考研生化第18章生物膜的组成与结构

第十八章生物膜的组成和性质1、细胞的外周膜（质膜）和内膜系统统称为生物膜。

生物膜结构是细胞结构的基本形式。

生物膜主要由蛋白质（包括酶）、脂质（主要是磷脂）和糖类组成。

生物膜的组分因膜的种类不同而不同，一般功能复杂或多样的膜，蛋白质比例较大，蛋白质：脂质比例可从1:4到4:1。

（一）膜脂：有磷脂、胆固醇和糖脂。

（1）磷脂：构成生物膜的基质，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，构成脂双层。

（2）糖脂：大多为鞘氨醇衍生物，如半乳糖脑苷脂和神经节苷脂。

（3）胆固醇：对生物膜中脂质的物理状态，流动性，渗透性有一定调节作用，是脊椎动物膜流动性的关键调节剂。

膜分子的相变温度TC为膜的凝胶相和液晶相的相互转变温度。

磷脂分子成膜后头基排列整齐，在TC 以下时，尾链全部取反式构象（全交叉），排列整齐，为凝胶相；而在TC以上时，尾链成邻位交叉，形成“结”而变成流动态，为液晶相。

胆固醇的作用是：当t>TC，胆固醇阻扰磷脂尾链中碳碳键旋转的分子异构化运动，阻止向液晶态转化，使相变温度提高；而当t<TC时，胆固醇又阻止磷脂尾链的有序排列，阻止向凝胶态转化，降低相变温度。

胆固醇总的作用是使相变温度变宽，保持膜的流动性。

(4) 膜脂的多态性：膜脂是两亲分子，具有表面活性剂分子在水中的多态性和性质。

在水-空气界面上形成单分子层。

浓度超过一定数值后，磷脂分子就以微团（micelles）或双层（bilayer）形式存在，脂双层进一步自我组成闭合的脂质体（liposomes），P592 图18-6。

另外脂双层还有六角形相排列。

（二）膜蛋白：承担由膜实现的极大多数膜过程。

由在膜上定位分为：外周蛋白：分布在膜的脂双层表面。

内在蛋白：全部或部分埋在脂双层疏水区或跨全膜。

外周蛋白一般溶于水，易于分离；内在蛋白不溶于水，难于分离，因此已确定结构的不多。

脂质为膜蛋白提供合适的环境，往往是膜蛋白表现功能所必需的。

生物化学教案：生物膜的结构与功能一、生物膜的结构1.1 磷脂双分子层的组成1.2 蛋白质和糖类成分1.3 膜内与膜外的环境差异生物膜是细胞内外重要的界面，它起着控制物质传递和细胞内外环境稳定的重要作用。

了解生物膜的结构和功能对于理解细胞进程和研究相关疾病具有重要意义。

本教案将详细介绍生物膜的结构和功能，帮助学生加深对生物膜的理解。

一、生物膜的结构1.1 磷脂双分子层的组成生物膜由磷脂双分子层主导，这是由两个亲水性头部和一个疏水性尾部组成的形成片层结构。

这种特殊结构决定了其在水中自行形成闭合球体或扁平片层。

磷脂双分子层通常由两个亲水性头部为外层，且相对靠近彼此，而尾部则朝着内部靠拢，以避免与水接触。

这种排列能够保持细胞内外的环境稳定，同时确保物质的有序传递。

1.2 蛋白质和糖类成分除了磷脂双分子层，生物膜中还包含许多其他成分，如蛋白质和糖类。

蛋白质可穿过磷脂双层，形成跨膜蛋白，它们在细胞信号转导、物质运输等方面发挥重要作用。

糖类通常附着在膜表面形成糖基化修饰，这可以提供细胞识别和黏附所需的特异性。

1.3 膜内与膜外的环境差异生物膜内部与外部环境之间存在一定的差异。

由于磷脂双层是一个有效的隔离屏障，它可以阻止大多数溶质和离子的自由进入或离开细胞。

此外，在生物膜上还存在多种不同类型的通道和载体蛋白，它们能够调控生物分子（如药物、离子等）和信号分子（如激素、神经递质等）的通过。

二、生物膜的功能2.1 细胞的物质传递2.2 细胞信号转导2.3 免疫识别与应答生物膜不仅作为物质的屏障，还承担着许多重要功能。

二、生物膜的功能2.1 细胞的物质传递生物膜通过丰富多样的跨膜蛋白和通道来实现细胞内外物质传递。

这包括活性运输，被动扩散和简单扩散等机制。

例如，通过离子通道调控细胞内外离子浓度差异，维持正常细胞功能。

此外，穿过磷脂双分子层的非极性或弱极性溶质可以通过简单扩散方式跨越生物膜。

2.2 细胞信号转导生物膜中存在许多与细胞信号转导相关的组分。

生物膜的成分和结构分析生物膜是一种薄膜，由生物分子组成，能够保护细胞和组织，并且在生命过程中扮演重要的角色。

生物膜的成分和结构一直是生物学研究的热门话题，本文将从生物膜的形成、组成和结构三个方面来进行分析。

一、生物膜的形成生物膜的形成是一个复杂的过程，通常是通过一个“自组装”的过程完成的。

自组装是指分子之间的相互作用使它们彼此组装起来形成有序的结构。

在生物体内，生物分子在水溶液中自组装成膜结构，这个过程涉及到生物分子之间的相互作用，包括氢键、静电相互作用、范德华力、疏水相互作用等。

二、生物膜的组成生物膜的组成非常复杂，包括脂质、蛋白质、碳水化合物、核酸等多种生物分子。

其中，最重要的成分是脂质，它们在生物膜的构成中占据了主要位置。

生物膜中的脂质主要包括磷脂、胆固醇和类固醇。

磷脂是生物膜的最基本成分，由一个亲水性磷酸基、一个酯化的脂肪酸及一个亲疏水两性的甘油组成，形成两层分子层，即所谓的磷脂双分子层。

胆固醇和类固醇则可调节细胞膜的流动性和渗透性，增强生物膜的稳定性。

生物膜中的其他生物分子包括蛋白质、碳水化合物和核酸等。

蛋白质可能存在于生物膜的两侧，或分布在膜的内侧或外侧。

它们被称为膜蛋白或膜相关蛋白。

碳水化合物主要存在于膜的外侧，它们通常通过磷酸肌醇信号途径作为细胞表面的标志物，起着识别和交流功能。

核酸在生物膜中很少出现，除非是在某些特殊情况下（例如病毒颗粒或细胞壁）。

三、生物膜的结构生物膜的结构是一个弯曲的双层薄膜，由两层磷脂分子所组成，这两层磷脂分子的极性头端朝向水中，而它们的疏水性尾部则相互接触。

由于疏水作用的引力，磷脂分子聚集在一起，形成了膜的双层结构。

正因为这种双层结构，才使得生物膜成为一个半透膜，能够选择性地物质的进出。

另外，一些蛋白质也嵌入到生物膜中，它们可以帮助细胞传递信号或者作为膜通道。

总的来说，生物膜的成分和结构是一个非常复杂的话题，需要涉及化学、物理和生物学等多个领域，仅凭一篇文章很难对其做出全面的阐述。

第十八章生物膜的结构与功能图：生物膜结构注：膜蛋白嵌在膜脂双分子层中，许多膜蛋白为糖蛋白。

跨膜肽段为α-螺旋。

许多生命现象都直接或间接地依赖于生物膜，如运动、生长、繁殖、代谢等，在广为接受的流动嵌壤模型中(fluid mosaic model)、生物膜是一个脂双分子层，蛋白质就在脂双分子层中流动，膜蛋白在很大程度上决定了膜的生物功能。

一、生物膜结构每一个细胞的功能不同，它的生物膜结构也就不同，膜脂和膜蛋白的种类以及相对含量都不同。

1、膜脂当两亲分子悬浮于水中后，它们会立即重排成有序结构，疏水基因埋在核心以排出水分，同时，亲水基因向外暴露在水中。

当磷脂和其它两亲脂分子的浓度足够时就会形成双分子层，这是膜结构的基础。

膜脂还与膜的下列性质有关：①膜的流动性(fluidity)包括侧面扩散(Lateral diffusior)、自旋转(Rotah ois)和翻转(flip-flop)。

不饱和脂肪含量越高，流动性越强，胆固醇能增加膜的稳定性而不显著影响流动性，因为它有一个刚性结构(环)和一个弹性结构(碳氢链尾巴)。

②选择透过性由于高度疏水性，膜酸分子层对于离子和生物性分子几乎是不可透过的，必须借助于膜蛋白。

要穿过膜，极性物质必须部分或全部释放出它的水化层(hy dratuen spaere)，结合到载体蛋白上跨膜转运或直接通过水性的蛋白通道，跨膜的水分运动是与离子运输相结合的，非极性物质直接沿浓梯度扩散又穿过脂双分子层。

③自缝合能力(self-sealing)当脂双分子层被破坏时，它们能立即自动缝合起来。

④不对称性(asymmentry)生物膜是不对称的，也就是说双分子层的两上半层的脂的组成是不同的。

例如，人的细胞膜外层含有较多的磷脂酰胆碱，和鞘磷脂。

膜上大部门的磷脂酰丝氟纹和磷脂酰乙醇胺位于内层。

2、膜蛋白生物膜的大部分功能需要蛋白质分子。

膜蛋白按功能可分为结构组分，激素受体和运输蛋白。

膜蛋白按与膜的位置关系也可分为整合蛋白(integ rul)和外国蛋白(peri-ph eral)红细胞膜蛋白研究广泛，以之为例。

生物膜的结构及其数量控制特征随着科技进步和人类认识水生生态系统的深入，人们开始重视生物膜的研究。

生物膜，即微生物聚集生长形成的一层薄膜，被视为水生系统的重要组成部分之一。

本文将介绍生物膜的结构及其数量控制特征。

1. 生物膜的结构生物膜是一种具有复杂结构的形态。

它主要由多种微生物的聚集形成，其中包括细菌、真菌、藻类和原生动物等。

生物膜通常分为上、中和下三层。

上层是由堆积在一起的微生物形成的密集层，主要由一些有机物质构成，如多糖、蛋白、核酸等。

这些物质能够吸附在微生物的表面，并形成一定的结构。

中层是由微生物和基板直接聚集形成，主要由生物胶体和胞外多聚物构成。

这些多聚物可以包裹微生物进行保护，同时也可以包裹底物或其他微生物并抑制其生长和代谢。

下层是由微生物和底物表面形成的结构。

在这一层中，微生物会通过产生粘附物质将自己牢固地固定在底物表面，同时通过细胞壁的吸附和进一步聚合形成强大的聚集体。

正因为生物膜具有如此复杂的结构，各种因素都会影响生物膜的形成和数量。

2. 生物膜的数量控制特征生物膜的生长和繁殖是一个动态平衡的过程，它受到环境中各种物理化学因素的影响，如温度、营养条件、空气含量、流速等。

其中，温度是最关键的因素之一。

不同种类的微生物对温度的适应性不同，适宜的温度能够促进微生物的生长和繁殖，而过低或过高的温度则会影响微生物的代谢和生长。

此外，营养条件也对生物膜的形成和数量控制具有重要作用。

优质的营养物质能够促进微生物的繁殖和生长，使生物膜形成得更加繁茂。

另外，空气含量也会对生物膜的数量控制产生影响。

空气的含量过高或过低都会影响微生物的代谢和生长，从而影响生物膜的形成。

此外，流速也是生物膜生长和数量控制的关键因素之一。

流速过高会阻碍生物膜的形成和生长，而过低则会导致生物膜过度繁茂。

总之，生物膜的结构和数量受多种因素的影响，只有在合适的环境条件下，它才能快速生长和繁茂。

因此，我们需要不断加强对生物膜的研究和认识，以实现水生生态系统的良性循环。