一天課間同學問我這樣一個問題，科學家用人鼠細胞做熒光标記，過段時間發現熒光混雜在一起，從而證明細胞有流動性，但人鼠細胞融合的過程不就是在做布朗運動麽？而布朗運動在1827年就發現了，發現細胞膜有流動性推遲了一個多世紀，也不必要這麼轟動吧！

憑借高中僅存的一點物理知識，乍一聽好像有點道理，像是在做布朗運動，一時解釋不清楚，趕緊回來查資料。物理學上把懸浮微粒永不停息地做無規則運動的現象叫做布朗運動，而且有無規則運動；永不停歇；顆粒越小、溫度越高，布朗運動越明顯等特點。顯然人鼠細胞融合的熒光标記并不符合溫度越高，運動越明顯這個特點。而且物理學家經過長時間的科學研究發現，布朗運動指的是分子迸發出的微粒的随機運動，而不是分子的随機運動，但布朗運動的現象間接證明了分子的無規則運動。

雖然人們在很早之前就知道了細胞的存在，然而細胞膜的結構研究并沒有沒有很久遠，甚至現在我們仍然在研究，這也引發了我對細胞膜發現過程的好奇。

細胞膜發現簡史

從低等生物到高等生物，所有的細胞的表面都有一層膜狀結構，也就是細胞膜，細胞膜不僅是區分細胞内部環境和周圍環境的動态屏障，還是細胞物質交換和信息傳遞的通道。

查閱資料發現，之所以對細胞膜的結構研究很晚，最主要的原因是細胞膜在光學顯微鏡下看不到，所以技術是制約研究的重要原因。科學家們對細胞膜的研究最初是從生理功能開始的。

1855年，魏爾肖的朋友耐格裡（K. W. Mageli）發現色素進入已損傷和未損傷的植物細胞的情況并不相同，細胞的體積會随着周圍的介質不同而滲透強度不同，當細胞外面的溶質滲透強度大時，細胞就變小；溶質滲透強度小時，細胞就變大。耐格裡提出，細胞與環境之間正是通過這種“邊界”發生關系的。

耐格裡在試驗中還發現這樣的情況：把麗藻屬(Nitella)長導管細胞的一端放入水溶液内，另一端放進糖溶液，細胞内含物發生了傳動障礙。在水中一端的細胞汁液流向糖溶液中的一端，并帶着所有可移動的粒子。可是，原先已知的事實表明，蒸騰作用和滲透壓加在一起也不足以将液體壓到植物的上部，這兩種力無法解釋植物汁液流動的方向。因而耐格裡認為，不得不假設有一股其他的力量，它們在縱壁，更可能在橫壁上。這種力量加大了細胞溶液從下往上的流向。

此外，德國植物生理學家普費弗(W．Pfeffer) 對植物細胞的滲透行為進行了大量的試驗，并于1897年提出了兩個重要的結論：第一，細胞是被質膜包被着的；第二，這層質膜是水和溶質通過的普遍障礙。同時，很快又發現，細胞膜這個屏障具有明顯的選擇性，一些物質可通過它，而另一些物質幾乎完全不能通過。

同年，克萊因斯（Crijns）和赫丁（Hedin）用紅細胞做了類似的實驗，也有相同的現象，因此推測初步明确了細胞膜的化學性質，即細胞膜由連續的脂類物質組成。

1899年，英國細胞生理學家奧弗頓(C．Overton)在攻讀他的博士研究生，他的研究方向是植物遺傳，由于在研究過程中需要找到植物易吸收的物質，因此他觀測了不同的物質進入細胞的速度，結果發現分子的極性越大，進入細胞的速度越小，當增加非極性基團(如烷基鍊)時，化合物進入的速度便增加。這更肯定了細胞是由脂質圍繞着的。

真正開始着手研究細胞膜上脂質的應該是荷蘭科學家戈特（E. Gorter）和他的助手格倫德爾（F. Grendel）。他們做的經典實驗是：首先通過光學顯微鏡測量出血紅細胞的大小，然後通過計算推算出樣本中所有血紅細胞的表面積，再利用丙酮和其他溶劑從紅細胞中萃取脂類。他們從别采用人類、家兔、天竺鼠、狗、綿羊、山羊的紅細胞做這個實驗，結果發現從紅細胞萃取單層分子的面積大約是紅細胞表面積的2倍，并利用一個類似朗缪爾的改進水槽，證明了油脂能形成一個雙分子層的膜，因此推論血紅細胞是由一層雙分子的油脂層覆蓋的。這個實驗能夠成立的前提：a．紅細胞的全部脂質都在膜上；b．丙酮法抽提完全；c．RBC平均表面積估算正确。（70%～80%偏低）；然而40年後Bar重複這一試驗發現紅細胞膜平鋪面積不是70%～80%，而是1．5倍，同時幹膜面積是99μm2，濕膜面積則為145μm2，這兩項誤差相抵，才出現了戈特（E. Gorter）和格倫德爾（F. Grendel）的實驗結果，這誤打誤撞的結論奠定了生物膜是油脂雙分子的基礎。

1933年，科蘭德（R.Collander）和巴隆德(H. Barlund)為補充超濾學說和脂質學說（lipoid theory）的片面性而進行了實驗，實驗結果發現，細胞膜的滲透性與滲透物質的分子容積和脂溶性這兩個方面都有關系，在物質的脂溶性相等時，分子容積愈小滲透性愈高，因此，他們認為細胞膜含有脂質，中等以上的大分子由于溶解于脂質而能透過膜，而細胞膜上應該還有些小孔以供小分子進出。

綜上，到這個時期，由于技術的限制，科學家們都未觀察到真正的細胞膜，而隻是基于生理功能假設膜的結構，于是他們提出了幾十種細胞膜的假設模型。

最終随着光學顯微鏡的發展，廣為我們接受的是1972年美國科學家桑格（ S . J. Singer）和尼克森（G . L . Nicolson）根據免疫熒光技術、冰凍蝕刻技術的研究結果，在”單位膜”模型的基礎上提出”流動鑲嵌模型”，強調膜的流動性和膜蛋白分布的不對稱性。

細胞膜與諾貝爾獎

從20世紀60年代至今，有4項諾貝爾獎與細胞膜通道及轉運機制相關。他們分别是：

1963年諾貝爾生理學或醫學獎授予澳大利亞的約翰·卡魯·埃克爾斯（John Carew Eccles）、英國的阿倫·霍奇金（Alan Lloyd Hodgkin）和安德魯·赫克（Andrew Huxley）三位科學家，因為他們發現了在神經細胞膜的外圍和中心部位與神經興奮及抑制有關的離子機制。他們分别闡明了神經細胞動作電位的模式，以及電位依存性 Na 、 K 離子通道都表達在細胞膜上，證明了 K 也是逐個地通過細胞膜 ，這也進一步證實了離子通道的膜鑲嵌結構。

1991年諾貝爾生理學或醫學獎頒發給了兩位德國科學家厄溫·内爾（Erwin Neher）和伯特·薩克曼（Bert Sakmann），他們發現細胞中單離子道功能，并發明了一種稱為膜片鉗的技術。借助膜片鉗技術，多種離子通道的特性與功能被一一揭示，為神經生物學研究領域帶來了革命性變革，也為許多離子通道相關疾病的治療做出了重大貢獻。

1997年的諾貝爾化學獎得主之一是丹麥科學家延斯·克裡斯蒂安·斯科（Jens Christian Skou），表彰他在在1957年發現了細胞膜上的Na -K ATP酶，通過消耗能量，物質可以從低濃度向高濃度進行跨膜轉運。Na -K 泵普遍存在于動植物細胞中，具有重要的生理作用。

2003年諾貝爾化學獎授予彼得·阿格雷（Peter Agre）、RMacKinnon（羅德裡克·麥金農）兩位科學家以表彰他們在“發現細胞膜通道”方面做出突出貢獻。

之所以能有這樣的發現，得益于1992年彼得·阿格雷（Peter Agre）進行了一個有意思的實驗，他在水中保存了青蛙卵母細胞，并在其中引入了一種膜蛋白，幾分鐘後含有蛋白質的細胞腫脹起來，而其他細胞未受到影響，顯然這種蛋白能讓水進入細胞，第一個水通道被發現。

從細胞膜的探索曆程中我們認識到：科學家研究細胞膜結構從生理功能開始，也就是通過物質跨膜運輸的現象，分析猜測細胞膜的成分，進而在實驗觀察的基礎上提出了猜想，又通過實驗來修正猜想，最終達到認知事物的本質，了解表象下面隐藏的真理。

養細胞要用好血清！

文章來源于： 師生活

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