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第四章 生物膜_PPT幻灯片

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生物膜的结构与功能PPT课件

生物膜的结构与功能PPT课件
主动运输的特点：
专一性；饱和性；方向性；可被选择性抑制；需 提供能量
K.Whittam的实验
实验设计：
制备红细胞血影（ghost），观察ATP水解情况和膜内 外K+，Na+浓度的关系。
实验结果：
a．红细胞内ATP水解的同时，K+、Na+都按预定方向跨越 细胞膜（2K+进，3 Na+出）；
b．如果膜内外仅有K+或Na+，则ATP水解极少； c．红细胞血影只能利用膜内ATP，而不能利用膜外ATP； d．K+可被其它正一价离子（如NH4+）取代，而Na+则不 能被取代。
Proten Flux
有利于ATP 释放的构象
有于ADP与Pi 生成的构象
ATP
Proten Flux
ADP+Pi
H+
ATP +H2O
叶绿体结构示意图
光合电子传递链
光合电子传递链
叶绿体ATP酶
光合磷酸化示意图 .
光合磷酸化和氧化磷酸化能量转化机理比较
氧化磷酸化:
有机物 氧化 NADH e
e
hsp70
受体蛋白
内外膜接触位点的 蛋白质通道
蛋白酶切 除导肽
线粒体 hsp70
第三节 生物膜与能量转换
一．氧化磷酸化能量转换机制 二．光合磷酸化能量转化机制
.
一．氧化磷酸化能量转换机制
1. 线粒体结构和呼吸链组成
2 呼吸链电子传递过程中的自由能变化
3.Mitchell的化学渗透假说 （chemiosmotic hypothesis）
+
H
+
+
1 2

生物膜(共37张PPT)

生物膜(共37张PPT)
➢ 磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双层脂 水和金属离子等约5%左右。
这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是一个不需要外加能量的自发过程。 1 生物膜的化学成分和功能
膜）的特性。 主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、占25%～40%
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磷脂的两性结构
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N + (C H 3)3 CH2 CH2 O O P OO CH2 CH CH2
酸）、花生酸（二十碳酸）等。
不饱和脂肪酸：油酸（18碳一烯酸[9]）、亚油酸（18碳二
烯酸[9，12]）、亚麻酸（18碳三烯酸[9，12，15或6，9， 12]）、花生四烯酸（二十碳四烯酸）、二十碳五烯酸和二十 二碳六烯酸。
必需脂肪酸：维持生长所需的，体内又不能合成的脂肪酸
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磷脂的特点:
• 主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。
• 主动转运所需的能量一般由ATP提供。
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3．能量转换
• 氧化磷酸化：通过生物氧化作用，将食物分子中存储的
化学能转变成生物能，即将化学能转换成ATP分子的高能 磷酸键。然后再通过ATP分子磷酸键的分解释放能量，为 生物体提供所需的能量。
➢根据它们在膜上的定位情况，可以分为 外周蛋白和内在蛋白。
➢膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜 实施功能的基本场所。
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外周蛋白（peripheral protein）
➢这类蛋白约占膜蛋白的20－30%，分布于 双层脂膜的外表层，主要通过共价键、
静电引力或范德华力与膜结合。
➢
参见P119图4-5
1，2位碳原子与脂肪酸酯基（ 生物膜的结构（基本结构）

第4章生物膜

第4章生物膜

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神经鞘磷脂的立体结构：
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(3) 鞘糖脂(glycosphingolipids)
神经酰胺是构成鞘脂类的母体结构。若鞘 氨醇C1上的羟基与一个单糖（葡萄糖或半乳糖） 相连时，则形成鞘糖脂。 因这些鞘糖脂存在于脑和神经组织中，故 统称为脑苷脂和神经节苷脂。
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鞘糖脂:
神经酰胺
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1.3 胆固醇和萜类 (1) 胆固醇(cholestero1)： 胆固醇是甾醇族(stero1s)中最主要的一类固醇 类化合物，存在于动物细胞膜及少数微生物中。 胆固醇在神经组织、血液、胆汁、肝、肾及皮肤 组织中含量较多。 胆固醇以游离或与脂肪酸结合而以胆固醇酯 的形式存在。胆固醇与长链脂肪酸形成的胆固醇 酯是血浆蛋白及细胞外膜的重要组分。
蛋白与膜的结合方式 ①、②整合蛋白；③、④脂锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白
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外周蛋白：靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分 子或脂分子的亲水部分结合，因此只要改变溶液的离子强度， 提高温度或 pH 就可以从膜上分离下来，而且膜的结构不被 破坏 。 脂锚定蛋白：可以分为两类，一类是糖磷脂酰肌醇 (glycophosphatidylinositol，GPI) 连接的蛋白。另一类脂锚 定蛋白与插入质膜内的长碳氢链结合。 以上两种膜蛋白占膜蛋白总量的 20%~30%。 内在蛋白：占膜蛋白总量的 70%~80%。多为跨膜蛋白 （tansmembrane proteins），为两性分子，疏水部分位于脂 双层内部，与膜脂的疏水部分结合得十分牢固；亲水部分位 于脂双层外部。由于存在疏水结构域，整合蛋白与膜的结合 非常紧密，只有用较剧烈的条件如去垢剂（detergent）、有 机溶剂、超声波等处理才能将其从膜上溶解下来。
鞘磷脂或神经鞘磷脂是鞘脂类的一种典型 复合脂类，它是高等动物组织中含量最丰富的 鞘脂类。 鞘磷脂是神经酰胺与磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇 胺形成磷酸二酯。 鞘磷脂可水解为磷酸、胆碱、 (神经)鞘氨醇、二氢(神经)鞘氨醇及脂肪酸。

《生物膜》ppt课件

《生物膜》ppt课件
其中一烃链常含有一个或数个双键，双键的存在造成 这脂 (Glycolipid)
糖脂是含糖而不含磷酸的脂类，普遍存在于原核 和真核细胞膜上,含量约占膜脂的5%以下；
最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，仅有一个半乳糖 作为极性头部；
变化最多、最复杂的是神经节苷脂；
生物膜
1
2
3
一. 对生物膜结构的探究历程
1895年，欧文顿（ E. Overton ）
4
1925年，E. Gorter 和F. Grendel用有机溶剂抽提 人的红细胞膜的膜脂成分，并测定膜脂单层分子在 水中的铺展面积，发现它为红细胞表面积的2倍。 提示 ：质膜是由双层脂分子组成。
5
发现质膜的表面张力比油水界面的表面张力小很多
内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，多肽链内 形成氢键趋向大大增加，主要以-螺旋和-折叠 形式存在，其中又以-螺旋更普遍。
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膜蛋白的功能
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3. 膜糖
生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜 蛋白结合，少数与膜脂结合。
膜糖全部处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖 的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄 糖和葡萄糖胺等。
8
1972年，桑格和尼克森提出流动镶嵌模型。
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二. 生物膜的化学组成
细胞质膜 (Plasma
Membrane) 内膜系统
(Endomembrane System) 生物膜 (Biomembrane)
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生物膜主要由蛋白质（60-70%）和脂类（25-40%）组成，少量的碳水 化合物（5%），金属离子和水。
糖类化合物在信息传递和识别方面具有重要作用
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三. 流动镶嵌模型

生物膜 ppt课件

生物膜 ppt课件
•
医疗的视角
在医疗领域，只要是存在非灭菌水的场所都 有可能形成生物膜。那些有非灭菌水附着 的表面，包括外来器械的缝隙、内镜的管 腔以及各种植入物都是生物膜滋生的场所 。生物膜很长时间内一直是齿科关注的对 象。牙菌斑就是生物膜的一种形式，而生 物膜也在齿科所用的水管与吸引器内存在 。
生物膜？
• 在温湿度，营养合适的任何表面 • 99%的细菌生活在生物膜内 • 好处：如生物修复，反刍 • 坏处：人体表面如牙齿，组织内，
植入物周边等
生物膜的定义
• 生物膜（或生物被膜）： • 集聚的细菌和细胞外物质，紧紧地粘附在
表面并不容易被去除
• 一些微生物，在水中或水溶液或体内（如
：血流）生长时，有能力粘附表面，然后 包埋在多聚糖基质中。基质含细胞，活和 死的微生物和多聚糖，阻止抗菌剂，灭菌 剂，消毒剂和抗菌素到达微生物
生物膜的特点
落
• －大量微菌落使ＢＦ加厚 • －细胞启动包间信号系统，产生胞间信号
生物膜的形成
• ３.ＢＦ的成熟：
• －结构不均匀，类似蘑菇形状的微菌落组成 • －菌落之间围绕着输水通道，可以运送养料，酶
，代谢产物和排出废物，形成原始的循环系统。
• 因菌种，营养，附着表面和环境不同，形成疏松
或致密以及厚薄不等的ＢＦ结构
• （3）如果有泡沫，取出器械时又会把粘附在 • 气泡上的污物带回到器械上，造成清洁不彻 • 底，从而影响消毒灭菌。 • 同时，泡沫也会增加清洗的时间。 • （4）泡沫会阻隔视线，清洗人员无法看清水 • 面下的情况，增加了清洗人员被水面下的刺 • 伤、割伤的危险，从而造成交叉感染。 • （5）泡沫容易造成自动清洗机排水管的堵塞 • 及吸液泵、排水泵的损坏，更换这些部件价 • 格昂贵。

生物膜系统ppt课件

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（初加工） （再加工）
（合成肽链）
形成不成熟的 蛋白质
形成成熟的蛋白质
核
内
高
细
分
糖 体
质 网（囊泡）
尔 基（囊泡）
体
胞膜（外排）泌蛋 白
线粒体
（供能）
三功能
①使细胞具有相对稳定的内部环境，并决定细胞与外 部环境进行物质、能量和信息的交流。
②广阔的膜面积为多种酶提供附着位点。 ③将细胞分成小室，使细胞内化学反应互不干扰，高
效、有序地进行。
四、研究生物膜的意义 海水净化装置：模拟生物膜选择性透过原理
，对海水、污水进行净化获得纯净淡水。
模拟生物膜
医学上根据生物膜的结构、功能原理，可以研 制出许多种代用的人体组织与器官。
如人工肾的血液透析膜（模拟生物膜的选择透过 性原理）。
2功能：分泌蛋白的合成与运输
（1）分泌蛋白的概念及类型
分泌蛋白：在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的一类 蛋白质。如：消化酶、抗体等
内在蛋白:在细胞内合成，在细胞内起作用。如：血红蛋 白、呼吸酶等
（2）方法： 同位素标记示踪法
如 3H标记的亮氨酸
合 运成 输的 到分 细泌 胞蛋 外白
（3）过程：
4节 细胞的生物膜系统
▲生物膜的概念：细胞中化学组成相似，基本结构大致相同的膜结构的
统称。
细胞膜
一组成 核膜
细胞器膜 （包括囊泡膜及细胞器内的膜）
注意：生物膜是指细胞内的膜结构，而不是生物体内的膜结构统的联系
成分上的联系 功能上的联系 结构上的联系
1 成分：成分相似，主要有脂质和蛋白质，少量的糖类

第四章生物膜


1、门控离子通道型受体介导的跨膜信号转导

三种类型的通道型结构，即化学门控通道、电压门 控通道和机械门控通道。它们不仅使细胞对外界相 应的刺激起反应，还能完成跨膜信号的转导。由各 种门控通道完成的跨膜信号转导具有速度快、对外 界作用出现反应的位点较局限等特点。
2、G蛋白耦联蛋白与第二信使介导的跨膜信 号转导

外部的细胞信号（第一信使）→受体→跨膜信号转导→第二信 使→（cAMP、cGMP、Ca2+、IP3、DG等）→蛋白质的可逆磷酸化 →生理功能调节，基因表达调控。
下列哪项是细胞信号转导的典型过程：ห้องสมุดไป่ตู้

A.配体与细胞膜受体的识别与结合,跨膜信号传递,细胞内 蛋白级联的信号转导,细胞反应和信号终止。 B.配体与细胞膜受体的识别与结合,跨膜信号传递和信号终 止。 C.跨膜信号传递,细胞内蛋白级联的信号转导,细胞反应和 信号终止。 D.配体与细胞膜受体的识别与结合,细胞内蛋白级联的信 号转导,细胞反应。 E.配体与细胞膜受体的识别与结合,细胞基因表达,蛋白表 达,骨架重组和信号终止。

简单扩散

简单扩散的速度与溶质在油／水两相中的 分配系数、在膜中的扩散系数、溶质在膜 两侧的浓度梯度以及溶质分子大小等因素 有关，如果溶质是离子，简单扩散速度还 和膜两侧的电位梯度(即电位差)有关。
例如：医用麻醉剂为何多数是脂溶性化合物（如乙醚等）？ 又如很多农用杀虫药剂为何是脂溶性的？

物质在油／水中的分配系数与物质通过膜 的速度关系很大。即油溶性越高的物质， 越容易通过，这是因为膜的基本结构是脂 质双分子层，这些化合物较容易渗入细胞 而发挥其作用。医用麻醉剂多数是脂溶性 化合物（如乙醚等）；很多农用杀虫药剂 是脂溶性的，将它们以乳剂形式喷洒，就 很容易进入害虫细胞而起到杀虫作用。

第四章_生物膜的组成与结构


磷脂（ pholipids） 磷脂（Glycerophos pholipids）是构成生物 膜的基质，为生物膜主要成分。 膜的基质，为生物膜主要成分。包括甘油磷 脂和鞘磷脂，在生物膜中呈双分子排列， 脂和鞘磷脂，在生物膜中呈双分子排列，构 成脂双层。 成脂双层。 甘油磷脂(主要 甘油磷脂 主要) 主要
二、生物膜结构的主要特征
（一）膜组分的不对称分布 构成膜组分的脂质、 构成膜组分的脂质、蛋白质和糖类在膜两侧的分布都是 不对称的。保证膜电荷数量的差异和膜的流动性， 不对称的。保证膜电荷数量的差异和膜的流动性，与膜蛋 白的定向分布及其功能发挥有密切的关系
膜蛋白分布不对称
跨膜 蛋白 膜表面 蛋白
脂质双层 镶嵌蛋白
锚定膜蛋白
内嵌蛋白
糖脂
胆固醇
卵磷脂
三、生物膜的分子结构
一、生物膜中分子间的作用力 静电力 外周蛋白和膜表面之间， 外周蛋白和膜表面之间，蛋白质和蛋白质之间 疏水作用 维持膜结构稳定的主要作用力， 维持膜结构稳定的主要作用力，磷脂分子尾部 相互粘连， 相互粘连，蛋白质疏水残基与脂分子之间 范德华力 由电子分布的瞬间不平衡诱导对方产生不平衡 形成的作用力， 形成的作用力，类似氢键
“两暗一明” 两暗一明” 两暗一明
四、流动镶嵌模型 结构要点： 结构要点： 1、细胞膜由流动的双脂层和蛋白质组成。 细胞膜由流动的双脂层和蛋白质组成。 磷脂分子以疏水性尾部相对， 2、磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成 生物膜骨架； 生物膜骨架； 蛋白质或在双脂层表面，或嵌在其内部， 3、蛋白质或在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个 双脂层，表现出分布的不对称性。 双脂层，表现出分布的不对称性。
胆固醇Sterols 胆固醇Sterols

人教版高中生物必修一第4章第2节生物膜的流动镶嵌模型 课件


三层结构
蛋白质—脂质—蛋白质
1970年
人、鼠细胞融合实验。
膜具流动性
1972，桑格 新的观察和实验证据的基础
和尼克森 上，提出分子结构模型。
流动镶嵌模型
小结 概念图
生物膜 结构特点
功能特性
③一定的流动性
④选择透过性
① 磷脂双分子层 ②蛋白质分子 决定
结构组成
结构探究历程
思考
在生物膜模型的建立和完善过程中， 你受到哪些启示?
电子束照射大分子物质散 射度高，黑暗；照射小分 子物质，散射度低，光亮。
生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的 三层静态统一结构（三明治模型）。
称之为单位膜
三 明 治 模 型
要点：12..蛋静白态质结均 构匀分布在脂双层的两侧（对称）
分组讨论
质疑： 把生物膜描述为静态的刚性结构，显然与膜 很多功能（如细胞生长、分裂；变形等）相矛盾。
预测了脂空质气 分子的排列 方式。那水么，蛋白质又
位于膜中的什么位置?
水溶液环境 (外)
连续两 层排列
水溶液环境 (内)
4.对生物膜模型的探索——脂质和蛋白质的排布方式（一）
资料5： 1959年罗伯特 森在电子显微镜下看到 细胞膜清晰的暗—亮— 暗的三层结构。
细胞膜结构的电镜照片
假说：
关于电镜成像知识·······
荧光标记 膜蛋白
诱导 融合
40分钟后
370C
结论：细胞膜具有流动性
鼠细胞
7.对生物膜模型的探索——脂质和蛋白质的排布方式（四）
资料8： 时间：1972年 人物：桑格和尼克森 假说：流动镶嵌模型
P67思考与讨论
1.纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技 术的进步所起到怎样的作用？
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主动转运的物质， 可以是离子、小分 子化合物，也可以 是复杂的大分子物 质，如某些蛋白或 酶等。
这一过程一般都与 ATP的释能反应相 偶联。
主动转运的特点
膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。
载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参 与。载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只 能转运一种或一类物质。
外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从 膜上分离出来。
外周蛋白能溶解于水。
内在蛋白 integral protein
内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分 或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。
这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与 膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。
内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没 有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大 增加，因此，它们主要以-螺旋和-折叠形式 存在，其中又以-螺旋更普遍。
必需脂肪酸：维持生长所需的，体内又不能合 成的脂肪酸
磷脂的特点
磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲 脂性的脂肪酸链，是优良的两亲性分子。
磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作 用，能够形成双层脂膜结构或微团结构。
磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双 层脂膜。
磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜 （双层脂膜）的特性。
糖脂
Glycosphingolipid
s
糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。
糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。
动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。
结构为：
C H2O H
O NH C R
R:脂肪酸
OH
O O CH2 CH CH CH=CH (CH2)12 CH3
OH
OH
OH
半乳糖
神经鞘氨醇
（2）膜蛋白质
4.1生物膜的组成和结构
1．生物膜的组成 主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、 蛋白质（包括酶）和多糖类组成， 水和金属离子等。 生物膜的组成，因膜的种类不同而有很
大的差别。
2．生物膜的结构
• 生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主构成的双层脂膜
生物膜的结构
3，构成生物膜的主要物质
（1）脂质 Lipid
磷脂的结构类型
X= H X= CH2CH2N(CH3)2 X= CH2CH2NH2 X= CH2CH(OH)CHOH X= CH2CH(NH2)COO-
OH OH
O O CH2O C R1 R2 C O CH O
CH2O P O X OH
磷脂酸
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
磷脂酰乙醇胺
磷脂酰甘油
X=
OH
O
OH OH
CH2O C R3
O
O-
CH O C R4
X= P OCH2CHCH2 O P OH2C
O
O-
OH
O
磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇
二磷脂酰甘油脂
卵磷脂的结构
脂肪酸
C O O H C O O H
饱和脂肪酸：硬脂酸（18碳脂肪酸）、软脂酸 （16碳脂肪酸）、花生酸（二十碳酸）等。
不饱和脂肪酸：油酸（18碳一烯酸[9]）、亚 油酸（18碳二烯酸[9，12]）、亚麻酸（18碳 三烯酸[9，12，15或6，9，12]）、花生四烯 酸（二十碳四烯酸）、二十碳五烯酸和二十二 碳六烯酸。
内在蛋白
（3）糖类
生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们 大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。
糖类在膜上的分布是不对称的，全部都 处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖 的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露 糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。
生物膜中的糖类化合物在信息传递和相 互识别方面具有重要作用。
膜 蛋 白 中 的 糖 类
脂质是构成生物膜最基本的结 构物质
脂质包括磷脂、胆固醇和糖脂 等，其中以磷脂为主要成分。
磷脂 Glycerophospholipids
主要是磷酸甘油二脂。甘 油中第1，2位碳原子与脂 肪酸酯基（主要是含16碳 的软脂酸和18碳的油酸） 相连，第3位碳原子则与磷 酸酯基相连。不同的磷脂， 其磷酸酯基组成也不相同。
2．转运功能
细胞或细胞器需要 经常与外界进行物 质交换以维持其正 常的功能。
细胞或细胞器通过 生物膜，从膜外选 择性地吸收所需要 的养料，同时也要 排出不需要的物质。
在各种物质跨膜转 运过程中，细胞膜 起着重要的调控作 用。
物质从高浓度的一侧，通 过膜转运到低浓度的另一 侧，即沿着浓度梯度（膜 两边的浓度差）的方向跨 膜转运的过程。
（1）被动转运 (passive transport)
这类转运是通过被转运物 质本身的扩散作用进行的， 是一个不需要外加能量的 自发过程。
许多物质的被动转运过程 需要特殊的蛋白载体帮助。
转运通道
主动转运是在外加 （2）主动转运
能量驱动下进行的 物质跨膜转运过程。
(active
transport)
方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进 行转运。如细胞为了保持膜内、外的K+和Na+离 子的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞 通 过 主 动 转 运 方 式 ， 向 内 泵 入 K+ ， 而 向 外 泵 出 Na+。
3.2 生物膜的功能
生物膜具有保护、转运、能量转换、信 息传递、运动和免疫等生物功能。
1．保护功能
在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要 作用是将其内含物质与外界环境分隔开 来，使之成为具有特殊功能的独立体。
生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少 受外界环境因素改变的影响，保持它们 原有的形状和完整结构。
磷脂的两亲性结构
磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链， 是优良的两亲性分子
N + (CH3)3 CH2 CH2 O O P OO CH2 CH CH2
OO C OC O R1 R2
极性端 非极性端
胆固醇 Sterols
胆固醇是一种类 脂化合物, 在生 物膜中含量较多。
胆固醇以中性脂的形式分布在 双层脂膜内，对生物膜中脂类的 物理状态有一定的调节作用，有 利于保持膜的流动性和降低相变 温度。
生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常 称为膜蛋白。
根据它们在膜上的定位情况，可以分为 外周蛋白和内在蛋白。
膜蛋白具有重要的生物功能，是heral
protein
这类蛋白约占膜蛋白的20－30%，分布 于双层脂膜的外表层，主要通过静电引 力或范德华力与膜结合。