49、细胞膜中分子动力学概念的范式转变

细胞膜中分子动力学概念的范式转变

1. 引言

在细胞膜的研究中，分子的动态行为一直是一个关键问题。传统观点认为细胞膜是一个二维连续流体，但近年来的研究揭示了其更为复杂的结构和动态特性。本文将探讨细胞膜中分子的跳跃扩散现象，以及膜骨架在其中所起的作用。

2. 评估跳跃频率的策略

即使存在交联效应，通过单粒子追踪（SPT）确定的隔室大小可能是正确的。为了评估跨隔室边界的正确平均跳跃频率（即隔室内平均停留时间的倒数），可以使用荧光探针通过单荧光分子追踪（SFMT）确定的宏观扩散系数和通过SPT获得的隔室大小，使用以下方程：
[
\text{停留时间} = \frac{(\text{来自SPT的平均隔室大小})^2}{4 \times \text{来自SFMT的} D_{\text{MACRO}}}
]
这个方程基于一个简化的跳跃扩散模型，其中分子在等间距、相同高度的无限阵列屏障存在下进行扩散，跳跃发生在隔室的中心点之间。

3. 膜骨架对跨膜蛋白的围栏效应

3.1 膜骨架围栏模型

跨膜蛋白的隔室边界是如何形成的呢？提出了“膜骨架围栏”或“膜骨架圈围”模型。跨膜蛋白伸入细胞质，其细胞质结构域与膜骨架碰撞，导致跨膜蛋白在膜骨架网格中暂时受限或圈围。当膜与膜骨架之间形成允许跨膜蛋白细胞质结构域通过的空间时，跨膜蛋白可以在隔室之间跳跃。这个空间可能是由于这些结构的热波动、形成隔室边界的肌动蛋白丝暂时解离，以及/或者跨膜蛋白在边界区域偶然具有足够的动能来克服隔室屏障的限制势能而形成的。

3.2 支持膜骨架围栏模型的证据

以下是支持膜骨架围栏模型