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ISSN:1004-0374
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《生命科学》 2011, 23(11): 1041-1041
生物膜的研究贯穿着整个生命研究过程——膜生物学专刊序言
林其谁
(中国科学院上海生命科学研究院,生物化学与细胞生物学研究所,细胞生物学国家重点实验室(筹),上海 200031)
生物膜是细胞的重要组分。真核细胞除了有包裹整个细胞的质膜外,还有包裹细胞核的核膜以及构成各种细胞器的膜。在真核细胞中膜结构约占整个细胞干重的70%~80%,对于细胞内环境的稳定、能量转换、信号转导、细胞识别等都有着重要的意义。而在生命起源上,只有具备了把细胞内容与外环境分隔的生物膜,才能有生命的发生。近年来生物膜的研究飞速发展。本期专刊介绍了生物膜结构与功能研究相关的进展。
生物膜的结构研究离不开物理学的方法。1931年Plowe 用显微操作技术证明了细胞膜的存在。电子显微镜的发明与发展更促进了生物膜的研究。目前利用低温电子显微技术已能解析膜蛋白的三维结构。1971 年Singer 与Nicholson 提出的生物膜流动镶嵌模型至今大方向上还是对的。膜蛋白的结构研究在过去25 年得到长足的发展,许多有重要功能的膜蛋白的晶体结构被解析,有的研究工作还因此获得诺贝尔奖。而X 衍射已不再是解析膜蛋白结构的唯一方法。
一些重要的膜蛋白会形成功能复合物。例如,线粒体电子传递系统是50 多年来研究得最多的系统之一,由线粒体基因编码的亚基与核基因编码的亚基一起组成的几个复合物所构成。事实上膜蛋白绝大多数是由核基因编码,在内质网系膜上合成的,只有少数由游离的核糖体合成。虽然至今对合成的蛋白质的转运及正确定位有了一些了解,但还远不够清晰。
生物膜不断处于动态之中。在细胞内有着与功能密切相关的动态变化。不论是细胞的胞饮或吞噬,胞吐或分泌,核膜的破裂与重建,线粒体的分裂与高尔基体的形成等,都有调控下的膜的变化。因此,全面了解生物膜的功能还需要发展更多的活细胞实时检测技术。
在研究膜蛋白的同时也要注重膜脂的研究。膜脂不仅提供了膜的流动性,而且有直接的生物学功能。有的膜脂本身就是受体,有的膜脂与信号转导系统密切相关。脂筏是细胞膜上脂质的一种动态结构,富含胆固醇和鞘脂以及一些信号转导蛋白,不被非离子去垢剂如Triton X-100 溶解。脂筏属于一种膜脂的动态微区,有生理功能,但还不能以此来否定生物膜的流动镶嵌模型。
糖也是膜上的重要组分,通常以共价键形式形成糖蛋白或糖脂。细胞膜上的糖多面向细胞外,与细胞相互作用及分子识别密切相关。由于多糖结构的复杂性以及糖的生物学作用相对温和,至今研究还不够深入。但随着研究手段的提高,糖链结构分析的难题会逐步得到解决。
 
 
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