文本：细胞膜的发现史

Q细胞膜的发现史一、细胞膜的发现17世纪中叶以后的2个世纪中，细胞学说的发展史已经大体完成。但是唯独对细胞膜的认识还要推迟两个世纪。1855年，耐格里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。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。到1925年，戈特(E．Gorter)和格伦德尔(F．Grendel)又提出脂质膜具有双分子层的概念。

其实，学者们对膜的状况的认识都还是假设，他们都未能观察到细胞膜。虽然这个时期组织标本的固定和染色方法有了进展，甚至出现相差显微镜和干涉显微镜，但仍分辨不出细胞膜来。即使最好的光学显微镜也无法达到这个目的。1930—1950年，随着电子显微镜技术的发展，当应用这项技术来研究细胞时，才发现细胞的边界膜是一个固体结构的实体，从而证实了细胞膜的存在。电镜观察表明，细胞远不是一个具有核和一些漂浮在原生质胶冻中的线粒体口袋，而是一个有膜包被着的许多膜的聚集体。50年代初期，帕拉德(G．E．Palade)和波特(K．R．Porter)称这种广泛的细胞内膜系统为内质网。早期的电镜工作所者观察到的细胞内的各种膜与“有轨电车轨道”和“铁路轨道”的图式大体相似。

二、细胞膜模型的建构

.Overton1895用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，根据化学上的相似相溶定理，也就是说性质相似的两种物质能互相融解，我们能得出细胞膜的一个主要的成分是什么？

推测细胞膜由连续的脂类物质组成。

2.1917年，朗姆瓦（Langmuir）将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，经过推挤，磷脂分子排列成了单层铺在了水面上而且其磷酸基团的极性头部都浸入水中。朗姆瓦水盘如下图：2.E.Gorter&F.Grendel1925用有机溶剂提取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。

3.J.Danielli&H.Davson1935发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。

4.J.D.Robertson1959用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约。这就是所谓的“单位膜”模型。它由厚约的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。单位膜模型的不足之处在于把膜的动态结构描写成静止的不变的。

5.S.J.Singer&G.Nicolson1972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。

三、细胞膜成分的确定与技术的发展由于在光镜下看不见细胞膜，所以对细胞膜的研究首先是从其生理功能进行研究的。

1899年Overton用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次实验，得出的结论：活的原生质体的特殊透性是由于选择的可溶性机制。疏水化合物进入细胞比亲水化合物的快，Overton认为在细胞表面有类脂层，并推测其中含有胆固醇、卵磷脂和脂肪油，Overton的推测杜脂类膜的概念是由贡献的。由于细胞膜太薄，在光镜下不能直接看到，在此后不少学者进行的实验研究，提出的种种假设，一般都是间接证据。1930年前后，随着显微镜技术的发展，Plowe应用微针触及植物原生质体，提出细胞膜有弹性，可伸展，不同于细胞质的部分。用微针穿过细胞膜，引起局部可恢复的损伤。大量广泛的损伤导致细胞死亡。Plowe的工作不仅证明了细胞膜的存在，也证明了细胞膜具有保护作用。

随着电子显微镜技术的发展，特别是20世纪50年代，大量的电镜工作揭示出惊人的细胞亚显微世界。不仅证明细胞膜的存在，且发现细胞内具有复杂的内膜系统。

随着生化技术的发展，20世纪60年代，已经成功分离出具有弄结构的细胞器，同时生化技术和电镜技术相结合，对分离的纯净细胞器膜进行化学组分分