂分子如磷脂和、鞘脂
在水溶液当中分散时
脂质分子疏水尾部就倾向于聚集在一起
避开水相
而亲水的头部暴露在水相
形成三明治样的脂双层膜片
进而形成封闭的囊泡
我们把这种人工的由脂双层构成的囊泡
称为脂质体
就像图中所示
那么人工合成的这个脂质体直径
可以在纳米级
通常是25nm到1μm这个大小
脂质体已经广泛地应用于
转基因和药物的载体
利用脂质体可以和细胞膜融合的特点
将外源基因和药物
输送入细胞内部
比如像我们把实验中常用的lipo2000
就是一种脂质体
来进行基因的感染
这些细胞生物学的
分子生物学的基本操作
那如果把脂质体表面
修饰上抗体或其它的一些靶向分子
还可实现基因或者是药物的靶向递送
就像图中所示
那么接下来我们谈一下
第二类模型
或者是基于脂肪层发展的
被称为是流动镶嵌的细胞结构模型
现在这个流动镶嵌模型是普遍
得到认可的细胞膜结构
脂双层模型提出以后
人们就困扰于
许多细胞膜的功能无法仅仅用
脂双层模型进行合理的解释
为此他曾先后提出过
多达50种假说
那么电镜冷冻蚀刻技术
就是图中的这个装置
以及多种生物研究新技术的应用
那么生物学家对膜结构有了深入的
一个发展的认识
在实验的基础上
1972年由Singer和Nicolson提出了
细胞膜的流动镶嵌的
这是一个沿用至今
广泛受到认可的细胞膜的一个结构模型
如图中所示
那么其要点是
一 就是脂质分子构成的脂双层
它是细胞膜的骨架
第二点就是 蛋白质分子它以不同的方式
镶嵌或者是连接在脂双层上
那么第三点它强调这个膜的两侧结构
就是脂双层的两侧结构不对称
第四点 认为膜脂和膜蛋白
具有一定的流动性
那么这种流动镶嵌模型
能够很好的解释几乎所有的
细胞生命活动的一些行为
那么脂双层模型也好
还是这个流动镶嵌模型也好
关于细胞结构的模型始终处在
不停的发展之中
那么细胞膜的结构模型
进一步的研究和完善
那么科学家们又提出了第三类
细胞膜的结构模型
被称为脂筏模型 lipid rafts model
那么近几十年来
基于对细胞膜研究的最新进展
人们对这个流动镶嵌模型
有了一些重要的补充和修正
研究显示膜上一些特殊的脂质
能够形成稍微结构刚性更稳定
也比其他区域尺寸略厚的这样的微区
这种大小在100nm以下的这种动态结构
就像筏子一样
可以集中承载着大量的膜蛋白
以完成各种复杂的功能
这就是细胞膜的脂筏模型
那么如图所示
动物细胞膜局部的脂质分子
可自发组合形成脂筏
脂筏中一般富含有
鞘磷脂、鞘糖脂和胆固醇
由于鞘磷脂比其它膜脂分子
含有更长的脂肪链
加上胆固醇的刚性和它的稳定作用
所以脂筏区要比其它脂双层区域
更厚一些也更加稳定
那么就更适合负载特定的膜蛋白
脂筏聚集的蛋白质和脂质相互作用
能够更好地组织膜蛋白
增强蛋白质复合体的动态可塑性及其功能
如图中所示
总之细胞膜的脂双层结构模型奠定了
这个流动镶嵌模型和脂筏模型的结构基础
这些结构模型可以近乎完美地
执行着细胞生命活动
那么今天关于细胞膜的结构模型
就给大家介绍到这里
同学们再见
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--01-1细胞简介
-第一章 绪论--1.1细胞简介
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--01-2细胞社会
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--01-3细胞模型
-第一章 绪论--1.3细胞模型
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-第三章 细胞膜--3.2细胞膜的结构
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-第三章 细胞膜--3.3细胞膜的特性
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