長春應化所細胞膜結構研究獲進展

　　細胞膜(cell membrane)是由磷脂、糖和蛋白質組成的生物膜。因結構復雜和研究手段有限，一個世紀以來細胞膜的結構研究仍停留在模型假說階段，細胞膜這一重要的細胞基本成分至今仍是未解難題。

　　中國科學院長春應用化學研究所研究員王宏達課題組，應用原子力顯微鏡、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，在接近生理條件下對多種細胞膜結構進行了系統深入研究(Nano Letters, 9, 4489 (2009)； Nanoscale, 5, 11582 (2013)； Cell Research, 24, 959 (2014)； PLoS ONE, 9, e91595 (2014))。他們統一了多種模型觀點，闡明細胞膜包括多種特征，如磷脂雙層結構、流動鑲嵌性、脂筏和非脂筏區域共存性、內外膜非對稱性、不同功能細胞膜的差異性等，而不是單一模型可以解決所有的細胞膜問題。相關系列成果發表后被英國化學會《化學會評論》邀請撰寫綜述性論文(Chemical Society Reviews, 44, 3617 (2015))。

　　王宏達課題組提出了兩個新的細胞膜模型。一是哺乳動物組織細胞膜的結構模型(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存在一層致密平滑的蛋白質層，厚度約4納米(如圖A所示)，它包含多種膜外區域蛋白和受體等；細胞膜內側相對粗糙，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)的形式分布在膜內側的(如圖B和C所示)。二是血紅細胞膜的“半鑲嵌”模型(Ultramicroscopy, 110, 305 (2010))，它強調紅細胞膜蛋白是非對稱地半鑲嵌在磷脂膜上的。兩個模型有實質性的區別，紅細胞膜的整體厚度約為10納米，磷脂膜外側沒有致密的蛋白層，而有核的組織細胞膜厚約為20納米，在細胞膜外多了一層致密的蛋白層。這些結果充分說明了細胞膜結構的多樣性，以及結構與功能的密切相關性，即紅細胞在血液中循環流動，表面必須光滑，沒有大量膜外蛋白，而多數有核細胞存在于組織中，細胞間互相聯系和支撐，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基金、科技部“973”項目、中科院“百人計劃”等項目資助。