生物学课件网-生物膜的结构与功能PPT课件
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。
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二酰甘油和己糖结合； 半乳糖脑苷脂广泛存在于 硫酸脑苷脂广泛存在于动
糖基含唾液酸的糖脂； 在神经系统尤其是神经末
神经组织中；
梢中含量最为丰富，可能与 其在神经冲动传递中起递质 作用有关。
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物的各器官中，脑组织中最
为丰富。
5.4.2 脑苷脂类
脑苷脂：神经酰胺的1-位羟基与单糖分子以糖苷键结合而 成，不含唾液酸成分。是脑细胞膜的重要组分。
纯的甘油磷脂是白色蜡状固体，大多溶于含少量水的非极性 溶剂中，用氯仿-甲醇混合溶剂很容易将其从组织中提取出来。
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组成生物膜的主体结构
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机 体 内 几 类 重 要 的 甘 油 磷 脂
胆碱具有重要的生物学功能，是代谢中的甲基供体。 乙酰化的胆碱（乙酰胆碱），是一种神经递质，与神经冲动 的传导相关。 27
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蜡
蜡是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯，天然蜡 是多种蜡酯的混合物。 蜡分子含一个很弱的极性头和一个非极性尾，因此完全 不溶于水，蜡的硬度由烃链的长度和饱和度决定。蜡分布 于生物体表面起保护作用。 蜂蜡存在于蜂巢；白蜡是白蜡虫的分泌物，可用作涂料、 润滑剂和其他化工原料；洗涤羊毛得到的羊毛蜡可用作药 品和化妆品的底料；来源于棕榈树叶片的巴西棕榈蜡可用 作高级抛光剂。
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5.1 三酰甘油
5.1.1 三酰甘油的结构
动植物油脂的化学本质是脂酰甘油，其中主要是 三酰甘油，或称甘油三酯，它是三分子脂肪酸与 一分子甘油的醇羟基脱水形成的化合物。
结构通式
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三酰甘油的R1，R2，R3相同时，为简单甘油三酯（如油 酸甘油三酯，硬脂酸酸甘油三酯）； 若R1，R2，R3不同
（1）水解与皂化
在酸、碱或脂肪酶作用下，三酰甘油能逐步水解成二酰甘 油、单酰甘油，最后彻底水解成脂肪酸和甘油。
高级生物化学 第三章生物膜的结构与功能
第三章生物膜的结构与功能生物膜(biomembrane)包括质膜和细胞内膜，是极性脂与蛋白质组成的片状超分子复合物，具有独特的结构与功能，是细胞结构的重要成分。
质膜把原生质与环境隔开，其本质作用就是维持细胞内微环境的相对稳定，与环境进行物质交换、能量和信息的传递，与细胞的生存、生长、分裂、分化等均有密切关系。
真核细胞拥有复杂的内膜系统，包括核膜、内质网系统、高尔基体、溶酶体(液泡)系统、微体以及线粒体和叶绿体等细胞器。
这些膜系统约占细胞干重的70～80%。
生物膜与生命科学中许多基本理论问题以及有关的一些亟待解决的实际问题密切相关，如细胞起源、形态发生、细胞分裂、分化、细胞识别、免疫、物质运输、信息传递、代谢调控、能量转换、肿瘤发生以及药物和毒物的作用等等，无一不与生物膜有关。
几十年来，生物膜成为细胞生物学、生物化学与分子生物学、生物物理学以及生理学、病理学、药理学、免疫学等相关学科竞相涉足的最富有魅力的高科技领域。
生物膜的选择透性、能量转换和信息传递的基本原理为仿生学提供了基础和原型，必将对化工、制药、能源、环保等相关产业的技术革新产生深远的影响。
从生物膜结构与功能的角度研究植物的抗病和抗旱、抗冻、耐盐等的机制正在进行，其研究成果必将为种植业的发展提供新的契机。
人工膜不仅是在分子水平上研究生物膜结构与功能的理想模型，而且可以作为药物载体和制成生物传感器，已发展成具有广阔应用前景的膜生物工程。
3.1 生物膜功能概述细胞全部生命活动几乎都与生物膜有某种联系，各种不同的膜系统有着独特的结构与功能，生物膜的一般生物学功能可以概括为以下几方面：(1)区隔化或房室化(compartmentalization)：生物膜是连续、环闭的薄壳体，质膜把整个细胞包裹起来，内膜系统以及核膜、线粒体膜和叶绿体膜等，把细胞分隔成相对独立的房室。
在这些分隔开的区间内，各自进行着不同的生命活动。
内膜实际上成为细胞向内延伸着的网络支架，把参与反应的多个元件有序地定位安置，使细胞内各种生命活动能在正确的时间和位点有组织地高效进行，把不同生化活性彼此间的干扰减少到最低。
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。
第六章 生物膜的结构与功能
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膜的分子组成
生物膜由蛋白质和极性脂质组成，少量的碳水化合物也是糖蛋白或糖脂 的一部分。 蛋白质和脂类的相对比例因不同的膜而不同，反映着膜生物作用的广泛 性。神经元的髓鞘主要由脂类构成，为一种电子绝缘体。但细菌、线粒体、 叶绿体的膜上由许多酶催化的代谢过程发生，含有的蛋白比脂类要多。特化 的脊椎动物视网膜杆状细胞90%以上的膜蛋白是光吸收蛋白视紫红质。特化 较低的红细胞质膜约含20种含量较高的蛋白及十几种较少的蛋白，其中多数 的蛋白为运输载体。有些膜蛋白还与一个或多个膜脂分子共价结合，后者可 能形成一种疏水的稳定体系以保证蛋白质存在于膜中。 膜脂组成因不同的物种、不同的细胞和不同的细胞器而不同。
鞘糖脂
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磷脂酰肌醇
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2.4
生物膜的分子结构模型
• 1899年Overton在研究细胞通透性时发现， 脂溶性物质容易透过细胞，而水溶性物 质透入细胞十分缓慢，从而认为细胞表 面存在由脂质和胆固醇类物质构成的细 胞膜。 • 形成蛋白质-脂质-蛋白质的“三夹板” 式结构。
第六章 生物膜 的结构与功能
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第四章
生物膜
• 生物的基本结构和功能单位是细胞，任 何细胞都以1层薄膜（厚度约6～10nm） 将其内含物与环境分开，这层膜称细胞 膜或外周膜。
•
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• 此外大多数细胞中还有许多内膜系统， 它们组成具有各种特定功能的亚细胞结 构和细胞器。 • 例如，细胞核、线粒体、内质网、溶酶 体、高尔基体、过氧化物酶体等，在植 物细胞中还有叶绿体等。
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生物膜的结构与功能
06
CATALOGUE
生物膜的应用与展望
生物膜在医学领域的应用
药物传递
生物膜作为药物载体，可以实现药物的定向传递和缓释，提高治 疗效果和降低副作用。
组织工程
生物膜可作为组织工程中的支架材料，为细胞提供生长和分化的 三维环境，促进组织再生和修复。
人工器官
利用生物膜材料可以构建人工器官，如人工血管、人工心脏瓣膜 等，用于替代或辅助病变器官的功能。
03
CATALOGUE
生物膜的功能
物质运输功能
01
选择性吸收
生物膜可以选择性地吸收对细胞 有益的营养物质，如葡萄糖、氨 基酸等。
02
03
排斥有害物质
物质转运
生物膜能够阻止对细胞有害的物 质进入，如毒素、重金属离子等 。
通过膜蛋白的介导，生物膜可以 实现各种离子、小分子和大分子 的跨膜转运。
信息传递功能
细胞壁
位于植物细胞的最外层，对细胞具有支持和保护的作用；细胞壁由纤维素和果 胶构成，使相邻细胞彼此连合，形成统一整体。
细胞核与细胞器膜
细胞核
真核细胞的细胞核包括核膜、核仁和染色质等结构，是遗传信息库，也是细胞代谢和遗传的控制中心 。
细胞器膜
包括内质网膜、高尔基体膜、线粒体膜、叶绿体膜等，这些生物膜将细胞内各种细胞器分隔开，使得 细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会相互干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。
生物膜在生物工程领域的应用
生物分离
生物膜具有选择性透过 性，可用于生物分离过 程，如血液透析、超滤 等，实现生物大分子和 细胞的分离纯化。
酶固定化
将酶固定在生物膜上， 可以提高酶的稳定性、 重复利用性和催化效率 ，广泛应用于生物工程 中的催化反应。
生物膜的结构与功能
生物膜的结构与功能集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-第四章生物膜的结构与功能生物膜是细胞和各种细胞器表面所包裹的一层极薄的膜系结构，是具有高度选择性的半透性屏障。
包括细胞质膜（细胞膜）、线粒体膜、内质网膜、高尔基复合体膜、溶酶体膜及核膜等。
在电镜下，各种生物膜结构非常相似。
生物膜除起物理屏障外，其主要功能有：物质转运功能；信息分子识别和信息传递；能量转换等。
第一节生物膜的基本结构一、生物膜的化学组成包括脂类、蛋白质和少量的糖类，水及金属离子。
（一）脂类包括磷脂（主）、胆固醇和糖脂。
不同生物膜脂类的种类和含量差异较大，各种脂类物质分子结构不同，但有一共同的结构特点即其分子有两部分组成，即亲水的极性基团（头）和疏水的非极性基团（尾），膜脂的这种特性使其在膜中排列具有方向性，对形成膜的特殊结构有重要作用。
（二）蛋白质细胞内20-25%的蛋白质与膜结构相联系，根据它们在膜上的定位可分为膜周边蛋白质和膜内在蛋白质（图）：（1）外周蛋白质：分布在膜外表面，不深入膜内部。
它们通过静电力或范德华力与膜脂连接。
这种结合力弱，容易被分离出来，只要改变介质的PH、离子强度或鏊合计便可将其分离出来。
约占膜蛋白的20-30%。
（2）内在蛋白：分布在膜内，有的插入膜中，有的埋在膜内，有的贯穿整个膜，有的一端两端暴露于膜外侧，或两端暴露，称跨膜蛋白。
内在蛋白通过疏水键与膜脂比较牢固结合，分离较困难，只有用较剧烈的条件如：去垢剂、有机溶剂、超声波等才能抽提出来，因为它们具有水不溶性，除去萃取剂后又可重新聚合成不溶性物质。
占70-80%。
（三）糖生物膜中的糖以寡糖的形式存在，通过共价键与蛋白形成糖蛋白，少量还可与脂类形成糖脂。
糖蛋白中的糖往往是膜抗原的重要部分，如决定血型A、B、O抗原之间的差别，只在于寡糖链末端的糖基不同。
糖基在细胞互相识别和接受外界信息方面起重要作用，有人把糖蛋白中的糖基部分比喻为细胞表面的天线。
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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
2. 物质的跨膜运输（transport）
生物膜既要防止细胞与环境之间以及细胞内各房室之间的物质自由混合，又 要维持各区间物质有控制地交流。
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3. 能量转换（energy conversion）
a. 线粒体 c.“能势膜”
b. 叶绿体
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c.“能势膜” 示例
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4. 细胞识别（cell recognition）
二酰甘油糖基化产物
神经酰胺糖基化产物
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甘油糖脂
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糖鞘脂
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甘油糖脂
(A) MGDG (monogalactosyl diacylglycerol, 单半乳糖二酰基甘油).
(B) DGDG (digalactosyl diacylglycerol, 双半乳糖二酰基甘油).
(C) SQDG (sulfoquinovosyl diacylglycerol, 6-磺基-D-异鼠李糖二 酰基甘油). 叶绿体被膜和类囊体膜中含量较高。
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事实上，除了生物膜的区隔化之 外，细胞中还有其他的机制使生 理途径在空间上隔离开来。
Spatial distribution of RNA polymerase (RNAP) in 精Es选c课he件richia coli. (A) Under fast growth, distinct foci of GFP- 7 labeled RNAP can be seen. (B) Upon rifampicin treatment, RNAP distribution becomes more homogenous. Trends Genet. 2014 Jul;30(7):287-97
生物膜的结构和功能
生物膜的结构和功能生物膜是一种由生物大分子构成的薄层结构，包括细胞膜、细菌群体、海洋、土壤和植物表面的层，生物膜的结构和功能起着至关重要的作用。
在细胞和群体级别中，生物膜的结构和功能可以影响单个生物体的行为和能力，同时也可以影响整个群体及其环境的生态影响力。
生物膜的结构生物膜的结构可以分为两大部分：表面聚集层和背景膜层。
表面聚集层是由一种或多种聚集物质组成的膜，形成了生物膜的表面。
大多数细胞都有这种结构，在生物膜上形成了一个类似于网络的结构，它所含的聚合物和含水基团对于细胞的外部环境具有选择性渗透性，能够选择让某些物质通过膜障，而阻止其他物质通过。
背景膜层是由疏水性分子、水性和油性成分和各种其他生物分子（蛋白质、多糖体等）共同形成的膜。
背景膜层具有一定的机械强度和流动性，因此可以保护细胞或群体不被破坏，同时也能释放物质和接受其他物质来在膜障外化学反应。
生物膜的功能生物膜不仅仅是一种屏障，还有许多重要的生物学功能。
1. 水通道和质子通道水通道和质子通道依赖于膜上嵌入的特定分子，以便给跨膜物质的运输提供通道。
由于水的运动速度很快，这些通道允许细胞通过将组织液和分子运输到跨膜物质之间，促进内部分子的交换。
2. 离子和小分子物质的通道膜通过蛋白通道和嘌呤核苷酸激活的蛋白质，来刺激离子流动的通道。
通过这些通道，细胞可以调节其内部的离子平衡并控制溶液的酸碱度，从而维持体内环境的稳定性。
3. 防御机制生物膜可以作为防御机制。
在抗菌研究中，土壤细菌可能就会形成顽固的群体，因此生物膜可以成为细胞抵御艰难环境和外部敌人的工具。
4. 商业应用生物膜的结构和功能已被应用于各种用途。
作为可持续性产品的例子，生物膜可以用于生产生物传感器，这是一种极其灵敏的检测器。
它可用于检测物质的存在，从而在实验室和医疗领域中有很大的应用潜力。
总结生物膜是一种重要的生物学组织，在细胞和群体级别中发挥重要作用。
生物膜的结构和功能影响单个生物体的行为、能力和环境生态，同时也影响整个群体及其环境的生态影响力。
《细胞膜的结构和功能》细胞的基本结构PPT精品课件
3.进行细胞间的信息交流
（2）通过相邻两个细胞的细胞膜接触
膜上的信息分子→膜上的受体
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。例如，精子和 卵细胞之间的识别和 结合
3.进行细胞间的信息交流
（3）相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过 通道进入另一个细胞。
胞间连丝
例如：高等植物细 胞之间通过胞间连丝 相互连接，也有信息 交流的作用
验证实验
细胞吸水涨破，内容物流出
离心之后进 行提取获得细胞 膜，对细胞膜进 行化学成分分析
选材： 哺乳动物成熟的红细胞 ①无细胞壁，②无细胞核 和众多的细胞器。
结论： 细胞膜中的脂质有磷脂
和胆固醇，其中磷脂含量 最多
头部: 亲水性
尾部: 疏水性
膜外（水溶液）
膜内 （水溶液）
假说： 细胞膜中的磷脂分子呈双层排列
04 流动镶嵌模型
①细胞膜主要是由磷脂分子 和蛋白质分子构成
②磷脂双分子层是膜的基本支 架，其内部是磷脂分子的疏水 端，水溶性分子或离子不能自 由通过，因此具有屏障作用。
③蛋白质分子以不同方式镶 嵌在磷脂双分子层中：有的 镶在磷脂双分子层表面，有 的部分或全部嵌入磷脂双分 子层中，有的贯穿于整个磷 脂双分子层。这些蛋白质分 子在物质运输等方面具有重 要作用。
2.控制物质进出细胞
营养物质
代谢 废物
分泌物
鉴别动物细胞是否死亡 常用台盼蓝染液。
病毒病菌
活细胞的细胞膜具有选择透过 性，这种控制既具有普遍性，又 具有相对性。
3.进行细胞间的信息交流
（1）通过细胞分泌化学物质完成间接交流
信号分子→血液→靶细 胞的受体
内分泌细胞的激素 （如胰岛素），随血 液到达全身各处，与 靶细胞的细胞膜表面 的受体结合，将信息 传递给靶细胞。
第1节 细胞膜的结构和功能(21张PPT)精选优质 课件
1959年 罗伯特森（J.D.Robertsen） 在电镜下观察细胞膜。
细胞膜由“暗-亮-暗”的三层结构构成。
两层暗层
一层亮层
生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”，构成的 三层静态统一结构。
思考 罗伯特森的结构模型有什么不足？
把细胞膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜 功能的多样性相矛盾。
能不能举一些例子来说明细胞膜不是静态的？
用凉水洗红苋菜，水不变红；煮苋 菜汤，汤却是红色的，这与细胞膜的 功能有何关系？
活细胞的细胞膜能够控制物质的进出， 但如果细胞膜失活（如沸水加热后）， 则细胞膜不再具有控制能力。
3.进行细胞间的 信息交流
No Image
内分泌细胞通过分泌激 素间接传递信息
细胞膜直接接触传递信息 细胞间形成通道进行信息交流
蒜头很快地腌成糖醋蒜，其原因是( C )
A．醋酸和蔗糖分子均能存在于活细胞的间隙中 B．醋酸和蔗糖分子均能被吸附在活细胞的表面 C. 醋酸能固定和杀死活细胞，细胞膜失去了选择性 D．因腌的时间过久，两种物质均慢慢地进入活细胞
细胞膜的功能是由它的成分和结 构决定的，
那么细胞膜的成分和结构是怎样 的呢？
结构特点：具有一定的流动性(磷脂分子具有流 动性大多数蛋白质分子也随着运动) 功能特点：选择透过性
随堂练习
1.下列关于细胞膜的叙述，正确的是（ C ）
A.细胞膜的主要成分只有脂质 B.不同细胞膜中含有的脂质多样，决定了其功能 的多样性 C.糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等 功能密切相关 D.罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮暗三层结构，提出所有的细胞膜都是由脂质-蛋白 质-脂质三层结构构成
在细胞内外都是液体环境，双层磷脂分子是
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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
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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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。
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一. 对生物膜结构的探究历程
1895年，欧文顿（ E. Overton ）
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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
生物膜的结构与功能
生物膜的结构与功能生物膜是由生物体上的一层细胞膜、细菌膜、红细胞膜等组成的薄膜结构。
生物膜可分为单层和多层两种，具有很多重要的生物学功能，如物质转运、信号识别和能量产生等。
本文将详细介绍生物膜的结构与功能。
一、生物膜的结构1. 生物膜的化学组成生物膜主要由磷脂、蛋白质和碳水化合物等分子组成。
其中，磷脂是生物膜的基础结构，其主要成分为磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇、磷脂酸等。
蛋白质则主要分布在生物膜表面，负责物质的转运、信号转导等生物学过程。
碳水化合物在生物膜中扮演了重要的角色，如细胞黏附、免疫识别等。
2. 生物膜的物理结构生物膜分为内层和外层两个部分。
内层是一层由磷脂组成的双层膜结构，外层则由蛋白质、碳水化合物和其他分子组成的一系列复杂结构构成。
内外两层通过蛋白质和其它分子相互作用而紧密结合在一起。
另外，生物膜中的磷脂分子具有两性，即在水溶液中有亲水和疏水之分。
这种“两性”结构使得磷脂分子在生物膜中能够构成双层排列的结构。
磷脂双层中的疏水分子朝向内层，而亲水分子则与周围的水分子相互作用，紧密地包裹在生物膜的外部。
3. 生物膜的主要类型生物膜的类型根据其化学成分和结构特点可以分为细胞膜、细菌膜、红细胞膜等。
其中，细胞膜是包裹在细胞外表面的一层薄膜结构，具有非常重要的功能，负责细胞内外物质的转运和信号传递等。
细菌膜则是细菌外层的保护层，其结构和功能特点与细胞膜有所不同。
与此类似，红细胞膜不仅起到保护细胞的作用，还承担了运输氧气和二氧化碳的重要任务。
二、生物膜的功能1. 物质转运生物膜通过其疏水和亲水区域分别对不同类型的物质进行筛选和转运。
疏水层可以筛选自带电荷、分子量大、脂溶性等条件的分子，而亲水层则对带正负电的离子、水分子和其他亲水分子进行筛选。
通过这种方式，生物膜能够对物质进行高效、选择性的转运，保证细胞内外环境的平衡和正常代谢的进行。
2. 信号识别生物膜中的多种蛋白质在其表面有特定的生物学信号结构，包括糖苷酶、激酶、酪氨酸和肽酶等。
生物膜的结构与功能
高流动性磷脂双脂层模型图
磷脂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
膜脂的相变
变相温度（Tc）
凝胶态
液晶态
T<Tc
T>Tc
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
膜双脂层形成实验
细胞信号转导研究进展
80年代以前 胞间激素、神经递质信号传递的方式 80年代以后 信号的跨膜转换及胞内信号的存在 90年代以来 该领域科学家获得4次诺贝尔奖
1991年 Nelzer和Sokmann，单个细胞膜离子通道 1992年 Krebs和Fisher， 糖元代谢中蛋白质的可 逆磷酸化 1994年 Gilman和Rodbell，G蛋白及其向细胞转 导信号的作用 1998年 Fishergot和Egenano，NO作为信号分子 的作用
旋转催化理论认为 质子流通过Fo引起亚 基III 寡聚体和及亚 基一起转动,这种旋转 配置 /亚基之间的不 对称的相互作用,引起 催化位点性质的转变, 亚基的中心 -螺旋被 认为是转子,亚基I和II 与亚基组合在一起组 成定子,它压住 /异 质六聚体.
有于ADP与Pi 结合的构象
ATP酶作用机理
ADP+Pi
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）
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。
△G =2.3RT log(C2/C1) + ZF△V>0
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脑
磷
脂
）
NH2 H—C—COOH
CH2 O
O PO
O CH— CH—CH2 OO
C OC O 磷
脂
酰
丝
脂脂 氨
肪 酸
肪 酸
酸
CH3
CH3 N CH3
CH2 CH2 O
O PO O
神经 酰胺
鞘 磷
脂
Cell membrane - Structure
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胆固醇
极性头部
平 面 甾 环 结 构
(GOal)
O 糖P O (GOal)
神经 酰胺
鞘糖 磷脂脂 分
子
水
磷脂分子团
磷脂双层
水
水 磷脂脂质体
(二）膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。
外周蛋白（外在蛋白）： 多附在膜的内表面。
膜蛋白
（20%-30%）
镶嵌蛋白（内在蛋白）： 不同程度镶嵌在
（70%-80%）
脂双层的内部。
膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者 运输蛋白——细胞内外物质运输 连接蛋白——细胞间相互作用 酶——相关的代谢反应 受体——信号转导
O CH— CH—CH2
OO C OC O
CH3
CH3 N CH3
CH2 CH2 Oห้องสมุดไป่ตู้
NH2 CH2 CH2 O
O PO O
O PO O
CH— CH—CH2 CH— CH—CH2
OO
C OC O 磷 脂 酰 胆
脂脂 碱 肪肪 （ 酸酸 卵
磷 脂 ）
OO
C
OC
O
磷 脂
酰
乙
脂 肪 酸
脂 肪 酸
醇 胺 （
Wallach (1975) 要点：
✓生物膜内脂质分子随时进行无序(液态)和有序 (晶态)的转变相变；
✓膜内在蛋白可制约周围膜脂的运动，形成界 面脂，二者一起形成晶态部分(晶格)，流动的 脂类分子成片状分布；
✓膜的流动性是局部的，并非整个脂类分子层 都在均一流动。
4.板块镶嵌模型(Block Mosaic Model)
4.膜脂和膜蛋白具有一定的流动性。膜上各化学组分 不断更新，处于动态平衡之中。
极性头部 脂质双分子层
疏水尾部
镶嵌蛋白 外周蛋白
评价： 液态镶嵌模型可以解释膜中发生的很多 现象，为人们普遍接受。
不足之处： 1. 忽视了膜的各部分流动性的不均匀性 2. 忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制
作用
3.晶格镶嵌模型 (Crystal Mosaic Model)
膜蛋白的流动性
•横向扩散 •旋转运动
小鼠细胞
膜蛋白(抗原）
人细胞
异核细胞 抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B
标记小鼠膜蛋白抗体 +小鼠膜蛋白（抗原）
抗人膜蛋白抗体+荧光素A
标记人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（370C,40分钟）
五、膜功能
（一）界膜和细胞区域化
细胞区域化
生命的基本单位 —— 细胞
Jain & White (1977) 要点：
✓流动的脂质双分子层中存在许多大小不同、 刚性较大、彼此独立移动的脂质区(有序结构 的板块)；
✓有序结构的板块之间被流动的脂质区(无序结 构的板块)所分割；
✓生物膜是因不同流动性的板块镶嵌而成的动 态结构。
四、细胞膜的特性
▪ 不对称性 ▪ 流动性
1.膜脂分布不对称性
（二）调节运输
某些物质可以“自由通透” 某些物质出入细胞的障碍
生命的基本单位 —— 细胞
简单扩散
被动运输 协助扩散
穿膜运输 主动 运 输
运输方式
膜泡运输
胞吐作用 胞吞作用
穿膜运输——小分子、离子的运输
简单扩散simple diffusion
高浓度
低浓度
脂溶性物质如苯、醇、甾类激素以及O2、 N2等容易穿过质膜；
动
物
细
胞
结 构
生物膜的结构与功能
模
式
图
一、基本概念
细胞膜、质膜、细胞内膜、生物膜、单位膜
细胞膜（cell membrane） 又称质膜（plasma membrane)
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细胞内膜：真核细胞细胞质中所有膜结构的总称。
生物膜 真核细胞所有膜结构统称为生物膜。 实际上是细胞质膜和细胞内膜
非 极 性 尾 部
胆固醇分布于磷脂分子 之间，对磷脂的稳定性 起重要作用。
糖脂
CH3
CH3 N CH3
CH2 CH2 O
O PO O
神经 酰胺
鞘 磷
脂
CH3 CH3 N CH3
CH2
糖CH2 (GOal)
O PO O
神经 酰胺
半乳鞘磷
糖脂
苷
脂
糖
(GCaHl) 3
CH3
糖
(GNal)
CH3
CH2
糖CH2
三、细胞膜的分子结构模型
（一）单位膜模型 “两暗一明”
细胞膜 细胞质
蛋白质：单层肽链 ——折叠结构 脂双层
（二） 液态镶嵌模型 ( fluid mosaic model)
1.生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。
2.球形膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。 3.膜的两侧结构是不对称的，糖链分布在非胞质侧。
膜蛋白的种类和含量越多说明什么？
膜蛋白质的种类和含量与细胞膜的功能密 切相关
（三）膜糖类
➢ 糖类占细胞膜重量的2～10%； ➢ 膜糖大多是与蛋白质或脂类结合
的低聚糖 ➢ 膜糖主要分布在膜的非胞质面
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细 胞 外 被
脂
膜 蛋
双
白
层
细胞内
功能：保护细胞
细胞膜中的参糖与链细与胞该识细别胞分泌出来的糖蛋白 等粘附在一细起胞，的形接成触一抑层制外被，称细胞外被 或糖萼。 细胞间的黏着
膜脂的不对称性
2.膜蛋白分布的不对称性
3.膜糖类分布的不对称性
糖蛋白、糖脂上的低聚糖 残基均位于膜的非胞质侧。
4.细胞膜内侧面分布有微管、微丝
不对称性的生物学意义： 决定了膜内外表面功能的不对称性。
细胞膜分子的流动性
膜脂的流动性
1.侧向扩散 2.旋转 3.摆动
4.翻转
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细胞膜分子的流动性
某些极性分子(如水、尿素、甘油、CO2等)， 因不带电荷，分子小，能较易穿过质膜运输；
带电荷离子，不论大小均不能以简单扩散 方式进出细胞。
的总称。
单位膜
任何生物膜在电镜下 都呈现“暗—明—暗” 三层结构，故将这三层 结构称为单位膜。
二、膜的化学组成
脂 类（50%） 细胞膜 蛋白质（40%-50%）
糖 类（1%-10%）
各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比
膜的种类
蛋白质/脂类
神经髓鞘(轴突部 分的细胞膜） 血小板 红细胞膜 线粒体内膜
0.23
0.7 1.5-4 3.2
（一）膜脂: 生物膜上的脂类统称膜脂。
磷 脂： 生物膜的主要成份
膜 脂
糖脂 胆固醇
膜脂均为兼性分子 ———有一个亲水的头部和一个疏水的尾部
磷脂
磷酸化醇
磷酸 甘油
脂脂
肪脂 肪
酸酸
肪 酸
极 （性 亲头 水部 ）基
团
非
（ 疏 水 ）
极 性 尾 部 基
团
X ︳ O
O P—O