综述：模型膜中的胆固醇

《Biophysical Reviews》：Cholesterol in model membranes

本综述系统阐述了胆固醇在模型膜体系中的关键作用，重点介绍了核磁共振（NMR）技术在分子层面揭示胆固醇对脂双层结构、动力学及相平衡（如流体-流体两相共存与临界行为）的独特优势，为理解细胞膜功能提供了重要视角。

　　

胆固醇的取向、有序性及动力学

胆固醇分子在脂质双分子层中的行为是其发挥生物学功能的基础。其刚性的甾醇环结构使其能够嵌入磷脂分子之间，与饱和烃链发生强烈的相互作用。这种插入显著影响了脂双层的物理性质。通过核磁共振（NMR）技术，研究者能够精确探测胆固醇的取向及其在膜中的有序参数。研究表明，胆固醇的羟基朝向磷脂的极性头基区域，而甾环则与磷脂的酰基链平行排列。这种特定的取向使其能够限制邻近磷脂分子的运动，增加脂酰链的有序性，从而降低膜的流动性，增强膜的力学稳定性。此外，胆固醇的动态行为，包括围绕其长轴的快速旋转和相对较慢的摆动，也通过NMR弛豫测量等手段被详细表征，这些动力学参数对于理解膜蛋白的功能环境至关重要。

三元混合物中的流体-流体两相共存

在含有饱和磷脂酰胆碱（如DPPC）、不饱和磷脂酰胆碱（如DOPC）和胆固醇的三元混合物中，会出现一种有趣的流体-流体两相共存现象。这种体系模拟了细胞膜中脂质组分的复杂性。在特定的温度和浓度条件下，膜会自发分离成两个共存的液相：一个是由富含饱和磷脂和胆固醇的液序相（L_o相），其结构紧密有序；另一个是由富含不饱和磷脂的液无序相（L_d相），其流动性较高。这种相分离对于细胞膜的功能分区，如脂筏（membrane raft）的形成，具有重要的生物学意义。核磁共振（NMR）是探测这种宏观相行为的有力工具，它能够在不引入外来探针的情况下，通过化学位移的差异来区分和量化不同相中的脂质组分。

三元混合物的临界行为

上述三元混合物的相图在特定点附近表现出临界行为。当体系接近临界点时，其物理性质会发生显著变化，例如相分离的涨落加剧，相关长度发散。研究这些临界现象有助于理解膜相变的普适性规律和本质。通过精密控制混合物的组成和温度，并利用NMR等技术观察序参数涨落等特性，可以描绘出体系的临界点。对临界行为的分析不仅深化了对膜脂质混合熵与相互作用能之间平衡的理解，也为探索生物膜在临界点附近可能表现出的特殊生理响应提供了理论基础。这种基础研究对于阐释某些膜相关疾病的病理机制可能具有潜在启示。