【科普讲堂】生物膜的曲是是曲

  西班牙修建大师安东尼奥·高迪的传世之作以形状别致而著称。高迪常用的修建元素，其创意大多来自于自然界的生物体。这些元素除了发生视觉上的冲击，还要经得起结构安稳的琢磨，更要隐含各种实用功用。由此可见，“形状”决议“功用”。

  界定细胞结构鸿沟的生物膜也是如此。构建杂乱生命的真核细胞，其进化来源中的里程碑事情便是内部呈现了膜。生物膜的形状和动态决议了由其包被的细胞和细胞器的形状和动态，且与多种生命活动的展开严密相关。咱们之前讨论过生物膜的动态改变（拜见“生物膜的分分合合”），这儿，咱们再来探求一下生物膜的形状发生。

  细胞内部“脏器”常见的形状有球状（细胞核、溶酶体、过氧化物酶体、囊泡），椭球状（线粒体），管状（内质网），扁平囊状（内质网和高尔基体）等。归根到底，这都是生物膜发生曲折而发生的改变。膜曲折的方式和程度能够用数学的方法来计量。简略来说，相同的球状结构，直径越小，膜曲折的越凶猛，比方“大个头”的细胞核核膜外表相对平整，而“小个头”的囊泡外表则较为曲折。

  让生物膜发生曲折的方法有许多，但一般不能脱离蛋白质这类生物大分子的参加。除了细胞骨架对相对柔软的膜进行牵引以外，膜也能够遭到“楔形”刺进或“脚手架”固定而凹出造型。

  细胞在内吞或排泄进程需求出芽发生囊泡，这便是膜曲折的典型代表。有一些细胞器的膜天然生成便是弯的，比方内质网的管状结构，高尔基体囊膜的边际，以及线粒体内膜的凹凸。比较起来，囊泡发生是可调控的动态进程，因而曲膜的机器都是“挥之即来，呼之即去”的外周膜蛋白，而细胞器的塑形是一项“全时全职”的作业，只能由“无法脱离岗位”的整合膜蛋白完结。

  在形状各异的细胞器里，内质网是研讨生物膜塑形的绝佳目标。内质网是组成蛋白质和脂质的重要工厂，可大致分为粗面（附着很多核糖体）和光面两种。实际上，粗面内质网便是扁平囊状或片状，光面内质网则多为管状。专业排泄型细胞需求很多组成蛋白质，所以片状内质网十分兴旺；黄体细胞需求很多组成脂质类激素，因而管状内质网多有富集。这便是说，“形状”又一次有用的决议了“功用”。更为令人惊叹的是，这些不同的形状和功用居然发生在同一张巨大杂乱的膜里边。

  经过一系列奇妙的挑选，研讨人员逐渐提醒了内质网塑形的隐秘。管状内质网的膜曲折依托一类叫RTN和REEP的蛋白宗族，所以，这些蛋白被形象的称为“成管蛋白”。实际上，它们是专业的“曲度安稳蛋白”。片状结构的发生愈加风趣而杂乱：首要，成管蛋白也会跑到片状的边际，来安稳那里的膜曲折，其次，片状的外表需求一些因子来履平，最终，平行的膜片层间需求一个桥梁支架来束缚其厚度，这项使命则由Climp63这个“桥连蛋白”来完结。因为这些塑形蛋白只呈现在内质网的特定方位，它们也被用来“符号”不同的内质网区域。

  内质网的膜曲折到底是怎样来完成的？答案当然在成管蛋白里。此前，研讨人员猜想这些蛋白的跨膜区组合和C端的双亲性螺旋都是楔形曲膜的典型事例，而其多聚化的性质又契合脚手架的人设。近期，中科院的研讨团队经过深度学习的结构猜测和3D打印的分子模型拼接，发现成管蛋白更多倚重弯弯的多聚体来充任曲膜的脚手架。

  平整而平行的片状膜结构怎么保持其相对均一的厚度？桥连蛋白是这方面的专家。内质网片的厚度一般是50纳米，而桥连的消失会使片膜陷落，厚度降低到30纳米。桥连蛋白具有同侧和对侧聚合的组合活性，但纯化的桥连蛋白极易集合沉积。这时，智能的结构猜测又一次出手，揭开了桥连蛋白构象的奥秘面纱。

  曲膜也好，直膜也罢，塑形蛋白的多位点拼接是细胞常用的一个高着儿。这些相互作用的位点独自来看，或许都很瘦弱，但在特定规则的组合下，以及生物膜作为渠道的招集下，会变得满足健壮，又具有很强的可塑性。

  总的来说，生物膜的曲是是曲凸显了生物大分子联合起来支撑生命活动的奇思妙想，也映证了生物物理学邂逅细胞生物学的精彩缤纷。

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