細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)研究獲得重要進(jìn)展
哺乳動(dòng)物組織細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型
細(xì)胞膜(cell membrane)是由磷脂、糖和蛋白質(zhì)組成的生物膜。因結(jié)構(gòu)復(fù)雜和研究手段有限，一個(gè)世紀(jì)以來細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)研究仍停留在模型假說階段，細(xì)胞膜這一重要的細(xì)胞基本成分至今仍是未解難題。
中國科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所王宏達(dá)研究員課題組，應(yīng)用原子力顯微鏡、超分辨熒光顯微鏡和單分子力譜等高分辨、高靈敏的單分子技術(shù)，在接近生理?xiàng)l件下對(duì)多種細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究(Nano Letters, 9, 4489 (2009); Nanoscale, 5, 11582 (2013); Cell Research, 24, 959 (2014); PLoS ONE, 9, e91595 (2014))。他們統(tǒng)一了多種模型觀點(diǎn)，闡明細(xì)胞膜包括多種特征，如磷脂雙層結(jié)構(gòu)、流動(dòng)鑲嵌性、脂筏和非脂筏區(qū)域共存性、內(nèi)外膜非對(duì)稱性、不同功能細(xì)胞膜的差異性等，而不是單一模型可以解決所有的細(xì)胞膜問題。相關(guān)系列成果發(fā)表后被英國化學(xué)會(huì)《化學(xué)會(huì)評(píng)論》邀請(qǐng)撰寫綜述性論文 (Chemical Society Reviews, 44, 3617 (2015))。
王宏達(dá)課題組提出了兩個(gè)新的細(xì)胞膜模型。一是哺乳動(dòng)物組織細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型(PLoS ONE, 9, e91595 (2014))，即Protein Layer-Lipid-Protein Island模型(如圖所示)。該模型指出在磷脂層的外側(cè)存在一層致密平滑的蛋白質(zhì)層，厚度約4納米(如圖A所示)，它包含多種膜外區(qū)域蛋白和受體等；細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)相對(duì)粗糙，有大量的膜蛋白存在，并且這些蛋白是以聚集體(與脂筏密切相關(guān))的形式分布在膜內(nèi)側(cè)的(如圖B和C所示)。二是血紅細(xì)胞膜的“半鑲嵌”模型(Ultramicroscopy, 110, 305 (2010))，它強(qiáng)調(diào)紅細(xì)胞膜蛋白是非對(duì)稱的半鑲嵌在磷脂膜上的。兩個(gè)模型有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，紅細(xì)胞膜的整體厚度約為10納米，磷脂膜外側(cè)沒有致密的蛋白層，而有核的組織細(xì)胞膜厚約為20納米，在細(xì)胞膜外多了一層致密的蛋白層。這些結(jié)果充分說明了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的多樣性，以及結(jié)構(gòu)與功能的密切相關(guān)性，即紅細(xì)胞在血液中循環(huán)流動(dòng)，表面必須光滑，沒有大量膜外蛋白，而多數(shù)有核細(xì)胞存在于組織中，細(xì)胞間互相聯(lián)系和支撐，需要大量膜外蛋白完成多種功能。
該系列研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部973等項(xiàng)目資助。
(分子識(shí)別課題組)
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