对细胞膜成分和结构的探索过程
表2-4 细胞膜成分和结构的探索历程
续表2-4
续表2-4
从低级生物到高级生物，所有细胞的细胞表面都具有膜状结构，即细胞膜，并且细胞膜不仅是将细胞内部的环境与其周围的环境分离的动态屏障，也是所有细胞物质交流和信息传输的重要渠道。
图2-21 细胞膜的功能
1855年，魏尔肖的好朋友耐格里（K.W.Mageli，1817—1891）发现色素细胞深入已破坏与尚未破坏的植物细胞中的情形并不相同，细胞的容积大小也会因为周边的溶质差异而渗入力度也有所不同，当细胞外边的溶质渗透强度大时，细胞就缩小；溶质的穿透能力小时，细胞就变大。耐格里认为，细胞和周围环境之间的物质就是利用这个“边界”进行交换的。
同时，针对植物细胞的热渗透现象进行了大量的实验，1897年，他提出了两个重要的结论。首先，植物细胞被角质膜包围；其次，这是液体和溶质通过的最主要的阻碍。但是，研究很快再次表明，细胞膜是一种明显的选择性的结构，一些物质能轻易通过，某些物质却几乎完全无法透过。(https://www.daowen.com)
同年，克利因斯（Crijns）和赫丁（Hedin）用红细胞进行了同样的化学试验，也有同样的现象，并由此推测初步清楚了细胞膜的化学性质，即细胞膜由连续的脂类化合物所构成。
1899年，英国细胞生理学家奥弗顿（C.Overton），由于在研究植物遗传学的过程中需要找到植物易吸收的物质，于是他测算了许多物质流入细胞的速率，结果认为分子物质的极化越大，流入细胞的速率越小，当加入非极性基团（如烷基链）时，物质流入的速率便增大。这更确定了细胞是由脂质所包围着的。
荷兰物理学家戈特（E.Gorter）和他的助手格伦德尔（F.Grendel）应该算最早探究人类细胞膜上脂质结构的科学家，他们所做的典型试验方法是：先利用电子光学显微镜测定出红细胞的大小，接着通过统计方法推测出样品中全部红细胞的总表面积，然后使用丙酮或者其他溶液在红细胞中提取脂类。然后他们又用了人、家兔、天竺鼠、犬、绵羊、山羊等的红细胞做了这种试验，结果发现从红细胞提取单层分子的总体积大概为正常红细胞表面积的2倍，并使用了一种类似朗缪尔的方法改进了水槽，从而证实了脂肪能构成一个双分子层的膜，从而推断了血液红细胞是由一个双分子的脂肪层覆盖的。而这种试验得以成立的前提条件包括：①红细胞的所有脂类都在膜上；②用丙酮法抽提充分；③RBC的均匀表面积估计比较合理（70%～80%）。但在四十多年后，巴尔（Bar）重复了这一实验发现红细胞细胞壁铺摊平均面积并非70%～80%，而是它的1.5倍，同时干膜平均面积为99μm2，而湿片平均面积则是145μm2，这两项误差相抵，才产生了戈特（E.Gorter）和格伦德尔（F.Grendel）的实验结论，这误打误撞的实验结果也确立了红细胞膜是水油脂双分离的重要物质基础。
图2-22 磷脂分子结构模式图
图2-23 油水界面上磷脂分子的排列
1933年，科兰德（R.Collander）和巴伦德（H.Barlund）为填补超滤理论和脂质学说（lipoid theory）的片面性问题而开展了试验，结果表明，细胞膜的渗透性和渗透物的分子体积大小以及脂溶性这两方面均有关联，当物质的脂溶性相同时，分子体积越小则渗透率也越高，所以，他们都相信细胞膜富含类脂，而中等以上的高分子物质由于溶解于类脂中也能通过膜，而细胞壁上也应该还有些小孔以便于小分子进出。
综上，在这个时候，因为科技的局限，物理学家们都未能观测到真实的细胞的细胞壁，而仅仅根据生理功能假设膜的结构，所以他们给出了几十种细胞细胞壁的假设模式。最终随着光学显微镜的发展，现在广为人们所接受的是在1972年由美国物理学家桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.L.Nicolson）基于对免疫细胞荧光工艺技术、冷冻蚀刻工艺技术等的研究，在“单位膜”模式的基石上建立“流动镶嵌模式”，强化了薄膜的流动性与膜蛋白质分布之间的不对称度。
图2-24 细胞膜的结构