生物膜的分分合合

天下大事，分久必合，合久必分

包裹細胞和亞細胞結(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，還點綴了少量的糖類分子。這樣構(gòu)造的膜能營造一個可以選擇性進出的封閉環(huán)境。一個細胞有了外面這層膜才可以和其他細胞和物質(zhì)區(qū)分開來，造就出生命的最基本單位。

來自相鄰膜的脂質(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生命體和細胞有什么用處呢？用處非常大。比如，病毒在侵染細胞時，需要將自己的膜和細胞膜融合在一起，才有可能將遺傳物質(zhì)注入細胞進行“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)才有機會見面。病毒與細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。

細胞想要突破細胞膜的屏障，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。結(jié)合了膽固醇的蛋白質(zhì)分子被包裹在細胞膜的特定區(qū)域，并逐漸形成內(nèi)陷的膜泡，而這個膜泡所攜帶的“快遞”要被細胞“簽收”，則必須完全脫離細胞膜，這就是一個經(jīng)典的膜分裂反應(yīng)。同樣，細胞向外分泌物質(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。

生物膜的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，不同膜之間有時甚至還有些相互排斥，所以膜一般不會自主的“合”與“分”，需要外力的介入。能夠提供這種外力的主要是細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)機器，如發(fā)動蛋白（dynamin）家族。發(fā)動蛋白的動力來源就是對“生物能量塊”GTP的水解。有意思的是，發(fā)動蛋白家族的成員，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。

同一種機器，是“分”還是“合”，這是一個問題。中科院的研究團隊發(fā)現(xiàn)，融合機器更喜歡形成簡單的二聚體，來自兩側(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。

而分裂過程動靜比較大，分裂機器需要不停手拉手，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應(yīng)的“吐”與“吞”，還有沒有其他奇特的功能？當然有。有一個叫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。拴連起來的膜有點像緊繃的橡皮筋，會促使膜里的分子活躍的移動，進而實現(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”很重要。

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

這樣看來生物膜的分分合合真是一個有趣而又重要的舉動。