
【化】 fluid-mosaic-membrane model
流动镶嵌膜模型(Fluid Mosaic Model)是描述细胞膜结构的经典理论,由Singer和Nicolson于1972年提出。该模型将细胞膜定义为动态的磷脂双层(phospholipid bilayer),其中镶嵌着具有不同功能的膜蛋白(membrane proteins)。其核心特征包括以下三方面:
磷脂双层的流体性
细胞膜主体由两排极性相反的磷脂分子组成,疏水尾部向内,亲水头部向外,形成连续屏障。这种结构在生理温度下呈液态,允许脂质分子横向流动。例如,磷脂分子每秒可移动约2微米,这解释了膜的柔韧性(flexibility)与自修复能力。
蛋白质的镶嵌分布
膜蛋白分为整合蛋白(integral proteins)和外周蛋白(peripheral proteins)。整合蛋白贯穿或部分嵌入磷脂双层,如离子通道蛋白;外周蛋白则通过静电作用附着在膜表面,例如某些信号传导蛋白。实验显示,膜蛋白约占膜总质量的50%。
动态不对称性
尽管磷脂分子可自由流动,但膜组分分布呈现不对称性。糖蛋白和糖脂仅存在于膜外侧,形成细胞识别位点;而内侧多含与细胞骨架连接的锚定蛋白。这种不对称性通过ATP供能的翻转酶(flippase)主动维持。
该模型经冷冻蚀刻技术(freeze-fracture electron microscopy)证实,其动态特性解释了细胞膜的物质运输(如胞吞作用)、信号转导等重要生理功能。现代研究进一步拓展了脂筏(lipid raft)等亚结构对膜功能分区的调控机制。
流动镶嵌模型是描述生物膜结构的核心理论,其核心内容和特点如下:
模型解释了生物膜的选择透过性机制:流动性使膜能动态调整结构,不对称性为物质运输、信号传递等功能提供结构基础。
该模型综合了膜的动态特性和组分分布特征,成为解释细胞膜物质运输、细胞识别等生命活动的理论基础,目前仍是生物学界广泛接受的膜结构模型。
注:本模型由Singer和Nicolson于1972年提出(部分网页未标注提出者,补充此背景知识以完善解释)。
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