“我确信哪怕一個最簡單的細胞，也比迄今為止設計出的任何智能電腦更精巧”

這句話引自翟中和院士等主編的《細胞生物學》。是的，組成細胞的物質就是再複雜、再精細，隻是堆在一起，也不可能自主進行生命活動。組成細胞的分子必須有序地合理地組織在一起，才能成為一個基本的生命系統。

我們在學習蛋白質時認識到，生物大分子是脆弱的，一旦環境稍微惡劣些，生物大分子的功能就可能受到影響。因此，細胞内部環境的相對穩定至關重要。保證細胞環境相對穩定的結構，就是細胞膜，它可以将細胞與外界環境分隔開。

細胞膜分隔了細胞内外的環境，也承擔了控制物質進出細胞的功能。有用的物質要進入細胞，無用的、有害的物質要到擋在細胞外；代謝的廢物和分泌的物質需要排到細胞外，有用的物質要保留在細胞内，這些工作都是細胞膜在承擔。但是，這種控制功能是相對的，環境中一些對細胞有害的物質、細菌和病毒等也可能侵入細胞。

就像海關一樣

每一個細胞都不是一個孤立的系統，都要與外界進行交流，在多細胞生物中更是如此。多細胞生物中的細胞必須保持功能的協調才能使生物體健康地生存，而這種協調一定程度上依賴于細胞間的信息交流。信息交流的方式多種多樣：内分泌細胞可以分泌信号分子，信号分子由體液運輸，作用于靶細胞膜上的受體；相鄰細胞的細胞膜相接觸，可以使信息從一個細胞傳遞到另一個細胞，例如精卵結合；相鄰兩個細胞的細胞膜互相連接形成通道，使物質和信息在兩個細胞之間實現交流，如高等植物細胞之間的胞間連絲。可以看出，細胞膜信息傳遞功能的實現，也離不開前兩種功能的正常保持。

細胞膜的功能是通過它的結構和成分決定的。事實上，人們對細胞膜結構和成分的認識過程是漫長的。

1895年，歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行了上萬次實驗，發現脂溶性物質更容易穿過細胞膜。他據此推測，細胞膜是由脂質構成的。後來的實驗也證明了這一點，經過化學分析，組成細胞膜的脂質多為磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。

我們在第二章學習過磷脂的結構：一個甘油分子連着兩個脂肪酸和一個磷酸或其他衍生物。兩個脂肪酸一端為疏水的尾，磷酸或其他衍生物一端為親水的頭。因此，在水面上，磷脂傾向于将疏水的尾部露在空氣，親水的頭部則溶于水中。科學家用丙酮提取了紅細胞中的脂質後，在空氣-水界面上鋪成一層單分子膜，發現單分子膜的面積剛好為紅細胞膜面積的兩倍。它們由此推斷，細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續的兩層。（注：紅細胞内沒有細胞核和具膜的細胞器，可以認為紅細胞中的磷脂全部分布在細胞膜上。）

兩條腿是就是疏水尾

在水中，多個磷脂分子總是自發地形成雙分子層。疏水的尾巴，在水中可以結合的部位隻有其它的疏水尾巴，所以它們結合在一起，将親水的頭部朝向水。因此，在水中，磷脂形成磷脂雙分子層。

對細胞膜的成分進行化學分析，發現細胞膜不但富含脂質，還有着豐富的蛋白質。我們知道，蛋白質是生命活動的主要承擔者。可以這麼說，細胞膜功能的複雜程度，很大程度上與細胞膜上蛋白質的種類和數量挂鈎。

既然細胞膜主要是由蛋白質和磷脂組成的，那麼它們具體是如何組成細胞膜的呢？

在早期，科學家推測脂質的兩邊覆蓋着蛋白質。1959年，羅伯特森在電鏡下觀察到細胞膜清晰的亮-暗-亮結構，他結合其他科學家的推測，提出所有的細胞膜都是由蛋白質-脂質-蛋白質三層結構組成，電鏡下看到中間的亮層是脂質，兩邊的暗層是蛋白質。他把細胞膜描述成統一的靜态結構。

亮-暗-亮結構

這一模型其實經不起推敲：如果細胞膜是靜态的，細胞如何生長？變形蟲如何完成變形運動？靜态的細胞膜是難以實現複雜的功能的。1970年，科學家用綠色熒光染料标記小鼠細胞表面的蛋白質，用紅色熒光染料标記人體細胞表面的蛋白質，在将這兩個細胞相融合。這兩種細胞剛融合時，融合細胞一半發綠光，一半發紅光。在37°C下經過40分鐘後，兩種顔色的熒光均勻分布。這一實驗以及相關實驗證據表明了，細胞膜并非靜态結構，而是具有流動性的動态結構。

在細胞膜具有流動性這一結論的基礎上，科學家們又提出了許多新的模型來描述細胞膜。其中，流動鑲嵌模型為大多數人所接受。流動鑲嵌模型認為，細胞膜以磷脂雙分子層作為基本骨架，磷脂雙分子層内部為疏水結構，水和水溶性物質不能自由通過，具有屏障作用。蛋白質分子或與磷脂雙分子層表面結合，或鑲嵌在膜中，或貫穿磷脂雙分子層，甚至有的直接與脂肪酸鍊結合，以此結合在磷脂雙分子層上。細胞膜具有流動性，主要體現在構成膜的磷脂分子可以側向移動，膜中的蛋白質大多也能運動。細胞膜的流動性對于細胞完成物質運輸、生長、分裂、變形等生命活動都是十分重要的。

舊版課本的封面描述的就是流動鑲嵌模型

事實上，随着科學的進步，流動鑲嵌模型也逐步被更好的模型所取代。對與細胞膜的的結構，你有什麼看法？歡迎在評論區進行讨論。

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