《生物化学原理》之生物膜

biomembrane名词解释
生物膜（biomembrane）是一种由脂质双层和蛋白质构成的细胞膜，它是细胞和其周围环境之间的界面。

生物膜存在于所有的生物
体中，包括植物、动物、细菌等。

生物膜由磷脂分子组成的双层结构，其中磷脂分子是由一个疏
水性的脂肪酸尾部和一个亲水性的磷酸头部组成。

这种双层结构使
得生物膜具有半透性，能够控制物质的进出。

蛋白质则嵌入在脂质
双层中，起着多种功能，如传递信号、运输物质和维持细胞结构等。

生物膜在细胞中起着重要的作用。

首先，它作为一个隔离屏障，控制物质的进出，维持细胞内外环境的稳定。

其次，生物膜参与细
胞的信号传导，通过膜上的受体和信号转导分子，将外界的刺激转
化为细胞内的生化反应。

此外，生物膜还承载着许多重要的酶和蛋
白质复合物，参与细胞代谢和能量转化等生命活动。

生物膜具有许多特殊的结构和功能。

例如，一些细胞膜上有微
绒毛或纤毛，增加表面积，提高物质的吸收和排泄效率。

另外，一
些细胞膜上还有通道蛋白，可以选择性地允许特定物质的通过，实
现物质的运输。

总之，生物膜是细胞的重要组成部分，起着隔离、调节和传递等多种功能。

它在维持细胞生存和正常功能中发挥着至关重要的作用。

第三章生物膜的结构与功能生物膜(biomembrane)包括质膜和细胞内膜，是极性脂与蛋白质组成的片状超分子复合物，具有独特的结构与功能，是细胞结构的重要成分。

质膜把原生质与环境隔开，其本质作用就是维持细胞内微环境的相对稳定，与环境进行物质交换、能量和信息的传递，与细胞的生存、生长、分裂、分化等均有密切关系。

真核细胞拥有复杂的内膜系统，包括核膜、内质网系统、高尔基体、溶酶体(液泡)系统、微体以及线粒体和叶绿体等细胞器。

这些膜系统约占细胞干重的70～80%。

生物膜与生命科学中许多基本理论问题以及有关的一些亟待解决的实际问题密切相关，如细胞起源、形态发生、细胞分裂、分化、细胞识别、免疫、物质运输、信息传递、代谢调控、能量转换、肿瘤发生以及药物和毒物的作用等等，无一不与生物膜有关。

几十年来，生物膜成为细胞生物学、生物化学与分子生物学、生物物理学以及生理学、病理学、药理学、免疫学等相关学科竞相涉足的最富有魅力的高科技领域。

生物膜的选择透性、能量转换和信息传递的基本原理为仿生学提供了基础和原型，必将对化工、制药、能源、环保等相关产业的技术革新产生深远的影响。

从生物膜结构与功能的角度研究植物的抗病和抗旱、抗冻、耐盐等的机制正在进行，其研究成果必将为种植业的发展提供新的契机。

人工膜不仅是在分子水平上研究生物膜结构与功能的理想模型，而且可以作为药物载体和制成生物传感器，已发展成具有广阔应用前景的膜生物工程。

3.1 生物膜功能概述细胞全部生命活动几乎都与生物膜有某种联系，各种不同的膜系统有着独特的结构与功能，生物膜的一般生物学功能可以概括为以下几方面：(1)区隔化或房室化(compartmentalization)：生物膜是连续、环闭的薄壳体，质膜把整个细胞包裹起来，内膜系统以及核膜、线粒体膜和叶绿体膜等，把细胞分隔成相对独立的房室。

在这些分隔开的区间内，各自进行着不同的生命活动。

内膜实际上成为细胞向内延伸着的网络支架，把参与反应的多个元件有序地定位安置，使细胞内各种生命活动能在正确的时间和位点有组织地高效进行，把不同生化活性彼此间的干扰减少到最低。

生物膜的主要组成物质生物膜是生物体内重要的结构组成之一，它是由许多不同的物质构成的复杂生物化学结构。

生物膜包括脂质双分子层、蛋白质、糖类和其他辅助成分，它们协同工作，维持着细胞内外环境的稳定。

生物膜的主要组成物质之一是脂质双分子层。

脂质是一类由甘油和脂肪酸组成的有机化合物，是生物膜的基础结构。

在细胞膜中，脂质双分子层由两层脂质分子排列而成，其中疏水的脂肪酸尾部朝向内部，亲水的甘油头部朝向外部，形成一个特殊的结构。

这种结构使得脂质双分子层具有高度的选择性通透性和半透性，使得细胞可以控制物质的进出。

除了脂质双分子层之外，生物膜还包含大量的蛋白质。

蛋白质是生物体内功能最复杂的有机分子，是生物膜中最丰富、最重要的组成部分之一。

蛋白质可以通过生物膜传递信号、媒介物质交换和维持细胞形态等多种功能。

蛋白质的种类多样，包括通道蛋白、受体蛋白和酶等，它们的存在使得生物膜具有了更加高级的功能。

此外，糖类也是生物膜的组成成分之一。

糖类主要以糖蛋白和糖脂的形式存在于生物膜中，它们与脂质双分子层的脂质和蛋白质相互作用，共同构成了生物膜的完整结构。

糖类在生物膜上具有多种功能，如识别细胞、参与细胞黏附和传导信号等。

糖类的多样性和复杂性为生物膜提供了更多的功能可能性。

最后，生物膜中还包含一些辅助成分，如胆固醇和其他小分子。

胆固醇是一种脂类物质，主要存在于动物细胞膜中，它的存在可以增加生物膜的稳定性和流动性。

其他小分子如脂溶性维生素和一些离子也能够通过生物膜的通道蛋白进出细胞。

综上所述，生物膜是由脂质双分子层、蛋白质、糖类和其他辅助成分组成的复杂结构。

这些组成物质相互作用，在细胞内外环境的调节中发挥重要作用。

了解生物膜的组成成分以及它们的功能，有助于我们深入理解生物体内的生命活动，也为生物医学研究和药物开发提供了指导意义。

第二十章生物膜第一节脂双层一个典型的生物膜含有磷脂、糖鞘脂和胆固醇（在一些真核细胞中）。

膜含有的脂有一共同的特点，它们都是两性分子，含有极性成分和非极性成分。

磷脂和糖鞘脂在一定的条件下可以象肥皂那样形成单层膜或微团，然而在体内这些脂倾向于组装成一个脂双层。

由于磷脂和糖鞘脂含有两条烃链的尾巴，不能很好地包装成微团，却可以精巧地组装成脂双层（下图）。

但并不是所有的两性脂都可以形成脂双层，如胆固醇，其分子中的极性基团－OH相对于疏水的稠环系统太小了。

在生物膜中，不能形成脂双层的胆固醇和其它脂（大约占整个膜脂的30％）可以稳定地排列在其余70％脂组成的脂双层中。

脂双层内脂分子的疏水尾巴指向双层内部，而它们的亲水头部与每一面的水相接触，磷脂中带正电荷和负电荷的头部基团为脂双层提供了两层离子表面，双层的内部是高度非极性的。

脂双层倾向于闭合形成球形结构，这一特性可以减少脂双层的疏水边界与水相之间的不利的接触。

在实验室里可以合成由脂双层构成的小泡，小泡内是一个水相空间，这样的脂双层结构称为脂质体（liposomes），它相当稳定，并且对许多物质是不通透的。

可以包裹药物分子，将药物带到体内特定组织。

第二节流动镶嵌模型脂双层形成了所有生物膜的基础，而蛋白质是生物膜的必要成分。

不含蛋白质的脂双层的厚度大约是5～6nm，而典型的生物膜的厚度大约是6～10nm，这是由于存在着镶嵌在膜中或与膜结合的蛋白质的缘故。

1972年，S.Jonathan Singer和Garth L.Nicolson就生物膜的结构提出了流动镶嵌模型（fluid mosaic model）。

根据这一模型的描述，膜蛋白看上去象是圆形的“冰山”飘浮在高度流动的脂双层“海”中（下图）。

内在膜蛋白（integral membraneproteins）插入或跨越脂双层，与疏水内部接触。

外周膜蛋白（peripheral membrane proteins）与膜表面松散连接。

生物膜在生物化学反应中的作用生物膜是由生物大分子和化学物质组成的薄层，通常在生物界中非常普遍。

它可以在细胞表面形成，也可以在液态介质中形成。

生物膜具有很多重要的功能，其中最重要的是调节和促进生物化学反应。

本文将探讨生物膜在生物化学反应中的作用。

1. 生物膜的介质作用生物膜的最基本的作用是提供介质环境。

正如水是化学反应的重要介质，生物膜与水一样，在化学反应中提供必要的媒介。

它可以保护反应物免受周围环境的影响，同时也可以调节反应物的浓度和稳定性。

例如，蛋白质酶就可以在生物膜上作用，而不会受到周围环境的影响。

生物膜可以限制反应物的扩散，并且可以维持相对稳定的局部环境，使得酶反应更加高效和方便。

2. 生物膜的空间作用生物膜还可以塑造化学反应的空间结构，因为生物膜本身就是具有空间结构的。

它可以将不同类型的反应物组合在一起，形成高效的化学反应组合，或者将一个大的生物分子分成几个区域进行反应。

例如，青蛙卵剖面试验证明，质体的极角膜和去极角膜都不同，而酪氨酸的脱水酶只在质体的极角膜上发生反应，这表明酶反应通常只在特定的位置发生。

此外，生物膜还可以将特定的反应物交付给特定的反应集中，并且可以将非特定反应物隔离，使反应更加快速和高效。

3. 生物膜的催化作用生物膜还可以提供催化剂的功能，增加化学反应的速率和效率。

许多生物化学反应都需要酶或其他特殊催化剂的参与，而生物膜可以提供酶合适的环境和空间结构，以发挥酶的催化作用。

比如，细胞膜上的酶可以将特殊的反应物和底物组合，使突触信号穿过生物膜，进入突触小泡。

这种生物化学反应是传递神经信息的关键，而生物膜可以确保反应物的有效催化，并且限制底物在整个细胞膜中的扩散。

总之，生物膜在生物化学反应中扮演着不可或缺的角色。

它提供适当的介质环境、塑造空间结构和催化化学反应，使整个生物体能够进行高效的生物化学反应。

生物膜的复杂性和多功能性使得它成为一种特殊的生物界介质，对人们的了解和应用将会在医学和生物工程等领域涉及到非常重要。

生物化学教案生物膜的结构与功能教学目标：1.了解生物膜的结构与功能；2.理解生物膜对细胞有机体起到的重要作用；3.掌握生物膜与物质运输、信号传导等过程的关系。

教学重点：1.生物膜的结构与组成；2.生物膜在细胞内外的功能。

教学难点：1.生物膜的复杂结构与功能的关系。

教学过程：一、导入（10分钟）通过提问和引入话题，引发学生的思考和兴趣，比如：“请问生物膜是什么？在生物体中起到什么作用？”让学生思考并回答。

二、知识讲解（20分钟）1.生物膜的定义：生物膜指的是由脂质、蛋白质、糖类等多种生物分子组成的细胞膜结构，广泛存在于生物体的各种细胞和组织中。

2.生物膜的结构与组成：a.磷脂双分子层：生物膜的主要组成成分是磷脂，由两层磷脂分子构成。

磷脂分子的疏水性头部与亲水性尾部形成双分子层结构。

b.蛋白质：生物膜中含有不同类型的蛋白质，包括通道蛋白、受体蛋白、酶等。

这些蛋白质能够在生物膜上发挥各种功能。

c.糖类：一部分生物膜表面的磷脂分子上结合有糖类，形成糖脂双分子层，起到保护细胞、识别和结合外来物质等作用。

三、生物膜的功能（30分钟）1.物质运输：生物膜能够通过对物质的选择性通透性，控制细胞内外物质的交换和传递。

比如细胞膜上的离子通道能够调节离子的进出，细胞膜上的转运蛋白能够主动转运物质。

2.细胞识别与结合：生物膜上的糖类能够参与细胞识别和结合，与其他细胞或分子相互作用。

这种相互作用能够介导细胞的黏附、移动、分化等过程。

3.信号传导：多种信号分子能够与生物膜上的受体蛋白结合，通过生物膜的传导作用，进一步传递信号并引起细胞内的生物学效应。

4.维持细胞形态和结构：生物膜的完整性和稳定性对于细胞形态和结构的维持非常重要。

四、案例分析（20分钟）以相关的案例和实验结果为例，让学生分析和讨论生物膜在细胞中的具体作用。

比如，生物膜的组成和结构对于细胞内物质运输的调节、信号传导等过程的影响。

五、小结与拓展（10分钟）通过对本节课的学习，对生物膜的结构与功能进行一个简要的总结，并展示扩展知识，比如其他膜相关的知识和实验研究进展。

主动转运（active transport）:一种转运方式，通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白，然后被转运过膜，但与被动转运方式相反转运是逆着浓度梯度方向进行的，所以主动转运需要能量来驱动。

在原发主动转运过程中，能源可以是光、ATP或电子传递。

而第二级主动转运是在离子浓度梯度驱动下进行的。

协同运送(cotransport)：两种不同溶质跨膜的耦联转运。

可以通过一个转运蛋白进行同一方向（同向转运）或反方向（反向转运）转运。

胞吞（作用）（endocytosis）：物质被质膜吞入并以膜衍生出的脂囊泡形式（物质在囊泡内）并被带入到细胞内的过程。

胞吐（作用）（exocytosis）：确定要分泌的物质被包裹在脂囊泡内，该囊泡与质膜融合，然后将物质释放到细胞外空间的过程。

被动转运（passive transport）：也称之易化扩散（facilitated diffusion）。

是一种转运方式，通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白，然后被转运过膜，但转运是沿着浓度梯度下降方向进行，所以被动转运不需要能量支持。

通道蛋白（channel proteins）:是一种带有中央水相通道的内在膜蛋白，它可以使大小合适的离子和分子从膜的任一方向穿过膜。

通透系数（permeability coefficient）:是离子或小分子扩散过脂双层膜能力的一种量度。

流体镶嵌模型(fluid mosaic model)：针对生物膜的结构提出的一种模型。

在这个模型中，生物膜被描述成镶嵌有蛋白质的流体脂双层，脂双层在结构和功能上都表现出不对称性。

有的蛋白质"镶"在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。

另外脂和膜蛋白都可以进行横向扩散。

外周膜蛋白（peripheral membrane proteins）：通过与膜脂的极性头部或内在膜蛋白的离子相互作用和形成氢键与膜的内、外表面弱结合的膜蛋白。

膜蛋白一旦从膜上释放出来，通常都是水溶性的。

生物膜名词解释生物化学生物膜在生物化学领域中扮演着重要的角色，它们是由双层脂质分子组成的疏水屏障，包围着细胞和细胞器。

这些膜不仅起到了保护和结构支持的作用，还参与了细胞内外物质的运输和信号传导等生命活动过程。

首先，生物膜由脂质分子组成。

脂质是一类由亲水头部和疏水烃尾部组成的分子，这种分子结构决定了脂质分子在水溶液中会自组装形成双层结构。

生物膜中的磷脂是最常见的脂质分子，其双层结构具有稳定性和选择性渗透性，能够限制物质的自由通过。

其次，生物膜形成了细胞和细胞器的外部界限。

在细胞内部，细胞膜分隔出细胞质与外界环境，起到了保护细胞内生物活性物质不被外界物质侵扰的作用。

而细胞器膜则起到了将细胞内各个功能区隔离开的作用，确保细胞内化学反应的高效进行。

生物膜还参与了细胞内外物质的运输。

细胞膜上存在着许多不同的蛋白通道和载体蛋白，它们可以控制物质的进出。

这些通道和载体蛋白具有选择性，通过调节打开和关闭的方式来实现物质的有序运输。

而细胞器膜上的通道和转运蛋白则参与了细胞器之间物质的交换和共享。

此外，生物膜还是细胞内外信号的传递介质。

细胞膜上存在着许多受体蛋白，当外界信号分子与这些受体结合时，会触发一系列的信号转导过程，从而调控细胞内的生物化学反应。

这种信号传导机制在细胞内外环境的感知和细胞功能的调节中起到了至关重要的作用。

综上所述，生物膜在生物化学中扮演着重要的角色。

通过构建疏水屏障、限制物质的自由通过、参与物质的运输和信号传导等功能，生物膜保证了细胞和细胞器的正常功能和稳定运作。

对于研究生命活动以及药物开发等领域来说，深入理解和研究生物膜的结构与功能将具有重要意义。