生物膜的分分合合

天下大事，分久必合，合久必分

包裹细胞和亚细胞结构的生物膜也是如此

生物膜主要由两层脂肪类分子叠加而成，其双面都是亲水的，而内部核心则是疏水的。膜上镶嵌着各种各样的蛋白质分子，还点缀了少量的糖类分子。这样构造的膜能营造一个可以选择性进出的封闭环境。一个细胞有了外面这层膜才可以和其他细胞和物质区分开来，造就出生命的最基本单位。

来自相邻膜的脂质分子如果发生了混合，连成一片，即为融合（fusion）；而同一片膜中间发生凹陷后断裂成两片，即为分裂（fission）。

生物膜的分分合合对生命体和细胞有什么用处呢？用处非常大。比如，病毒在侵染细胞时，需要将自己的膜和细胞膜融合在一起，才有可能将遗传物质注入细胞进行“传宗接代”。又如，卵子受精的过程中，精卵双方的膜也要发生融合后，父母的遗传物质才有机会见面。病毒与细胞的融合研究的还比较多，而精卵的融合至今连介导的因子都没有找到。

细胞想要突破细胞膜的屏障，吸收和分泌物质，其间的膜融合和分裂就更为频繁了。美国科学家Brown和Goldstein在研究胆固醇吸收的过程中，发现了内吞的途径，并于1985年获得了诺贝尔奖。结合了胆固醇的蛋白质分子被包裹在细胞膜的特定区域，并逐渐形成内陷的膜泡，而这个膜泡所携带的“快递”要被细胞“签收”，则必须完全脱离细胞膜，这就是一个经典的膜分裂反应。同样，细胞向外分泌物质，如神经递质，需要将包裹分泌物的膜泡和细胞膜合并打通，即发生膜融合反应。研究分泌过程的Rothman，Schekman和Südhof等三位科学家于2013年也被授予了诺贝尔奖。

生物膜的结构非常稳定，不同膜之间有时甚至还有些相互排斥，所以膜一般不会自主的“合”与“分”，需要外力的介入。能够提供这种外力的主要是细胞内的蛋白质机器，如发动蛋白（dynamin）家族。发动蛋白的动力来源就是对“生物能量块”GTP的水解。有意思的是，发动蛋白家族的成员，有些可以介导膜分裂，有些则促成膜融合，而这两种反应看上去是完全相反的过程。

同一种机器，是“分”还是“合”，这是一个问题。中科院的研究团队发现，融合机器更喜欢形成简单的二聚体，来自两侧膜的融合分子只要形成了二聚体，就可以搭起友谊的桥梁，促成融合的发生。

而分裂过程动静比较大，分裂机器需要不停手拉手，形成超大的多聚体，才能完成任务。此外，融合似乎是“喜事”，融合机器通常喜欢被固定在这样的环境里，不舍得离开；而分裂“伤感情”，分裂机器往往干完活就立刻从膜上脱离，不欢而散。

膜的融合与分裂除了对应的“吐”与“吞”，还有没有其他奇特的功能？当然有。有一个叫ATL的融合分子只满足于牵手搭桥，似乎不太在意膜是否真的融合了。拴连起来的膜有点像紧绷的橡皮筋，会促使膜里的分子活跃的移动，进而实现一些重要的生物学功能，也就是说ATL介导的膜“联通”在这里不是必须的，但膜拴连成就的膜内分子“移动”很重要。

另一个叫IniA的分裂分子，会在结核杆菌被药物处理后大量表达。细菌的细胞膜外面有一层坚硬的壳，叫细胞壁，能起到保护细胞的作用。很多抗菌药物的药效原理是抑制细菌细胞壁的合成，从而使细胞膜变得脆弱易碎。IniA介导的膜分裂可能可以揪起细胞膜上的破口，并一举剪除，就成为膜修补的一种有效方式，也是细菌产生耐药性的一个原因。

这样看来生物膜的分分合合真是一个有趣而又重要的举动。