Cell：又要改教科书？沿用几十年的模型被推翻，细胞膜更接近果冻状固体
1665年，英国科学家罗伯特·胡克（Robert Hooke，1635～1703）通过显微镜，第一次观察到了细胞（死亡的植物细胞壁）。
1674年，荷兰科学家列文虎克（Leeuwenhoek，1632～1723），通过显微镜首次观察到细菌、原生动物以及人的活细胞。
1959年，美国科学家罗伯特森（J. D. Robertson）用超薄切片技术首次获得了清晰的细胞膜照片。
但是，关于细胞膜的结构，前后有数十种不同的模型，广为接受的有“流动镶嵌模型”和“脂筏模型“。这两个模型都认为磷脂双分子层骨架的膜是流动性的，蛋白质等镶嵌或漂浮在磷脂双层中。这两个模型也出现在了高中生物教材上。但这两个模型也存在一些问题，因此细胞膜的结构仍在研究和完善。
人教版高中生物教材中的细胞膜结构示意图
近日，来自哈佛大学的Adam Cohen等人在Cell杂志发表题为：Cell Membranes Resist Flow（细胞膜抗流动）的研究论文（Article）,该研究认为细胞膜实际上更接近类似果冻的半固体，推翻了关于细胞膜流体性质及其对张力的反应的传统理论。
完整的细胞膜含有许多在人工脂双层中未发现的特征。在真核细胞中，大约一半的跨膜蛋白（相当于总膜面积的10％-20％）与细胞膜下的皮层结合，因此在几分钟到几小时的时间尺度上有效地保持不动。
具有~10％固定蛋白质的水溶液，例如胶原凝胶，表现的像散状固体，而不是液体，但仍然允许小分子和蛋白质的横向扩散。
因此，细胞膜也可能存在于纳米尺度上表现为2D流体，但在细胞尺度上更接近半固体凝胶状态。 2D凝胶假说与文献中的许多猜想不相容，即膜张力的快速传播可介导长程细胞内信号传导。实验数据和模型提供了直接的证据，即在约10分钟的时间尺度内细胞中没有膜张力的长程传播，钙离子提供了比膜张力更有效的介导远程信号传导的方法。
目前已有许多研究针对”流动镶嵌模型“提出修订，如引入”脂筏“等特殊结构来解释膜中的亚细胞限制。实际上，这种结构对于扩散限制和膜组成的局部变化是必要的。
该项研究结果表明，随机排列的跨膜障碍足以定性地将细胞膜从流体改变为凝胶状而不需要调用任何特殊结构。这种膜凝胶化机制与通过脂质本身的相变在较低温度下产生的脂质凝胶相无关。
在本模型中，脂质在纳米尺度上保持液态，允许分子货物的自由扩散。在细胞尺度上更接近半固体凝胶状态。 该模型与用于支持”流动镶嵌模型“的热力学数据完全一致，同时添加了缓慢和异构均衡方法的描述。
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