生物膜的分分合合

天下大事，分久必合，合久必分

包裹細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物膜也是如此

生物膜主要由兩層脂肪類分子疊加而成，其雙面都是親水的，而內(nèi)部核心則是疏水的。膜上鑲嵌著各種各樣的蛋白質(zhì)分子，還點(diǎn)綴了少量的糖類分子。這樣構(gòu)造的膜能營(yíng)造一個(gè)可以選擇性進(jìn)出的封閉環(huán)境。一個(gè)細(xì)胞有了外面這層膜才可以和其他細(xì)胞和物質(zhì)區(qū)分開來(lái)，造就出生命的最基本單位。

來(lái)自相鄰膜的脂質(zhì)分子如果發(fā)生了混合，連成一片，即為融合（fusion）；而同一片膜中間發(fā)生凹陷后斷裂成兩片，即為分裂（fission）。

生物膜的分分合合對(duì)生命體和細(xì)胞有什么用處呢？用處非常大。比如，病毒在侵染細(xì)胞時(shí)，需要將自己的膜和細(xì)胞膜融合在一起，才有可能將遺傳物質(zhì)注入細(xì)胞進(jìn)行“傳宗接代”。又如，卵子受精的過程中，精卵雙方的膜也要發(fā)生融合后，父母的遺傳物質(zhì)才有機(jī)會(huì)見面。病毒與細(xì)胞的融合研究的還比較多，而精卵的融合至今連介導(dǎo)的因子都沒有找到。

細(xì)胞想要突破細(xì)胞膜的屏障，吸收和分泌物質(zhì)，其間的膜融合和分裂就更為頻繁了。美國(guó)科學(xué)家Brown和Goldstein在研究膽固醇吸收的過程中，發(fā)現(xiàn)了內(nèi)吞的途徑，并于1985年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。結(jié)合了膽固醇的蛋白質(zhì)分子被包裹在細(xì)胞膜的特定區(qū)域，并逐漸形成內(nèi)陷的膜泡，而這個(gè)膜泡所攜帶的“快遞”要被細(xì)胞“簽收”，則必須完全脫離細(xì)胞膜，這就是一個(gè)經(jīng)典的膜分裂反應(yīng)。同樣，細(xì)胞向外分泌物質(zhì)，如神經(jīng)遞質(zhì)，需要將包裹分泌物的膜泡和細(xì)胞膜合并打通，即發(fā)生膜融合反應(yīng)。研究分泌過程的Rothman，Schekman和Südhof等三位科學(xué)家于2013年也被授予了諾貝爾獎(jiǎng)。

生物膜的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，不同膜之間有時(shí)甚至還有些相互排斥，所以膜一般不會(huì)自主的“合”與“分”，需要外力的介入。能夠提供這種外力的主要是細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)機(jī)器，如發(fā)動(dòng)蛋白（dynamin）家族。發(fā)動(dòng)蛋白的動(dòng)力來(lái)源就是對(duì)“生物能量塊”GTP的水解。有意思的是，發(fā)動(dòng)蛋白家族的成員，有些可以介導(dǎo)膜分裂，有些則促成膜融合，而這兩種反應(yīng)看上去是完全相反的過程。

同一種機(jī)器，是“分”還是“合”，這是一個(gè)問題。中科院的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，融合機(jī)器更喜歡形成簡(jiǎn)單的二聚體，來(lái)自兩側(cè)膜的融合分子只要形成了二聚體，就可以搭起友誼的橋梁，促成融合的發(fā)生。

而分裂過程動(dòng)靜比較大，分裂機(jī)器需要不停手拉手，形成超大的多聚體，才能完成任務(wù)。此外，融合似乎是“喜事”，融合機(jī)器通常喜歡被固定在這樣的環(huán)境里，不舍得離開；而分裂“傷感情”，分裂機(jī)器往往干完活就立刻從膜上脫離，不歡而散。

膜的融合與分裂除了對(duì)應(yīng)的“吐”與“吞”，還有沒有其他奇特的功能？當(dāng)然有。有一個(gè)叫ATL的融合分子只滿足于牽手搭橋，似乎不太在意膜是否真的融合了。拴連起來(lái)的膜有點(diǎn)像緊繃的橡皮筋，會(huì)促使膜里的分子活躍的移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一些重要的生物學(xué)功能，也就是說ATL介導(dǎo)的膜“聯(lián)通”在這里不是必須的，但膜拴連成就的膜內(nèi)分子“移動(dòng)”很重要。

另一個(gè)叫IniA的分裂分子，會(huì)在結(jié)核桿菌被藥物處理后大量表達(dá)。細(xì)菌的細(xì)胞膜外面有一層堅(jiān)硬的殼，叫細(xì)胞壁，能起到保護(hù)細(xì)胞的作用。很多抗菌藥物的藥效原理是抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，從而使細(xì)胞膜變得脆弱易碎。IniA介導(dǎo)的膜分裂可能可以揪起細(xì)胞膜上的破口，并一舉剪除，就成為膜修補(bǔ)的一種有效方式，也是細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的一個(gè)原因。

這樣看來(lái)生物膜的分分合合真是一個(gè)有趣而又重要的舉動(dòng)。