第五章生物膜的结构讲义与功能
5.2 生物膜的结构与功能
基础生物化学Basic Biochemistry第5章脂类与生物膜5 脂类与生物膜5.2 生物膜的结构与功能✓生物膜的结构✓生物膜的功能•生物膜将细胞与外界隔离，并实现细胞内部的“区域化”，为生命体的基本单元提供了必需的结构基础。
•生物膜包括：✓细胞膜（质膜）✓内膜系统生物膜的结构✓化学组成：生物膜是由脂质、蛋白质和糖类组成，此外还有微量的核酸、金属离子和水。
✓功能越复杂，蛋白含量相对越多。
膜脂(membrane lipids)•膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇，其中磷脂约占整个膜脂的50％以上。
•无论是磷脂还是糖脂、无论是甘油脂还是鞘脂，具有亲水的头部和疏水的尾部。
微团(micelles)双层(bilayer) 脂质体(liposome)膜蛋白(membrane proteins)✓膜蛋白是赋予生物膜特殊功能的重要成分，不同的膜蛋白赋予生物膜不同的功能，如离子通道蛋白、受体蛋白等。
✓根据膜蛋白与脂质分子的结合方式和分离的难易程度分为外周蛋白和内在蛋白。
•内在蛋白也称整合蛋白或跨膜蛋白。
内在蛋白含有较多的疏水性氨基酸，与膜脂的疏水部分牢固结合。
单螺旋跨膜蛋白血型糖蛋白多螺旋跨膜蛋白细菌视紫红质Beta-卷筒跨膜蛋白外周蛋白•外周蛋白膜外周蛋白位于脂双层的表面，通过离子键与磷脂的极性头部或通过氢键与膜内在蛋白亲水结构域，与膜疏松结合。
•提高离子强度、pH或温度就可将其从质膜上分离下来，而不破坏膜结构。
•有的外周蛋白也通过共价连接的非极性烃链插入脂双层内部而使外周蛋白稳定地结合在膜表面，因此又称为脂锚定蛋白（anchoring protein ）•棕榈酰豆蔻酰法尼基流动镶嵌模型(S.J. Singer, G. Nicholson,1972)流动镶嵌模型的特征：✓脂质双分子层是生物膜的基本骨架。
✓膜蛋白的多寡决定着膜的功能✓膜的不对称性✓膜脂的分布不对称✓膜蛋白和寡糖的分布不对称✓膜的流动性•膜的流动性主要是脂质分子的侧向运动，同时，膜脂分子还能围绕轴心作自旋运动、尾部摆动以及双层脂分子之间的翻转运动。
生物膜结构与功能
生物膜结构与功能生物膜是生物体内一种重要的结构，它具有复杂的结构和多样的功能。
本文将介绍生物膜的构成和主要功能。
一、生物膜的构成生物膜主要由脂质双层和膜蛋白组成。
脂质双层是由磷脂分子和胆固醇等非极性分子构成的。
磷脂分子是由亲水性的磷酸基和疏水性的脂肪酸基组成，可以形成双层结构。
膜蛋白则嵌入于脂质双层中，可以分为跨膜蛋白和周质蛋白两种类型。
二、生物膜的功能1. 细胞边界保护和选择性渗透生物膜作为细胞的边界，能够保护细胞内部免受外界环境的侵害。
膜上的磷脂分子和胆固醇可以堵塞水、离子和大分子的通过，实现对物质的选择性渗透，维持细胞内外环境的稳定。
2. 信号传递和受体功能膜上的蛋白质可以作为信号受体，在一些细胞活动中发挥重要作用。
例如，G蛋白偶联受体（GPCR）可以感受外界信号物质的结合，并通过二次信号转导的方式传递信号到细胞内部。
3. 分隔反应空间和提供催化中心细胞内膜和细胞质膜可以将细胞内部划分为不同的区域，形成不同的反应空间。
膜上的酶可以作为催化剂，参与到细胞内部的各种代谢反应中。
例如，线粒体内膜上的呼吸链酶能够通过细胞呼吸反应产生能量。
4. 细胞运输和囊泡运输细胞膜上的跨膜蛋白可以形成孔道，参与到物质的运输过程中。
例如，细胞膜上的离子通道能够调节细胞内外的离子浓度差，维持细胞的正常功能。
此外，细胞膜还能够形成囊泡，参与到细胞间物质的转运过程中。
5. 细胞识别和黏附生物膜上的糖蛋白可以作为细胞识别和黏附的分子，参与到细胞的粘附过程中。
例如，细胞膜上的选择素可以与其他细胞或者基质分子结合，实现细胞间的粘附和沟通。
结论生物膜是细胞内一个重要的结构，具有多种功能。
它通过脂质双层和膜蛋白的组合构成，能够保护细胞内部、传递信号、分隔反应空间、参与运输和黏附等过程。
生物膜的结构与功能相辅相成，为细胞的正常生理活动提供了重要的基础。
深入了解生物膜的结构和功能对于研究细胞生物学以及开发相关药物具有重要意义。
生物膜结构及功能
生物膜结构及功能生物膜是一种具有特殊结构和功能的生物组织，广泛存在于生物界的各个领域，从单细胞生物到多细胞生物的各个层次上都能找到生物膜的存在。
生物膜结构的特点使其能够完成多种生理功能，如细胞信号传导、物质转运和细胞黏附等。
生物膜一般由脂质双层、膜蛋白和糖蛋白组成。
其中，脂质双层是生物膜最基本的结构单位，它由疏水的脂质分子聚集形成。
脂质分子主要由磷脂和胆固醇组成，其中磷脂分子具有两端不同性质的亲水头部和疏水尾部。
亲水头部朝向细胞外部和细胞内部的水相，而疏水尾部则朝向膜内。
这种分子结构使得磷脂分子能够在水相和脂相之间形成一个稳定的界面。
除了脂质双层外，膜蛋白也是生物膜中的重要组成部分。
膜蛋白具有多种不同的功能，包括物质的转运、细胞信号的传导和细胞间的黏附等。
根据其位置和结构特点，膜蛋白可分为跨膜蛋白和周质蛋白两大类。
跨膜蛋白穿过整个脂质双层，其重要功能是实现物质的跨膜转运，以满足细胞内外环境的需要；而周质蛋白则紧密贴附在脂质双层的一侧，其功能主要是参与细胞间的信号传导和细胞黏附过程。
糖蛋白是另一类重要的膜结构成分，它们具有较长的糖链，可参与细胞的识别和黏附过程。
糖蛋白通过其糖链与其他分子或细胞表面的配体发生相互作用，从而实现细胞间的特异识别和黏附。
生物膜的结构特点为其功能提供了基础。
首先，脂质双层的存在使生物膜具有选择性通透性。
由于脂质双层的疏水性，它可以阻止水溶性物质自由通过，但却能够容许一些特定的物质通过。
此外，膜蛋白的存在可以进一步调控物质的转运过程，使得细胞能够有选择地吸收和排出物质。
其次，生物膜的结构还能使细胞内外的环境保持稳定。
脂质双层为细胞提供一个隔离的环境，可以阻止溶质的扩散。
此外，膜蛋白还可以调节细胞内外溶质的平衡，保持细胞内的稳态平衡。
生物膜还具有其他一些重要的功能。
例如，生物膜是细胞信号传导的关键部分。
膜蛋白可以通过特定的结构域与信号分子结合，传递信号并激活下游的反应。
此外，生物膜还能通过细胞表面的糖蛋白参与细胞的识别和黏附过程。
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。
高中生物课件-第5讲 细胞膜的结构与功能-高三一轮复习
核心知识一遍过高考一轮复习——必修一《分子与细胞》——第四讲 细胞膜的结构与功能v1.概述细胞都由细胞膜包裹，细胞膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流。
考点一细胞膜的结构和功能（1）将细胞和外界环境分开用台盼蓝染液鉴别动物细胞是否死亡死细胞活细胞磷脂的疏水尾部决定了水溶性极性分子或离子难以通过——屏障作用1.细胞膜的功能（2）控制物质进出细胞细胞膜上的膜转运蛋白起主要运输作用磷脂双分子层允许弱极性或无极性分子以及极性小分子穿过，阻止离子和强极性分子通过1.细胞膜的功能控制物质进出细胞功能的验证正常的玉米种子煮熟的玉米种子红墨水处理清水冲洗正常的玉米胚细胞不呈红色红墨水处理清水冲洗煮熟的玉米胚细胞呈红色细胞膜具有控制物质进出细胞的功能细胞膜的制备吸水吸水人的正常成熟红细胞人的圆涨的红细胞人的涨破的红细胞（3）进行细胞间的信息交流体液的传送化学信号传导（如激素）内分泌细胞分泌的激素与靶细胞膜上的受体结合，将信息传递给靶细胞靶细胞靶细胞发出信号的细胞靶细胞与膜结合的信号分子相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递到另一个细胞胞间识别（如精、卵结合）糖蛋白细胞器膜有没有糖？1.细胞膜的功能胞间连接与通讯（如胞间连丝）（3）进行细胞间的信息交流1.细胞膜的功能1.细胞膜的功能触）将细胞与外界环境分隔开胞吞、胞吐注意:高等植物细胞之间通过胞间连丝进行交流时，不需要细胞膜上的受体。
因此，细胞膜上的受体并不是细胞间信息交流所必需的结构注意:直接接触是借助细胞膜表面的受体（化学本质：糖蛋白）进行识别，将信息从一个细胞传递给另一个细胞注意；营养物质可进；细胞不需要的物质不容易进入细胞;抗体、激素等物质、细胞产生的废物可出；细胞内有用的成分（比如核酸）不会轻易流失到细胞外；但是细胞膜的控制作用是相对的,对细胞有害的物质可能进入，有些病毒、病菌也能侵入细胞。
注意:比如细胞分泌的激素（如胰岛素）通过血液运输到达全身各处，与靶细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞除了以上提到的三种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。
生物膜的结构与功能的关系分析
生物膜的结构与功能的关系分析生物膜是一种由生物体细胞形成的基本结构，其主要功能是维持和调节细胞内外环境的物质交换和信号传递。
生物膜的结构和功能密切相关，正常细胞功能的实现和维持需要依靠完整的生物膜结构和功能。
一、生物膜的结构特点生物膜主要由磷脂双层、膜蛋白和糖蛋白组成。
其中磷脂双层是生物膜的主体结构，其特点是疏水性和疏水性，可形成不同的结构。
膜蛋白和糖蛋白则在磷脂双层上分布，起到通道、传输、识别和信号传递等功能。
二、生物膜的功能特点1. 细胞保护生物膜能够防止细胞内外环境发生剧烈变化时细胞受到损害，同时还可以阻止有害物质进入细胞内部，保护细胞正常功能的发挥。
2. 物质交换生物膜还是细胞内外物质交换的重要通道，不同的膜蛋白和糖蛋白在此发挥不同的功能，如离子泵、离子通道、钠共转运体等，在维持细胞内外物质平衡和正常代谢过程中非常重要。
3. 信号转导生物膜上的多种蛋白分子能够接收、传递、识别和处理多种信号，包括激素、神经递质、生长因子等多种生物活性物质，使细胞能够进行有效的内部信号传递和调节，以及与外部环境之间的信息交换和响应。
三、生物膜结构和功能的相互作用生物膜的结构特点和功能特点是相互作用的，结构的变化或缺陷会直接影响功能的发挥和细胞的正常运作。
比如说，磷脂双层中的疏水性作用是维持其稳定性和完整性的必要条件，一旦磷脂双层发生疏水性的改变，细胞内外物质的交换和信号的传递都会受到影响，导致细胞发生异常。
另外，膜蛋白和糖蛋白的表达和分布也会受到细胞内环境和外部环境的影响，进而影响膜蛋白和糖蛋白的功能和信号传递的效果。
因此，在相关研究领域，针对生物膜结构和功能的相互作用的研究是非常重要的。
目前的研究主要集中在对生物膜组成和形态学的了解，以及对膜蛋白和糖蛋白功能强度和空间结构的分析等方面。
其中，开发新的生物材料和仿生技术是研究领域的新热点，可以为生物膜的分子机理和细胞生理学研究提供有力的支持和推动。
总之，生物膜是生物体细胞和外部环境的重要接口和调节中心，其结构和功能特点相互作用，维持着正常的细胞生理状态和机能。
生物膜的结构与功能
生物膜的结构与功能生物膜是生物体内外的一种薄膜状结构，由生物大分子聚集而成。
它在维持生物体内外环境稳定、免受外界环境变化等方面起着重要作用。
本文将从生物膜的结构和功能两方面进行论述。
一、生物膜的结构生物膜的结构主要由脂质双分子层、蛋白质和其他分子组成。
1. 脂质双分子层：脂质双分子层是生物膜的基本结构单元，由磷脂分子构成。
磷脂分子有亲水头部和疏水尾部，因此它们排列成双分子层，使亲水头部面朝水相，尾部面朝膜内。
这样的排列形式实现了膜的隔离和包裹功能。
2. 蛋白质：蛋白质是生物膜中的重要组成部分，可以分为固定蛋白和浮游蛋白。
固定蛋白通过与脂质双分子层相互作用，稳定膜的结构。
浮游蛋白能够在膜上自由运动，并参与信号传递、物质转运等生物过程。
3. 其他分子：除了脂质双分子层和蛋白质外，生物膜还含有一些其他分子，如糖类和胆固醇。
这些分子在生物膜中发挥着重要的生理功能，比如参与细胞识别和信号传导过程。
二、生物膜的功能生物膜具有多种功能，包括隔离、选择性通透、信号传导和细胞识别等。
1. 隔离功能：生物膜通过脂质双分子层的排列形式，将细胞内外环境隔离开来，维持细胞内外环境的稳定。
这种隔离功能保护了细胞的内部结构和功能，使细胞能够在相对稳定的环境中进行生命活动。
2. 选择性通透功能：生物膜具有选择性通透的特性，通过脂质双分子层和蛋白质通道控制物质的进出。
这种选择性通透性使得细胞可以对外界环境做出响应，实现物质的吸收、排泄和交换等生物过程。
3. 信号传导功能：生物膜中的蛋白质和其他分子能够与外界信号相互作用，传递信号到细胞内部，并参与细胞的信号传导过程。
这种信号传导功能使得细胞能够感知和响应外界环境的变化，从而适应不同的生理和生化条件。
4. 细胞识别功能：由于生物膜上的糖类和蛋白质的特异性识别性质，细胞能够通过与其他细胞和分子进行识别和交互，实现细胞间的相互作用和组织形成。
细胞识别功能在生物体内的发育、免疫和疾病等方面起着重要作用。
生物膜结构与功能解析
生物膜结构与功能解析生物膜，这个在细胞生物学中占据关键地位的存在，就如同一个神秘而又精巧的微观世界。
它不仅仅是一层简单的屏障，更是细胞进行生命活动的重要场所，其结构与功能的复杂性和精妙性令人叹为观止。
从结构上来看，生物膜主要由脂质、蛋白质和少量的糖类组成。
脂质分子构成了生物膜的基本骨架，就像房屋的框架一样，为整个膜结构提供了支撑。
其中，磷脂分子是最主要的脂质成分。
磷脂分子有着独特的“两亲性”，即一端是亲水的头部，另一端是疏水的尾部。
这种特性使得它们在水环境中能够自发地排列形成双层结构，亲水的头部朝向外侧，与水相接触，而疏水的尾部则相互靠近，位于膜的内部，从而形成了一个稳定的脂双层。
蛋白质是生物膜的功能执行者，它们镶嵌或贯穿于脂双层中，就像镶嵌在墙壁上的各种设备一样。
根据蛋白质与脂双层结合的紧密程度，可以分为外周蛋白和内在蛋白。
外周蛋白通过静电引力或氢键与膜表面的蛋白质或脂分子结合，比较容易分离；而内在蛋白则不同，它们部分或全部嵌入脂双层中，有的甚至横跨整个膜，要想将它们分离出来可就没那么容易了。
这些蛋白质具有各种各样的功能，比如作为载体运输物质、作为受体接收信号、作为酶催化化学反应等等。
糖类在生物膜中的含量相对较少，但它们的作用也不容小觑。
糖类通常与膜蛋白或膜脂结合，形成糖蛋白或糖脂。
这些糖链大多伸向膜的外侧，就像触角一样，参与细胞识别、细胞黏附等过程。
生物膜的结构并非是一成不变的，而是具有一定的流动性。
这一特性对于细胞的生命活动至关重要。
膜的流动性使得物质能够在膜上快速地扩散和运输，保证了细胞与外界环境以及细胞内部各部分之间的物质交换和信息传递能够高效进行。
比如，当细胞需要摄取外界的营养物质时，膜上的受体蛋白能够迅速聚集，形成一个小的凹陷，然后将物质包裹起来，通过膜的融合将其摄入细胞内。
如果膜没有流动性，这一过程将难以实现。
生物膜的功能丰富多样，其中物质运输是其最为基础和重要的功能之一。
生物膜就像是一个严格把关的海关，控制着物质的进出。
生物膜的动态结构和功能变化
生物膜的动态结构和功能变化生物膜是由生物体表面的生物大分子，如蛋白质和多糖等组成的一个动态的结构，其功能包括保护生物体细胞、感受刺激和维持细胞内部环境稳定。
由于生物膜的重要性，许多科学家都致力于研究生物膜的动态结构和功能变化，以此探究生命的奥秘。
生物膜的结构生物膜的结构是非常复杂的。
生物膜通常由两层脂质双分子层组成，其中每一层脂质双分子层都由许多脂质分子组成。
这些脂质分子有一个特定的结构，由一个亲水基团和一个疏水基团组成。
亲水基团会朝向膜的内外表面，而疏水基团则朝向内部，由此构成了膜的双分子层结构。
此外，生物膜中还有一些蛋白质，多糖和其他生物大分子，它们和脂质分子相互作用，形成了一个动态的结构。
生物膜的功能生物膜的功能非常重要。
首先，生物膜是生物细胞保护的主要工具。
生物膜可以有效地防止细胞内部物质外泄，外来物质进入细胞。
此外，生物膜在细胞内外环境之间起到了重要的桥梁作用。
它可以通过离子选择性通道和转运体调节细胞内外离子和小分子物质的平衡，从而维持细胞内部环境稳定。
此外，生物膜还参与了许多重要的细胞信号传导和细胞黏附等生物过程。
尽管生物膜是一种相对稳定的结构，但由于生物大分子的不断流动和分子间相互作用的作用，生物膜的结构和功能是不断变化的。
例如，生物膜中的脂质分子可以通过扭曲和旋转等运动形式来改变它们的位置和角度，从而调节膜的流动性和通透性等性质。
此外，膜中的蛋白质和其他生物大分子也可以通过内源或外源作用因素的调节，发生结构变化和功能上的调整。
这些变化在许多生命过程中都起到了重要的作用。
总之，生物膜是由许多生物大分子所组成的一个动态结构，具有重要的保护和调节细胞内部环境稳定等生物功能。
生物膜中的结构和功能是不断变化的，这为研究生命的奥秘打开了一扇视角。
未来，我们可以在探索生物膜的动态结构和功能变化的基础上，加深对生态和生命科学的理解。
生物膜的结构和功能1
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(4)磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS） 磷脂酰丝氨酸（ 磷脂酰丝氨酸 ， ）
磷脂酰丝氨酸广泛分布于各类细胞膜系中，但 其浓度通常低于磷脂总量的10％。在中性pH时，带 负电荷。
X＝－ 2－CH－N＋H3 ＝－CH ＝－ － COO－
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能量转换（ 能量转换（Energy conversion） ）
细胞或机体都是一个开放系统，存在一系列能量 转换机制，膜在细胞的能量转换中起着重要作用。光 合作用中发生着最大量的能量转换，太阳光能由膜结 合的色素吸收并转换为以碳氢化合物形式储存的化学 能。膜还涉及从碳氢化合物或脂肪到ATP的能量转换。 在真核细胞中，执行这些能量转换的机构是叶绿体膜 和线粒体膜。另外，当膜维持着某些特异离子或溶质 跨越膜两侧表面的浓度差时，能量即储蓄于它的跨膜 电化学梯度中，膜就成为储存能量的场所（Site of energy storage）或者成为“能势膜”（energized membranes）。如同储蓄于电池中的能量一样，这些能 量反过来用于驱动细胞的许多重要活性。
X＝－ 2CH2N＋H3 ＝－CH ＝－
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(3) 磷脂酰肌醇（phosphatidylincositol，PI） 磷脂酰肌醇（ ， ）
磷脂酰肌醇是次要的磷脂成分。一般含量为5—10 ％。它在神经组织（主要在髓鞘）中含量较高。据报 道，它在细胞信息传递过程中起着重要的作用。
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第二部分
膜与细胞生物物理
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第五章 生物膜的结构和功能
生物膜的组成和功能
生物膜的组成和功能
生物膜是一层包裹在生物体表面的薄膜，由脂质、蛋白质和碳水化合物等基本
分子构成，并且它们在生物膜上长期地相互作用和组合，形成一种有序的结构。
1. 组成
生物膜的主要成分是磷脂双层，这些分子分别由两个疏水性脂肪酸尾部和一个
亲水性的磷酸头部组成。
这些疏水意味着它们排斥周围环境的水，因此它们在水中聚集在一起。
这些双层膜中还含有蛋白质、醣类、胆固醇、酰基化酰胺、磷脂酸等各种物质。
生物膜中的蛋白质有两种：一类是固定的，密集地分布在膜的内侧；另一类是游离在膜内的，可以在膜内自由扭曲活动。
2. 功能
生物膜有很多重要的生理学功能，最重要的功能之一是保护细胞内部。
因为生
物膜是一屏障，它可以防止外部物质和细菌、病毒等生物体的进入，是细胞生存必不可少的组成部分。
同时，生物膜还负责向其他细胞、组织和器官传递重要信息。
其中，维持物质的内外浓度差是细胞内外环境交换的基础，而这一过程要依靠生物膜某些物质的通过性。
生物膜不仅与细胞内外物质的交换有关，还与细胞信号传递、细胞分化、细胞内环境和细胞形态维持等多方面的生命现象关联。
总之，生物膜是一个非常重要的细胞结构，在细胞的正常生理活动中发挥着不
可替代的作用，其复杂的组成和多样的功能使得人们对生物膜的研究前景十分广阔。
未来，生物膜的研究将具有越来越重要的意义，对于人类健康、生物技术以及环境保护等方面都将发挥至关重要的作用。
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
生物膜结构和功能
生物膜结构和功能
生物膜是由微生物细胞、细胞外基质和附着在基质上的其他微生物组成的复杂结构。
它通常存在于各种水体和土壤中，如水体中的生物膜可以在水表面形成一层薄膜，也可以附着在水下物体表面形成一层薄膜。
生物膜的形成是微生物生长、繁殖和代谢的结果。
生物膜的结构包括三个层次：
1.外层：是由微生物细胞、细胞外基质和附着在基质上的其他微生物组成的。
2.中层：是由细胞外基质、基质蛋白和基质糖组成的。
3.内层：是由基质、基质蛋白和基质糖组成的。
生物膜的功能包括：
1.提供微生物生长和繁殖的环境：生物膜提供了微生物生长和繁殖所需的营养物质和生存空间。
2.保护微生物免受外部环境的影响：生物膜的外层可以防止微生物受到外部环境的影响，如紫外线辐射和氧化剂的伤害。
3.参与微生物的代谢和物质交换：生物膜中的微生物细胞可以通过细胞外基质和基质蛋白进行物质交换，参与微生物的代谢和物质合成。
4.参与污染物的去除：生物膜可以通过吸附、生物降解和生物转化等方式参与污染物的去除和降解。
总之，生物膜是微生物生长和繁殖的复杂结构，具有保护微生物、参与微生物代谢和物质交换以及参与污染物的去除等多种功能。
生物膜结构与功能解析
生物膜结构与功能解析在我们的细胞世界中，生物膜是一个极其重要的存在。
它就像是细胞的“保护罩”和“交通枢纽”，不仅将细胞内的各种细胞器分隔开来，还承担着物质运输、信息传递等重要功能。
那么，生物膜到底有着怎样的结构，又是如何发挥这些功能的呢？让我们一起来探索其中的奥秘。
生物膜的基本结构是由磷脂双分子层构成的。
磷脂分子有着独特的“两头”结构，一头亲水，一头疏水。
在水环境中，它们会自动排列成两层，亲水的头部朝向两侧的水相，疏水的尾部则藏在中间，形成了稳定的磷脂双分子层。
这就好比是一个夹心饼干，磷脂分子的疏水尾部是中间的夹心，亲水头部则是外面的饼干层。
除了磷脂，生物膜中还含有胆固醇、糖脂和蛋白质等成分。
胆固醇就像是一个“调节剂”，它可以增加膜的稳定性，调节膜的流动性。
糖脂则主要分布在膜的外表面，参与细胞识别和信号传递等过程。
而蛋白质在生物膜中更是起着关键的作用。
生物膜中的蛋白质可以分为外周蛋白和内在蛋白。
外周蛋白比较“随性”，它们只是通过静电引力或范德华力与膜表面松散结合，比较容易分离。
而内在蛋白则“扎根”于膜中，有的贯穿整个磷脂双分子层，有的则部分镶嵌在膜内。
这些内在蛋白就像是膜上的“交通警察”和“搬运工”，执行着各种重要的功能。
说到生物膜的功能，物质运输是其中一个非常重要的方面。
生物膜可以通过简单扩散、协助扩散和主动运输等方式来控制物质的进出。
简单扩散就像是“自由行”，小分子物质如氧气、二氧化碳等可以直接顺着浓度梯度自由地穿过膜。
协助扩散则像是“搭便车”，一些物质在载体蛋白或通道蛋白的帮助下，顺着浓度梯度进行扩散。
而主动运输则是“逆水行舟”，需要消耗能量，将物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧。
比如细胞摄取葡萄糖和氨基酸等营养物质，就常常通过主动运输的方式来完成。
生物膜在信息传递方面也发挥着重要作用。
膜上的受体蛋白可以接收外界的信号分子，如激素、神经递质等，然后通过一系列的信号转导过程，将信息传递到细胞内部，引发相应的生理反应。
生物膜在结构上的特点及其在生命活动中的作用
生物膜在结构上的特点及其在生命活动中的作用篇一：《生物膜在结构上的特点及其在生命活动中的作用》嗨，小伙伴们！今天咱们来聊聊生物膜这个超神奇的东西。
你知道吗？生物膜就像是细胞的小外套，紧紧地包裹着细胞呢。
先说说生物膜在结构上的特点吧。
生物膜可薄啦，就像一层超级薄的保鲜膜一样。
它主要是由磷脂双分子层构成的。
这磷脂双分子层呀，就像是两块紧紧挨在一起的拼图。
磷脂分子呢，有个小脑袋和两条小尾巴。
小脑袋是亲水的，就像小鸭子喜欢水一样，总是朝着有水的那一边。
两条小尾巴呢，是疏水的，就像小老鼠怕水似的，总是躲着水。
这样的结构是不是很有趣呀？在这磷脂双分子层里呀，还镶嵌着各种各样的蛋白质。
这些蛋白质就像是一颗颗彩色的小珠子镶嵌在透明的玻璃里一样。
有的蛋白质是贯穿整个磷脂双分子层的，就像一根长长的钉子从这边插到那边。
有的蛋白质呢，只是在膜的表面，就像浮在水面上的小树叶。
这些蛋白质可重要啦，它们就像一个个小卫士，有着各种各样的功能。
还有呀，生物膜上还有糖类呢。
糖类就像小糖果一样，粘在生物膜的表面。
它们可以和蛋白质结合形成糖蛋白，也可以和脂质结合形成糖脂。
这糖蛋白和糖脂呀，就像是生物膜的小标签。
你想啊，如果细胞是一个小包裹，那这个小标签就可以让别的细胞或者物质知道这个包裹里装的是什么东西。
那生物膜在生命活动中有什么作用呢？这可太多啦。
比如说物质运输吧。
细胞就像一个小小的房子，房子里的东西要出去，房子外的东西要进来。
这时候生物膜就起到了大门的作用。
有些物质呀，像氧气和二氧化碳，它们进出细胞就很简单，就像一阵风从没有关紧的门缝里吹进来吹出去一样。
这就是自由扩散。
可是有些物质就没那么容易啦，比如说葡萄糖。
葡萄糖要想进入细胞，就得靠生物膜上的蛋白质帮忙。
这就像一个小小孩要进一个有门禁的大楼，得有大人带着才行呢。
这就是协助扩散。
还有更复杂的呢，像一些离子的运输，那可是逆着浓度梯度进行的，就像爬山一样费劲。
这时候就需要消耗能量，这就叫主动运输。
微生物生物膜的分子结构和功能
微生物生物膜的分子结构和功能微生物的存在是无处不在的，无论是在土壤中、水中、或者人体内，都有着各种不同类型的微生物。
微生物的存在有利有弊，它们既可以帮助人类，也会对人类造成不良影响。
其中，微生物的生物膜是其重要的组成部分之一，其分子结构和功能十分重要。
1. 微生物生物膜的组成微生物生物膜主要由多种生物大分子组成，其中最主要的组成分子是生物聚合物、蛋白质和胞外聚糖等。
（1）生物聚合物：细菌的细胞壁、菌丝、孢子等都是由生物聚合物构成。
生物聚合物是由多种单体分子经过共价键成链后形成的聚合物，其种类很多，包括多糖、多酚和核酸等。
（2）蛋白质：蛋白质在微生物生物膜中起着很重要的作用。
它们可以形成各种不同的结构，保持生物膜的完整性和稳定性。
此外，蛋白质还可以帮助生物体与周围环境进行交互，扮演着信息传递的角色。
（3）胞外聚糖：胞外聚糖是指存在于生物体外的多糖物质。
它们具有良好的水合性和保水性，可以形成胶状物质，为微生物提供保护作用。
例如，铜绿假单胞菌生物膜中的胞外聚糖能够抵抗化学物质和药物的侵袭，从而使微生物得以生存和繁衍。
2. 微生物生物膜的功能微生物生物膜有着丰富的功能。
其中，保护微生物免受环境的损害、培养细胞间互相作用、提供保水能力和参与生态系统的物质循环等功能是其最重要的作用之一。
（1）保护微生物：微生物的生存环境是很恶劣的，生物膜能够为细胞提供保护，以保持微生物的稳定和完整。
例如，在人体内，肠道的菌群有很强的生物膜，这些生物膜能够抵御胃酸的腐蚀，保护肠道内的微生物不受消化液的损害。
（2）培养细胞间互相作用：微生物生物膜可以让细胞之间进行相互作用。
例如，在土壤中，细菌和真菌利用生物膜与其他细胞进行交流，形成种群共生，以共同促进土壤微生物、植物和动物的共存。
（3）提供保水功能：生物膜内含有水和其他物质，能够吸附水分子和其他物质，从而起到保水作用。
这对于微生物的生存是非常重要的。
例如，水中的细菌会形成面积巨大的生物膜，这些生物膜可以保持水质，通过吸附和滤除杂质和有害物质，提高水的净化率。
分子生物学知识：病原菌生物膜的结构和功能
分子生物学知识：病原菌生物膜的结构和功能病原菌生物膜的结构和功能病原菌是指能导致人类或动物某一种疾病的微生物。
病原菌往往通过周围环境中的营养物或生命体中的营养物来生长，但在某些情况下，它们可以形成生物膜来保护其生长环境，这使得它们更难被抑制和消灭。
一、生物膜的定义和类型生物膜指的是由一群细胞共同分泌一种胶体物称为外泌物形成的一种包覆物，它可以固定在表面上，也可以在某些情况下自由悬浮。
病原菌的生物膜可以分为悬浮生物膜和附着生物膜两种类型。
悬浮生物膜由微生物分泌和附着于其外表面的粘附素构成，例如黏性多糖（EPS），黏附蛋白和微生物中以胞外纤维丝为主的纤维素及其衍生物。
它们往往能够在液体中形成可视的浑浊胶体，而附着生物膜则是一些细胞带有黏附素，能够牢固附着在各种表面上，像是在器官表面或人体组织表面等。
二、病原菌生物膜的结构病原菌生物膜由一层厚约0.1-0.5微米的多被layer EPS和一个非常细微的细胞层构成。
微生物在形成生物膜时表现出了一定的社会性，它是由一群菌分泌出的多糖或其他胶体物所形成。
多糖和其他胶体物可以分别以线性或叉状方式跨越并穿过整个生物膜。
与此同时，其中一个关键成分是酸性物质，如葡萄糖或其他糖，这可导致微生物所处环境变得几乎酸性，因此使得它们能够在这种环境中繁殖生长。
三、病原菌生物膜的功能1、保护；病原菌生物膜的一大功能是保护微生物。
它们能够阻止有害物质在生物膜周围环境与微生物之间的进一步扩散，还能阻止宿主动物的蛋白质、抗微生物药或其他化合物穿过生物膜进入细胞内部。
2、减轻压力/适应复杂环境；微生物可以感受到周围环境的变化，并且适应性地改变其生长。
因此，当微生物感受到压力或此类环境变化时，它们就会增加生物膜的产生，以增加其表面积，从而更有效地从周围环境中摄取营养物质。
3、协同作用；最后一个功能是协同作用。
生物膜还能从不同生菌落中吸收不同种类和生物的不同营养物质，对于只有宿主的生物膜还可从宿主体内消耗和获取营养物，这也可迅速协同作用，实现联合作战。
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磷脂酰肌醇 (Phosphatidylinositol )
鞘氨醇、神经磷脂和鞘磷脂结构
磷
酸
胆
鞘氨醇(Sphingosine )
碱
脂肪酸 部分
神经酰胺(Ceramide )
神经酰胺
部分
鞘磷脂(Sphingomyelin )
胆固醇结构
胆固醇(Cholesterol )
D-半乳糖
神经节苷脂的结构
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
THANKS
凡物质逆浓度梯度的运送称主动运送，这一过程进 行需供给能量。
主动运输的特点：
专一性；饱和性；方向性；可被选择性抑制；需提 供能量
K.Whittam的实验
实验设计：
制备红细胞血影（ghost），观察ATP水解情况和膜内 外K+，Na+浓度的关系。
实验结果：
a．红细胞内ATP水解的同时，K+、Na+都按预定方向跨越细 胞膜（2K+进，3 Na+出）；
磷脂分子运动的几种方式
侧向移动
翻转运动
摆动 、扭动
全反式、偏转构型 旋转异构化运动
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
生物膜与物质跨膜运输
1、被动运输与主动运输 2、小分子物质的运送 3、生物大分子的跨膜运送 4、跨膜运送的分子机制
2．小分子物质的运送
（1）阳离子运送（例：Na+ . K+ - ATPase） • K.whittam及其同事的经典实验 • Na+ . K+ - ATPase的结构和作用的机理
（2）糖和氨基酸的运送 •协同运送（co-transport） • 基团运送（group transport)
b．如果膜内外仅有K+或Na+，则ATP水解极少； c．红细胞血影只能利用膜内ATP，而不能利用膜外ATP； d．K+可被其它正一价离子（如NH4+）取代，而Na+则不能被 取代。
Na+.K+-ATPase的亚基 结构及其在膜上定位
Na+- K+- ATPase的作用模型
1
细胞外
2
细胞质
ATP ADP
红细胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列
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)
血影蛋白(Sectrin)
细胞外壳（糖萼）示意图
糖被
糖残基
唾液酸 糖脂
甘油磷脂结构
X=
磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine )
-X
X=
磷脂酰胆碱(Phosphatidylchiine )
X=
磷脂酰甘油(Phosphatidylglycerol )
X=
双磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol )
X=
磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine )
GM1
GM2
N-乙酰-D-半乳糖 D-半乳糖
GM3
D-葡萄糖
N-乙酰神经氨酸
硬脂酸 鞘氨醇
磷脂分子在水溶液中存在的几种结构形式
空气
单层 微团
水
单体
双层微囊
磷脂类的双层结构
双层结构 （Bilyer）
膜外周蛋白、膜内在蛋白示意图
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)
移动性载体模型
构象变化假说
孔道或通道模型
两 种 类 型 门 控 离 子 通 道
被动运输和主动运输示意图
（ G < 0）
（ G > 0）
被动运送（Passive transport）
物质从高浓度一侧通过膜运送到低浓度一侧，即 顺浓度梯度的方向跨膜运送的过程称被动运输 。在 该过程中△G<0。
主动运送（Actic transport）
第五章生物膜的结构与 功能
精品
重点：生物膜的结构特点和功能；物质 运输功能，能量转换功能和信号转导功 能。
难点：物质运输；能量转换。
生物膜的结构与功能
第一节 生物膜的组成和性质 第二节 生物膜的结构和特点 第三节 生物膜的功能
第一节 生物膜的组成和性质
一、膜脂
种类：磷脂、胆固醇、糖脂 特点：多态性（polymorphism）
低聚寡糖链 跨膜糖蛋白
脂双层
膜脂（磷脂、 糖脂、胆固醇）
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
内层
磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺
50
膜
液晶态
T<Tc
T>Tc
二、膜蛋白
外周蛋白、内在蛋白
三、糖类 — 细胞表面天线
第二节 生物膜的结构和特点
一、生物膜中分子间的作用力
静电力、疏水作用、范德华引力
二、生物膜结构的主要特征
膜组分的不对称分布、膜脂和膜蛋白的流动性
三、生物膜分子结构模型
“流体镶嵌”模型
第三节 生物膜的功能
一、生物膜与物质运送 二、生物膜与能量转换 三、生物膜与信号转导
3、生物大分子的跨膜运送
（1）胞吐和内吞作用
（2）新生蛋白质的跨膜定向运送
•蛋白质通过信号肽引导到目的地
信号肽(signal sequence) 信号肽假说(signal hypothesis)
•线粒体及叶绿体蛋白质的翻译后跨膜运送
线粒体蛋白质的跨膜运送图例
4、跨膜运送的分子机制
1、移动性载体模型 2、孔道或通道模型 3、构象变化假说