結構生物化學/脂類/脂筏

概述

研究人員透過在實驗室中構建人工膜，瞭解了關於膜的大部分知識。在人工膜中，不同的脂類根據其物理性質相互分離，形成稱為脂筏的小島。因此，脂筏是細胞膜中可能存在的一種島狀結構。

這些脂筏比膜的非脂筏部分具有更高濃度的某些特殊脂類，稱為糖鞘脂和膽固醇。脂筏也以不同的蛋白質組合為特徵。某些型別的蛋白質在脂筏中聚集在一起，而另一些蛋白質則主要保留在脂筏之外。最大的問題是，這些在人工膜中很容易觀察到的脂筏在活細胞中到底存在到什麼程度？使用先進的實驗室方法和成像技術，一些研究人員發現脂筏確實在活細胞膜中形成的證據，但這些脂筏可能很小並且是短暫的。雖然脂筏在細胞膜中的存在仍然存在爭議，但許多科學家認為它們透過招募需要聚集在一起才能傳遞訊號的蛋白質來作為通訊中心。研究人員開始將脂筏與多種疾病聯絡起來，包括艾滋病、阿爾茨海默病、炭疽病和動脈粥樣硬化。

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脂筏結構

結構細節

膜中發現的蛋白質和脂類的數量和型別會根據膜在身體中的位置或它包圍的細胞器而有所不同。這些差異使膜能夠執行各種各樣的過程。在流體鑲嵌模型中，脂類和蛋白質表現出橫向移動性，並不斷改變位置。膽固醇和鞘脂（包括鞘磷脂和糖鞘脂）也常見於膜中。人們一直認為，單個蛋白質和脂類獨立且隨機地移動，但也有觀察到一些聚集斑塊在膜中。使用人工膜的最新研究表明，某些蛋白質和脂類斑塊傾向於相互聚集以形成島狀脂筏。這些島狀脂筏可以類比於嵌入水果的果凍，其中水果的作用類似於蛋白質。脂筏的膽固醇和糖鞘脂濃度明顯高於膜的其他區域。某些型別的蛋白質也比其他蛋白質更有可能出現在脂筏中。具體來說，脂筏中發現的蛋白質的一個例子是醯化蛋白質，有人提出膽固醇與其不飽和醯基鏈之間的反應促進了脂筏的形成。此外，蛋白質透過糖基磷脂醯肌醇 (GPI) 錨定與脂筏相關聯，GPI 錨定將蛋白質共價連線到膜的外表面。關於脂筏在活細胞中是否存在的問題仍然存在，因此目前的理論是脂筏可能存在，但很小且短暫。

鞘脂

常見的鞘脂例子包括鞘氨醇和鞘氨醇 1-磷酸。它們在調節許多細胞過程至關重要——例如遷移、增殖、分化和免疫反應。這些鞘脂對於細胞訊號傳導至關重要，更廣為人知的是作為生物活性脂類介質。

最近的證據證明，這些鞘脂的訊號傳導功能表明與凋亡和生長停滯相關聯。鞘氨醇能夠直接抑制蛋白激酶 C，以及在體外對各種蛋白激酶的其他影響。此外，鞘氨醇已顯示出透過直接與之相互作用來調節促生存銜接蛋白 14-3-3 的跡象，並透過蛋白激酶使銜接蛋白成分磷酸化並失活。這方面的例子在 PKA 和 PKC-γ 中有體現。透過這樣做，促生存通路被完全阻斷。

另一種常見的鞘脂是神經醯胺，它與鞘氨醇一樣，與凋亡有關。神經醯胺透過對各種應激刺激的反應水平與生長停滯和凋亡相關聯。神經醯胺透過直接催化活性或透過促進亞細胞定位來展示蛋白質的調節。

因此，鞘氨醇激酶活性的調節已說明了至關重要的細胞功能。監測這些激酶允許確定細胞命運，即細胞是存活還是增殖。此外，鞘氨醇激酶的研究有助於控制粘附、分化和免疫反應，並增加了為治療作用提供強大資訊的可能性。

脂筏的型別和功能

已經提出了兩種型別的脂筏：平面脂筏（也稱為糖脂筏）和caveolae。平面脂筏與質膜平面連續，沒有獨特的形態特徵。另一方面，caveolae是質膜的瓶狀向內摺疊，包含caveolin蛋白，caveolin蛋白是一組參與受體非依賴性內吞作用的蛋白質。

有人提出，脂筏在需要時收集蛋白質以進行訊號傳遞，並且可能與艾滋病等疾病相關。招募訊號蛋白和分子到它們的島狀微域的能力將使脂筏有可能在神經遞質訊號傳導中發揮重要作用。對此的假設是，脂筏的環境促進了訊號傳導所需動力學上有利的相互作用。另一方面，它們也可能起到分離訊號分子和減少訊號的作用，從而抑制相互作用。caveolin型別的脂筏可能也參與內吞作用和膽固醇轉運。

關於脂筏的爭議

關於脂筏的爭議的主要原因之一是研究活細胞中脂筏的挑戰。脂筏是大小在 10-200 奈米範圍內的微域，低於光學顯微鏡的經典衍射極限。這意味著脂筏很難視覺化，更不用說在行動中觀察了。此外，脂筏的實驗研究導致許多人相信它們是短暫的，並且不會長時間保持完整。反對脂筏在活細胞中有用存在的一個論點是，它們實際存在的時間尺度尚不清楚。如果脂筏存在，它們可能只在快速的時間尺度上發生，這個時間尺度太短，無法發揮太大作用，因此與生物過程無關。