幾種主要的生物膜結構模型
來源: handler   發布時間: 2020-11-20   127 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px

迄今為止,已提出的生物膜結構模型達幾十種之多,現僅介紹幾種較為重要的模型。隨著研究的深入,人們對膜結構的認識將會不斷趨向全麵與合理。

1 雙分子片層模型

此模型由丹尼利(J.Danielli)和戴維森(H.Davson)於1935年提出,以後的研究者又做了些修改和補充。此模型的主要內容為:細胞膜是由雙層脂質分子及內外表麵附著的蛋白質所構成的。脂質分子平行排列並垂直於膜平麵。雙層脂質分子的非極性端相對,極性端向著膜的內外表麵,在內外表麵各有一層蛋白質。這一模型缺少必要的細節,是對膜結構的一個較粗淺的認識。

2 單位膜模型

此模型是由羅伯特森(J.D.Robertson)於1959年提出的。這一模型主要強調:連續的脂質雙分子層組成膜的主體,磷脂的非極性端朝向膜內側,極性端朝向膜外兩側,蛋白質以單層肽鏈的厚度,以β折疊形式通過靜電作用與磷脂極性端相結合,從而形成蛋白質-磷脂-蛋白質的三層結構,稱為單位膜。他提出真核細胞與原核細胞具有相同的膜結構。單位膜模型的主要不是在於:把膜結構描述成靜止的、不變的,這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。此外,認為蛋白質分子在脂分子表麵呈伸展構型,也與蛋白質發揮其功能時的構象要求不相符。

3 流動鑲嵌模型

這一模型是由辛格(S.J.Singer)和尼科爾森(G.Nicolson)於1972年通過對已有的模型進行修正而提出的。它的主要特點是:(1)強調了膜結構的不對稱性和不均勻性。將膜蛋白分為外在膜蛋白和內在膜蛋白,並且指出蛋白質在脂雙層中的分布是不對稱和不均勻的。(2)強調了膜結構的流動性。認為膜的結構成分不是靜止的,而是動態的,生物膜是流動的脂質雙分子層與鑲嵌著的球蛋白按二維排列組成。(3)膜的功能是由蛋白質與蛋白質、蛋白質與脂質、脂質與脂質之間複雜的相互作用實現的。

4 晶格鑲嵌與板塊鑲嵌模型

沃利奇(Wallach)於1975年提出品格鑲嵌模型。他在流動鑲嵌模型的基礎上,進一步強調生物膜中流動性脂質的可逆性變化。這種變化區域呈點狀分布在膜上。相變表現為膜脂分子的一種協同效益,即兒十個以上的脂分子同時相變。膜脂的相變受溫度、脂本身的性質、膜中其他組分、pH和二價陽離子濃度等因素的影響。板塊鑲嵌模型是傑恩(M.K Jain)和懷特(H.B.White)於1977年提出的,其內容本質上與j品格鑲嵌模型相同。他們認為:在流動的脂雙分子層中存在許多大小不同的剛度較大的彼此獨立運動的脂質“板塊"(有序結構區),板塊之間被無序的流動的脂質區所分割,這兩種區域處於一種動態平衡之中。

生物膜的結構模型雖然有很多種,但被廣泛接受的結構模型基本內容是趨向一致的。其要點和特點基本相同,主要包括膜的分子組成和結構特征。

5 係統的視角看細胞結構

在生物學史上,存在著機械論和活力論之間的論戰。為解決這兩種分析方法在科學解釋中的局限性,更好地解釋生命現象,於是誕生了係統論思想。所謂係統論思想,就是按照事物本身的係統性,把要研究的對象放在係統的形式中加以考察的思想。而係統,作為物質的存在方式,指的是由相互作用和相互依賴的若幹組成部分結合的具有特定功能的有機整體,生命係統的存在和發展有三個最重要的要素:係統的結構(高度有序的結構)、係統的延續機製(自我複製)、係統與環境的聯係(新陳代謝)。

生命是物質運動的一種形式,但構成物質的蛋白質、核酸、脂質、糖類和其他分子,都不能單獨完成生命過程;即便是這些分子構成了細胞器,也不能完成所有的生命活動。隻有當這些分子按一定方式組織起來,構成各種生命係統(如細胞、組織、器官、係統、個體、種群、群落、生態係統等)後,才能表現出生命現象。係統論要求把生命看成是一個既具有高度的自主性,又與外界交換物質和能量的開放係統。

生命是係統活動的整體表現,而細胞是由生物大分子組織在一起能夠完整表現所有生命現象的基本係統。細胞作為基本的生命係統,具有生命係統的層次性、整體性(如細胞是細胞膜、細胞質基質、細胞器、細胞核等結構的統一整體)、開放性(如物質進出細胞和能量交換等)、動態性(如細胞的增殖、衰老、凋亡、癌變等)的特征。

將細胞作為基本的生命係統來學習,傳遞給學生“生命現象不同於其他的物質現象”的觀念。有利於學生將生物學的微觀世界和人類的宏觀認識有機地結合起來。還可以幫助學生利用係統的思想排除機械論、活力論、外因論等的影響,對於樹立辯證唯物主義的自然觀,提高科學素養大有裨益。