磷脂双分子层

脂质双层（或磷脂双层）是由两层脂质分子组成的薄极性膜。 这些膜是平板，在所有细胞周围形成连续的屏障。 几乎所有生物体和许多病毒的细胞膜都由脂质双层构成，细胞核周围的核膜和细胞内膜结合细胞器的膜也是如此。 脂质双层是将离子、蛋白质和其他分子保持在需要的位置并防止它们扩散到不应出现的区域的屏障。 磁双分子层非常适合这个角色，即使它们只有几纳米宽，因为它们对大多数水溶性（亲水）分子是不可渗透的。 双层对离子特别不可渗透，这使得细胞可以通过使用称为离子泵的蛋白质将离子传输穿过它们的膜来调节盐浓度和 pH 值。

生物双层通常由两亲性磷脂组成，这些磷脂具有亲水性磷酸盐头部和由两条脂肪酸链组成的疏水性尾部。 具有某些头部基团的磷脂可以改变双层的表面化学性质，例如，可以作为细胞膜中其他分子的信号和锚点。 就像头部一样，脂质的尾部也会影响膜的特性，例如通过确定双层的相。 双层可以在较低温度下采用固态凝胶相态，但在较高温度下会相变为液态，而脂质尾部的化学性质会影响发生这种情况的温度。 双层内脂质的堆积也会影响其机械性能，包括其抗拉伸和弯曲的能力。 许多这些特性已经通过使用实验室生产的人造模型双层进行了研究。 由模型双层制成的囊泡也已在临床上用于递送药物。

除了构成双层的磷脂之外，生物膜的结构通常还包括几种类型的分子。 动物细胞中一个特别重要的例子是胆固醇，它有助于加强双层并降低其渗透性。 胆固醇还有助于调节某些整合膜蛋白的活性。 整合膜蛋白在结合到脂质双层中时发挥作用，并且它们在环形脂质壳的帮助下紧紧地固定在脂质双层上。 由于双层定义了细胞及其隔室的边界，因此这些膜蛋白参与了许多细胞内和细胞间的信号传导过程。 某些种类的膜蛋白参与将两个双层融合在一起的过程。 这种融合允许连接两个不同的结构，如精子使卵子受精或病毒进入细胞期间的顶体反应。 由于脂质双层在传统显微镜下很脆弱且不可见，因此研究它们是一项挑战。 双层实验通常需要电子显微镜和原子力显微镜等先进技术。

当磷脂暴露在水中时，它们会自组装成两层薄片，疏水尾部指向薄片的中心。 这种排列会产生两个“小叶”，每个“小叶”都是一个分子层。 该双层的中心几乎不含水，并且不包括溶解在水中的糖或盐等分子。 组装过程由疏水分子之间的相互作用（也称为疏水效应）驱动。 疏水分子之间相互作用的增加（导致疏水区域聚集）允许水分子更自由地相互结合，增加系统的熵。 这个复杂的过程包括非共价相互作用，例如范德华力、静电和氢键。

与其横向尺寸相比，脂质双层非常薄。 如果将典型的哺乳动物细胞（直径约 10 微米）放大到西瓜大小（约 1 英尺/30 厘米），则构成质膜的脂质双层将与一张办公纸一样厚。 尽管只有几纳米厚，但双层结构在其横截面上由几个不同的化学区域组成。 在过去的几十年里，这些区域及其与周围水的相互作用已经通过 X 射线反射计、中子散射和核磁共振技术进行了表征。

双层两侧的xxx个区域是亲水头基。 这部分膜完全水合，厚度通常约为 0.8-0.9 纳米。 在磷脂双层中，磷酸基团位于该水合区域内，疏水核心外约 0.5 nm。 在某些情况下，水合区域可以延伸得更远。