细胞膜结构的研究历程

细胞膜结构的研究历程 刘雪梅100907030 细胞膜模式图 质膜是细胞与周围环境以及细胞与细胞之间进行物质交换和信息传递的重要通道 一道可调控的动态屏障 细胞膜 cellmembrane 又称质膜 plasmamembrane 是指围绕在细胞最外层 由脂质和蛋白质组成的膜结构 生物膜 biomembrane 围绕各种细胞器的膜 称为细胞内膜 质膜和内膜在起源 结构和化学组成的等方面具有相似性 故总称生物膜 生物膜是细胞进行生命活动的重要结构基础 能量转换 蛋白质合成 物质运输 信息传递 细胞运动等活动都与膜的作用有着密切的关系 电子显微镜下的红细胞 17世纪中叶以后的2个世纪中 细胞学说的发展史已经大体完成 但是唯独对细胞膜的认识还要推迟两个世纪 1839年施旺提出细胞学说1838年施莱登描述细胞 细胞 CELL 是在一种粘液状的母质中 经过一种像是结晶样的过程产生的 当时提出原生质体的概念 在细胞学说提出前后 CELL吸引了好多学者 包括业余爱好者 进行观察研究 1855年 耐格里 K W Mageli 发现细胞表面有阻碍染料进入的现象 提示膜结构的存在 耐格里发现色素透入已损伤和未损伤的植物细胞的情况并不相同 他便通过细胞的渗透特性去研究它的 边界 他首次把细胞 边界 称为 质膜 欧文顿 E Overton 1895发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜 而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜 因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成 1897年 Crijins和Hedin用红细胞做实验 同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关 且溶解度越大越容易通过 德国植物生理学家普费弗 W Pfeffer 对植物细胞的渗透行为进行了大量的试验 并于1897年提出了两个重要的结论 第一 细胞是被质膜包被着的 第二 这层质膜是水和溶质通过的普遍障碍 同时 很快又发现 细胞膜这个屏障具有明显的选择性 一些物质可通过它 而另一些物质几乎完全不能通过 1899年 英国细胞生理学家奥弗顿 C Overton 发表一系列关于化合物进入细胞的观察结果 他发现分子的极性越大 进入细胞的速度越小 当增加非极性基团 如烷基链 时 化合物进入的速度便增加 奥弗顿的结论是 控制物质进入细胞的速度的细胞膜是脂肪性物质 其中含有固醇和其他脂类 因此 当时确立了有一层脂质的膜围绕着细胞的认识 1917年 科学家成功将一层磷脂分子铺在了水面上 E Gorter F Grendel1925年用丙酮 一种有机溶剂 可以溶解脂质 从人的红细胞膜中提取脂质 在空气 水界面上铺展成单分子层 测得单分子层的面积恰好为红细胞表面积的2倍 推测细胞膜由双层脂分子组成 1931年 有人 Plowe 用微针触及植物原生质体 指出细胞有弹性膜 可伸展 不同于细胞质的部分 用微针穿过膜 引起局部可恢复的损伤 大量广泛的损伤导致细胞死亡 Plowe的工作不仅证明了细胞膜的存在 也证明了细胞膜具有保护作用 J Danielli H Davson1935提出了 蛋白质 脂类 蛋白质 的三明治模型 认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的 1959年提出了修正模型 认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道 供亲水物质通过 plasmamembrane 这就是所谓的 单位膜 模型 罗伯特森 J D Robertson 1959用锇酸处理了细胞膜 蛋白质经锇酸作用后形成高电子密度的锇黑 在电镜下呈黑色 用超薄切片技术获得了清晰的红细胞细胞膜照片 显示暗 明 暗三层结构 厚约7 5nm 单位膜 各种细胞的细胞膜以及各种细胞内膜在电镜下都呈 暗 明 暗 的三层式结构 单位膜现指在EM下呈现 暗 明 暗 三层式结构 由脂蛋白构成的任何一层膜 单位膜模型的不足之处在于把膜的动态结构描写成静止的不变的 细胞 融合 37 40min 膜具有一定的流动性 实验证明 人细胞 小鼠细胞 杂交细胞 1970年LarryFrye等人将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后 让两种细胞融合 认为 构成膜的蛋白质和脂类分子具有镶嵌关系 膜蛋白分布的不对称性 而且膜的结构处于流动变化之中 荣获1972年诺贝尔奖 桑格和尼克森 S J Singer G Nicolson 1972根据免疫荧光技术 冰冻蚀刻技术的研究结果 在 单位膜 模型的基础上提出 流动镶嵌模型 将免疫学方法 抗原抗体特异结合 与荧光标记技术结合起来研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法 冰冻蚀刻原理 冰冻蚀刻 freeze etching 亦称冰冻断裂 freeze fracture 标本置于 100 C的干冰或 196 C的液氮中 进行冰冻 然后用冷刀骤然将标本断开 升温后 冰在真空条件下迅即升华 暴露出断面结构 称为蚀刻 etching 蚀刻后 向断面以45度角喷涂一层蒸汽铂 再以90度角喷涂一层碳 加强反差和强度 然后用次氯酸钠溶液消化样品 把碳和铂的膜剥下来 此膜即为复膜 rep