一天课间同学问我这样一个问题，科学家用人鼠细胞做荧光标记，过段时间发现荧光混杂在一起，从而证明细胞有流动性，但人鼠细胞融合的过程不就是在做布朗运动麽？而布朗运动在1827年就发现了，发现细胞膜有流动性推迟了一个多世纪，也不必要这么轰动吧！
凭借高中仅存的一点物理知识，乍一听好像有点道理，像是在做布朗运动，一时解释不清楚，赶紧回来查资料。物理学上把悬浮微粒永不停息地做无规则运动的现象叫做布朗运动，而且有无规则运动；永不停歇；颗粒越小、温度越高，布朗运动越明显等特点。显然人鼠细胞融合的荧光标记并不符合温度越高，运动越明显这个特点。而且物理学家经过长时间的科学研究发现，布朗运动指的是分子迸发出的微粒的随机运动，而不是分子的随机运动，但布朗运动的现象间接证明了分子的无规则运动。
虽然人们在很早之前就知道了细胞的存在，然而细胞膜的结构研究并没有没有很久远，甚至现在我们仍然在研究，这也引发了我对细胞膜发现过程的好奇。
细胞膜发现简史
从低等生物到高等生物，所有的细胞的表面都有一层膜状结构，也就是细胞膜，细胞膜不仅是区分细胞内部环境和周围环境的动态屏障，还是细胞物质交换和信息传递的通道。
查阅资料发现，之所以对细胞膜的结构研究很晚，最主要的原因是细胞膜在光学显微镜下看不到，所以技术是制约研究的重要原因。科学家们对细胞膜的研究最初是从生理功能开始的。
1855年，魏尔肖的朋友耐格里（K. W. Mageli）发现色素进入已损伤和未损伤的植物细胞的情况并不相同，细胞的体积会随着周围的介质不同而渗透强度不同，当细胞外面的溶质渗透强度大时，细胞就变小；溶质渗透强度小时，细胞就变大。耐格里提出，细胞与环境之间正是通过这种“边界”发生关系的。
耐格里在试验中还发现这样的情况：把丽藻属(Nitella)长导管细胞的一端放入水溶液内，另一端放进糖溶液，细胞内含物发生了传动障碍。在水中一端的细胞汁液流向糖溶液中的一端，并带着所有可移动的粒子。可是，原先已知的事实表明，蒸腾作用和渗透压加在一起也不足以将液体压到植物的上部，这两种力无法解释植物汁液流动的方向。因而耐格里认为，不得不假设有一股其他的力量，它们在纵壁，更可能在横壁上。这种力量加大了细胞溶液从下往上的流向。
此外，德国植物生理学家普费弗(W．Pfeffer) 对植物细胞的渗透行为进行了大量的试验，并于1897年提出了两个重要的结论：第一，细胞是被质膜包被着的；第二，这层质膜是水和溶质通过的普遍障碍。同时，很快又发现，细胞膜这个屏障具有明显的选择性，一些物质可通过它，而另一些物质几乎完全不能通过。
同年，克莱因斯（Crijns）和赫丁（Hedin）用红细胞做了类似的实验，也有相同的现象，因此推测初步明确了细胞膜的化学性质，即细胞膜由连续的脂类物质组成。
1899年，英国细胞生理学家奥弗顿(C．Overton)在攻读他的博士研究生，他的研究方向是植物遗传，由于在研究过程中需要找到植物易吸收的物质，因此他观测了不同的物质进入细胞的速度，结果发现分子的极性越大，进入细胞的速度越小，当增加非极性基团(如烷基链)时，化合物进入的速度便增加。这更肯定了细胞是由脂质围绕着的。
真正开始着手研究细胞膜上脂质的应该是荷兰科学家戈特（E. Gorter）和他的助手格伦德尔（F. Grendel）。他们做的经典实验是：首先通过光学显微镜测量出血红细胞的大小，然后通过计算推算出样本中所有血红细胞的表面积，再利用丙酮和其他溶剂从红细胞中萃取脂类。他们从别采用人类、家兔、天竺鼠、狗、绵羊、山羊的红细胞做这个实验，结果发现从红细胞萃取单层分子的面积大约是红细胞表面积的2倍，并利用一个类似朗缪尔的改进水槽，证明了油脂能形成一个双分子层的膜，因此推论血红细胞是由一层双分子的油脂层覆盖的。这个实验能够成立的前提：a．红细胞的全部脂质都在膜上；b．丙酮法抽提完全；c．RBC平均表面积估算正确。（70%～80%偏低）；然而40年后Bar重复这一试验发现红细胞膜平铺面积不是70%～80%，而是1．5倍，同时干膜面积是99μm2，湿膜面积则为145μm2，这两项误差相抵，才出现了戈特（E. Gorter）和格伦德尔（F. Grendel）的实验结果，这误打误撞的结论奠定了生物膜是油脂双分子的基础。
1933年，科兰德（R.Collander）和巴隆德(H. Barlund)为补充超滤学说和脂质学说（lipoid theory）的片面性而进行了实验，实验结果发现，细胞膜的渗透性与渗透物质的分子容积和脂溶性这两个方面都有关系，在物质的脂溶性相等时，分子容积愈小渗透性愈高，因此，他们认为细胞膜含有脂质，中等以上的大分子由于溶解于脂质而能透过膜，而细胞膜上应该还有些小孔以供小分子进出。
综上，到这个时期，由于技术的限制，科学家们都未观察到真正的细胞膜，而只是基于生理功能假设膜的结构，于是他们提出了几十种细胞膜的假设模型。
最终随着光学显微镜的发展，广为我们接受的是1972年美国科学家桑格（ S . J. Singer）和尼克森（G . L . Nicolson）根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在”单位膜”模型的基础上提出”流动镶嵌模型”，强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。
细胞膜与诺贝尔奖
从20世纪60年代至今，有4项诺贝尔奖与细胞膜通道及转运机制相关。他们分别是：
1963年诺贝尔生理学或医学奖授予澳大利亚的约翰·卡鲁·埃克尔斯（John Carew Eccles）、英国的阿伦·霍奇金（Alan Lloyd Hodgkin）和安德鲁·赫克（Andrew Huxley）三位科学家，因为他们发现了在神经细胞膜的外围和中心部位与神经兴奋及抑制有关的离子机制。他们分别阐明了神经细胞动作电位的模式，以及电位依存性 Na 、 K 离子通道都表达在细胞膜上，证明了 K 也是逐个地通过细胞膜 ，这也进一步证实了离子通道的膜镶嵌结构。
1991年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了两位德国科学家厄温·内尔（Erwin Neher）和伯特·萨克曼（Bert Sakmann），他们发现细胞中单离子道功能，并发明了一种称为膜片钳的技术。借助膜片钳技术，多种离子通道的特性与功能被一一揭示，为神经生物学研究领域带来了革命性变革，也为许多离子通道相关疾病的治疗做出了重大贡献。
1997年的诺贝尔化学奖得主之一是丹麦科学家延斯·克里斯蒂安·斯科（Jens Christian Skou），表彰他在在1957年发现了细胞膜上的Na -K ATP酶，通过消耗能量，物质可以从低浓度向高浓度进行跨膜转运。Na -K 泵普遍存在于动植物细胞中，具有重要的生理作用。
2003年诺贝尔化学奖授予彼得·阿格雷（Peter Agre）、RMacKinnon（罗德里克·麦金农）两位科学家以表彰他们在“发现细胞膜通道”方面做出突出贡献。
之所以能有这样的发现，得益于1992年彼得·阿格雷（Peter Agre）进行了一个有意思的实验，他在水中保存了青蛙卵母细胞，并在其中引入了一种膜蛋白，几分钟后含有蛋白质的细胞肿胀起来，而其他细胞未受到影响，显然这种蛋白能让水进入细胞，第一个水通道被发现。
从细胞膜的探索历程中我们认识到：科学家研究细胞膜结构从生理功能开始，也就是通过物质跨膜运输的现象，分析猜测细胞膜的成分，进而在实验观察的基础上提出了猜想，又通过实验来修正猜想，最终达到认知事物的本质，了解表象下面隐藏的真理。
养细胞要用好血清！
文章来源于： 师生活
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