多种单分子技术研究细胞膜结构和功能

【作者】 王宏达； 蔡明军； 高婧； 陈俊玲； 周露露； 石岩； 蒋俊光；

【机构】 中国科学院长春应用化学研究所；

【摘要】 细胞膜是生命体基本结构单元"细胞"的天然屏障,它把细胞与外界环境分离开来。细胞膜有许多重要的生物功能,如物质隔离、物质交换和细胞通讯等。在分子水平研究细胞膜的结构对解释细胞膜的功能和治疗细胞膜相关疾病有重要的指导意义。细胞膜结构研究已经有近百年的历史^[1-2];然而由于结构复杂、研究条件有限,细胞膜这一超分子结构尚处在模型假说阶段。我们利用多种单分子技术(原子力显微镜,超分辨荧光显微镜^[3]和单分子力谱技术^[4])在接近生理条件下对多种细胞膜结构（包括多种血红细胞膜、多种哺乳动物有核体细胞膜）进行了深入系统的研究^[5-6],从整体角度揭示了细胞膜的非对称性和种类差异性,提出了红细胞的"半镶嵌"模型（Semi-mosaic Model）和哺乳动物组织细胞的"蛋白层-磷脂-蛋白岛"模型（Protein Layer-Lipid-Protein Island model）,并通过力学测量和荧光成像验证了新的模型结构;同时,利用单分子力谱和力示踪技术记录了单分子/单颗粒跨膜转运的动态过程^[7-8]。更多还原