第五章生物膜_PPT幻灯片
合集下载
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
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。
_第五章生物膜
昆虫的幼虫等组成的生态系统及对有机物的降解
达到了平衡、稳定）生物膜成熟一般需200C,30
天左右，生物膜表层生长的是好氧和兼性微生
物，厚2~3mm，剩余、回流污泥含水96-98%。
原理：微生物附着在介质“滤料”表面上，形成生物膜， 污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物、DO 被微生物吸附转化为H2O、CO2和微生物 细胞物质，污水得到净化，所需氧气一般直接来
排水、通风系统 包括：渗水装置、汇水沟、总排水沟 作用：①收集滤床流出的污水与生物膜
②保证通风 ③支撑滤料
优、缺点
✓ 优点：
（1）BOD的去除率较高，工艺稳定，易 于管理和节省能源。
（2）有机物被深度转化，出水中硝酸盐 含量较高，残膜呈深棕色，类似腐殖质， 沉淀性能较好。
✓ 缺点：
（1）负荷低、占地面积大，不适合处理量较大 的污水，仅在污水量小(适合处理1000m3/d), 地区偏僻，石料不贵的场合；
自大气。 随时间增长，微生物膜越来越厚，里层成 为厌氧，释放出大量H2S、 NH3等气体，同时吸 附的有机物在传递到生物膜内层的微生物以前， 已被代谢掉。此时，内层微生物因得不到充分的 营养而进人内源代谢，失去其粘附在滤料上的性 能，膜不稳定，大量脱落即膜的老化。尽量避免 膜老化现象。滤料表面再重新长出新的生物膜。
物和水接触机会少，自然通风）； （2）需要滤料和滤料支撑结构，基建费较高。
生物膜法的 主要工艺
第二节 生物滤池
(需要时)
水回流 (需要时)
剩余污泥
根 生据 物负 滤荷 池分
类
普通生物滤池（低负荷） 高负荷生物滤池 塔式生物滤池
影响生物滤池功能的主要因素
Ø 滤床的比表面积和孔隙率 ——滤料表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，
生物膜 ppt课件
•
医疗的视角
在医疗领域，只要是存在非灭菌水的场所都 有可能形成生物膜。那些有非灭菌水附着 的表面，包括外来器械的缝隙、内镜的管 腔以及各种植入物都是生物膜滋生的场所 。生物膜很长时间内一直是齿科关注的对 象。牙菌斑就是生物膜的一种形式，而生 物膜也在齿科所用的水管与吸引器内存在 。
生物膜？
• 在温湿度，营养合适的任何表面 • 99%的细菌生活在生物膜内 • 好处：如生物修复，反刍 • 坏处：人体表面如牙齿，组织内，
植入物周边等
生物膜的定义
• 生物膜（或生物被膜）： • 集聚的细菌和细胞外物质，紧紧地粘附在
表面并不容易被去除
• 一些微生物，在水中或水溶液或体内（如
：血流）生长时，有能力粘附表面，然后 包埋在多聚糖基质中。基质含细胞，活和 死的微生物和多聚糖，阻止抗菌剂，灭菌 剂，消毒剂和抗菌素到达微生物
生物膜的特点
落
• －大量微菌落使ＢＦ加厚 • －细胞启动包间信号系统，产生胞间信号
生物膜的形成
• ３.ＢＦ的成熟：
• －结构不均匀，类似蘑菇形状的微菌落组成 • －菌落之间围绕着输水通道，可以运送养料，酶
，代谢产物和排出废物，形成原始的循环系统。
• 因菌种，营养，附着表面和环境不同，形成疏松
或致密以及厚薄不等的ＢＦ结构
• （3）如果有泡沫，取出器械时又会把粘附在 • 气泡上的污物带回到器械上，造成清洁不彻 • 底，从而影响消毒灭菌。 • 同时，泡沫也会增加清洗的时间。 • （4）泡沫会阻隔视线，清洗人员无法看清水 • 面下的情况，增加了清洗人员被水面下的刺 • 伤、割伤的危险，从而造成交叉感染。 • （5）泡沫容易造成自动清洗机排水管的堵塞 • 及吸液泵、排水泵的损坏，更换这些部件价 • 格昂贵。
医疗的视角
在医疗领域，只要是存在非灭菌水的场所都 有可能形成生物膜。那些有非灭菌水附着 的表面，包括外来器械的缝隙、内镜的管 腔以及各种植入物都是生物膜滋生的场所 。生物膜很长时间内一直是齿科关注的对 象。牙菌斑就是生物膜的一种形式，而生 物膜也在齿科所用的水管与吸引器内存在 。
生物膜？
• 在温湿度，营养合适的任何表面 • 99%的细菌生活在生物膜内 • 好处：如生物修复，反刍 • 坏处：人体表面如牙齿，组织内，
植入物周边等
生物膜的定义
• 生物膜（或生物被膜）： • 集聚的细菌和细胞外物质，紧紧地粘附在
表面并不容易被去除
• 一些微生物，在水中或水溶液或体内（如
：血流）生长时，有能力粘附表面，然后 包埋在多聚糖基质中。基质含细胞，活和 死的微生物和多聚糖，阻止抗菌剂，灭菌 剂，消毒剂和抗菌素到达微生物
生物膜的特点
落
• －大量微菌落使ＢＦ加厚 • －细胞启动包间信号系统，产生胞间信号
生物膜的形成
• ３.ＢＦ的成熟：
• －结构不均匀，类似蘑菇形状的微菌落组成 • －菌落之间围绕着输水通道，可以运送养料，酶
，代谢产物和排出废物，形成原始的循环系统。
• 因菌种，营养，附着表面和环境不同，形成疏松
或致密以及厚薄不等的ＢＦ结构
• （3）如果有泡沫，取出器械时又会把粘附在 • 气泡上的污物带回到器械上，造成清洁不彻 • 底，从而影响消毒灭菌。 • 同时，泡沫也会增加清洗的时间。 • （4）泡沫会阻隔视线，清洗人员无法看清水 • 面下的情况，增加了清洗人员被水面下的刺 • 伤、割伤的危险，从而造成交叉感染。 • （5）泡沫容易造成自动清洗机排水管的堵塞 • 及吸液泵、排水泵的损坏，更换这些部件价 • 格昂贵。
生物膜的结构与功能课件
内生长和繁殖。
05
生物膜的研究进展
生物膜的结构研究
生物膜的组成
生物膜主要由脂质分子和蛋白质分子组成，这些分子通过相互作 用形成有序的结构。
生物膜的厚度
生物膜的厚度一般在5-10纳米之间，不同部位的膜厚度略有差 异。
生物膜的流动性
生物膜具有一定的流动性，脂质分子和蛋白质分子可以在膜中移 动。
生物膜的功能研究
生物膜的结构与功能 课件
xx年xx月xx日
• 生物膜的概述 • 生物膜的结构 • 生物膜的功能 • 生物膜与疾病 • 生物膜的研究进展
目录
01
生物膜的概述
生物膜的定义
生物膜
是指细胞膜和细胞内各个由膜围绕而 成的细胞器，包括线粒体、高尔基体 、内质网、溶酶体、叶绿体、过氧化 物酶体等。
细胞膜
细胞器膜
磷脂双分子层构成了生物膜的 基本骨架，为膜蛋白提供锚定 点和活动空间。
膜蛋白
膜蛋白是生物膜的主要成分之一，具有多种功能，如运输、信号转导和能量转换等 。
膜蛋白分为嵌入型、跨膜型和附着型三种类型，它们以不同的方式插入到磷脂双分 子层中。
膜蛋白的分布和数量对生物膜的功能具有重要影响，不同的膜蛋白可以分布在细胞 膜的不同区域。
心力衰竭
心脏瓣膜上的生物膜感染可能导致心脏瓣膜功能 失调，引发心力衰竭。
血栓形成
生物膜可促进血栓的形成，增加心血管事件的风 险。
生物膜与肿瘤
肿瘤转移
01
肿瘤细胞可形成生物膜，促进肿瘤的转移和扩散。
耐药性
02
肿瘤细胞形成的生物膜可增强其耐药性，降低化疗和放疗等治
疗的疗效。
免疫逃逸
03
生物膜能够保护肿瘤细胞免受免疫系统的攻击，使其得以在体
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
如乙酰胆碱ach受体主要存在于神经肌肉等可兴奋细胞其信号分子为神经递质331离子通道偶联的受体配体门离子通道递质门离子通道离子通道偶联的受体位于细胞膜上时一般是四次跨膜蛋白位于内质网或其他细胞器的膜上一般为六次跨膜蛋白受体对配体具有选择的特异性激活的通道对离子也具有选择性
生物膜
1
2
3
一. 对生物膜结构的探究历程
而失活； 或通过结合GTP而活化，结合GDP失活
78
3.1.3 受体 （Receptor）
能够识别和选择结合某种配体（信号分子）的大 分子物质，多为糖蛋白。
至少包括两个功能区域：配体结合区和产生效应 的区域。
存在部位：细胞表面受体和细胞内受体
79
80
细胞内受体介导
离子通道偶联的受体
载体蛋白(Carrier proteins)
参与被动运输和主动运输，也叫通透酶，具有专一性、 饱和性、竞争性。
48
通道蛋白(Channel proteins) 也称为离子通道(ion channels)或者闸门通道
(gated channel) ；只介导被动运输。
根据开启和关闭条件，离子通道分为三种类型：
糖类化合物在信息传递和识别方面具有重要作用
28
29
三. 流动镶嵌模型
脂双分子层是细胞膜的主要结构支架；膜 蛋白为球蛋白，分布于脂双层表面或嵌入 脂分子中，有的甚至横跨整个脂双层；
具有流动性 具有不对称性
30
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
1895年，欧文顿（ E. Overton ）
4
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。
生物膜
1
2
3
一. 对生物膜结构的探究历程
而失活； 或通过结合GTP而活化，结合GDP失活
78
3.1.3 受体 （Receptor）
能够识别和选择结合某种配体（信号分子）的大 分子物质，多为糖蛋白。
至少包括两个功能区域：配体结合区和产生效应 的区域。
存在部位：细胞表面受体和细胞内受体
79
80
细胞内受体介导
离子通道偶联的受体
载体蛋白(Carrier proteins)
参与被动运输和主动运输，也叫通透酶，具有专一性、 饱和性、竞争性。
48
通道蛋白(Channel proteins) 也称为离子通道(ion channels)或者闸门通道
(gated channel) ；只介导被动运输。
根据开启和关闭条件，离子通道分为三种类型：
糖类化合物在信息传递和识别方面具有重要作用
28
29
三. 流动镶嵌模型
脂双分子层是细胞膜的主要结构支架；膜 蛋白为球蛋白，分布于脂双层表面或嵌入 脂分子中，有的甚至横跨整个脂双层；
具有流动性 具有不对称性
30
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
1895年，欧文顿（ E. Overton ）
4
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。