
【化】 fluid-mosaic-membrane model
流動鑲嵌膜模型(Fluid Mosaic Model)是描述細胞膜結構的經典理論,由Singer和Nicolson于1972年提出。該模型将細胞膜定義為動态的磷脂雙層(phospholipid bilayer),其中鑲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:
磷脂雙層的流體性
細胞膜主體由兩排極性相反的磷脂分子組成,疏水尾部向内,親水頭部向外,形成連續屏障。這種結構在生理溫度下呈液态,允許脂質分子橫向流動。例如,磷脂分子每秒可移動約2微米,這解釋了膜的柔韌性(flexibility)與自修複能力。
蛋白質的鑲嵌分布
膜蛋白分為整合蛋白(integral proteins)和外周蛋白(peripheral proteins)。整合蛋白貫穿或部分嵌入磷脂雙層,如離子通道蛋白;外周蛋白則通過靜電作用附着在膜表面,例如某些信號傳導蛋白。實驗顯示,膜蛋白約占膜總質量的50%。
動态不對稱性
盡管磷脂分子可自由流動,但膜組分分布呈現不對稱性。糖蛋白和糖脂僅存在于膜外側,形成細胞識别位點;而内側多含與細胞骨架連接的錨定蛋白。這種不對稱性通過ATP供能的翻轉酶(flippase)主動維持。
該模型經冷凍蝕刻技術(freeze-fracture electron microscopy)證實,其動态特性解釋了細胞膜的物質運輸(如胞吞作用)、信號轉導等重要生理功能。現代研究進一步拓展了脂筏(lipid raft)等亞結構對膜功能分區的調控機制。
流動鑲嵌模型是描述生物膜結構的核心理論,其核心内容和特點如下:
模型解釋了生物膜的選擇透過性機制:流動性使膜能動态調整結構,不對稱性為物質運輸、信號傳遞等功能提供結構基礎。
該模型綜合了膜的動态特性和組分分布特征,成為解釋細胞膜物質運輸、細胞識别等生命活動的理論基礎,目前仍是生物學界廣泛接受的膜結構模型。
注:本模型由Singer和Nicolson于1972年提出(部分網頁未标注提出者,補充此背景知識以完善解釋)。
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