48、细胞膜分子动力学概念的范式转变：高速单分子追踪揭示细胞膜分区现象

细胞膜分子动力学概念的范式转变：高速单分子追踪揭示细胞膜分区现象

1. 引言

细胞膜是细胞的最外层膜，它环绕整个细胞，界定了细胞与外界的边界。地球上所有生物的细胞膜基本结构本质上是相同的。细胞膜和细胞内的其他膜一样，具有准二维的液态结构，但它并非简单的液体，而是各种分子在流体状态下具有不同混溶性的非理想混合物。

因此，细胞膜包含动态结构，如分子复合物和区域，它们在不同的时间和空间尺度上发挥作用，并在细胞膜内不断形成和分散。这些分子复合物和区域的范围很广，从具有短寿命的小蛋白质簇（如视紫红质的瞬时二聚体）到微米大小的稳定区域（如细胞间或细胞与底物的粘附结构）。

另一个使细胞膜与简单的二维理想液体不同的有趣特征是，它与由肌动蛋白丝组成的细胞丝状蛋白网络（即细胞骨架）相关联。肌动蛋白细胞骨架是一种遍布细胞的三维结构，用于细胞形态的创建、修饰和维持。在细胞膜的细胞质表面，肌动蛋白丝通过连接分子间接但特异地与许多细胞膜整合蛋白和脂质相互作用，也可以直接但以较低的亲和力（但在许多位点）相互作用。在基于肌动蛋白的细胞骨架和细胞膜的界面处，细胞骨架使用与大部分细胞骨架不同的各种蛋白质成分与细胞膜分子相互作用，因此，其在界面处的结构与细胞骨架的主体结构不同。此外，与细胞膜相关联的细胞骨架部分在结构和功能上都是细胞膜的一个组成部分，这部分细胞骨架通常被称为膜骨架。

由于细胞膜可能具有复杂的动态区域结构，其中许多区域比约300nm的光学空间分辨率小，与人工膜不同，使用普通光学显微镜和电子显微镜研究这些复杂的动态区域结构变得困难。实验结果可以用各种完全不同的模型来解释，并且允许不同的解释，即实验结果往往无法揭示哪些模型更能代表动态膜结构和膜内的分子动力学。为了阐明这些复杂的时空组织和