细胞膜结构是磷脂双分子层吗（细胞膜最简单的磷脂双分子层）

1. 先来看细胞膜上最简单的一个信号通路：

细胞的G蛋白耦联受体（G protein-coupled receptor）接收到配体（Ligand）的信号，激活磷脂酶C（Phospholipase C, PLC），从而激活细胞内的信号通路。

例如，配体是生长因子（Growth factor），那么，细胞就开始生长。

科学家可以人工合成DNA、RNA、蛋白质、糖类等，几乎细胞内的一切物质，甚至可以人工制造出病毒。但是，人类却无法复制出这种有生物活性的细胞膜。

所以，人类能够制造出的病毒也是没有包膜的病毒。因为有功能活性的细胞膜结构是最不容易人造的。

2. 我们来看细胞膜的结构：

细胞膜由磷脂双分子层作为基本支架，蛋白质、脂质、糖类等镶嵌其中。蛋白质和糖可以形成糖蛋白，脂质和糖可以形成糖脂。磷脂包括一个亲水的头部和两条疏水的尾巴。头部位于外侧，尾部位于内侧，两层磷脂相对，形成内部疏水外部亲水的结构。

有的蛋白贯穿两层磷脂层，例如接受配体激活的G蛋白耦联受体（G protein-coupled receptor）；有的蛋白只在细胞膜的内层磷脂上，例如传递信号的磷脂酶C（Phospholipase C, PLC）。

3. 磷脂酶C是什么呢？

磷脂酶C（Phospholipase C, PLC）是一个酶，能够催化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）生成甘油二酯（Diacylglycerol，DAG）和肌醇三磷酸（Inositol trisphosphate，IP3）。

磷脂酶C可以把磷脂的头部和尾部切断。切开以后的头部是亲水的IP3，尾部是疏水的DAG。

PIP2和DAG位于细胞膜上，IP3会溶解到细胞内部。DAG和IP3是细胞的信使，也就是说，它们可以把细胞外部的配体信号，转导到细胞内部。

4. 这个磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）和细胞膜的支架磷脂分子是一样的吗？

答案是否定的。

下图是细胞膜的支架——磷脂分子的结构。

通过比较它和前面提到的磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）的结构，可以发现二者并不一样。

来看二者的相对位置：

磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）有两条疏水的尾部，它们是插入到由磷脂双分子层构成的细胞内部的。

至此，我们对这个信号通路以及其中的蛋白、脂质等终于有了一个大致的了解。

我们知道，细胞膜是磷脂双分子层的结构。而细胞内部的囊泡也和细胞膜有同样的磷脂双分子层结构。

5. 囊泡的磷脂双分子层结构

细胞内部的囊泡也是由磷脂双分子层构成，其中的磷脂包括亲水的头部和疏水的尾部。磷脂尾对尾，因此，囊泡的外部是亲水的，内部也是亲水的。可以把囊泡想象成一个立体的球体结构。

实际上，人类早已能够人工合成类似囊泡的结构，称为脂质体（Liposome）。例如，通过使用脂质体包裹药物，人们可以实现药物的递送过程。

与细胞膜一样，囊泡膜上同样镶嵌着各种蛋白，囊泡内部包裹着化学物质，如激素、多巴胺、五羟色胺等。

囊泡要完成运输物质的功能，无时无刻不需要与细胞膜进行互动。例如，外界的物质要进入细胞，需要胞吞；内部的物质要排出细胞，需要胞吐。

6. 胞吞胞吐

胞吞是细胞将外界的物质吞进内部，此时，细胞膜通过弯曲，会形成新的囊泡，进入细胞内部。

胞吐是细胞内部的囊泡与细胞膜融合，将物质排到外部，此时，囊泡会消失到细胞膜上。

这是胞吞胞吐的模式图，目前，谁都没能在分子层面上看到过这个过程。

那么，如何实时观察到细胞的胞吞或胞吐过程呢？

7. 实时观察胞吞胞吐中的细胞膜

你肯定会说，用显微镜啊。是的。

但是，普通光学显微镜的分辨率是微米级的。而细胞膜有多厚？约为7-8纳米。囊泡的大小约为几十到几百个纳米。假如，你在普通显微镜下，看到囊泡消失了，怎么就确定它是和细胞膜融合了呢？

有人会说，电子显微镜分辨率高，可以用电子显微镜观察。

的确，在电子显微镜下，可以清晰地观察到囊泡的结构。

甚至，电镜下还可以看到细胞膜上存在类似欧米伽（Ω）形状的结构。

但是，问题又来了，电子显微镜不能看活体细胞，只能把细胞固定起来再观察。也就是说，电镜下看到的是细胞膜的尸体，并不是一个动态的过程。

既然不是动态过程，你怎么能确定观察到的细胞，是在吞，还是在吐呢？

因此，还是需要看活体细胞的动态过程。并且，活体研究也更加具有生理意义。

那么，科学家想到了什么办法呢？

办法就是：将细胞膜标记上荧光蛋白，再拿到高分辨率的荧光显微镜下进行观察。

具体是如何来观察的，我们下一篇继续：细胞膜最简单的磷脂双分子层，行为复杂到超出你的想象（二）。