第5章 生物膜5.4
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环境生物化学基础生物膜课件
05
生物膜的研究展望
生物膜的深入研究价值
揭示生物膜的结构和功能
深入了解生物膜的结构和功能，有助于揭示细胞生命活动的本质 和规律。
探索生物膜相关疾病机制
研究生物膜与疾病的关系，有助于发现新的疾病诊断和治疗手段。
生物膜与药物研发
生物膜是药物吸收、分布、代谢和排泄的重要通道，研究生物膜有 助于药物设计和优化。
生物膜通过自身的结构和功能适应环境变化，如 01 温度、湿度、光照等。
生物膜能够影响周围环境的物质循环和能量流动 02 ，如参与水体自净、土壤养分循环等。
生物膜在环境中的存在和活动，可能对生态系统 03 稳定性和生态平衡产生影响。
环境因素对生物膜的影响
环境中的物理、化学和生物因子，如污染物、pH 值、溶解氧等，对生物膜的生长、代谢和分布具 有重要影响。
生物膜的结构与组成
磷脂双分子层
构成生物膜的基本骨架，具有流动性。
膜内在蛋白
镶嵌在磷脂双分子层中，具有酶活性或参 与形成通道、载体等功能。
跨膜蛋白
贯穿磷脂双分子层，具有物质转运和信号 转导的功能。
糖类
与蛋白质或脂质结合，参与细胞识别和信 息传递。
生物膜的功能与作用
物质转运
生物膜通过主动运输 、被动运输等方式， 控制物质进出细胞。
环境因素的变化可能导致生物膜的结构和功能发 生改变，从而影响其在环境中的作用。
生物膜在环境保护中的应用
生物膜可用于环境污染治 理，如水体净化、土壤修 复等。
生物膜能够吸收和降解环 境中的有机污染物，将其 转化为无害或低毒性的物 质。
生物膜在生态工程中也有 广泛应用，如湿地修复、 生态河道建设等。
生物膜的代谢产物，如抗 菌物质、酶等，可用于生 物农药、生物催化剂等领 域。
生物化学—生物膜课件
质膜与ATP的合成与分解
01
质膜的结构与功能
质膜是细胞膜的另一个重要组成部分，它包围了整个细胞 并与其他细胞器膜相连。质膜主要由磷脂分子和蛋白质组 成，具有选择通透性，能够控制分子和离子的进出细胞。
02 03
ATP在质膜中的合成与分解
质膜中存在着ATP合成酶和ATP水解酶，分别参与ATP的 合成和分解过程。在合成过程中，质子泵通过质膜将质子 泵出或泵入细胞，产生的能量用于合成ATP。在分解过程 中，ATP水解酶利用ATP中的特殊化学能将其分解为ADP 和磷酸根离子。
是细胞表面的一层薄膜，是细胞与外 界环境之间的界面，对细胞起着保护 和调节作用。
生物膜的结构与组成
磷脂双分子层
构成生物膜的基本骨架，具有流动性。
蛋白质
镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中，具有多种功 能。
糖类
与蛋白质结合形成糖蛋白，参与细胞识别等 。
生物膜的功能与作用
物质运输
生物膜可控制物质进出细胞，如主动运输、 被动运输等。
显微观察
通过光学显微镜或电子显微镜观察生物膜的超微结构，了解膜的厚度、颗粒大小及排列等特征。
生物膜的提取与纯化技术
提取
采用适当的溶剂或缓冲液将生物膜从细胞或其他生物材料中分离出来。
纯化
通过一系列分离纯化技术，如离心、超滤、凝胶电泳等，去除杂质，获得纯度较高的生 物膜。
生物膜的电生理技术
膜片钳技术
生物膜在能量转换中的作用
生物膜在能量转换中起着至关重要的作用。质膜通过控制 质子的泵入和泵出来调节ATP的合成与分解，确保能量的 高效利用和细胞的正常代谢活动。同时，生物膜还参与了 其他多种细胞活动，如物质的跨膜运输、信号转导和细胞 分化等。
05
生物化学 第五章 生物膜.
水两部 分组成。其中磷酸基团及其连接的胆碱、 乙醇胺、丝氨酸等构成该分子的亲水头部， 而两条较长的脂酰链为其疏水的尾部。这 一特征决定了它们在生物膜中的双分子排 列（脂双层结构）。 生物膜的骨架对膜起支撑作用，在信号转导 过程中还起重要作用。
2、鞘磷脂 组成：基本骨架是鞘氨醇：十八碳二元醇 鞘脂与甘油磷脂在结构上均含有一个亲水的 头部和两个疏水的尾部（见图5-2），但鞘 脂中含有鞘氨醇而不含甘油。 作用：信号分子，而且鞘脂还参与膜的运输、 离子通道的调节等很多重要过程。
二、目前对生物膜结构的认识 （一）脂质双分子层是生物膜的基本结构 实验发现当两性的脂质与水混合时，其亲水 的头部与水相接触，疏水的尾部则尽可能相 互靠近，而将水从其邻近部位排除，从而自 动形成3种不同类型的脂质聚合体，即微团、 双分子层结构及脂质体（图5-10）。
1、微团
微团是疏水部位在内而亲水部位朝向外侧
图5-10 两性脂质在水中的聚集
（二）膜蛋白在脂质双分子层中的分布
细胞中大约有2025%左右的蛋白质是与 膜结构相联系的。根据膜蛋白与膜脂的相 互作用方式及其在膜中排列部位的不同， 可以将其分为两大类： 外周蛋白、内在蛋白。
第一节 生物膜的化学组成 主要由蛋白质和脂质两大类物质组成，此外 还有糖、水和金属离子等。 每一种生物膜都具有其特征的蛋白质和脂质， 不同种类的生物膜其蛋白质和脂质的组成比 例不同，一般来说，功能越复杂的膜，蛋白 质所占的比例越大，且种类越多；而功能越 简单特化的膜，蛋白质的含量和种类越少。
一、膜脂 生物膜中的脂质主要分三类： 磷脂、 糖脂、 固醇。
三、糖类 生物膜中的糖类大多数与膜蛋白结合，少数 与膜脂结合。这些糖蛋白和糖脂复合物在质 膜上很丰富，而且其中的糖类均暴露在细胞 外表面。糖蛋白复合物中寡糖链伸向膜的外 表面，由于单糖间结合方式、排列顺序、种 类、数量及分支不同，形成了各种细胞表面 的特异天线，细胞之间可借此互相识别并交 换信息，还可以接受外来的化学信号（图55）。但这些复合物很少存在于内膜系统如 线粒体膜、叶绿体膜等。
2、鞘磷脂 组成：基本骨架是鞘氨醇：十八碳二元醇 鞘脂与甘油磷脂在结构上均含有一个亲水的 头部和两个疏水的尾部（见图5-2），但鞘 脂中含有鞘氨醇而不含甘油。 作用：信号分子，而且鞘脂还参与膜的运输、 离子通道的调节等很多重要过程。
二、目前对生物膜结构的认识 （一）脂质双分子层是生物膜的基本结构 实验发现当两性的脂质与水混合时，其亲水 的头部与水相接触，疏水的尾部则尽可能相 互靠近，而将水从其邻近部位排除，从而自 动形成3种不同类型的脂质聚合体，即微团、 双分子层结构及脂质体（图5-10）。
1、微团
微团是疏水部位在内而亲水部位朝向外侧
图5-10 两性脂质在水中的聚集
（二）膜蛋白在脂质双分子层中的分布
细胞中大约有2025%左右的蛋白质是与 膜结构相联系的。根据膜蛋白与膜脂的相 互作用方式及其在膜中排列部位的不同， 可以将其分为两大类： 外周蛋白、内在蛋白。
第一节 生物膜的化学组成 主要由蛋白质和脂质两大类物质组成，此外 还有糖、水和金属离子等。 每一种生物膜都具有其特征的蛋白质和脂质， 不同种类的生物膜其蛋白质和脂质的组成比 例不同，一般来说，功能越复杂的膜，蛋白 质所占的比例越大，且种类越多；而功能越 简单特化的膜，蛋白质的含量和种类越少。
一、膜脂 生物膜中的脂质主要分三类： 磷脂、 糖脂、 固醇。
三、糖类 生物膜中的糖类大多数与膜蛋白结合，少数 与膜脂结合。这些糖蛋白和糖脂复合物在质 膜上很丰富，而且其中的糖类均暴露在细胞 外表面。糖蛋白复合物中寡糖链伸向膜的外 表面，由于单糖间结合方式、排列顺序、种 类、数量及分支不同，形成了各种细胞表面 的特异天线，细胞之间可借此互相识别并交 换信息，还可以接受外来的化学信号（图55）。但这些复合物很少存在于内膜系统如 线粒体膜、叶绿体膜等。
第五章 脂类和生物膜
功能：选择性透过物质运输通道，信息识别受体。
以非共价键结合
静电力结合
Pr分子末端片段插入膜中
以单一a螺旋跨膜
以多段a螺旋跨膜
通过共价键结合的脂插膜
（三）糖类
质膜：糖类占质膜2-10%，大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。 内膜系统
分布于质膜表面的糖残基形成一层多糖-蛋白质复合物（细胞外壳-糖萼）
糖蛋白功能：糖蛋白与大多数细胞的表面行为有关，细胞与周围环境的 相互作用都涉及到糖蛋白，在接受外界信息及细胞间相互识别方面有重 要作用。 二、生物膜的分子结构 （一）生物膜中的分子作用力 1、静电力：一切极性和带电基团之间，相互吸引或排斥 2、疏水作用：对维持膜结构起主要作用 3、范德华力：使膜中分子彼此靠近，在膜结构中也很重要。
四、脂质过氧化作用对机体的损伤 1、中间产物自由基导致蛋白质分子的聚合 2、脂质过氧化终产物可与蛋白质的氨基发生作用导致多肽 链的链内交联和链间交联。被修饰了的蛋白质和酶失去生 物活性，导致代谢异常。 3、脂质过氧化对膜的伤害 脂质过氧化的直接结果是不饱和脂肪酸减少，膜脂的 流动性降低。 4、脂质过氧化和动脉粥样硬化 5、脂质过氧化和衰老 老年斑、老年色素、脂褐素、黑色素
（二）膜蛋白 20-25%蛋白质与膜结构相联系，根据在膜上的定 位可分为膜周边蛋白质和膜内在蛋白质。 1、膜周边蛋白质（占膜蛋白的20-30%—外周蛋白 分布于膜的脂双层表面，通过静电力或非共价键与 其它膜蛋白相互作用连接到膜上，膜周边蛋白易于 分离，改变离子强度或金属螯合剂可提取，这类蛋 白质溶于水。 2、膜内在蛋白质（占膜蛋白的70-80%）
②协助扩散—溶质在顺浓度梯度扩散时，依赖于特定载体。 这些载体主要是镶嵌在膜上的多肽或蛋白质，属于透性酶 系，通过载体构象的变化完成运输，如：红细胞膜对葡萄 糖的运输。 两者的区别：协助扩散具有明显的饱和效应。 （二）主动运输（运送） 定义：凡物质逆浓度梯度的运输过程。 特点：①专一性（有的细胞膜只能运输氨基酸,不能运输葡 萄糖）；②运输速度可达到饱和状态（需载体蛋白）；③ 方向性（细胞总是向外运输Na+，向内运输K+以维持正常的 生理功能）④选择性抑制（乌本苷抑制Na+向外运输，根皮 苷抑制肾细胞对G的运输）⑤需提供能量 主动运输过程发生需要两个体系：一是参与运输的传递体、 二是酶系组成的能量传递系统。
细胞生物学-第五章-内膜系统
Günter Blobel
2021/4/9
Blobel with members of his laboratory 23
“信号假说”（signal hypothesis）
信号肽(signal peptide)：新合成的蛋白质分子N端含 有一段由15~30个疏水性氨基酸残基组成的特殊序列， 该序列就是蛋白质分选信号，又称信号肽。
15
（二）滑面内质网 SER在细胞中通常多呈分支管状或小泡状。 SER只占内质网的很少的部分，只有在一些
特化的细胞中才具有丰富的SER，同时也承担特 殊的功能。例如，骨骼肌细胞中分布大量的肌 质网，这是特化的SER。
2021/4/9
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SER
2021/4/9
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四、内质网的功能（掌握）
第五章 内膜系统
第一节 内质网 第二节 高尔基体 第三节 溶酶体 第四节 过氧化物酶体
2021/4/9
1
✓概念：内膜系统(internal membrane system) 是指位于细胞内那些在结构、功能乃至发生上 具有一定联系的膜性结构，其中包括细胞组分 中的核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧 化物酶体及液泡。
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2．蛋白质的运输
① 分泌型蛋白或溶酶体蛋白：出芽方式 ② 膜镶嵌蛋白质的运输方式
在合成多肽链的同时，便直接与内质网组合，形成了 膜镶嵌蛋白；
将合成的多肽链注入内质网腔中，然后组合到膜中。
③ 可溶性蛋白质直接转入细胞质中
2021/4/9
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3．蛋白质的修饰
✓特点：内膜系统是真核细胞特有的结构。它 们在结构和功能上是统一的整体，是细胞内蛋 白质、酶类、脂类和糖类合成的场所，也具有 包装和运输合成物与分泌产物的功能。
生物化学第五章 生物膜
2.主动运输：是物质从低浓度的一侧跨膜转运 到高浓度的一侧，即逆浓度梯度的转运过程。 主动运输是一个需要能量和依赖于转运蛋白的 过程。
其中包括了Na离子和K离子的运输，以及糖和 氨基酸的运输。
（二）大分子物质的跨膜运输 1.外排作用 2.内吞作用 （1）吞噬作用 （2）胞饮作用 （3）受体介导的内吞作用
二.能量转换 三.信号转导
1.离子通道受体介导的信号转导 2.受体酶介导的信号转导 3.G蛋白偶联受体介导的信号转导 4.核受体介导的信号转导
四.细胞识别
谢谢
ห้องสมุดไป่ตู้
第五章 生物膜
第三节 生物膜的功能
by 黎学友 彭友幸
生物膜的功能：
1.物质运输 2.能量转换 3.信号转导 4.细胞识别
一.物质的运输
（一）小分子物质的跨膜运输
1.被动运输：是物质从高浓度的一侧跨膜转运 到低浓度的一侧，即顺浓度梯度的转运过程。 不需要消耗代谢能的运输方式。
被动运输又可分为简单扩散和协助扩散。其中 简单扩散不用借助载体运输，而协助扩散则需 要特异的膜蛋白。
生物化学 第五章 生物膜
(2) 嵌 入 蛋 白
这类蛋白被紧密连 在膜上，并且不易溶 于水。主要靠疏水作 用通过某些非极性氨 基酸残基与膜脂疏水 部分相结合。 只有用破坏膜结构 的试剂，如有机溶剂 （氯仿）、超声波、 或去污剂（TritonX100）、SDS才能把它 们从膜中提取出来。
1998,美国MacKinnan 实验室获得链霉菌 倒锥形跨膜K+通道的 晶体。
4个亚单位，每个亚单位 包括两段跨膜螺旋。
K+半径=0.133nm Na+半径=0.093nm
膜锚蛋白
内在蛋白的一 种特殊形式
有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，他们以共价键 与脂质、脂酰链或通过糖分子间接与脂质相结合并通过 他们的疏水部分插入到膜内，这种形式的内在蛋白称为 膜锚蛋白。
3. 糖类
影响膜脂流动性的因素
A.磷脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和程度： 链越短,不饱和程度越高,流动性越大. B.胆固醇的含量：胆固醇对膜脂流动性有一定 的调控作用,
在相变温度以上，胆固醇的闭合环状结构干扰了 脂酰链的旋转异构化运动，因此降低膜的流动性， 在相变温度以下，阻止脂酰链的有序排列，降低 相变温度，保持膜的流动性。
鞘磷脂
H H O CH3 H3C-(CH2)12-C C- C- C- CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 H OH N-H OCH3 鞘氨醇 O C 胆碱鞘磷脂 R1
鞘氨醇作骨架 分子中有亲水的磷酸化的头部（胆碱或乙醇胺）和
疏水的两个碳氢链，其中一条来自鞘氨醇，另一条 来自脂肪酸。脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。
双半乳糖甘油二酯
③固 醇
又名甾醇，也是一类 重要的膜脂。 动物膜固醇主要是胆 固醇，植物主要有豆 固醇、谷固醇等，许 多真菌以麦角固醇为 主。
细胞生物学4-5章
《细胞生物学》第四章——第五章一. 名词解释1．生物膜2．细胞质膜3．脂质体4．外在膜蛋白5．脂锚定膜蛋白6．内在膜蛋白7．去垢剂8．细胞外表面9．原生质表面10．原生质小页断裂面11．膜骨架12．红细胞影（血影）13．细胞运输14．胞内运输15．跨细胞运输16．通道蛋白17．被动运输18．简单扩散19．协助扩散20．水孔蛋白21．主动运输22．ATP驱动泵23．光驱动泵24．钙泵25．ABC超家族26．协同转运27．胞饮作用28．吞噬作用29．胞吐作用二．填空1．S.J.Singer和G.Nicolson于1972年提出了生物膜的____________，最近，有人提出_________对其进行补充。
2．膜脂是生物膜的基本组成成分，主要包括磷脂、_________和________三种类型，其中磷脂可分为两类：_________和__________.3．一般情况下，膜脂分子的热运动中_________极少发生，但其在细胞某些_______中发生的频率很高，特别是在_________上，新合成的磷脂分子经过几分钟后，将有半数从脂双层的一侧通过__________转位到另一侧，但这一过程需要特殊的__________协助完成。
4．膜蛋白可分为三种基本类型：_________、________、_________，其中与膜结合比较紧密的为：____________，只有用去垢剂使膜崩解才可分离出来。
5．去垢剂是分离与研究膜蛋白的常用试剂，有______________和____________两类。
____________对蛋白质的作用比较温和。
常用的去垢剂有______________、_____________。
6．膜脂的活动性主要指分子的________运动，它在很大程度上是有脂分子本身的性质决定的。
一般来说，脂肪酸链________，不饱和程度________，膜脂的流动性越大。
温度对膜脂的运动有明显的影响，各种膜脂都具有其不同的__________。
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%
2022/9/24
9
磷脂的两性结构
2022/9/24
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
2022/9/24
8
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）
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）
第五章生物膜
天冬酰氨残基
② 糖和氨基酸的主动运输 依赖离子或氢离子贮存的能量， 依赖离子或氢离子贮存的能量，这种运输并伴随着离子 的一同运输，叫协同运输。 的一同运输，叫协同运输。
二、膜泡运输
胞内物质被膜包裹 形成小泡 ， 移动到 质膜并融合， 排除。 质膜并融合 ， 排除 。
从外界摄入大分子或 颗粒， 颗粒，被质膜 内陷包 起来，脱落， 起来，脱落，并释放
免疫功能： 免疫功能：
① ② ③ 细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体 专一性的抗原受体， 细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体，当抗原受 体被抗原激活后，即产生相应的抗体。 体被抗原激活后，即产生相应的抗体。 抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等） 抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）结合并 吞噬消灭。 吞噬消灭。 另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能， 另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够识பைடு நூலகம்外源 物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。 ），并能将这些外源物质吞噬消灭 物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。
膜锚蛋白：某些蛋白通过与聚糖链 聚糖链共价结 膜锚蛋白：某些蛋白通过与聚糖链共价结 合直接被链在膜磷脂酰肌醇分子上， 膜磷脂酰肌醇分子上 合直接被链在膜磷脂酰肌醇分子上，将蛋 白锚在细胞膜上，这种形式的外周蛋白叫 白锚在细胞膜上， 膜锚蛋白。 膜锚蛋白。
糖的还原端糖苷键
糖的非还原端磷 酸二酯键
羟基 乙胺
二、生物膜的理化性质 1 生物膜的不对称性
双分子层两侧脂种类和含量不同 膜蛋白在膜的分布不同
2 生物膜的流动性：膜脂的流动性、膜蛋白 生物膜的流动性：膜脂的流动性、
② 糖和氨基酸的主动运输 依赖离子或氢离子贮存的能量， 依赖离子或氢离子贮存的能量，这种运输并伴随着离子 的一同运输，叫协同运输。 的一同运输，叫协同运输。
二、膜泡运输
胞内物质被膜包裹 形成小泡 ， 移动到 质膜并融合， 排除。 质膜并融合 ， 排除 。
从外界摄入大分子或 颗粒， 颗粒，被质膜 内陷包 起来，脱落， 起来，脱落，并释放
免疫功能： 免疫功能：
① ② ③ 细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体 专一性的抗原受体， 细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体，当抗原受 体被抗原激活后，即产生相应的抗体。 体被抗原激活后，即产生相应的抗体。 抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等） 抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）结合并 吞噬消灭。 吞噬消灭。 另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能， 另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够识பைடு நூலகம்外源 物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。 ），并能将这些外源物质吞噬消灭 物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。
膜锚蛋白：某些蛋白通过与聚糖链 聚糖链共价结 膜锚蛋白：某些蛋白通过与聚糖链共价结 合直接被链在膜磷脂酰肌醇分子上， 膜磷脂酰肌醇分子上 合直接被链在膜磷脂酰肌醇分子上，将蛋 白锚在细胞膜上，这种形式的外周蛋白叫 白锚在细胞膜上， 膜锚蛋白。 膜锚蛋白。
糖的还原端糖苷键
糖的非还原端磷 酸二酯键
羟基 乙胺
二、生物膜的理化性质 1 生物膜的不对称性
双分子层两侧脂种类和含量不同 膜蛋白在膜的分布不同
2 生物膜的流动性：膜脂的流动性、膜蛋白 生物膜的流动性：膜脂的流动性、
第五章生物膜法
生物滤池
1、池体 在20世纪30、40年代以前，生物滤池的池体 多为方形或矩形；在出现了旋转布水器之后， 则大多数的生物滤池均采用圆形池体，主要是 便于运行；高负荷生物滤池通常是圆形； 池壁可有孔洞或不带孔洞的两种：有孔洞的池 壁有利于滤料的内部通风，但在冬季易受低气 温的影响； 一般要求池壁高于滤料0.5m；在寒冷地区， 有时需要考虑防冻、采暖、或防蝇等措施。
生物膜构造
附着水层 有机物氧化 生物膜吸附 有机物氧化分解 同化合成
生物膜更新
(1) 厌氧膜的出现： ① 生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将 转变为厌氧状态； ② 成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成； ③ 好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。 (2) 厌氧膜的加厚： ① 厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的 平衡被破坏； ② 气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附 着能力； ③ 成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。
生物滤池
生物滤池的基本原理 生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污 水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物 处理法；首先于1893年在英国试验成功， 从1900年开始应用于废水处理中；污水长 时间以滴状形式，喷洒在块状填料层的表 面形成生物膜----栖息生物膜的微生物以污 水中有机物作为营养----污水净化 主要有以下几种形式：普通生物滤池、高 负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物 滤池等。
生物膜处理工艺的特点
生物膜和活性污泥中出现的微生物在类型、种属和数量的比较
微生物种类 活性污泥 生物膜法 细菌 ++++ ++++ 轮虫 + +++ 真菌 ++ +++ 线虫 + ++ 藻类 ++ 寡毛虫 ++ 鞭毛虫 ++ +++ 其它后生动物 + 肉足虫 ++ +++ 昆虫类 ++ 纤毛虫 ++++ ++++
5章脂质和生物膜全解
五、磷脂
（一）甘油磷脂的结构
甘油磷脂是由sn-甘油-3-磷酸衍生而来的,甘油 骨架的C1和C2被脂肪酸酯化,胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、肌醇、甘油、磷脂磷脂酰甘油等极性 头与磷酸连接。
(二)甘油磷脂的一般性质
★属于两亲分子，在水中能形成 双分子微囊，可构成生物膜。 ★用碱或酶可水解成脂肪酸、甘 油和含氮碱，酶水解的一些中间 物如溶血甘油磷脂是强表面活性 剂，可使细胞膜溶解。
血浆脂蛋白的功能
★乳糜微粒由小肠上皮细胞合成，主要功能是从小肠 转运三酰甘油、胆固醇基其它脂质到血浆和其他组织； ★ VLDL在肝细胞的内质网中合成，主要功能是从肝 脏运在内源性三酰甘油和胆固醇至各组织； ★ LDL的主要功能是转运胆固醇至外围组织，并调 节这些部位胆固醇的从头合成； ★ HDL新生的前体形式在肝和小肠中合成，改型中 吸收死细胞和其它脂蛋白，将胆固醇酯化后快速往复 地转送到VLDL或LDL； ★血浆中LDL水平高而HDL水平低的个体容易患心血 管疾病。
（六）类二十碳烷
类二十碳烷是由20碳PUFA衍生而成的，包括前列腺素、 凝血恶烷和白三烯合成的前体主要是花生四烯酸。 前列腺素存在广泛，种类较多，不同的前列腺素或同一前 列腺素作用于不同的细胞，产生不同的生理效应，如升高体温， 促进炎症，控制跨膜转运，调整突触传递，诱导睡眠，扩张血 管等。 凝血恶烷最早从血小板分离获得，能引起动脉收缩，诱发 血小板聚集，促进血拴形成。 白三烯最早从白细胞分离获得，能促进趋化性，炎症和变 态反应。 阿司匹林消炎、镇痛、退热的原因是抑制前列腺素的合成， 前列腺素也抑制凝血恶烷合成，因而有抗凝血作用。
(二) 类固醇
由环戊烷多氢菲为基础的化合物，分子为扁平状，平面上的取 代基直立较稳定，但也有平伏状的。
五章节生物膜结构与功能
Na+- K+- ATPase的作用模型
1
细胞外
2
细胞质
ATP ADP
3
6
4
5
细胞外 脂双层
细胞内
葡萄糖的协同运送系统
细胞外 细菌膜
细胞质
糖
磷酸转换酶系统
PEP 丙酮酸
糖磷酸
细菌中糖通过基团运送的主动运送
糖的基团转运机制
细胞膜上HCO3-和Cl-的交换
带3蛋白在红细胞膜 上可能分布示意图
X=
双磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol )
X=
磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine )
X=
磷脂酰肌醇 (Phosphatidylinositol )
鞘氨醇、神经磷脂和鞘Leabharlann 脂结构磷酸胆
鞘氨醇(Sphingosine )
碱
脂肪酸 部分
神经酰胺(Ceramide )
发绿光荧光素 标记的小鼠细 胞膜蛋白抗体
发红光硷性蕊香 红标记的人细胞 膜蛋白抗体
通过细胞膜融合证明膜蛋白运动示意图
Na+-K+-ATPase
增溶的膜蛋白
去污剂微囊
Na+-K+- ATPase 的体外重建
脂-去污剂微囊
透析 去污剂微囊
纯化
纯化的膜蛋白
外加的磷脂
Na+-K+-ATPase 在脂质体上重建
Singer&Nicolson流体镶嵌模型
人红细胞膜主要磷脂在膜内、外两层的分布
50
占 25 总 量 的 百 分 比
25
膜脂总量
外层 鞘磷脂
磷脂酰胆碱
5脂质和生物膜
第五章 脂质和生物膜
概述 脂肪 脂肪酸 磷脂 鞘脂类 类固醇 生物膜
脂质概述
一、脂质的定义：脂质（lipid）亦译为脂类或类脂是 脂质的定义：脂质（lipid） 一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。 一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化 学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸。 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 脂类的元素组成主要是C O,有些尚含N P。 脂类的元素组成主要是C H O,有些尚含N S P。 二、脂质的分类 脂质的分类 单纯（简单）脂质：是由脂肪酸和醇形成的酯， 包括脂肪和蜡。其中脂肪就是甘油三酯 复合脂质：除含有脂肪酸和醇基团以外，还含有一 些非脂成分，如甘油磷脂、鞘磷脂异戊二烯类脂 衍生脂质：上述脂质的衍生物，如固醇及其衍生物。
第二节 物 膜 六、生 生物膜
（一）细胞中的膜系统 生物膜的概念 生物膜是构成细胞所有膜的总称，包 括围在细胞质外围的质膜和细胞器的内膜（细胞核 膜、线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基体膜） 系统。电镜下表现出大体相同的形态、厚度6~9nm左 右的3片层结构。
（二）膜的化学组成 1.膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。当磷脂分 膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。 膜脂 散于水相时，可形成脂质体 微团）。 脂质体（ 散于水相时，可形成脂质体（微团）。 2.膜蛋白：内在（内嵌）蛋白、外在（外周）蛋白 膜蛋白： 膜蛋白 内在（内嵌）蛋白、外在（外周） 3.膜糖类 膜糖类 4.金属离子 水 金属离子
二、脂肪酸
2.按照碳原子数目 脂肪酸 奇数脂肪酸
偶数脂肪酸：但天然的脂肪酸绝大多数为偶数脂肪 酸。软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）。 3.按照双键数目 单不饱和脂肪酸：油酸 脂肪酸 多不饱和脂肪酸：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸 4.按照营养价值 必需脂肪酸：在人体内（或其它高等动物）不能 自已合成，可是人体又需要它，因此必须从食物 脂肪酸 中获取。亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。 非必需脂肪酸：能够自身合成饱和及单不饱和 脂肪酸。饱和脂肪酸、油酸。
概述 脂肪 脂肪酸 磷脂 鞘脂类 类固醇 生物膜
脂质概述
一、脂质的定义：脂质（lipid）亦译为脂类或类脂是 脂质的定义：脂质（lipid） 一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。 一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化 学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸。 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 脂类的元素组成主要是C O,有些尚含N P。 脂类的元素组成主要是C H O,有些尚含N S P。 二、脂质的分类 脂质的分类 单纯（简单）脂质：是由脂肪酸和醇形成的酯， 包括脂肪和蜡。其中脂肪就是甘油三酯 复合脂质：除含有脂肪酸和醇基团以外，还含有一 些非脂成分，如甘油磷脂、鞘磷脂异戊二烯类脂 衍生脂质：上述脂质的衍生物，如固醇及其衍生物。
第二节 物 膜 六、生 生物膜
（一）细胞中的膜系统 生物膜的概念 生物膜是构成细胞所有膜的总称，包 括围在细胞质外围的质膜和细胞器的内膜（细胞核 膜、线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基体膜） 系统。电镜下表现出大体相同的形态、厚度6~9nm左 右的3片层结构。
（二）膜的化学组成 1.膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。当磷脂分 膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。 膜脂 散于水相时，可形成脂质体 微团）。 脂质体（ 散于水相时，可形成脂质体（微团）。 2.膜蛋白：内在（内嵌）蛋白、外在（外周）蛋白 膜蛋白： 膜蛋白 内在（内嵌）蛋白、外在（外周） 3.膜糖类 膜糖类 4.金属离子 水 金属离子
二、脂肪酸
2.按照碳原子数目 脂肪酸 奇数脂肪酸
偶数脂肪酸：但天然的脂肪酸绝大多数为偶数脂肪 酸。软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）。 3.按照双键数目 单不饱和脂肪酸：油酸 脂肪酸 多不饱和脂肪酸：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸 4.按照营养价值 必需脂肪酸：在人体内（或其它高等动物）不能 自已合成，可是人体又需要它，因此必须从食物 脂肪酸 中获取。亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。 非必需脂肪酸：能够自身合成饱和及单不饱和 脂肪酸。饱和脂肪酸、油酸。
水污染控制工程课件 第5章 生物膜法
第五章 污水的好氧生物处理（二）
生物膜法
§5.1 概述
生物膜法：是与活性污泥法并列的一种污水的好氧生物处
理技术，这种处理方法的实质是使细菌和菌类一类微生物如原 生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生 长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥——生物膜。污水与生物 膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质被生物膜上的微 生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁殖。一般， 这个过程所需的氧气直接来自大气。 生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上 发展起来的人工生物处理技术，是对上述过程的强化。
3）生物膜内生物体的分布不均匀，且孔隙率和密度分布也是不均匀的。细胞簇间的空间
形成了竖直方向和水平方向的孔隙，竖直方向形成孔，水平方向形成沟。传质过程复杂， 单一参数（如有效扩散系数）来描述基质、电子受体等在生物膜内的传质是不充分的。
4）生物膜内存在物种的竞争，生物膜的外部以活性生物体为主，内部以生物体残骸为主。
滤床
滤床：是普通生物滤池的主体，是微生物生长栖息的场所，上面铺有滤料。理
想的滤料应有以下几个特征：表面积大、孔隙率大、生物不能分解，也不能抑制
生物生长、有较好的化学稳定性、有一定机械强度、抗冰冻、价格低廉，适合就
地取材。
以前一般采用碎石、卵石、炉
渣、焦炭等实心拳状无机滤料。
现在已经广泛使用由聚氯乙烯、
一般规定：
1. 普通生物滤池的个数或分格数不应少于2个，并按同时工作设计，设计 流量按平均日污水流量计算，当处理对象为生活污水时，BOD5的容积 负荷可按表所列数据选用，水力负荷为0.9－3.7m3／(m2d)。对于工业 废水应通过实验来确定。普通生物滤池的计算公式见下页表。
2. 池壁高度比滤料表面层高出0.5－0.9m，用以挡风，保证布水均匀。 3. 池底四周开设通风孔，其总面积不小于滤池表面积的1％。
生物膜法
§5.1 概述
生物膜法：是与活性污泥法并列的一种污水的好氧生物处
理技术，这种处理方法的实质是使细菌和菌类一类微生物如原 生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生 长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥——生物膜。污水与生物 膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质被生物膜上的微 生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁殖。一般， 这个过程所需的氧气直接来自大气。 生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上 发展起来的人工生物处理技术，是对上述过程的强化。
3）生物膜内生物体的分布不均匀，且孔隙率和密度分布也是不均匀的。细胞簇间的空间
形成了竖直方向和水平方向的孔隙，竖直方向形成孔，水平方向形成沟。传质过程复杂， 单一参数（如有效扩散系数）来描述基质、电子受体等在生物膜内的传质是不充分的。
4）生物膜内存在物种的竞争，生物膜的外部以活性生物体为主，内部以生物体残骸为主。
滤床
滤床：是普通生物滤池的主体，是微生物生长栖息的场所，上面铺有滤料。理
想的滤料应有以下几个特征：表面积大、孔隙率大、生物不能分解，也不能抑制
生物生长、有较好的化学稳定性、有一定机械强度、抗冰冻、价格低廉，适合就
地取材。
以前一般采用碎石、卵石、炉
渣、焦炭等实心拳状无机滤料。
现在已经广泛使用由聚氯乙烯、
一般规定：
1. 普通生物滤池的个数或分格数不应少于2个，并按同时工作设计，设计 流量按平均日污水流量计算，当处理对象为生活污水时，BOD5的容积 负荷可按表所列数据选用，水力负荷为0.9－3.7m3／(m2d)。对于工业 废水应通过实验来确定。普通生物滤池的计算公式见下页表。
2. 池壁高度比滤料表面层高出0.5－0.9m，用以挡风，保证布水均匀。 3. 池底四周开设通风孔，其总面积不小于滤池表面积的1％。
生物膜ppt课件
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。
4
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
磷脂分子的亲水端是磷酸基团，称为头部；疏水端是 两条长短不一的烃链, 称为尾部，一般含有14～24个 偶数碳原子（线粒体内膜上的心磷脂有四条尾巴）；
其中一烃链常含有一个或数个双键，双键的存在造成 这条不饱和链有一定角度的扭转。
13
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
29
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
1. 膜的不对称性 质膜内外两层的组分和功能的差异，称为
膜的不对称性； 样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双
层中央断开，各断面名称不同。
30
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
2
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
一. 对生物膜结构的探究历程
1895年，欧文顿（ E. Overton ）
3
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
4
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
磷脂分子的亲水端是磷酸基团，称为头部；疏水端是 两条长短不一的烃链, 称为尾部，一般含有14～24个 偶数碳原子（线粒体内膜上的心磷脂有四条尾巴）；
其中一烃链常含有一个或数个双键，双键的存在造成 这条不饱和链有一定角度的扭转。
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认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
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认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
1. 膜的不对称性 质膜内外两层的组分和功能的差异，称为
膜的不对称性； 样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双
层中央断开，各断面名称不同。
30
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
2
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
一. 对生物膜结构的探究历程
1895年，欧文顿（ E. Overton ）
3
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
生物化学简明教程第4版课后习题答案——第5章—脂质和生物膜
生物化学简明教程第4版课后习题答案第5章——脂类化合物和生物膜1．简述脂质的结构特点和生物学作用。
解答：(1)脂质的结构特点：脂质是生物体内一大类不溶于水而易溶于非极性有机溶剂的有机化合物，大多数脂质的化学本质是脂肪酸和醇形成的酯及其衍生物。
脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸，醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。
脂质的元素组成主要为碳、氢、氧，此外还有氮、磷、硫等。
(2)脂质的生物学作用：脂质具有许多重要的生物功能。
脂肪是生物体贮存能量的主要形式，脂肪酸是生物体的重要代谢燃料，生物体表面的脂质有防止机械损伤和防止热量散发的作用。
磷脂、糖脂、固醇等是构成生物膜的重要物质，它们作为细胞表面的组成成分与细胞的识别、物种的特异性以及组织免疫性等有密切的关系。
有些脂质（如萜类化合物和固醇等）还具有重要生物活性，具有维生素、激素等生物功能。
脂质在生物体中还常以共价键或通过次级键与其他生物分子结合形成各种复合物，如糖脂、脂蛋白等重要的生物大分子物质。
2．概述脂肪酸的结构和性质。
解答：(1)脂肪酸的结构：脂肪酸分子为一条长的烃链（“尾”）和一个末端羧基（“头”）组成的羧酸。
烃链以线性为主，分枝或环状的为数甚少。
根据烃链是否饱和，可将脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。
(2)脂肪酸的性质：①脂肪酸的物理性质取决于脂肪酸烃链的长度和不饱和程度。
烃链越长，非极性越强，溶解度也就越低。
②脂肪酸的熔点也受脂肪酸烃链的长度和不饱和程度的影响。
③脂肪酸中的双键极易被强氧化剂，如H2O2、超氧阴离子自由基（）、羟自由基（·O H）等所氧化，因此含不饱和脂肪酸丰富的生物膜容易发生脂质过氧化作用，从而继发引起膜蛋白氧化，严重影响膜的结构和功能。
④脂肪酸盐属于极性脂质，具有亲水基（电离的羧基）和疏水基（长的烃链），是典型的两亲性化合物，属于离子型去污剂。
⑤必需脂肪酸中的亚油酸和亚麻酸可直接从植物食物中获得，花生四烯酸则可由亚油酸在体内转变而来。
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转盘级数（一般三到四级）；容积面积比（可介于5—9之间）：BOD面积负荷
（＜20g／m2· d）；水力负荷（＜200L／m2. d）；沉没率（一般介于40%～50 ％之间）；转盘旋转速度（一般每分钟0．8一3转，转盘边缘线速度以每分钟 20m左右为宜）。
气动生物转盘法基本流程
4 耐冲击负荷强：BOD5范围可达到10-10000mg/L。 5 容易受气温变化影响。北方应加罩或建立在室内。
6生物转盘的设计计算
1. 2.
一般规定：
生物转盘的组数一般不少于2组。 二级处理的生物转盘的设计能力按平均日污水量计算。有季 节性变化的污水，应按最大季节的平均污水量计算。
3. 4.
生物转盘主要优点是动力消耗低、抗冲击负荷能力强，无需
回流污泥、管理运行方便，缺点是占地面积大、散发臭气、 在寒冷的地区需作保温处理。
香港政府清水湾污水处理厂 (污水处理间)
广州市文化假日酒店污水处理改善工程
曝气生物转盘：生物转盘与曝气池的结合。在曝气池上设
生物转盘，盘片的40%浸没于曝气池中，转盘由空气驱动。
1. 2. 3. 4. 5.
工艺特点：
BOD去除率高，达90%以上；
处理能力高，占地面积小； 微生物固定在盘片上，生物量大，活性高； 曝气池本身曝气作用可以驱动转盘，节省能源； 污泥量少，且易于分离。
与沉淀池共建生物转盘
把平流沉淀池做成二层，上层设置生物转盘，下层是沉 淀区。生物转盘用于初沉池可起生物处理作用，用于二 沉池可进一步改善出水水质。
藻类生物转盘
在转盘上形成菌藻共生体，主要特点：
盘片间距较大，使阳光可以照射到盘片中部。 藻类光合作用产生氧气，氧化槽含氧量高。 微生物和藻类是共生关系，微生物代谢产物二氧化碳是
2.生物转盘的构造
生物转盘构造基本有以下几个部件： 盘片、接触反应槽、转轴、驱动装置。
盘片是生物转盘的主体，作为生物膜的载体要求具有质轻、强度高、耐腐蚀、 防老化、比表面积大等特点，目前多采用聚乙烯硬质塑料或玻璃钢制作盘片。
每个RBC单元都有一个盖子（一般是玻璃纤维的）用来保护和改善工艺。盖
子可以保护和设备免受恶劣天气、冻结、以及日晒等加速介质损坏的因素和 侵袭。盖子还能减少热损失，便于废气收集，使臭味得到控制，而且可以使
二级生物转盘
生物转盘的流程
5 生物转盘特征
1 微生物浓度高，特别是最初几级生物转盘，这是生物转盘效 率高的主要原因；
2 反应池不需要曝气，污泥无需回流，动力消耗低，费用低；
3 生物膜上微生物的食物链长，产生污泥量少，在水温为5— 200C的范围内，BOD5的去除率为90％时，去除1kgBOD的污 泥产量为0.25kg。
8.
转盘级数：一般不小于3级。
生物转盘的设计计算
生 物 转 盘 的 设 计 计 算
例题：污水量为2000m3/d，
主要以生活污水为主，进
水 BOD5 为 150mg/L ， 出 水BOD5 不大于20mg/L，
污水冬季平均温度16℃。
要求设计生物转盘。
作业：某住宅小区人口 3000 人 ， 排 水 量 为 150L/( 人d), 初 沉 池进 水 BOD5 为 300mg/L ， 平 均 水 温为15℃，出水的BOD5 值 要求不大于60mg/L。要求 设计生物转盘。
能耗比较
厂名 无锡芦村污水处理厂 苏州城西污水处理厂 苏州城南污水处理厂 苏州城东污水处理厂 淮阴北京新村污水厂 工艺 处理能力 (万吨/日) 5 1.25 0.5 2.5 0.4 94年处理水 量(万吨) 1778.00 391.17 114.93 775.26 140.15 耗电量(万度) 286.27 116.87 23.10 106.47 15.24 吨水耗电量(度 /吨) 0.16 0.30 0.21 0.14 0.11
3.生物转盘的运行过程和反应机理
反应机理: 水中污染物
(主要是有机污染物)
一部分被氧化为二氧化碳和水; 一部分则合称为原生质，成为微生物的一部分；
另一部分被吸附到生物膜上储存起来。 当盘面某部分浸没在污水中 时．盘上的生物膜首先对污水 中的有机物进行吸附；
氧化槽内污水中的有机
物减少．污水得到净化。
传统活性污泥 法
同上 同上 同上 气动生物盘法
投资比较
厂名 处理能力(万吨/ 日) 建设年月 总造价(万元) 吨处理能力造价 (万/吨)
无锡芦村污水处理厂
苏州城西污水处理厂 苏州城南污水处理厂 苏州城东污水处理厂
5
1.25 0.5 2.5
1998.8
1981.9 1984.3 1988.10
6753.0
7 生物转盘的进展和应用
为降低生物转盘的动力消耗、节省工程投资和提高处理 设施的效率，近年来生物转盘有了一些新的发展。 空气驱动生物转盘 与沉淀池合建的生物转盘 与曝气池组合的生物转盘 藻类转盘
空气驱动的生物转盘
在盘片外缘周围设空
气罩，在转盘下侧设曝气 管，管上装有扩散器，空 气从扩散器吹向空气罩， 产生浮力，使转盘转动。 它主要应用于城市污水的 二级处理和消化处理。
四 生物转盘
1. 概述
生物转盘（RBC，Rotating Biological Contactor ）
生物转盘的概念产生于1901年，但是当前使用的工艺发展于20世纪50年代。
第一座生物转盘污水处理厂是1954年在德国建成的。
20世纪60——70年代初生物转盘的介质类型和设备结构得到了明显的改进。 70年代美国建造了许多生物转盘装置，目前仍有600多座还在应用。 到了80年代，欧洲已经建成生物转盘污水处理厂近2000座。现在全世界估计 大约有3000套生物转盘装置。 我国于70年代开始进行生物转盘的研究，已经在印染、造纸、皮革、石油化 工等行业的工业废水处理中得到应用，而且效果很好。
进入转盘的污水BOD5浓度，按经调节沉淀后的平均值计算。 转盘所需面积按BOD面积负荷计算，以水力负荷或停留时间 较校核。不同性质污水的BOD负荷和水力负荷不同，一般应 由实验确定。当无资料时，可以采用经验值计算。
5.
盘片尺寸
1）盘片直径：一般为2-3m。 2）盘片厚度：一般为1-15mm（聚苯乙烯泡沫塑料盘片为10-
运行过程:
当盘片离开液面暴露在空气午时，
如运行得当可具有硝化、
盘上的生物膜从空气中吸收氧气
同时对有机物进行氧化。
脱氮与除磷的功能。
生物转盘的运行过程和反应机理
4 生物转盘的流程和组合形式
4 生物转盘的流程和组合形式
生物转盘的布置形势， 一般分为单轴单级、 单轴多极、多轴多极。
实践证明，对同一种 废水，如果盘片面积 不变，将转盘分为多 极串联运行，能够提 高出水水质和水中溶 解氧的含量。
藻类生长减至最小。
现在，几乎所有的RBC厂商都有标准尺寸。例如一种典型RBC尺寸为： 直径：3.66米；长度：7.62米；轴长：8.23米。盘片介质为含有紫外抑制剂 （如炭黑）的高密度聚乙烯材料。 生物转盘的优缺点
优点 机械上简单 所需能量低 缺点 性能易受废水性质的影 响 大规模应用能力有限 优点 工艺简单，易于操作 标准化结构，易于建造 和扩建 缺点 工艺运行灵活性有限 需要适当的预处理
长期的运行经验表明，在正常负荷下，只要初沉池、二沉池每天排泥一到两次，生物 转盘转速维持在每分钟2转左右，出厂水质都能达标。
气动生物转盘存在的问题
转盘材质：转盘长期在污水中浸泡，腐蚀严重 。需要研制
替代材料。
电能浪费：风量调节、小区的污水量时变化系数较大，在
泵房停止供水时，为了维持气动生物转盘微生物的活性，鼓
风机仍需照常运转供气，造成电能的严重浪费。
偏重：重新启动转盘时，原来没在水中的部位，会变黑且
变重，致使转盘运转速度不均匀，严重时则不能运转，尤其 是首级转盘。解决偏重问题的有效措施是给风机变频调速。
与曝气池组合的生物转盘
在活性污泥法曝气池中设生物转盘，以提高原有设 备的处理效果和处理能力。
曝气生物转盘
15mm；硬聚氯乙烯板为3-5mm；玻璃钢盘片为1-2.5mm，
金属板为1mm以下）。
3）盘片净距：进水段为25-35mm，出水段为10-20mm，对于藻
类繁殖的转盘，盘片净距为65mm。
4）转盘与氧化槽表面净距：不宜小于150mm。
6. 7.
转盘的转速：0.8-3.0r/min。转盘浸没率：20%-40% 转盘的产泥量：按0.3-0.5kg污泥/kgBOD5计
1300.9 114.8 1081.4
1350.6
1040.7 229.6 432.6
淮阴北京新村污水厂
0.4
1986.7
300.0
750.0
气动生动转盘法处理工艺与普通生物法相比，少了污泥回流系一级，却多了昂贵的生 物转盘，因而造价不低 。
气动生物转盘法运行管理简单，生动膜微生物吸附在转盘填料上，与传统活性污泥法 相比，不需要污泥回流，也不会产生膨胀。停运一段时间，重新运行，处理效果很快 得到恢复。在汛期进水BOD5小于40mg／L时，仍能进行处理。
藻类的主要碳源，促进光合作用，而藻类光合作用产生
的氧气以及其本身可以为微生物利用。
8 生物转盘的应用
以往生物转盘主要用于水量较小的污水处理厂，近年来的实 践表明，生物转盘也可以用于处理量20万吨以上的大型污水 处理厂。
在我国，生物转盘主要用于处理工业废水，在化学纤维、石 油化工、印染、皮革、煤气发生站等行业中均得到应用，效 果较好。
空气驱动的生物转盘
空气驱动的生物转盘：利用空气的浮力使转盘旋转。在转盘的外围设空气罩，空
气通过扩散器均匀地吹向空气罩，产生浮力使转盘转动。
转盘级数（一般三到四级）；容积面积比（可介于5—9之间）：BOD面积负荷
（＜20g／m2· d）；水力负荷（＜200L／m2. d）；沉没率（一般介于40%～50 ％之间）；转盘旋转速度（一般每分钟0．8一3转，转盘边缘线速度以每分钟 20m左右为宜）。
气动生物转盘法基本流程
4 耐冲击负荷强：BOD5范围可达到10-10000mg/L。 5 容易受气温变化影响。北方应加罩或建立在室内。
6生物转盘的设计计算
1. 2.
一般规定：
生物转盘的组数一般不少于2组。 二级处理的生物转盘的设计能力按平均日污水量计算。有季 节性变化的污水，应按最大季节的平均污水量计算。
3. 4.
生物转盘主要优点是动力消耗低、抗冲击负荷能力强，无需
回流污泥、管理运行方便，缺点是占地面积大、散发臭气、 在寒冷的地区需作保温处理。
香港政府清水湾污水处理厂 (污水处理间)
广州市文化假日酒店污水处理改善工程
曝气生物转盘：生物转盘与曝气池的结合。在曝气池上设
生物转盘，盘片的40%浸没于曝气池中，转盘由空气驱动。
1. 2. 3. 4. 5.
工艺特点：
BOD去除率高，达90%以上；
处理能力高，占地面积小； 微生物固定在盘片上，生物量大，活性高； 曝气池本身曝气作用可以驱动转盘，节省能源； 污泥量少，且易于分离。
与沉淀池共建生物转盘
把平流沉淀池做成二层，上层设置生物转盘，下层是沉 淀区。生物转盘用于初沉池可起生物处理作用，用于二 沉池可进一步改善出水水质。
藻类生物转盘
在转盘上形成菌藻共生体，主要特点：
盘片间距较大，使阳光可以照射到盘片中部。 藻类光合作用产生氧气，氧化槽含氧量高。 微生物和藻类是共生关系，微生物代谢产物二氧化碳是
2.生物转盘的构造
生物转盘构造基本有以下几个部件： 盘片、接触反应槽、转轴、驱动装置。
盘片是生物转盘的主体，作为生物膜的载体要求具有质轻、强度高、耐腐蚀、 防老化、比表面积大等特点，目前多采用聚乙烯硬质塑料或玻璃钢制作盘片。
每个RBC单元都有一个盖子（一般是玻璃纤维的）用来保护和改善工艺。盖
子可以保护和设备免受恶劣天气、冻结、以及日晒等加速介质损坏的因素和 侵袭。盖子还能减少热损失，便于废气收集，使臭味得到控制，而且可以使
二级生物转盘
生物转盘的流程
5 生物转盘特征
1 微生物浓度高，特别是最初几级生物转盘，这是生物转盘效 率高的主要原因；
2 反应池不需要曝气，污泥无需回流，动力消耗低，费用低；
3 生物膜上微生物的食物链长，产生污泥量少，在水温为5— 200C的范围内，BOD5的去除率为90％时，去除1kgBOD的污 泥产量为0.25kg。
8.
转盘级数：一般不小于3级。
生物转盘的设计计算
生 物 转 盘 的 设 计 计 算
例题：污水量为2000m3/d，
主要以生活污水为主，进
水 BOD5 为 150mg/L ， 出 水BOD5 不大于20mg/L，
污水冬季平均温度16℃。
要求设计生物转盘。
作业：某住宅小区人口 3000 人 ， 排 水 量 为 150L/( 人d), 初 沉 池进 水 BOD5 为 300mg/L ， 平 均 水 温为15℃，出水的BOD5 值 要求不大于60mg/L。要求 设计生物转盘。
能耗比较
厂名 无锡芦村污水处理厂 苏州城西污水处理厂 苏州城南污水处理厂 苏州城东污水处理厂 淮阴北京新村污水厂 工艺 处理能力 (万吨/日) 5 1.25 0.5 2.5 0.4 94年处理水 量(万吨) 1778.00 391.17 114.93 775.26 140.15 耗电量(万度) 286.27 116.87 23.10 106.47 15.24 吨水耗电量(度 /吨) 0.16 0.30 0.21 0.14 0.11
3.生物转盘的运行过程和反应机理
反应机理: 水中污染物
(主要是有机污染物)
一部分被氧化为二氧化碳和水; 一部分则合称为原生质，成为微生物的一部分；
另一部分被吸附到生物膜上储存起来。 当盘面某部分浸没在污水中 时．盘上的生物膜首先对污水 中的有机物进行吸附；
氧化槽内污水中的有机
物减少．污水得到净化。
传统活性污泥 法
同上 同上 同上 气动生物盘法
投资比较
厂名 处理能力(万吨/ 日) 建设年月 总造价(万元) 吨处理能力造价 (万/吨)
无锡芦村污水处理厂
苏州城西污水处理厂 苏州城南污水处理厂 苏州城东污水处理厂
5
1.25 0.5 2.5
1998.8
1981.9 1984.3 1988.10
6753.0
7 生物转盘的进展和应用
为降低生物转盘的动力消耗、节省工程投资和提高处理 设施的效率，近年来生物转盘有了一些新的发展。 空气驱动生物转盘 与沉淀池合建的生物转盘 与曝气池组合的生物转盘 藻类转盘
空气驱动的生物转盘
在盘片外缘周围设空
气罩，在转盘下侧设曝气 管，管上装有扩散器，空 气从扩散器吹向空气罩， 产生浮力，使转盘转动。 它主要应用于城市污水的 二级处理和消化处理。
四 生物转盘
1. 概述
生物转盘（RBC，Rotating Biological Contactor ）
生物转盘的概念产生于1901年，但是当前使用的工艺发展于20世纪50年代。
第一座生物转盘污水处理厂是1954年在德国建成的。
20世纪60——70年代初生物转盘的介质类型和设备结构得到了明显的改进。 70年代美国建造了许多生物转盘装置，目前仍有600多座还在应用。 到了80年代，欧洲已经建成生物转盘污水处理厂近2000座。现在全世界估计 大约有3000套生物转盘装置。 我国于70年代开始进行生物转盘的研究，已经在印染、造纸、皮革、石油化 工等行业的工业废水处理中得到应用，而且效果很好。
进入转盘的污水BOD5浓度，按经调节沉淀后的平均值计算。 转盘所需面积按BOD面积负荷计算，以水力负荷或停留时间 较校核。不同性质污水的BOD负荷和水力负荷不同，一般应 由实验确定。当无资料时，可以采用经验值计算。
5.
盘片尺寸
1）盘片直径：一般为2-3m。 2）盘片厚度：一般为1-15mm（聚苯乙烯泡沫塑料盘片为10-
运行过程:
当盘片离开液面暴露在空气午时，
如运行得当可具有硝化、
盘上的生物膜从空气中吸收氧气
同时对有机物进行氧化。
脱氮与除磷的功能。
生物转盘的运行过程和反应机理
4 生物转盘的流程和组合形式
4 生物转盘的流程和组合形式
生物转盘的布置形势， 一般分为单轴单级、 单轴多极、多轴多极。
实践证明，对同一种 废水，如果盘片面积 不变，将转盘分为多 极串联运行，能够提 高出水水质和水中溶 解氧的含量。
藻类生长减至最小。
现在，几乎所有的RBC厂商都有标准尺寸。例如一种典型RBC尺寸为： 直径：3.66米；长度：7.62米；轴长：8.23米。盘片介质为含有紫外抑制剂 （如炭黑）的高密度聚乙烯材料。 生物转盘的优缺点
优点 机械上简单 所需能量低 缺点 性能易受废水性质的影 响 大规模应用能力有限 优点 工艺简单，易于操作 标准化结构，易于建造 和扩建 缺点 工艺运行灵活性有限 需要适当的预处理
长期的运行经验表明，在正常负荷下，只要初沉池、二沉池每天排泥一到两次，生物 转盘转速维持在每分钟2转左右，出厂水质都能达标。
气动生物转盘存在的问题
转盘材质：转盘长期在污水中浸泡，腐蚀严重 。需要研制
替代材料。
电能浪费：风量调节、小区的污水量时变化系数较大，在
泵房停止供水时，为了维持气动生物转盘微生物的活性，鼓
风机仍需照常运转供气，造成电能的严重浪费。
偏重：重新启动转盘时，原来没在水中的部位，会变黑且
变重，致使转盘运转速度不均匀，严重时则不能运转，尤其 是首级转盘。解决偏重问题的有效措施是给风机变频调速。
与曝气池组合的生物转盘
在活性污泥法曝气池中设生物转盘，以提高原有设 备的处理效果和处理能力。
曝气生物转盘
15mm；硬聚氯乙烯板为3-5mm；玻璃钢盘片为1-2.5mm，
金属板为1mm以下）。
3）盘片净距：进水段为25-35mm，出水段为10-20mm，对于藻
类繁殖的转盘，盘片净距为65mm。
4）转盘与氧化槽表面净距：不宜小于150mm。
6. 7.
转盘的转速：0.8-3.0r/min。转盘浸没率：20%-40% 转盘的产泥量：按0.3-0.5kg污泥/kgBOD5计
1300.9 114.8 1081.4
1350.6
1040.7 229.6 432.6
淮阴北京新村污水厂
0.4
1986.7
300.0
750.0
气动生动转盘法处理工艺与普通生物法相比，少了污泥回流系一级，却多了昂贵的生 物转盘，因而造价不低 。
气动生物转盘法运行管理简单，生动膜微生物吸附在转盘填料上，与传统活性污泥法 相比，不需要污泥回流，也不会产生膨胀。停运一段时间，重新运行，处理效果很快 得到恢复。在汛期进水BOD5小于40mg／L时，仍能进行处理。
藻类的主要碳源，促进光合作用，而藻类光合作用产生
的氧气以及其本身可以为微生物利用。
8 生物转盘的应用
以往生物转盘主要用于水量较小的污水处理厂，近年来的实 践表明，生物转盘也可以用于处理量20万吨以上的大型污水 处理厂。
在我国，生物转盘主要用于处理工业废水，在化学纤维、石 油化工、印染、皮革、煤气发生站等行业中均得到应用，效 果较好。
空气驱动的生物转盘
空气驱动的生物转盘：利用空气的浮力使转盘旋转。在转盘的外围设空气罩，空
气通过扩散器均匀地吹向空气罩，产生浮力使转盘转动。