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红细胞膜上有蛋白质,单层磷脂的面积怎么是膜表面积的两倍?

(2019-07-18 21:01:33)
标签:

杂谈

今天看书突然看到这个实验了,感觉很有意思,记录下这个实验及其后续故事

红细胞膜上有蛋白质,单层磷脂的面积怎么是膜表面积的两倍?

1925年,E.Gorter和F.Grendel首先提出脂双层模型。他们研究的实验材料是红细胞,成熟的红细胞里面没有核膜和各种细胞器,所以细胞膜是唯一的膜结构。

红细胞膜上有蛋白质,单层磷脂的面积怎么是膜表面积的两倍?

实验过程:

他们先把红细胞放在低渗溶液中,使细胞吸水胀破,血红蛋白溶于水中,剩下空的膜囊,再用丙酮从这些膜囊中溶出脂质,并把这些提取物散布在一个水槽中。由于脂质分子的非对称性,他们的极性端亲水,与水形成氢键,而另一端的碳氢链因疏水而伸向空中,在水-空气界面上排成了一个单分子层,在水槽一端轻轻从侧面对单分子层施加压力,使脂质分子逐步集中,形成一片密集的单分子层,测出单分子层这时的面积,发现其面积大约是所提取出脂质分子的红细胞膜表面积的两倍。

红细胞膜上有蛋白质,单层磷脂的面积怎么是膜表面积的两倍?

红细胞膜上有蛋白质,单层磷脂的面积怎么是膜表面积的两倍?

后续故事:

Gorter 和Grendel 的推论一直支配着关于膜结构的设想和争论。40年后,Bar等人仔细重复了他们的实验,发现了他们在技术上的错误。首先,丙酮只能抽提出膜上70%~80%的脂质;其次,他们是按干膜计算红细胞的表面积,这比湿膜的表面积小(千膜是99平方微米,而湿膜是145平方微米)。因此 Gorter 和Grendel的原始实验既低估了脂质量,也低估了红细胞的表面积,这两方面的错误相互抵消,从而得出了红细胞膜是由脂类的双分子层组成的结论,这是科学上的一次巧合。后来的研究表明,细胞膜上脂质所形成的单分子层的面积只是膜面积的1.5倍,其余的部分是由蛋白质组成的。

背景知识用途:这一直也是被很多高中老师上课用来阐述细胞膜是由两层磷脂分子组成的实验,学生们也都基本深信不疑,所以后续故事过程并不重要,但总有些学生思考很仔细,考虑到膜上蛋白质的存在,如果是以前的我,可能会以蛋白质数量比较少去解释,但其实并非如此,蛋白质面积所占比例还蛮大的。

实验和结论总是用来被推翻的,这才是科学有意思的地方。

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