细胞膜是单层膜还是双层膜?
细胞膜主要是由磷脂构成的富有弹性的半透性膜,膜厚7~8nm,对于动物细胞来说,其膜外侧与外界环境相接触。
细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障,它保证了细胞内环境的相对稳定,使各种生化反应能够有序运行。但是细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换,才能完成特定的生理功能。
因此细胞必须具备一套物质转运体系,用来获得所需物质和排出代谢废物。据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15~30%,细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的三分之二。
细胞膜的发现历史:
1855年,耐格里(K.W.Mageli)发现色素透入已损伤和未损伤的植物细胞的情况并不相同。他便通过细胞的渗透特性去研究它的“边界”(他首次把细胞“边界”称为“质膜”)。
耐格里和克拉默(Cramer)一起进行实验,通过实验发现细胞具有敏感的渗透特性,它的体积可以随着周围介质的不同渗透强度而改变。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。
1897年,Crijins和赫定(Hedin)用红细胞做实验,同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关,且溶解度越大越容易通过.
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。
1899年,英国细胞生理学家奥弗顿(C.Overton)发表一系列关于化合物进入细胞的观察结果,他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。
奥弗顿的结论是,控制物质进入细胞的速度的细胞膜是脂肪性物质,其中含有固醇和其他脂类。因此,当时确立了有一层脂质的膜围绕着细胞的认识。
1917年,朗姆瓦(Langmuir)将磷脂溶于苯和水中,当苯挥发完以后,磷脂分子分布散乱,经过推挤,磷脂分子排列成了单层,而且每个分子的一端浸入水中,另一端浮于水面。成功将一层磷脂分子铺在了水面上。