生物化学 第五章 生物膜.
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
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
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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。
生物化学课件第五章 脂类与生物膜(化学)
膜蛋白与膜脂双脂层结合的主要形式
膜脂双层
膜脂双层
血影蛋白(Sectrin)
39
红细胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列
40
红细胞膜骨架各组分与质膜连接示意图
带3蛋白(Band 3) 糖蛋白 (Ankyrin)
糖链 血型蛋白(Glycophorin)
肌动蛋白 (Actin) 蛋白质4.1 (Protein4.1)
6
一、脂类
不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂(如氯仿、乙醚、 丙酮、苯等）。
脂肪
可变脂
脂类
磷脂 糖脂
类脂
固醇
基本脂(定脂)
7
（一）脂肪（三酰甘油）
脂肪是由3分子脂肪酸与1分子甘油（丙三醇）
通过酯化反应生成的酯。
结构：
R1、R2、R3可以相同，也 可以不同。当R1、R2、R3相 同为单甘油酯，R1、R2、R3 不同为混甘油酯，天然油脂 大多数为混甘油酯。R可以是 饱和的也可以是不饱和的。
10
常见的脂肪酸（再参见教材表5-1）
名称
代号
辛酸(caprylic acid) 肉豆蔻酸(myristic acid) 棕榈酸(palmitic acid) 棕榈油酸(palmitoleic acid) 硬脂酸(stearic acid) 油酸(oleic acid) 反油酸(elaidic acid) 亚油酸(1inoleic acid) α-亚麻酸(α-1inolenic acid) γ-亚麻酸(γ-1inolenic acid) 花生酸(arachidic acid) 花生四烯酸(arachidonic acid) 20碳五烯酸(timnodonic acid，EPA ) 22碳五烯酸(clupanodonic acid) 22碳六烯酸(docosahexenoic acid，DHA) 24碳单烯酸(神经酸)(nervonic acid)
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。
生物膜
生物膜生物的基本结构和功能单位是细胞。
任何细胞都以一层薄膜将其内含物与环境分开。
这层膜称为细胞膜, 有时也叫外周膜。
电镜下呈两暗夹一明的结构。
质膜是细胞壁之内，细胞质外面的一层微膜。
质膜内包裹细胞器的微膜叫内膜，或内膜系统。
从高等动物和人到低等原核生物如支原体都还有细胞膜，且有着相同的基本结构。
生物膜在生物生命过程中起着重要的作用，如在物质输运、能量转换和信息传递等等过程中扮演中重要的角色。
诸如很多生物学中的问题，如神经传导, 能量转换,细胞分化, 细胞免疫, 代谢调控等也与生物膜有关。
目前已经能够用分子运动的观点讨论膜的结构与功能。
而且随着深入的研究，其必对生物学中各个领域的研究起着重要推动作用。
本文依次对其结构功能，研究进展逐步展开介绍。
一，生物膜结构1.生物膜组成成分生物膜的组成成分有三类：（1）膜脂：包括磷脂，类固醇，糖脂等；（2）膜蛋白:包括外周蛋白，内在蛋白和脂锚定蛋白等；（3）膜糖。
（4）此外还有少量的水和无机盐等。
在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的70%～80%。
生物膜由蛋白质、脂类、糖、水和无机离子等组成。
蛋白质约占60%～65%，脂类占25%～40%，糖占5%。
这些组分，尤其是脂类与蛋白质的比例，因不同细胞、细胞器或膜层而相差很大。
功能复杂的膜，其蛋白质含量可达80%，而有的只占20%左右。
需说明的是，由于脂类分子的体积比蛋白质分子的小得多，因此生物膜中的脂类分子的数目总是远多于蛋白质分子的数目。
如在一个含50%蛋白质的膜中，大概脂类分子与蛋白质分子的比为50∶1。
这一比例关系反映到生物膜结构上，就是脂类以双分子层构成生物膜的基本结构，而蛋白质分子则“镶嵌”于其中。
图1，细胞膜的构造1.1膜脂在植物细胞中，构成生物膜的脂类主要是复合脂类(complex lipids)，包括磷脂、糖脂、胆固醇等。
磷脂(phospholipid) 是含磷酸基的复合脂。
在植物细胞膜中重要的磷脂属甘油磷脂，它们是磷脂酰胆碱(又可称作卵磷脂)和磷脂酰乙醇胺(又可称作脑磷脂)。
生物膜的结构与功能
生物膜的结构与功能生物膜是一种由生物分子组成的薄膜，在生物学中起着至关重要的作用。
它们存在于各种生物体内，包括细菌、植物和动物。
生物膜具有多种结构和功能，对于维持生命的正常运作起着重要作用。
一、生物膜的结构生物膜的基本结构由磷脂双分子层组成，其中磷脂分子的疏水部分相互靠近，而疏水性较低的亲水部分暴露在膜表面。
这一结构通常被称为磷脂双层结构。
在磷脂双层中，蛋白质、糖类和胆固醇等可嵌入其中，并与磷脂分子相互作用。
这些嵌入物与磷脂分子一起形成了复杂的生物膜结构。
蛋白质在生物膜中起着支持和调节功能，而糖类则发挥着识别和粘附的作用。
胆固醇则是增加生物膜的稳定性。
二、生物膜的功能1. 细胞保护与界限生物膜作为细胞的外部边界，具有选择性渗透性，能够控制物质的进出。
它能够允许某些分子跨越膜，而对其他分子则形成障碍。
这种选择性渗透性使得细胞能够保持内部环境的稳定，并排除有害物质的侵入。
2. 细胞信号传导生物膜上嵌入的蛋白质能够与外界信号分子相互作用，并将信号传递到细胞内部。
这种信号传导机制在调节细胞生长、分化和应激反应等方面起重要作用。
通过改变蛋白质的构象和导致相关的细胞反应，生物膜能够将不同类型的信号转化为细胞内的生物化学信号。
3. 细胞黏附与聚集生物膜表面的糖类分子能够与其他细胞或病原体的分子结合，从而促进细胞的附着和聚集。
这对于细胞间相互沟通以及形成组织和器官结构至关重要。
此外，生物膜上的蛋白质与胆固醇也能够相互作用，参与细胞间的黏附和聚集过程。
4. 跨膜运输与分子转运生物膜允许物质在细胞内外之间进行跨膜运输。
通过蛋白质通道或转运蛋白，生物膜能够控制离子、小分子以及其他生化物质的通量。
这种跨膜运输保证了细胞内外环境的化学平衡，并参与细胞代谢过程。
三、生物膜的重要性生物膜是维持细胞生存和功能的关键，对于细胞内外环境之间的互动起到了至关重要的作用。
通过选择性渗透性和信号传导功能，生物膜能够实现细胞内外环境的动态平衡，并响应外界刺激。
生物化学教案：生物膜的结构与功能
生物化学教案：生物膜的结构与功能生物膜的结构与功能引言：生物膜是细胞的基本组成部分之一，它在维持细胞内外环境稳定、物质运输和信号传导等方面起着重要作用。
本文将重点介绍生物膜的结构和功能，并深入探讨其在细胞生物化学中的关键作用。
一、生物膜的结构1.1 磷脂双分子层生物膜主要由磷脂双分子层构成，其特点是两层磷脂分子以疏水性脂肪酸基团相向排列，亲水性磷头基团相对外露。
这种特殊的排列方式可以形成一个可渗透的屏障，有效隔离了细胞内外环境。
1.2 弱相互作用力磷脂双分子层中的疏水性脂肪酸基团之间是通过弱相互作用力维持在一起的。
这种弱相互作用力包括范德华力、静电作用力和氢键等，能够使磷脂双分子层保持结构的稳定性和柔韧性。
1.3 胆固醇的作用胆固醇是生物膜中重要的组分之一，它能够插入磷脂双分子层中，增强膜的稳定性和流动性。
胆固醇还可以调节膜的流动性，使其适应细胞内外环境的变化。
二、生物膜的功能2.1 分隔和保护细胞生物膜可以将细胞内外环境分隔开来，保护细胞免受外界有害物质的侵害。
它还能够控制物质进出细胞，选择性地运输离子、营养物质和代谢产物等。
2.2 细胞信号传导生物膜是细胞信号传导的重要平台，通过膜上的受体和信号分子相互作用，触发一系列的信号转导通路。
这些信号转导通路能够调控细胞的生长、分化和凋亡等重要生理过程。
2.3 质子泵和电导通生物膜上存在着多种质子泵和离子通道，它们能够主动地转运溶质和离子，维持细胞内外溶液的浓度差和电位差。
这种浓度差和电位差是维持细胞生存和功能发挥的基础。
2.4 参与细胞黏附和运动生物膜具有黏附的能力，可以使细胞牢固地附着在基质上。
此外，生物膜还能够通过细胞骨架和细胞运动蛋白的相互作用，参与细胞的运动和迁移过程。
三、生物膜在药物输送中的应用生物膜作为细胞的外包装，其独特的结构和功能使得它成为药物输送领域的重要研究对象。
研究人员通过修改生物膜的构成和性质，设计出了各种各样的纳米载体，用于将药物准确地送达目标细胞或组织。
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
生物化学教案：生物膜的结构与功能
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。
生物膜概念
生物膜概念生物膜概念什么是生物膜？•生物膜是一种广泛存在于生物体内的薄膜结构，由生物分子组装而成。
•生物膜常见于细胞的外层，包裹着细胞内部的各种细胞器。
•生物膜可用于物质传递、细胞间通信、细胞附着和保护细胞等功能。
生物膜的结构•生物膜由脂质双层组成，双层是由脂质分子排列形成的。
•脂质分子由亲水头部和疏水尾部组成，在水性环境中形成稳定的双层结构。
•生物膜中还包含蛋白质、糖类等分子，这些分子与脂质分子相互作用，维持膜的完整性和功能。
生物膜的功能1.分隔细胞内外环境：生物膜为细胞提供了一个边界，将细胞内外环境分隔开来，维持细胞内稳定的内部环境。
2.控制物质传递：生物膜具有选择性通透性，可以控制物质的进出，保持细胞内外物质浓度的平衡。
3.参与细胞信号转导：生物膜中的蛋白质可以与外界信号分子结合，传递信号到细胞内部，参与细胞的生理功能调控。
4.提供细胞附着和支持：生物膜表面的蛋白质能够与其他细胞或基质结合，提供细胞附着和支持，维持组织的结构和功能。
生物膜的研究意义•生物膜是生物学和生物医学研究的重要对象，对于研究细胞的结构和功能具有关键作用。
•生物膜的深入研究有助于理解疾病的发生机制，为新药的研发提供基础。
•科学家们通过研究生物膜，还可以揭示生命起源及进化的过程，为生命科学提供重要的理论支持。
结语生物膜作为生物体的重要组成部分，具有多种功能和结构，对细胞的正常生理活动至关重要。
深入研究生物膜的相关概念和内容，有助于我们更好地理解生命的奥秘，推动生物学和生物医学领域的发展和进步。
生物膜的研究方法•电子显微镜：通过使用电子束来观察生物膜的形态和结构。
•X射线晶体学：通过测定结晶生物膜的X射线衍射图像来解析其分子结构。
•荧光显微镜：利用特定染料或荧光标记蛋白质，观察生物膜的动态变化。
•生物化学方法：通过分离和纯化生物膜中的脂质和蛋白质，并使用各种鉴定技术来确定其组成和功能。
•分子动力学模拟：使用计算机模拟方法来研究生物膜的动态行为和相互作用。
生物化学笔记生物膜名词解释
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。
生物膜的组成与特性
生物膜的组成与特性生物膜是一种常见于自然界中的薄膜结构，由微生物聚集在固体表面形成的复杂、多层次的生态系统。
它们存在于土壤、水体、人体等各种环境中，起着重要的生态学和生物化学功能。
本文将详细介绍生物膜的组成与特性。
一、概述生物膜是由微生物通过黏附、生长和分裂形成的复杂结构。
它由微生物细胞、外多糖、胞外DNA等组成。
生物膜在特定环境中的形成与微生物之间的相互作用密切相关，其中还包括环境因素、化学物质等。
二、微生物细胞微生物细胞是生物膜的主要组分之一，通常由细菌、藻类、真菌等微生物组成。
微生物细胞通过黏附在固体表面上，并通过分泌物质将自身与固体表面相结合，形成一个起始种子层。
这个种子层继续生长和分裂，最终形成生物膜的复杂结构。
三、外多糖外多糖是生物膜中的重要组分之一，对细菌细胞形成生物膜起到了重要的胶结作用。
外多糖可通过微生物合成，也可以通过母细胞流出。
它具有粘附性和保护性，可以固定微生物细胞在固体表面上，并保护微生物细胞免受外界环境的不利影响。
四、胞外DNA胞外DNA是生物膜中的另一个重要成分，它是由微生物细胞释放出来的DNA片段。
这些胞外DNA可以通过微生物细胞的死亡或主动释放形成。
胞外DNA在生物膜中具有多种功能，包括黏附、断裂修复和互相交流的作用。
五、生物膜的特性1. 生物膜具有高度的交互性。
在生物膜内部，微生物之间可以进行信号传递、共享营养物质和基因，形成紧密的生态系统。
2. 生物膜对环境的适应性强。
微生物在生物膜中可以形成细胞聚集体，具有良好的耐受性，能够适应各种环境条件下的生存。
3. 生物膜对抗生物灭活剂的抵抗能力强。
微生物细胞在生物膜中会形成特殊的结构，使得抗生物灭活剂的渗透和杀菌效果降低，增强了微生物的存活能力。
4. 生物膜对生物降解有一定的保护作用。
外多糖和胞外DNA的存在保护微生物细胞免受外界环境的严酷条件和生物降解的影响。
六、生物膜的应用生物膜的组成与特性使其在多个领域具有广泛的应用价值。
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。
生物膜在生物化学反应中的作用
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。
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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 生物膜
第一节 生物膜的化学组成 第二节 生物膜的结构 第三节 生物膜的功能
生物体的基本结构与功能单位是细胞，生物 膜是细胞的质膜和内膜系统（如线粒体膜、 叶绿体膜、内质网膜、高尔基体膜和核膜等） 的统称。质膜是细胞与外界的屏障，而内膜 系统将细胞内的空间分割成具有相互独立的 结构和功能的小室。细胞的物质运输、能量 转换、细胞识别及信息传递等生命活动都与 生物膜密切相关。生物膜是由脂质、蛋白质 及糖类等组成的超分子体系，其中脂质是生 物膜的骨架，膜蛋白是生物膜功能的主要体 现者。
（二）糖脂 一类含有糖基的甘油酯，此类脂质与甘油磷 脂一样均是甘油的衍生物，一般将含有糖 基的脂类即糖脂复合物也称为糖脂。 组成生物膜的糖脂主要为甘油糖脂和鞘氨 醇糖脂。 甘油糖脂由甘油二酯与糖类（半乳糖、甘 露糖和脱氧葡萄糖）组成。植物和细菌的 细胞膜中。 鞘氨醇糖脂由鞘氨醇、脂肪酸和糖类组成， 包括脑苷脂和神经节苷脂 。动物的细胞膜 中。
的球形结构，内部不含水。当脂质分子极
性头部的有效截面积大于其非极性尾部的
酰基侧链截面积时易形成这种结构，如游
离脂肪酸、溶血磷脂等可形成微团。
2、双分子层 双分子层是由两个脂单层形成的一个二维 结构，即每个单层的疏水尾部朝向内侧， 远离水面，相互作用。 3、脂质体 脂质分子亲水的头部与双分子层表面的水 相互作用，由于边缘的疏水部位与水相会 发生短暂的接触，使得此结构相对不稳定， 会进一步自我封合为双层微囊，即形成脂 质体。
胆固醇的结构及其酯化
环戊烷 多氢菲 21 18 20 17 13 14 8 7 5 4 6 22 23 24 25 26 27
12
19 11 1 2 3 9
C
D
16
15
A
10
B
二、膜蛋白 • 生物膜具有物质运输、能量转换等多种功能， 而这些功能主要是由膜蛋白来完成的。例如 有些膜蛋白作为运输载体或“泵”，参与离 子或某些分子的跨膜转运过程，有些作为酶、 电子或质子传递体，参与细胞内能量的转换， 有些作为受体、抗原传递信息。 • 质膜中很多膜蛋白以共价键与寡糖结合形成 糖蛋白复合物，其中丝氨酸、苏氨酸和天冬 氨酸残基是蛋白质中易与糖共价结合的位点。
流动镶嵌模型的要点： 生物膜是一种流动的、嵌有各种蛋白质的 脂质双分子层结构，其中蛋白质就像一座 座冰山漂移在流动的脂质的海洋中。蛋白 质在膜中的分布是不对称的，即具有方向 性，一些蛋白质仅在膜的一侧突出，另一 些蛋白质则暴露于膜的内外两侧。
图5-9 流动镶嵌模型
目前一般认为流动镶嵌模型在基本方面是 正确的，但仍存在局限性。它忽视了蛋白 质、脂质等组分间的相互作用以及这些作 用的不均匀性。随着研究的深入，人们逐 渐认识到生物膜存在着流动性不同的微区。
（一）磷脂 生物膜中的磷脂主要有甘油磷脂和鞘磷脂。 1、甘油磷脂： 组成：磷酸化的头部 +三碳的甘油骨架+ 两条 脂肪酸链 主要包括 磷脂酸、磷脂酰胆碱、 磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、 磷脂酰肌醇等。
甘油磷脂的结构
乙醇胺 胆碱 丝氨酸 甘油
磷脂酸
磷脂酰胆碱
磷脂酰乙醇胺
磷脂酰肌醇
磷脂酰丝氨酸
磷脂酰甘油
（三）固醇 固醇是脂类中不被皂化，在有机溶剂中容易 结晶出来，因常温下呈固态而得此名称。固 醇是环戊烷多氢菲的衍生物。固醇也是一类 重要的膜脂，动植物及微生物细胞生物膜所 含固醇的种类是不同的。动物膜固醇主要是 胆固醇，植物膜固醇中，胆固醇含量很低， 主要是豆固醇和谷固醇。许多真菌如酵母质 膜甾醇以麦角固醇为主（图5-4）。
图5-5糖蛋白与糖脂中的糖链
第二节 生物膜的结构 一、生物膜结构的研究历史 生物膜的组分主要是蛋白质、脂质和糖类等， 这些组分是如何排列和组织起来形成特定的 膜结构？科学家对生物膜的结构进行了大量 的研究，对膜的基本结构的认识不断深入， 曾提出了很多种关于膜结构的理论模型。 目前一般认为流动镶嵌模型在基本方面是正 确的.