5生物膜
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。
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。
第5讲 细胞器与生物膜系统 2022年 新高考生物一轮总复习
目录
1 .主要细胞器的结构和功能
考点 · 自主梳理 ///////
提醒 (1)显微结构是指在光学显微镜下观察到的结构，如线粒体、叶绿体、液 泡、细胞核、细胞壁等。 (2)亚显微结构是指在电子显微镜下才能看到的结构。线粒体内外膜、叶绿体内 外膜及类囊体薄膜、核糖体、内质网、高尔基体、中心体、核膜等结构均属于 “亚显微结构”。 (3)真核细胞中的核糖体有两类：附着核糖体主要合成分泌蛋白(如抗体等)；游 离核糖体主要合成细胞自身所需要的蛋白质。另外线粒体、叶绿体中也有一些 核糖体，与其自主遗传有关。 (4)内质网有两类：粗面型内质网与分泌蛋白的合成、加工、运输有关；滑面型 内质网与糖类、脂质(如某些激素)的合成有关。
目录
1 .主要细胞器的结构和功能
命题 · 规律探究 ///////
解析 题图所示的a、b、c、d四种细胞器分别是叶绿体、核糖体、线粒体、液 泡。A—U的碱基互补配对发生在转录或翻译过程中，a叶绿体和c线粒体中能发 生转录和翻译过程，b核糖体中能发生翻译过程，但在d液泡中不能发生转录或 翻译过程，A错误；a叶绿体进行光合作用不需要c线粒体提供能量，d液泡相关 的渗透失水和吸水不需要线粒体提供能量，B错误；与分泌蛋白的合成、加工、 运输和分泌过程有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体和线粒体，C正确； a叶绿体和c线粒体是具有双层膜的细胞器，而d液泡是单层膜的细胞器，D错误。
INNOVATIVE DESIGN
第5讲 细胞器与生物膜系统
内容考情——知考向 1.阐明主要细胞器的结构和功能 2.举例说明细胞各部分之间相互联系，协调一致，共同执行细胞 内容要求 的各项生命活动 3.活动：用显微镜观察叶绿体和细胞质的流动 4.活动：尝试制作真核细胞的结构模型。 2020·全国卷Ⅰ(29)、2020·全国卷Ⅱ(2、30)、 近三年考情 2019·全国卷Ⅱ(1)、2019·全国卷Ⅲ(1)、 2018·全国卷Ⅰ(1)、2018·全国卷Ⅲ(2)
生物膜的主要作用
生物膜的主要作用生物膜是一种由生物体产生的薄膜，它在生物体的生命活动中起着重要的作用。
生物膜具有多种功能，包括保护、交流、吸附和信号传递等。
以下将详细介绍生物膜的主要作用。
1. 保护作用生物膜可以保护生物体的内部结构和组织免受外界环境的侵害。
它形成一个屏障，阻止有害物质、病原微生物和机械损伤等对生物体的侵害。
例如，人体皮肤是一种生物膜，它可以防止细菌、病毒和尘埃等进入人体。
2. 交流作用生物膜可以促进细胞之间的交流和信号传递。
细胞表面的生物膜上存在多种受体和通道蛋白，它们可以识别和传递外界信号，如激素、神经递质和细胞因子等，从而调节细胞的生理活动。
这种信号传递是细胞内外信息交流的重要途径。
3. 吸附作用生物膜可以吸附和固定溶解在水中的有机物、无机物和微生物等。
生物膜的表面具有丰富的微观孔隙和化学吸附位点，可以吸附和富集环境中的营养物质和其他生物体。
这种吸附作用对维持生物体的生存和繁衍具有重要意义。
4. 信号传递作用生物膜可以通过细胞内外的信号传递分子，将外界信号转化为细胞内的生理反应。
生物膜上的受体和通道蛋白可以感知外界刺激，并通过信号转导途径将信息传递到细胞内部。
这种信号传递作用参与了细胞的生长、分化、凋亡和代谢等生理过程。
5. 营养吸收作用生物膜可以通过其特殊的结构和功能，促进营养物质的吸收和利用。
例如，肠道上皮细胞表面的微绒毛就是一种生物膜，它具有丰富的表面积和吸收位点，可以增加营养物质的吸收效率。
这种吸收作用对于维持生物体的正常生长和发育至关重要。
生物膜在生物体的生命活动中扮演着重要角色。
它不仅可以保护生物体免受外界环境的侵害，还可以促进细胞之间的交流和信号传递，吸附和富集环境中的物质，以及促进营养物质的吸收和利用。
生物膜的多功能性使得生物体能够适应和应对不同的生存环境，为生命的延续提供了重要支持。
生物膜形成的6个过程
生物膜形成的6个过程
生物膜形成的6个过程包括：
1.吸附：生物膜形成的第一步是物质吸附到基质表面。
这可以通过物质的表面电荷与基质表面的电荷相互作用来实现。
2.生物胶合：在吸附后，微生物或细胞释放出具有胶粘性的物质，以将其附着在基质表面。
这些胶粘物质可能包括多糖、蛋白质或其他有机物。
3.细胞繁殖：生物膜的形成还涉及微生物或细胞的繁殖。
一旦附着在基质表面，微生物或细胞可以通过分裂和增殖来增加其数量。
4.生物膜分层：生物膜可以形成多层结构，其中不同类型的微生物或细胞可以居住在不同的层中。
这种分层可以提供更多的生长空间，并有利于不同微生物之间的相互作用。
5.基质沉积：在生物膜形成的过程中，微生物或细胞还可能沉积有机或无机物质到生物膜的基质中。
这些沉积物可以增加生物膜的稳定性，同时也可以改变其化学性质。
6.群体协作：生物膜中的微生物或细胞之间会发生相互作用，包括营养物质的交换、信号分子的释放和共享等。
这种群体协作可以使生物膜在环境中更好地适应和生存。
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 ++++ ++++
生物膜功能
生物膜功能
生物膜是由生物大分子（如脂质、蛋白质和核酸）组成的，是细胞内外的分隔界面。
生物膜具有多种功能。
1.细胞分隔：生物膜在细胞内部起到分隔细胞内外环境的作用。
它不仅可以隔离细胞内外的物质交换，防止无关物质进入细胞，还可以调控细胞内物质的流动和分配。
2.细胞识别和通讯：生物膜上的蛋白质和糖结构可以作为细胞
的“身份证”，用于细胞间的识别和通讯。
例如，免疫系统中的细胞识别信号通过生物膜上的受体和配体相互作用来传递，从而调节免疫细胞的活动。
3.物质交换：生物膜可以选择性地通过物质，实现细胞内外的
物质交换。
生物膜上的蛋白质通道可以选择性地允许特定的离子或分子通过，从而维持细胞内外的离子平衡和物质浓度差。
4.信号转导：生物膜上的受体可以感知外界信号，例如激素、
神经递质等，通过信号转导通路将其转化为细胞内的生化反应。
这些反应可以调节细胞的生理功能，如细胞的增殖、分化和凋亡等。
5.细胞运动和形态维持：细胞膜结构可以通过重塑和移动来调
节细胞的形态和运动。
例如，胞吞作用是细胞通过膜外囊泡摄入物质的过程，胞吐作用是细胞将内部物质释放到细胞外。
6.能量产生和转运：生物膜上的膜蛋白可以参与细胞内的能量
产生和转运。
例如，线粒体内的膜透过蛋白质可以将氧气和营养物质转化为细胞所需的能量分子ATP。
总之，生物膜在细胞生命活动中扮演了至关重要的角色，不仅起到了分隔内外环境的屏障作用，还参与了多种生物学过程，如物质交换、细胞通讯、信号转导以及能量转运等，对细胞的正常功能维持起着关键的作用。
5.生物膜法
武汉格林环保设施运营有限责任公司
5
培训讲义
生物膜中的物质迁移： 由于生物膜的吸附作用，在其表面有一层很薄的水层，称 之为附着水层。附着水层内的有机物大多已被氧化，其浓度比 滤池进水的有机物浓度低得多。由于浓度差的作用，有机物会 从污水中转移到附着水层中去，进而被生物膜所吸附。空气中 的氧也会进入生物膜。在此条件下，微生物对有机物进行氧化 分解和同化合成，产生的二氧化碳和其它代谢产物一部分溶入 附着水层，一部分到空气中去，污水从而得到净化。 由于生物膜厚度增大，致使其深层因氧不足而发生厌氧分 解，积蓄了硫化氢、氨气、有机酸等代谢产物。但供氧充足时， 仍然维持着生物膜的活性
50-60mg/l，会影响污泥絮体的形成 。 生物膜：20-30mg/L时，能降解到5-10mg/l （4）易于维护运行，节能，动力费用低
武汉格林环保设施运营有限责任公司
9
培训讲义
（三）生物膜法的主要影响因素
• • • • • • • • • 生物膜法的主要影响因素有: 温度 PH 水力负荷 溶解氧 填料类型及特征 生物膜量及活性 有毒物质 营养物质
武汉格林环保设施运营有限责任公司 8 培训讲义
（4）分段运行与优势菌种 分多段运行，每段繁衍于本段水质相适应的微生物 2、处理工艺方面的特征 （1）对水质、水量变动有较强的适应性
一段时间中断进水，对生物膜也不会有致命影响，通水 后易恢复 （2）污泥沉淀性良好 污泥比重较大 （3）能够处理低浓度废水 活性污泥：不适合处理低浓度的污水，若BOD长期低于
武汉格林环保设施运营有限责任公司
12
培训讲义
二、生物膜法的主要形式
• （一）生物膜法的分类 • 生物膜法的工艺类型很多，根据生物膜反应器附着生长载 体的状态，生物反应器可以划分为固定床和流动床两大类。 在固定床中生长载体固定不动，在反应器内的相对位置不 变；而流动床中附着生长载体不固定，在反应器内处于连 续流动状态。流动床主要是流化床或流动床和生物转盘等， 流化床介质以流态化规律进行流动，流动床的介质的流动 是不规则，转盘与前两者不同的是其流动轨迹是固定的， 周而复始的固定的圆周。
高考生物一轮复习第5讲 细胞器与生物膜系统课件
叶绿体 椭球形、球形
成分
内膜:与有氧呼吸有关的酶 类囊体薄膜:①与光反应有关
基质:①与有氧呼吸有关的 的酶;②叶绿素和类胡萝卜素
酶;
基质:①与暗反应有关的酶;
②少量DNA和RNA
②少量DNA和RNA
增大膜面积方式 内膜向内凹陷形成嵴 囊状结构堆叠形成基粒
功能
有氧呼吸的主要场所 光合作用的场所
共同点
合作用进行的酶
正常生理状态下,溶酶体不会分解细胞自身结构
④
:将多肽再加工为成熟的蛋白质,并以囊泡的方式运输到细胞
膜。
具有该标志的蛋白质能被高尔基体膜上的M6
P受体识别,经高尔基体膜包裹形成囊泡,在囊泡逐渐转化为溶酶体的过程中,
带有M6P标志的蛋白质转化为溶酶体酶;不能发生此识别过程的蛋白质经囊
泡运往细胞膜。
2.归类比较各种细胞器
[提醒] (1)真核细胞中的核糖体有两类:附着核糖体主要合成分泌蛋白(如抗 体等);游离核糖体主要合成细胞自身所需要的蛋白质。 (2)内质网有两类:粗面内质网与分泌蛋白的合成、加工、运输有关;滑面内 质网与脂质(如某些激素)的合成有关。 (3)动物细胞内的高尔基体与分泌物的形成有关,是各种膜成分相互转化中的 “枢纽”。植物细胞内的高尔基体与细胞壁的形成有关。 (4)液泡中的色素是花青素,与花和果实的颜色有关;叶绿体中的色素是叶绿 素等,与光合作用有关。
解析 有氧呼吸的第二阶段在线粒体基质中进行,可产生[H],但不会发 生[H]的还原反应,[H]的还原反应发生在有氧呼吸的第三阶段,在线粒体内膜 上进行,A错误;在低等植物细胞的有丝分裂过程中,中心体在前期参与纺锤体 的形成,核糖体在间期参与蛋白质合成,B正确;溶酶体内含有多种水解酶,能 分解衰老、损伤的细胞器,吞噬并杀死侵入细胞的病毒或病菌,被溶酶体分解 后的产物如氨基酸、核苷酸等对细胞有用的物质,细胞可以再利用,C正确;液 泡主要存在于植物细胞中且细胞液具有一定的浓度,D正确。
生物膜的基本成分
生物膜的基本成分生物膜是由膜蛋白、受体蛋白、跨膜蛋白、膜多糖和磷脂等多种组分组成的细胞外层被膜，它们之间的关系十分复杂。
1.膜蛋白膜蛋白是细胞外膜的主要成分，其量常占膜中总量的60-95％。
膜蛋白是各种细胞外膜的结构基础，也是各种生物反应的主要影响因素之一。
根据形状和功能的不同，膜蛋白可分为多种，如门控蛋白、转运蛋白、膜酶蛋白、膜抗原蛋白和抗体蛋白等等。
2.受体蛋白受体蛋白是由多肽链构成，它们可以检测和接受来自外界的刺激，起到信号传导的作用。
与膜蛋白一样，受体蛋白的结构和功能也十分复杂，它们可以根据特定的条件而高度信号分子的特异性结合而发挥作用。
3.跨膜蛋白跨膜蛋白是指能够实现细胞内外信号传递的一类蛋白，它们能够跨越细胞外膜，把细胞内外的信息传递出去。
4.膜多糖膜多糖是由多糖聚合而成的一类复杂多肽，主要分布在细胞外膜表面。
它们可以参与细胞的细胞间交流，对细胞的生长发育有重要作用。
5.磷脂磷脂是一类重要的细胞膜成分，其含量丰富，几乎占细胞膜总物质的50％左右。
磷脂主要包括多不饱和脂肪酸、质子、磷酸根和各种糖类组成，并且具有长链、高分子、可溶性等特点，能够维持细胞膜的结构稳定。
二、作用1.保护细胞生物膜可以保护细胞免受外界环境的伤害，避免有害的物质进入细胞内，保护细胞的完整性和稳定性。
2.调节细胞间交流生物膜可以调节细胞间的交流，参与从细胞外到细胞内的物质的运输和储存，促进细胞内的物质循环、能量流动和免疫应答等重要生物过程。
3.参与细胞生长发育生物膜是细胞的生长发育过程中的重要组成部分，它们可以起到调节细胞增殖和解剖形态等作用。
4.发挥信号传导作用生物膜可以发挥信号传导作用，蛋白质和磷脂等可以检测和接受来自外界的刺激，参与信号传导。
5生物化学习题(答案)
4脂类化学和生物膜一、名词解释1、外周蛋白：在细胞膜的细胞外侧或细胞质侧与细胞膜表面松散连接的膜蛋白，易于用不使膜破坏的温和方法提取。
2、内在蛋白：整合进入到细胞膜结构中的一类蛋白，它们可部分地或完全地穿过膜的磷脂双层，通常只有用剧烈的条件将膜破坏才能将这些蛋白质从膜上除去。
3、同向协同：物质运输方向与离子转移方向相同4、反向协同：物质运输方向与离子转移方向相反5、内吞作用：细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质膜的小部分包围，内陷，其后从质膜上脱落下来而形成含有摄入物质的细胞内囊泡的过程。
6、外排作用：细胞内物质先被囊泡裹入形成分泌泡，然后与细胞质膜接触、融合并向外释放被裹入的物质的过程。
7、细胞识别：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选择性地相互作用，从而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体地生物学效应的过程。
二、填空1、膜蛋白按其与脂双层相互作用的不同可分为内在蛋白与外周蛋白两类。
2、根据磷脂分子中所含的醇类，磷脂可分为甘油磷脂和鞘磷脂两种。
3、磷脂分子结构的特点是含一个极性的头部和两个非极性尾部。
4、神经酰胺是构成鞘磷脂的基本结构，它是由鞘氨醇以酰胺键与脂肪酸相连而成。
5、磷脂酰胆碱(卵磷脂)分子中磷酰胆碱为亲水端，脂肪酸的碳氢链为疏水端。
6、磷脂酰胆碱(卵磷脂)是由甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱组成。
7、脑苷脂是由鞘氨醇、脂肪酸和单糖（葡萄糖/半乳糖）组成。
8、神经节苷脂是由鞘氨醇、脂肪酸、糖和唾液酸组成。
9、生物膜内的蛋白质疏水氨基酸朝向分子外侧，而亲水氨基酸朝向分子内侧。
10、生物膜主要由膜脂和膜蛋白组成。
11、膜脂一般包括磷脂、糖脂和固醇，其中以磷脂为主。
三、单项选择题鞘1、神经节苷脂是（）A、糖脂 B、糖蛋白 C、脂蛋白 D、脂多糖2、下列关于生物膜的叙述正确的是（）A、磷脂和蛋白质分子按夹心饼干的方式排列。
B、磷脂包裹着蛋白质，所以可限制水和极性分子跨膜转运。
C、磷脂双层结构中蛋白质镶嵌其中或与磷脂外层结合。
生物化学 5 脂类与生物膜
脂肪酸简写原则：
FA名称+碳数:双键数△双键位数 如:亚油酸18:2△9,12
亚麻酸18:3△9,12,15 亚油酸是ω-6系 亚麻酸是ω-3系
必需脂肪酸(FA)：人和哺乳动物生长所需的但不 能合成，必须由膳食提供的不饱和脂肪酸，亚油 酸、亚麻酸。
油： Oils 常温下呈液态(不饱和脂肪酸) 脂: Fats 常温下呈固态(饱和脂肪酸)
外
极性
非极性
非极性
内
极性
“三明治”结构模型
该假设认为，两层磷脂分子的脂肪酸羟链伸向膜 中心，其极性一端则面向膜两侧水相。蛋白质分 子以单层覆盖两侧。形成“蛋白质-脂质-蛋白质” 的“三明治”式结构。
磷脂
球蛋白
脂相
Davson-Danielli模型
单位膜模型
Robertson发现，除细胞质膜外，其他如内质网、 线粒体、叶绿体和高尔基体在电镜下观察都呈现相 似的三层结构，为反映这种结构的普遍性，提出了 “单位膜”模型。这一模型与Davson-Danielli模 型不同之处在于脂双层两侧蛋白分子体系以β折叠形 式存在，而且呈不对称性分布。
非极性尾— 不易溶于水
CH3(CH2)12
OH HN CCCC HHHH
鞘磷脂
极性头— 易溶于水
O CRO H2 COP X
O
磷酰
神经
胆碱 头部
酰胺
鞘 磷 脂
鞘 氨 醇
（3）糖脂
糖脂是一类含糖类残基的结合脂质。 糖脂分为两大类：鞘糖氨脂、甘油糖脂。 鞘糖氨脂分:中性糖鞘脂和酸性糖鞘脂。
① 鞘糖氨脂 ② 甘油糖脂
的功能）。
二、生物膜的结构与功能
❖ 细胞中的生物膜系统 ❖ 生物膜的化学组成 ❖ 生物膜的结构 ❖ 生物膜的功能
生物膜——精选推荐
生物膜【定义】生物膜（bioligical membrane）：镶嵌有蛋白质和糖类（统称糖蛋白）的磷脂双分子层，起着划分和分隔细胞和细胞器作用生物膜也是与许多能量转化和细胞内通讯有关的重要部位，同时，生物膜上还有大量的酶结合位点。
细胞、细胞器和其环境接界的所有膜结构的总称。
生物中除某些病毒外，都具有生物膜。
真核细胞除质膜(又称细胞膜)外，还有分隔各种细胞器的内膜系统，包括核膜、线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基器膜、叶绿体膜、过氧化酶体膜等。
生物膜形态上都呈双分子层的片层结构，厚度约5～10纳米。
其组成成分主要是脂质和蛋白质，另有少量糖类通过共价键结合在脂质或蛋白质上。
不同的生物膜有不同的功能。
生物膜法处理有机废水的时候，生物膜还可以指代那些附着在某些固体表面的好氧微生物。
【结构】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。
另外脂和膜蛋白可以进行横向扩散。
【膜蛋白】内在膜蛋白（integral membrane protein）：插入脂双层的疏水核和完全跨越脂双层的膜蛋白。
外周膜蛋白（peripheral membrane protein）：通过与膜脂的极性头部或内在的膜蛋白的离子相互作用和形成氢键与膜的内或外表面弱结合的膜蛋白。
通道蛋白（channel protein）：是带有中央水相通道的内在膜蛋白，它可以使大小适合的离子或分子从膜的任一方向穿过膜。
（膜）孔蛋白（pore protein）：其含意与膜通道蛋白类似，只是该术语常用于细菌。
【膜的运输功能】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。
通透系数大小与这些离子或分子在非极性溶液中的溶解度成比例。
5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。
5 脂质和生物膜-全国高中生物竞赛之《生物化学简明教程》课件
a.不能像糖原那样快速地降解，因而更适合作为长期的能源贮备 b.脂肪的氧化分解必须在有氧条件下才能进行，故在缺氧或无氧的时候，脂 肪难以为机体供能 ②有利于保持体温和保护内脏器官，增加水生动物浮力等，骆驼还能利用脂肪的氧化 分解产生大量的代谢水作为水源
5/16.脂质和生物膜
5.3 生物膜的结构与功能
5.3.1 生物膜的化学组成
(1) 膜脂 A．膜脂的成分:磷脂、固醇、糖脂三类 ①磷脂 主要是生物膜的主要成分，其中又以甘油磷脂为主。
磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺最为丰富
心磷脂主要分布在细菌和线粒体内膜，其他生物的细胞膜及少见 鞘磷脂，不含甘油。 ② 糖脂 动物细胞膜几乎都含有糖脂，含量约占外膜膜脂的5% 糖脂有鞘糖脂和甘油糖脂两大类。
构
Байду номын сангаас
衍生脂质 异戊二烯类脂
是指在结构上可被剖析成若干个异戊二烯单位，它们主 要包括萜、脂溶性维生素和胆固醇及其衍生物
5/16.脂质和生物膜 5.1 脂质的分类
5.1.2 按照功能分类
贮存脂质
为生物体的主要贮能物质。 如：三酰甘油(脂肪)是许多生物的贮能物质，蜡是海洋浮游 生物的能量储库
功 能
结构脂质 主要是指膜脂，包括磷脂、糖脂和胆固醇
5/16.脂质和生物膜
5.3 生物膜的结构与功能
5.3.1 生物膜的化学组成
(1) 膜脂 A．膜脂的成分:磷脂、固醇、糖脂三类 ③固醇
动物细胞膜中固醇含量高于植物细胞，质膜内的固醇含量又高于细胞内膜系 固醇的种类及其分布
➢ 动物细胞膜含有胆固醇，除线粒体内膜外的细胞器膜上也含有胆固醇， 支原体膜上也有 ➢ 植物细胞膜不含胆固醇，但有植物固醇，如菜油固醇、豆固醇、谷 固醇等 ➢ 真菌细胞的膜无胆固醇，但含有与胆固醇结构相似的麦角固醇
生物膜的性质及其在医学中的应用
生物膜的性质及其在医学中的应用生物膜（biofilm）是由微生物（细菌、真菌、霉菌等）在固体介质上形成的一种细胞聚集体，其表面被包裹在一个具有结构多样性的粘聚物基质中。
在自然界中，生物膜普遍存在于各种生物或非生物表面上，如水管、空调、牙齿、土壤等。
生物膜的形成是一项高度动态的过程，其内部结构复杂，由多种微生物群落协同作用组成。
一、生物膜的性质1. 结构多样性生物膜的基质多样化，可以是蛋白质、多糖、核酸以及各种微生物分泌的物质。
其中最常见的是多糖基质。
不同类型的细菌分泌的多糖不同，这决定了不同生物膜的生长速度、结构和形态。
2. 耐药性生物膜内部的细菌具有高度的耐药性。
比起散生单个细菌来，生物膜中的细菌更加难以被杀死。
因为，生物膜可以提供对细胞的保护，而细菌的高密度也增加了药物的抵抗性。
3. 生长速度慢生物膜的生长速度相当缓慢，在不同生物膜中可以是几小时或几天。
随着时间的推移，生长层数增加，生物膜膜的结构变得更加复杂。
最终，它可以形成具有不同功能的生物膜层。
4. 对环境的敏感性较低相比于裸露的单个细胞，生物膜具有更强的生存能力，可以适应相对更为严酷的环境条件。
无论是温度、pH值、盐度、压力等方面的变化，都不影响生物膜内部的微生物群落的生长繁殖。
二、生物膜的医学应用近年来，生物膜在医学领域发挥着越来越重要的作用。
科学家们正在认真探索它的应用，以治疗、预防和诊断多种疾病。
以下是生物膜在医学中的最新应用：1. 感染治疗传统的消毒物质和抗菌剂在破坏生物膜方面很难做到。
因此，生物膜可以提供细菌治疗的场所，为细菌真正的隐蔽生存提供了机会。
但是，生物膜中的细菌比散生的细菌更难被药物杀死。
因此，科学家正在研究如何去除感染的生物膜，以提高治疗效果。
2. 医疗器械维护生物膜常常会在医疗器械表面形成，因此维护医疗器械的干净和洁净非常重要。
研究人员正在研究一些由具有高度抗生素耐药性的细菌组成的生物膜形成。
这些细菌可以在医院的设备表面生长，并很难去除。
生物膜的相变过程名词解释
生物膜的相变过程名词解释生物膜是生物体内外具有一定结构和功能的薄膜状结构，由生物分子组成，具有重要的生物学意义。
相变过程则是指物质在不同温度、压力或其他条件下发生的结构或性质的改变过程。
结合这两个概念，我们将解释生物膜的相变过程，并探索其在生物学中的重要性。
1. 相变的基本概念相变是物质从一种物态到另一种物态的转变过程。
在固体、液体和气体之间，分别发生凝固、熔化和蒸发这些常见的相变过程。
相变通常伴随着能量的吸收或释放，而非逐渐的过程。
这是因为相变过程中发生了物质分子之间的重新排列和键的形成或断裂。
2. 生物膜的结构和功能生物膜常见于生物体的细胞膜、细胞器膜和细菌膜等结构中。
它由脂质双层和膜蛋白等成分构成。
脂质双层由两层脂质分子组成，其氢键和疏水作用力保持了膜的稳定性。
膜蛋白则负责传递和转运物质，以及维持细胞内外的离子平衡。
3. 生物膜的相变过程生物膜的相变过程包括液-固相变（凝胶化）和液-液相变（相分离）。
液-固相变是指生物膜从液态向固态转变的过程，会导致膜的流动性和渗透性的改变。
液-液相变则是指生物膜内部出现两种或多种不同液相的分离，形成亚区域。
4. 生物膜相变的调控机制生物膜相变的调控机制非常复杂，涉及到脂质分子、膜蛋白和其他生物分子之间的相互作用。
例如，脂质分子的饱和度、链长和取向会影响膜的流动性；膜蛋白的构象变化则参与了膜的相变过程。
此外，环境条件如温度和pH值的改变也会影响生物膜的相变。
5. 生物膜相变在生物学中的重要性生物膜的相变与细胞的生理功能密切相关，对细胞内部信号传递、物质吸收和排泄等过程起着关键作用。
例如，在神经细胞中，生物膜的相变可以调节离子通道的开闭，从而控制神经冲动的传递。
此外，某些疾病的发生与生物膜相变的异常有关，如癌症和神经系统疾病。
总结：生物膜的相变过程是由物质的重新排列和键的形成或断裂引起的，包括液-固相变和液-液相变。
生物膜的相变过程对于细胞内外的物质传递和信号转导非常重要。
生物膜在疾病中的作用
生物膜在疾病中的作用生物膜是一种由微生物组成的复杂结构，它们在自然界的各种环境中都可以形成。
生物膜不仅在自然界中广泛存在，而且在人类和动物的身体中也是常见的。
事实上，生物膜在疾病的发展和进展过程中发挥着重要的作用。
本文将探讨生物膜在疾病中的作用，并提供一些案例和证据支持。
1. 生物膜和细菌感染生物膜在细菌感染中起着重要的作用。
当细菌进入人体时，它们可以通过附着于体表或组织表面形成生物膜。
这种生物膜可以保护细菌免受免疫系统和药物的攻击。
例如，耐药菌株通常通过形成生物膜来抵抗抗生素的作用。
这使得抗生素难以穿透生物膜，从而导致感染难以治愈。
2. 生物膜和口腔疾病口腔是生物膜形成的理想环境之一。
细菌可以通过附着于牙齿和口腔粘膜表面形成生物膜。
这些生物膜称为牙菌斑，是引起牙周疾病（如龋齿和牙周炎）的主要原因之一。
牙菌斑中的细菌可以产生酸，腐蚀牙釉质，导致龋齿的发生。
另外，牙菌斑中的细菌还会引发牙龈炎和牙周炎，导致牙齿脱落。
因此，控制和清除牙菌斑对于口腔健康至关重要。
3. 生物膜和感染性疾病除了口腔疾病，生物膜在其他感染性疾病中也发挥着重要作用。
例如，耐药菌株可以通过在呼吸道和尿道等部位形成生物膜，引发呼吸道感染和尿路感染。
这些生物膜保护细菌免受免疫系统和抗生素的攻击，使感染变得难以治愈。
4. 生物膜和医疗器械相关感染在医疗器械使用过程中，生物膜的形成也是一个令人担忧的问题。
例如，心脏起搏器、导尿管和呼吸机等医疗器械可能成为病原菌形成生物膜的场所。
这些生物膜不仅会导致器械损坏，还会引发与感染有关的严重并发症。
因此，控制和清除医疗器械上的生物膜对于预防医疗器械相关感染至关重要。
5. 生物膜的控制和清除由于生物膜对于疾病的发展和治疗具有重要影响，控制和清除生物膜成为一种重要的策略。
目前，研究人员致力于开发新型的抗生物膜策略。
例如，利用抗生素、表面活性剂和酶类等物质可以有效地清除生物膜。
另外，纳米材料和光疗法也显示出一定的生物膜清除能力。
生物膜的重要性及其机制
生物膜的重要性及其机制1. 引言生物膜（biofilm）是生物粘附和聚集在某一表面上所形成的一种微生物群落结构体，其中包括细菌、真菌、藻类等多种微生物，同时也包含着其周围环境所提供的各种物质。
生物膜的形成对于生物学、环境科学、医学等多个领域都具有重要的意义。
本文旨在探讨生物膜的重要性及其机制。
2. 生物膜对环境影响的重要性1）水源处理中的应用水源中含有多种细菌、真菌以及藻类等微生物，生物膜的形成可以将它们吸附在其中，从而减少其中的浮游生物，降低水源的污染，保护环境的可持续性。
2）生物膜成为污染语境中的“污染固定体”生物膜可以在地面、建筑墙壁、水源中等表面形成，受到邻近环境的生态影响，同时生物膜通常分为粘附层和内核层，对于物理、化学等性质也进行了改变，比如通常情况下，粘附层表面水分活性变弱，颗粒粘附减少，从而能够固定住周围的污染物质，形成了一种污染物质的自净作用。
3）生物膜生态化学功能的贡献在环境中，生物膜的形成还可以带来多种保护性质，它们通过其生态化学作用，能够释放特有的生态酶活性，从而清除周围污染物质的生物性降解造成的污染物，进而减少环境污染，改善空气，水源等生态环境。
3. 生物膜形成机制生物膜是由某些微生物在表面上生长、发展和聚集而成。
其形成与外部因素的影响不可避免，但主要是由细胞间和细胞外极其微小的元件组成的。
生物膜是一种多级生化过程的产物，其中与其形成有关的因素包括：生物物种、生物密度、生态环境及温度等等。
常用的进行研究的方法就是基于生物膜样本图像的分析，充分解剖其中的制约与外部影响因素，并进行有效的统计算法，结果表明，生物膜的形成过程影响因素很大。
4. 生物膜形态的开发生物膜聚集的过程是受到多种因素共同影响的，随着这些因素的变化，生物膜聚集的形态也会随之变化。
随着生物学的发展，人们发现生物膜的形态和生长有着密切的关系。
一些基于流体动力学、微生物群落筛选、环境变化监测以及化学辅助因素实现生物膜形态的开发。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5 ．生物膜及膜生物工程的应用及发展
• ( l ）利用膜脂在水中相互形成磷脂双分子层的原理，人工 制成平面双分子层脂膜（黑脂膜）或脂球体（球形脂双分 子层的脂质体）并镶人各种功能蛋白，研究膜的结构、功 能及应用，特别是应用于免疫。脂质体或“隐形”脂质体 包裹基因或药物，作为“导弹药物”定向导向靶细胞，在 临床诊断和治疗的研究中受到广泛注意。 • ( 2 ）利用生物膜的基本功能如选择透过性、离子转移、 信息识别与感受等机理，将这些原理应用于工业生产或临 床实践中。这方面的进展在1987 年日本召开的第一届国 际生物膜与膜工艺代表大会中得到了充分的反映，如海水 淡化、污染治理、生化工程中的分离浓缩器等。其中人工 膜分离浓缩器、生物膜传感器等备受重视。
3 ．生物膜的其他生理功能
• ( l ）保护和润滑：细胞膜上的糖蛋白成分对组织有保护和润滑作用。 • ( 2 ）控制细胞内外物质交换：细胞需要的营养物，如水分、无机盐、 葡萄糖、氨基酸、维生素等都可以被吸收进人细胞，而细胞所不需要 的或对细胞有害的物质不能进入细胞。 • ( 3 ）分泌：分泌细胞产生的分泌物如激素、抗体、消化酶等，在细胞 内经过核糖体合成，由内质网、高尔基体对其进行加工后，形成分泌 小泡，再与细胞膜融合，分泌到细胞外，发挥作用。 • ( 4 ）排泄：细胞代谢产生的代谢废物，如C02 、尿素、有毒物质或细 胞结构解体后的成分，都要被排出体外，其排出细胞外的方式根据排 出物不同而不同，如C02 和水通过自由扩散的方式，而一些大分子物 质或结构可经过外排的方式排出细胞外。方式根据排出物不同而不同， 如C02 和水通过自由扩散的方式，而一些大分子物质或结构可经过外 排的方式排出细胞外。 • ( 5 ）细胞识别：如受精作用（同种生物的精子和卵细胞相互识别完成 融合）；激素的靶向性（激素识别靶细胞膜上特异性受体）; 神经递质 与受体的特异性结合；淋巴细胞对抗原的识别等。 • ( 6 ）免疫功能：人体免疫系统在清除某些病原体时，此时病原体的细 胞膜上有抗原，B 淋巴细胞与抗原接触后，增殖分化成效应B 细胞， 能分泌特异性抗体，抗体与抗原进行特异性结合，由此看出此过程与 生物膜密切相关
4 ．植物的抗冻性
植物机体细胞内的生物膜体系与植物抗冻性有密切关系。在 大田条件下，抗寒锻炼要经过两个阶段： 一是让植物在人冬前的好天气进行旺盛的光合作用，积累更 多的有机物，即越冬所需的营养物质（糖和氨基酸等），增 加膜脂中不饱和脂肪酸的含量，这对防止生物膜的相变、稳 定膜结构是很重要的。 二是在晚秋稳定的低温条件下，控制田间灌水，使植物能够 进行细胞间隙的正常脱水过程和原生质胶体状态的正常改变， 并使植物组织中自由水含量减少，因而也减少了组织结冰的 可能性。经过上述两个方面的锻炼，细胞原生质对不良条件 的反应便会变得迟钝，抗冻能力自然就会显著增加。
2 ．生物膜间的联系
• 生物膜间的联系表现在两个方面： 一是核膜、内质网膜和细胞膜直接相连，在功能 旺盛的细胞内，有时线粒体也与内质网相连，生 物膜之间的这种联系增大了细胞内的膜面积，有 利于细胞内物质的运输； 另一方面细胞膜、高尔基体、内质网间能通过小 泡进行相互转化，以完成细胞对蛋白质的合成、 加工转运和分泌，体现了生物膜间在功能上的联 系
1 ．生物膜的化学组成
• 生物膜的主要成分是蛋白质、磷脂，有的生物膜 含有少量的糖类，所以生物膜的化学组成大体相 同，但不同生物膜中，这三种成分的含量是有差 别的，一般来讲，功能复杂的生物膜含蛋白质较 多，因为膜的功能活动主要由蛋白质来承担（如 物质运输及受体、抗体、抗原、酶的形成等）； 细胞膜含有少量的糖类参与构成糖蛋白，完成细 胞间信息传递的功能，而细胞内膜含有糖类很少 或不含有糖类，因这些膜不需要进行细胞间的信 息传递。
ห้องสมุดไป่ตู้
• ( 3 ）利用生物膜能量转换原理，研究“生物芯片”和 “智能型生物计算机”系统，在这方面已开展细菌“视紫 红质”光驱动光电开关原型和存储装置，细胞色素C 的氧 化还原状态作为记忆单元和DNA 作为只读存储器的分子 模型等。 • ( 4 ）光合膜的研究：线粒体和叶绿体是细胞内能量代谢 的中心。光合能量转换是在类囊体膜上进行的，光合膜脂 是生物膜系统中最为特殊的脂质，这些脂质不但是光合膜 的结构成分，它们还可能与膜蛋白有着特异性结合，在光 合作用中起重要作用。 • ( 5 ）生物膜与细胞凋亡：线粒体不仅是细胞能量代谢的 中心，同时也是细胞凋亡的调节中心。线粒体能释放多种 凋亡诱导分子，如细胞色素C ，凋亡诱导因子（AIF ）等， 引起细胞的凋亡。