流动镶嵌模型

流动镶嵌模型（英语：Fluid Mosaic Model）是描述生物膜结构的科学模型，由美国科学家辛格（S. J. Singer）和尼科尔森（G. L. Nicolson）于1972年在《科学》杂志上首次提出。该模型强调细胞膜的动态性和异质性，认为膜结构由流动的磷脂双层和镶嵌其中的膜蛋白共同组成，是当前生物学中解释细胞膜结构的核心理论之一。

历史背景  

1. 早期模型

   1925年，戈尔特（Gorter）与格伦德尔（Grendel）通过红细胞实验提出磷脂双层结构，为膜模型奠定基础。  

   1935年，丹尼利（Danielli）和戴维森（Davson）提出“三明治模型”，认为膜由磷脂双层夹在两层球状蛋白之间构成。  

   1959年，罗伯逊（J. D. Robertson）的电子显微镜观察支持单位膜假说，但无法解释膜的功能复杂性。  

2. 模型的提出 

   1972年，辛格与尼科尔森整合荧光标记技术、电子显微镜和生物化学研究，提出“流动镶嵌模型”，取代了静态的三明治模型。

核心内容  

1. 主要特点

   膜的流动性：磷脂分子可在膜平面内横向自由移动，膜整体呈现液态特性（受脂肪酸链长度、饱和度及温度影响）。  

   磷脂双层基质：亲水头部朝外，疏水尾部向内，形成连续的双层结构。  

   膜蛋白的镶嵌分布：  

     整合蛋白（跨膜蛋白）嵌入磷脂双层。  

     外周蛋白附着于膜表面，通过静电作用与磷脂或整合蛋白结合。  

   不对称性：膜蛋白与糖脂、糖蛋白在膜内外侧的分布具有方向性（如糖类仅分布于膜外侧）。  

2. 动态行为  

   膜蛋白可侧向扩散，但翻转运动（跨层运动）罕见。  

   胆固醇调节膜的流动性和稳定性（高温时限制流动，低温时防止凝固）。  

发展与完善  

脂筏假说（1988年）：提出膜中存在富含胆固醇和鞘磷脂的微区（脂筏），参与信号传导和蛋白质分选。  

膜蛋白的受限运动：部分蛋白因细胞骨架锚定或聚集形成功能复合体，流动性受限。  

膜曲率与拓扑结构：近年研究关注膜蛋白对局部膜形态的调控作用（如细胞吞噬、囊泡运输）。  

实验证据  

荧光恢复技术（FRAP）：显示膜蛋白在光漂白后可重新扩散，证明流动性。  

冷冻蚀刻电镜：直接观察到膜中蛋白颗粒的镶嵌分布。  

膜重组实验：分离纯化的膜蛋白可重新嵌入人工磷脂双层并恢复功能。  

应用与影响  

细胞生物学：解释物质运输（载体蛋白）、细胞识别（糖蛋白）及信号转导（受体蛋白）机制。  

医学领域：指导药物递送系统设计（如脂质体），阐明某些疾病（如囊性纤维化与膜通道蛋白缺陷相关）。  

合成生物学：人工膜系统的构建参考此模型。  

争议与批评  

过度简化质疑：某些膜结构（如线粒体内膜）蛋白密度极高，流动性显著降低。  

区域化结构：脂筏的存在提示膜并非完全均质，局部区域可能具有特殊功能。