生物膜
生物膜
生物膜的微生物相：细菌：细菌是微生物膜的主体，其种类受基质类型、附着生长状况、pH、温度等的影响；异养菌是生物膜中的主要细菌，可分为好氧异养菌、厌氧呼吸型异养菌、厌氧异养菌、兼性厌氧菌四类。
常见的细菌种类有：球衣菌、动胶菌、硫杆菌属、无色杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属等。
真菌：真核生物，大多数具有丝状形态。
当污水中有机物的成分变化、负荷增加、温度下降、pH降低和DO下降时，容易滋生丝状菌。
藻类：受阳光照射的生物膜中藻类为主要成分。
藻类主要限于生物膜反应器中上表层部分、数量少，对污水处理净化作用不大。
原生动物：原生动物在成熟的生物膜中不断捕食生物膜表面的细菌，从而保持生物膜的活性起作用。
后生动物：轮虫类、线虫类、昆虫类等。
观察生物膜中的微生物相可检查、判断生物膜反应器的运转情况及污水处理效果。
不同生物膜反应器生物的分布不同，需进行研究，好氧方面研究较深入一些，厌氧生物膜微生物的分布研究还应深入。
影响微生物附着的因素总结：裁体表面性质：载体的类型、表面化学特性、载体浓度、载体形状大小、载体比表面积、粗糙度和孔隙；微生物的性质：微生物种类、表面化学特性、形状与大小、微生物的浓度、培养时间和条件；环境的性质：pH值、离子强度、水力学特征、竞争物种的存在，温度协调物种的存在、接触时间。
影响微生物在载体表面附着的因素很多，影响机制十分复杂，仍需进一步深入研究。
生物膜反应器的稳定运行方面的研究已取得不少进展。
但厌氧生物膜反应器的启动还处于研究之中并且是经验性的。
对于废水中微生物所需要的有关营养物、环境条件方面的知识的了解有助于选择适宜微生物生长最佳条件。
厌氧微生物其生长速率低，对环境要求严格，难于附着到固体表面等原因使厌氧生物膜反应器的启动比好氧困难。
通过选择合适的载体，采用适宜的接种方式的启动策略，可以加速厌氧生物膜反应器的启动。
生物膜法的不足：需要填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过活性污泥法；出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差；载体材料的比表面积小时，BOD容积负荷有限；若采用自然通风供氧，在生物膜内层往往形成厌氧层，从而缩小了具有净化功能的有效容积。
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。
生物膜是什么 如何消除生物膜
证书
1)微生物附着；
2)固定并成膜；
3)快速增长；
生物膜造成重复污染
生物膜形成后会向四周环境释放微生物，造成持续的微生物污染。例如管道内壁的生物膜会持续污染流经管道的饮水、物料，造成严重的二次污染。
生物膜存在于哪些场所
生物膜形成于水系统的边界（干区和湿区的交界处—例如：洗漱台的排水管），同时也存在于水系统中（罐体、管道、灌装机以及与水有接触的表面）。
由于奥克泰士卓越的品质，很快在食品、饮用水、制药、日化、农牧业等领域得到迅速推广和应用。
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Oxytech/奥克泰士型号D50型包装格9kg/箱，25kg/桶
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生物膜也叫生物被膜，英文名称Biofilm formation，生物膜由微生物分泌的胞外聚合物（EPS），一层薄薄的黏液层组成，形成一种水凝胶或基质，保护微生物免受外部影响和消毒措施。在正常情况下，生物膜可以抵抗大多数化学杀菌剂的攻击。
生物膜图示
生物膜的生长阶段
从图中可以看到，生物膜形成过程中大致有3个阶段：
如何消除生物膜？
生物膜具有极高的抗性，对消毒剂来说是一个真正的挑战。
想要消除生物膜，需要采用对生物膜具有强力作用的消毒剂，该消毒剂应能强力破除生物膜并杀灭生物膜内部的全部类型微生物。
德国Oxytech/奥克泰士消毒剂能够强力消除生物膜，解决生物膜造成的微生物污染危害。
生物膜
总 脂 量 鞘 磷 脂
磷 脂 酰 胆 碱
膜外层
生物膜的内层和外层 具有不同的脂组成。 具有不同的脂组成。
磷 脂 酰 丝 氨 酸
磷 脂 膜内层 酰 乙 醇 胺膜内层（二）膜分子结构的流动性
膜的流动性主要是指膜脂及膜蛋白流动性。 膜的流动性主要是指膜脂及膜蛋白流动性。 膜脂及膜蛋白流动性 合适的流动性对生物膜表现其正常功能十 分重要. 分重要.
简单扩散（ 简单扩散（Simple diffusion）：没有电荷或水 ） 溶性的小分子 小分子（ 乙醇） 溶性的小分子（水、氧、CO2、乙醇）以自由 扩散的方式从浓度高的膜一侧进入低的一侧 的方式从浓度高的膜一侧进入低的一侧； 扩散的方式从浓度高的膜一侧进入低的一侧； 不需要能量供应，也没有膜蛋白的协助膜。 不需要能量供应，也没有膜蛋白的协助膜。 协助扩散（ 协助扩散（Facilitated diffusion）：与简单扩 ） 散类似，但有膜蛋白的协助， 散类似，但有膜蛋白的协助，特异性较强 离子通道（ ）：通道蛋白 离子通道（Ionic channel）：通道蛋白形成有选择性开 ）：通道蛋白形成有选择性开 关的跨膜通道，这个通道一般与离子的转运有关， 关的跨膜通道，这个通道一般与离子的转运有关，称 离子通道
鞘磷脂
H H O CH3 CH3C-(CH2)12-C C- C- C- CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 H OH N-H N鞘氨醇 OCH3 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） 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， 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。 来自脂肪酸。 脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。 脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。
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。
名词解释生物膜
名词解释生物膜
生物膜是一种由生物体产生的薄膜状结构，由细胞或微生物聚集在一起形成的。
生物膜具有复杂的化学组成和结构，由脂质、蛋白质和多糖等分子组成。
这些分子通过非共价作用相互结合，并与细胞内外环境相互作用。
生物膜在生物体的生理过程中扮演着重要的角色，包括限制物质的进出、维持细胞结构的完整性、传递信号以及参与细胞间相互作用等。
生物膜的研究对于理解细胞生物学、微生物学、生物医学等领域具有重要意义。
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。
生物膜的组成及其生物功能与调控
生物膜的组成及其生物功能与调控生物膜可以被定义为细胞表面的一种无定形结构，它由一层或多层的蛋白质、脂质、糖等生物分子组成。
生物膜广泛存在于细菌、真菌、植物和动物细胞中，不仅起到物理保护、营养转运和感应信号等基本功能，在病原体的感染、生物污染和药物抵抗等方面也具有重要作用。
本文将简要介绍生物膜的组成、生物功能及其调节机制。
一、生物膜的组成生物膜主要由脂质、蛋白质和多糖等组成。
其中，磷脂是构成生物膜的基本成分。
细胞膜中的磷脂主要是由甘油-磷脂（Glycerophospholipids）和鞘氨醇磷酸酯（Sphingomyelins）等两类磷脂组成。
磷脂进一步被分成极性头和非极性尾两部分。
磷脂极性头部分通常是一个磷酸基和一个有机碱的化合物构成，而非极性尾部一般是两个长碳链，这些长碳链很容易聚集在一起，形成单分子层。
除脂质外，膜结合蛋白也是生物膜的主要成分之一。
膜蛋白不仅负责物质的转运，还起着识别和传递信息的作用。
广义上，膜蛋白可以被分为两类：一类贯通整个膜层，称为跨膜蛋白；另一类则只占膜层的一部分，称为外周膜蛋白。
在人类基因组中，膜蛋白占据了总蛋白质的25%以上。
此外，在细菌和某些真菌和植物细胞中，生物膜还包含多糖成分。
多糖通常是复杂的碳水化合物，包含多种单糖。
这些糖类可以通过磷酸化或合并到蛋白质或脂质中来，从而形成复合多糖，例如N-乙酰葡聚糖。
细胞膜中其他成分如胆固醇、甘油、无机离子等也会影响膜的物理和生化性质。
这些组分在不同生物物种中呈现出高度保守性，但也具有一定变异性，从而导致生物膜的多样性和功能分化。
二、生物膜的生物功能生物膜广泛存在于各种生物体中，对其生命功能具有重大影响。
生物膜的主要功能包括以下几个：物理保护、营养转运、细胞识别、信号传递和凝聚作用等。
1.物理保护生物膜是保护细胞的第一道屏障，它可以减缓外界热、寒、强酸、强碱、微生物、污染物等对细胞的损害，避免机体受到不良影响。
多数生物膜内侧靠近细胞的一侧是疏水的，外侧则是亲水的；因此，在介质中形成的生物膜是双层结构，在水中会自发形成有限大小的内膜颗粒体，从而保护细胞表面免受不同介质中的化学攻击。
生物膜介绍
＊约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏 水层中。 ＊这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合， 而且不容易从膜中分离出来。 ＊内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没有水分子的影 响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以-螺 旋和-折叠形式存在，其中又以-螺旋更普遍。
50
占 25 总 量 的 百 分 比 25
50
外层
磷
磷 脂 酰 乙 醇
脂 酰 丝 氨 酸
胺
内层
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2、生物膜的流动性（fluidity）
（1） 膜脂的流动性 膜脂的几种运动方式
侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层
证实了膜蛋白的运动
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2.生物膜的结构模型
双层脂分子构成（E. Gorter, F. Grendel, 1925) 三明治结构模型 (H. Davson, J. F. Daneilli, 1935) 单位膜模型 (J. D. Robertson, 1959) 流动镶嵌模型 (S. J. Singer, G. Nicolson, 1972) 脂筏模型 (Simon, 1988)
生物膜介绍
生物膜（biomembranes）
细胞具有多种膜系统
细胞中的多种膜结构统称生物膜，包括细胞外周膜和细胞内膜。
动物细胞的结构
植物细胞的结构
生物膜的组成
＊生物膜的化学组成 生物膜主要由蛋白质和脂组成，此外还有糖类、无机盐、
金属离子和水。
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DIN EN IS09001；DIN EN IS014001；IFS国际食品标准认证；EMAS欧盟牛 态认证；欧盟认证；德国GfPS实验室
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如何消除生物膜？
生物膜具有极咼的抗性，对消毒剂来说是一个真正的挑战。
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生物膜也叫生物被膜，英文名称Biofilm formation，生物膜由微生物分泌的胞外聚合物（EPS），—层
薄薄的黏液层组成，形成一种水凝胶或基质，保护微生物免受外部影响和消毒措施。在正常情况下，生 物膜可以抵抗大多数化学杀菌剂的攻击。
生物膜图示
生物膜的生长阶段
从图中可以看到，生物膜形成过程中大致有3个阶段：
1）微生物附着；
2）固定并成膜；
3）快速增长；
生物膜造成重复污染
生物膜形成后会向四周环境释放微生物，造成持续的微生物污染。例如管道内壁的生物膜会持续污染流 经管道的饮水、物料，造成严重的二次污染。
生物膜存在于哪些场所
生物膜形成于水系统的边界（干区和湿区的交界处一例如：洗漱台的排水管），同时也存在于水系统中 （罐体、管道、灌装机以及与水有接触的表面）。
生物膜的组成和功能
生物膜的组成和功能是生物学领域中的一个研究热点。
生物膜是细胞表面的一层特殊结构，由脂质、蛋白质等分子组成，具有多种功能，如维持细胞结构、允许分子通过、参与信号传导和细胞间相互作用等。
本文将介绍。
一、生物膜的组成1、磷脂双层磷脂双层是生物膜最主要的组成成分之一，由两层磷脂分子排列而成。
每层磷脂分子由磷酸基团和两个亲水性（亲水的）的头部和两个疏水性（疏水的）的尾部组成。
在水中，磷脂分子的头部被水包围，而尾部则互相聚集在一起，形成一个双层结构。
磷脂双层可以形成一个隔绝内外环境的屏障，使细胞内的分子保持在一定的浓度和环境中。
2、膜蛋白膜蛋白是与磷脂分子在膜上相互作用的另一种分子组成成分。
膜蛋白可以穿过磷脂双层，有些称为跨膜蛋白，有些只与磷脂双层的表面结合。
膜蛋白包括许多种类，如通道蛋白、载体蛋白、酶等，负责让分子通过、传递信息和维持细胞生命活动等多种功能。
其中，跨膜离子通道蛋白可以调节细胞内外的离子平衡，是许多药物作用的目标蛋白。
3、糖脂质糖脂质是指糖基和脂质基结合而成的分子，广泛存在于生物膜上。
糖脂质的存在可使细胞识别相邻细胞和对细胞进行信号传递。
此外，某些糖脂质还可以通过调节膜物理性质和参与细胞黏附、肿瘤转移等生理生化反应。
二、生物膜的功能1、物质传输生物膜作为细胞内外环境的隔离层，起到控制物质穿过膜的作用。
磷脂双层上的膜蛋白可以使分子穿过膜，如通道蛋白和运载体蛋白，或作为膜上酶参与物质的传输。
例如，葡萄糖运载体蛋白负责将葡萄糖转移入细胞，ATP酶则参与细胞内外ATP的转移。
2、信号转导生物膜上的膜蛋白可以用以传递信号。
当外界存在刺激时，如激素、荷尔蒙、神经递质等物质结合膜蛋白，改变了蛋白质的结构，引起细胞内相关信号通路的激活。
这一过程促进细胞内或细胞间的信息交流，协同调节不同细胞的功能。
3、细胞黏附和移动生物膜上的糖脂质和膜蛋白可以调节细胞间的相互作用和细胞与外界物质的接触，使细胞间形成黏着物质如基底膜和间质。
生物膜的研究及应用
生物膜的研究及应用“生物膜”这一概念由美国科学家Sutherland于1952年提出，是指由一层或多层细胞外多糖（EPS）组成的底层结构，它们可以覆盖很大的表面面积，具有高度的生物附着性。
生物膜在生命科学领域中具有重要的研究和应用价值。
本文将围绕生物膜的研究和应用进行探讨。
一、生物膜的种类和结构生物膜的种类非常多样，以细菌为例，常见的生物膜有包囊、菌顶、半透明物等。
生物膜的构成成分包括多糖、蛋白质、脂质、核酸等，同时生物膜中还含有微生物和菌群，这些元素共同构成了复杂的生物膜结构。
生物膜的研究从结构、化学组成和生物学三个层面进行分析，其中生物学层面是研究生物膜形成、生长机制和功能。
化学组成分析是通过碳、氮、磷、硫等元素的含量分析生物膜化学组成的变化，而结构分析则是基于显微技术发展的高科技手段。
二、生物膜的功能生物膜的功能是非常重要的，它们在生态系统中扮演了多种角色。
最常见的功能是附着功能，这是在外界条件相对固定的情况下，单细胞生物对周边环境快速适应和适应的本质机制。
除此之外，生物膜还可以提供一定的保护性功能，维持生态平衡，还有一些生物膜可以转化为其他物质或形态。
在生物膜的研究中，附着功能是最受关注的研究领域，因为附着功能是评估生物膜效果的重要指标。
这种附着能力是由其不同类型的可变因素、细胞组成和表面结构来调节的。
三、生物膜的应用由于生物膜具有显著的附着和保护性能，其应用领域也非常广泛。
其中应用较广泛的领域是水处理领域和医疗器械领域。
水处理领域中，生物膜可以用作城市污水处理系统中的生物反应器。
在这个系统中，处理过程是由微生物菌群负责的，它们可以通过产生胞外多糖等物质，形成生物膜。
这种系统因为可以富集处理效果良好的微生物，所以具有处理污水效果较好的特点。
在医疗器械领域中，利用生物膜的优异性能能有效提高器械表面的抗菌和生物附着性能。
此外，生物膜也可以用于皮肤和口腔病患者治疗中。
四、总结生物膜在生命科学领域中有重要的研究和应用价值。
生物膜的应用
生物膜的应用生物膜是由细胞或微生物在固体表面或液体界面上形成的一层薄膜，它在生物学和工程学领域具有广泛的应用。
本文将介绍生物膜的应用，并探讨其在不同领域中的作用和潜力。
一、环境生物膜的应用环境生物膜是指在自然环境中形成的一种具有生物活性的薄膜。
它在水处理、废水处理、土壤修复等环境领域中具有重要作用。
例如，在水处理中，生物膜可以用来去除水中的有机物和无机物，提高水质；在废水处理中，生物膜反应器可以实现高效的有机物降解和氮、磷去除；在土壤修复中，生物膜可以修复受到污染的土壤，降解有害物质。
医学生物膜是指在人体内部或外部形成的一种具有生物活性的薄膜。
它在医学领域中有着广泛的应用。
例如，在组织工程中，生物膜可以作为人工血管、人工皮肤等生物材料，用于修复受损的组织和器官；在药物输送中，生物膜可以用作药物的载体，控制药物的释放速度和位置；在细胞培养中，生物膜可以提供生长环境，促进细胞的增殖和分化。
三、能源生物膜的应用能源生物膜是指在能源转化过程中形成的一种具有生物活性的薄膜。
它在能源领域中具有重要的应用潜力。
例如，在生物燃料电池中，生物膜可以作为催化剂，促进有机物的氧化反应；在生物发酵中，生物膜可以提高发酵速率和产物质量；在生物能源生产中，生物膜可以用于生物质转化和生物气体的采集。
四、食品生物膜的应用食品生物膜是指在食品加工和存储过程中形成的一种具有生物活性的薄膜。
它在食品领域中有着重要的应用价值。
例如，在食品包装中，生物膜可以作为一种可降解的包装材料，减少对环境的污染；在食品保鲜中，生物膜可以抑制微生物的生长，延长食品的保质期；在食品加工中，生物膜可以改善食品的质地和口感。
生物膜在环境、医学、能源和食品等领域中都具有重要的应用价值。
随着科学技术的不断发展，生物膜的应用潜力将会进一步扩大。
我们有理由相信，生物膜将为人类社会的可持续发展和健康生活做出更大的贡献。
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。
生物膜ppt课件
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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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第五章 生物膜
二、生物膜的化学组成
糖 类
蛋白质
脂类
无 机 盐 金 属 离 子 水
不同的生物膜其蛋白质和脂类的含量有很大差别
蛋白质 / 脂类
生物膜 蛋白质/脂类
髓鞘 线粒体外膜 人红细胞膜 内质网膜 线粒体内膜
二、 能量转换
氧化磷酸化：化学能
生物能
线粒体内膜（真核）；质膜（原核）
光合作用：光能
叶绿体类囊体膜
化学能
三、信息识别与传递
细胞能感受外界环境刺激， 并做出相应的生理反应。 如：当动物受到惊吓刺激， 肌肉细胞内糖原的分解激活， 合成抑制。 外界刺激是通过质膜被传到 胞内的。即质膜具有信息识 别与传递能力。
0.23 1.08 1.14 2.03 3.17
1. 膜 脂(membrane lipid)
(1) (2) (3) (4) 磷 糖 硫 甾 脂（主要） 脂 脂 醇
主要为甘油磷脂，还有鞘磷脂等
⑴ 磷 脂
磷脂酸
磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂） 磷脂酰胆碱 （卵磷脂）
磷脂酰丝氨酸
甘油磷脂是两性分子，较短的磷脂酰基部分为头部， 呈亲水性，两条较长的碳氢脂酰链为尾部，呈亲脂性。
Passive transport
疏水分子 不带电的极 性小分子
不带电荷的较 大的极性分子
被动运输指物质顺浓度梯度，不 需要消耗代谢能的运输方式。
简单扩散(simple diffusion)
物质顺浓度梯度的单纯的扩散 作用，不需借助载体。只有疏水分 子及不带电的极性小分子以此方式 过膜。
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H OP O 2 3
-
H
H OPO32-
H
IP3 inositol-1,4,5-trisphosphate
H
OPO32- H OH
2 1 6
OPO325
O O R1 C O H2 C CH H2 C OH O C R2
H OH
3 4
OH H
H
H OPO32-
IP3 inositol-1,4,5-trisphosphate
内在蛋白
（膜 Integral Membrane Proteins)
内 （ 嵌 入 ） 蛋 白
膜蛋白是不对称的
糖蛋白分布的不对称反映了功能 的不对称；许多膜蛋白在双分子层 上有一定的取向，很少发生翻转的 情况。
膜蛋白是不对称的
配体结合域 黏附域 类免疫球蛋 白域
（3）糖类
生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们 大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。 糖类在膜上的分布是不对称的，全部都 处于细胞膜的外侧。 生物膜中的糖类化合物在信息传递和相 互识别方面具有重要作用。
ATP cAMP + PP i
细胞内信使 （ intracellular messenger ）
cAMP cGMP IP3和DAG Ca2+ NO
cAMP
N
NH2 N
N H2 5' C 4' O O O H H
N
1'
H 3' P O O-
2' H
OH
IP3和DAG
O
O O R1 C O H 2C CH O C O R2
糖脂是糖和脂质的复合体。 糖脂的含量占膜脂总量的5%以下，在神 经细胞质膜上糖脂含量较高，占到5%～ 10%。 可分为两类：糖鞘氨酯和糖甘油酯。 糖鞘氨酯是由鞘氨醇、脂肪酸及糖类组 成，分布较广，几乎所有动物细胞膜都 有，特别是神经细胞含量丰富。
糖脂的结构
固醇（sterol）
又称甾醇，也是膜脂的组分。 动物膜的固醇主要是胆固醇（cholesterol） 植物细胞膜系统中胆固醇含量很低，常见的 固醇是豆固醇（stigmasterol）和谷固醇 （sitosterol）。 许多真菌和酵母菌的膜固醇以麦角固醇 （ergosterol）为主
H
diacylglycerol
Diacylglycerol（DG）, with Ca++, activates Protein Kinase C, which catalyzes phosphorylation of several cellular proteins, altering their activity.
物。连接的脂提供了一个疏水的
锚以插入脂双分子层。
脂锚定膜蛋白
鞘糖脂
磷脂酰肌醇
内在蛋白 integral protein
内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的 部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。 这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏 水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中 分离出来。 它们主要以-螺旋和-折叠形式存在， 其中又以-螺旋更普遍。
膜蛋白的分子运动
主要有侧向扩散和旋转 扩散两种运动方式。可 用光脱色恢复技术 （fluorescence recovery after photobleaching， FRAP）和细胞融合技术 检测侧向扩散。
膜的流动性是保证其正常功能的必要 条件。例如跨膜物质运输、细胞信息 传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分 化以及激素的作用等等都与膜的流动 性密切相关。
R1
O C O
H2 C CH H2 C
O
C
R2
OH
H 2C
O
P
O
-
O
H
1 6
2-
diacylglycerol DAG
OPO32- H OH
2 1 6
cleavage by Phospholipase C
OH
2
OP O 3
5
H OH
3
OH H
4
OPO325
H OH
3 4
OH H
H PIP2 phosphatidylinositol4,5-bisphosphate
图4-15 膜脂的分子运动
单 个 磷 脂 分 子 的 运 动
影响膜流动的因素
1. 胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。 2. 脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越 不饱和，使膜流动性增加。 3. 脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜 流动性降低。 4. 卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是 因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。 5. 其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、 酸碱度、离子强度等。
膜蛋白的不对称性 膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子 在细胞膜上都具有明确的方向性和分布 的区域性。各种膜蛋白在膜上都有特定 的分布区域。
复合糖的不对称性 无论在任何情况下，糖脂和糖蛋白只分 布于细胞膜的外表面，这些成分可能是 细胞表面受体，并且与细胞的抗原性有 关。
第二节 生物膜的功能
生物膜具有 ： 1、保护
膜的融合 （Membrrane Fusion)
生物膜的一个明显的特 征是可与另一个膜融合而不 失去其完整性。膜虽是稳定 的，但不是静止的，内膜系 统中膜状结构不断地从高尔 基复合体上分泌形成；外吞、 内饮、细胞分裂、精卵细胞 融合、膜包裹病毒进入宿主 细胞等都涉及膜的重新形成， 而它们最基本的行为就是两 个膜片段的融合而不失去完 整性。
脂筏（lipid raft）是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂 的微结构域（microdomain）。大小约70nm左 右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。由 于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的 作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无 序液体与液晶之间，称为有序液体（Liquidordered）。脂筏就像一个蛋白质停泊的平台， 与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。
几种固醇的结构
（2）、膜蛋白质
根据它们在膜上的定位情况，可以分为 外周蛋白和内在蛋白。 膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜 实施功能的基本场所。
pH改变、螯 合剂、尿素、 碳酸盐可除 去外周蛋白
外周蛋白
嵌入（膜内） 蛋白
去污剂
糖蛋白
外 （周 嵌蛋 入白 ）和 蛋膜 白内
外周蛋白 peripheral protein
膜 蛋 白 中 的 糖 类
二、生物膜的结构
生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主构成的双 层脂膜
生物膜的结构
流动镶嵌模型突出了膜的流动性 和不对称性
流动性:
膜的流动性由两个方面分子运动组成: 膜脂 蛋白质
膜脂分子的运动
1. 2. 3. 4. 5. 6. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置（图4-15）。 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻 转酶（flippase）的催化下完成。 旋转异构：脂肪酸链围绕C-C键旋转，导致异构化运动。
这类蛋白约占膜蛋白的20－30%，分布于 双层脂膜的外表层，主要通过静电引力 或范德华力与膜结合。 外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从 膜上分离出来。 外周蛋白能溶解于水。
有些外周膜蛋白共价泊锚在膜脂上
（脂锚定膜蛋白）
有些膜外周蛋白与膜脂有一个
或多个共价结合位点，如长链脂
肪酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生
卵磷脂和鞘磷脂的结构式
卵磷脂
鞘磷脂
甘油磷脂
一些重要的甘油磷脂
胆碱(choline) + 磷脂酸 ——→ 磷脂酰胆碱 (phosphatidylcholine)又称卵磷脂(lecithin) 乙醇胺(ethanolamine) + 磷脂酸 ——→磷脂酰乙 醇胺(phosphatidylethanolamine)又称脑磷脂 (cephain) 丝氨酸(serine) + 磷脂酸 ——→ 磷脂酰丝氨酸 (phosphatidylserine) 甘油(glycerol) + 磷脂酸 ——→ 磷脂酰甘油 (phosphatidylglycerol) 肌醇(inositol) + 磷脂酸 ——→ 磷脂酰肌醇
三类主要运输系统
链霉的K+通道（Ion Channel)
+K+ Na
ATPase
2 细胞表面受体与跨膜信号转换
1、离子通道型（门控）受体 2、G蛋白偶联型受体 3、具有酶活性的受体
导及 膜 通其 上 路信 的 号受 传体
（A） 离子通道型受体
1、离子通道型受体
共同特点是： 具有多亚基组成受体/离子通道复合体，除本身 有信号接受部位外，又是离子通道，其跨膜信 号转导无需中间步骤，反应快，一般只需几毫 秒
（1）脂质
(Lipid)
脂质是构成生物膜最基本的结 构物质 脂质包括磷脂（甘油磷脂、鞘 氨醇磷脂）、胆固醇和糖脂等， 其中以磷脂为主要成分。
磷脂
甘油磷脂(phosphoglyceride) 鞘磷脂(sphingolipid) 结构特点： 亲水头部(hydrophilic head) ：由磷酸相连 的取代基团(含氨碱或醇类)构成 疏水尾部(hydrophobic tail)：由脂肪酸链 构成的。 在生物膜中磷脂的亲水头位于膜表面，而 疏水尾位于膜内侧
IP3 activates Ca++-release channels in ER membranes