磷脂雙層是由兩層磷脂分子構成的薄片，是幾乎所有細胞膜的基本結構。它的厚度大約是5奈米，測量方式是從一側分子頭部的外緣，量到另一側分子頭部的外緣。一奈米是一公尺的十億分之一。

大小

每個磷脂分子都有一個親水的頭部和兩條疏水的尾巴。在雙層結構中，頭部朝向兩側的水，尾巴則在中間相接，形成一個排斥水的核心。2000年一項回顧性研究指出，由常見磷脂「磷脂醯膽鹼」構成的雙層，在活細胞中呈流動狀態時，總厚度為4.4到4.7奈米；在較低溫、排列較整齊的狀態下，則可達5.2奈米。

在流動狀態的雙層中，排斥水的核心佔了2.6到2.9奈米的厚度。實際的細胞膜混合了多種脂質。2004年發表的X射線測量結果顯示，大鼠肝細胞膜兩側磷酸根之間的距離為3.6到4.3奈米，頭部則比磷酸根再稍微向外延伸一些。

細胞膜中還密布著蛋白質，這些蛋白質大約覆蓋了膜面積的一半，其中許多會突出於膜的兩側。把這些蛋白質也算進去，整個細胞膜的厚度通常被形容為5到10奈米。

大小比較

兩個磷脂分子，每個大約長2到2.5奈米，尾對尾排列後就能橫跨整個雙層。
一段由20到25個胺基酸組成、長3到3.75奈米的α螺旋，長度足以穿越排斥水的核心。貫穿細胞膜的蛋白質經常就是以這種方式穿越。
豬環狀病毒是截至2026年已知最小的病毒之一，其寬度大約是磷脂雙層厚度的3.5倍。
大約2萬層磷脂雙層疊在一起，厚度就相當於一張紙，大約0.1公釐。
如果把磷脂雙層放大到一張紙的厚度，人類頭髮就會變成1.6到2公尺寬。

雙層的作用

磷脂雙層把細胞內的水和溶解物質，與細胞外的水和溶解物質分隔開來。它排斥水的核心，對水以及帶電荷或極性的物質都是一道屏障；所謂極性分子，是指電荷分布不均勻的分子。磷脂放進水中會自行形成雙層結構，而且這個結構具有自我修復的能力。一根極細的針可以穿過細胞膜而不使它破裂，針抽出後，細胞膜還會重新癒合。

發現的過程

科學家在1890年代確認了細胞膜的存在，並在1915年發現它主要由脂質和蛋白質構成。1935年，休·戴維森（Hugh Davson）和詹姆斯·丹尼利（James Danielli）提出細胞膜的結構就像三明治，脂質是夾在中間的內餡，蛋白質則是外層的麵包。1950年代，穿透式電子顯微鏡顯示細胞膜的核心其實是雙層，而不是單層。

1972年，辛格（S. J. Singer）和尼可森（Garth Nicolson）提出了流體鑲嵌模型，至今仍是解釋細胞膜結構與運作方式最好的理論。這個模型把細胞膜描繪成由磷脂、膽固醇、蛋白質和碳水化合物拼成的鑲嵌圖案，這些分子就像鬆動的磁磚一樣，彼此漂浮、滑動。

參考資料

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