第二章 生物膜biological membrane.

1．单分子层膜
单分子层膜是由高度有序排列的双亲性分子形 成的单分子层膜结构。单分子层可以在气-液、 气-固、液-液和固-液等界面形成，其中，空气 -水界面形成的单层膜最重要。 LB膜技术是制备单分子层膜的主要方法。LB膜 技术是由Langmuir 和Blodgett发明的膜制备技 术，所以称为LB膜技术。

（1）被动转运
主动转运是在外加 能量驱动下进行的 物质跨膜转运过程。 主动转运的物质， 可以是离子、小分 子化合物，也可以 是复杂的大分子物 质，如某些蛋白或 酶等。 这一过程一般都与 ATP 的 释 能 反 应 相 偶联。

（2）主动转运
主 动 转 运 过 程
钠 、 钾 离 子 泵

5．运动功能
许多原生动物及 单细胞动物主要 是通过其细胞膜 表面的纤毛或鞭 毛的摆动而移动。 淋巴细胞的吞噬 作用和某些细胞 利用质膜内折叠 将外源物质包围 入细胞的作用等 都是靠细胞膜的 运动实现的。

6．免疫功能
细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受 体，当抗原受体被抗原激活后，即产生相应的抗体。 抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病 毒等）结合并吞噬消灭。 另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们 能够识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将 这些外源物质吞噬消灭。

2.3 生物膜的模拟-人工膜
是指由双亲性分子高度有序排列 形成的体系 . 是指由双亲性分子 高度有序排列形成的体系，如胶 束、微团、单分子层膜、双分子 层膜和脂质体等。 人工膜具有生物膜的基本结构特 点和某些理化性质，是研究生物 膜结构与功能关系的基本模型。 最能代表生物膜结构特性的人工 膜是单分子层膜、双分子层膜和 脂质体。
1．生物膜的组成 主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、 蛋白质（包括酶）和多糖类组成， 水和金属离子等。 生物膜的组成，因膜的种类不同而有很 大的差别。

2．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
3，构成生物膜的主要物质
（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、胆固醇和糖脂 等，其中以磷脂为主要成分。
2.2

生物膜的功能
生物膜具有保护、转运、能量转换、信 息传递、运动和免疫等生物功能。
1．保护功能
在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用 是将其内含物质与外界环境分隔开来，使之 成为具有特殊功能的独立个体。 生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外 界环境因素改变的影响，保持它们原有的形 状和完整结构。
第二章 生物膜 biological membrane
所有的细胞都以一层薄膜将它的内含物与外界 环境分开。 另外，大多数细胞中还含有许多内膜系统，组 成具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器。 例如，线粒体、细胞核、内质网、溶酶体和叶 绿体等。细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为 生物膜。

2.1生物膜的组成和结构
主动转运的特点




膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。 载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参 与。载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只 能转运一种或一类物质。 方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进 行转运。如细胞为了保持膜内、外的 K+ 和 Na+ 离子 的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通 过主动转运方式，向内泵入K+，而向外泵出 Na+。 主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。 主动转运所需的能量一般由ATP提供。

内在蛋白
（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。生物膜中组成寡糖 的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露 糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。 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。


3．能量转换
氧化磷酸化：通过生物氧化作用，将食物分子中存储 的化学能转变成生物能，即将化学能转换成 ATP 分子 的高能磷酸键。然后再通过 ATP 分子磷酸键的分解释 放能量，为生物体提供所需的能量。 光合磷酸化：通过光合作用，将光能（主要是太阳能） 转换成ATP的高能磷酸键。再利用ATP的能量合成糖类 物质。 真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜上进行。 原核细胞的氧化磷酸化则是在细胞质膜上进行。

外周蛋白 peripheral protein
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。

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。 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。

2．转运功能

细胞或细胞器需要 经常与外界进行物 质交换以维持其正 常的功能。 细胞或细胞器通过 生物膜，从膜外选 择性地吸收所需要 的养料，同时也要 排出不需要的物质。 在各种物质跨膜转 运过程中，细胞膜 起着重要的调控作 用。
物质从高浓度的一侧，通 过膜转运到低浓度的另一 侧，即沿着浓度梯度（膜 两边的浓度差）的方向跨 膜转运的过程。 这类转运是通过被转运物 质本身的扩散作用进行的， 是一个不需要外加能量的 自发过程。 许多物质的被动转运过程 需要特殊的蛋白载体帮助。

胆固醇 Sterols

胆固醇是一种类 脂化合物, 在生 物膜中含量较多。
胆固醇以中性脂的形式分布在 双层脂膜内，对生物膜中脂类的 物理状态有一定的调节作用，有 利于保持膜的流动性和降低相变 温度。
糖脂 Glycosphingolipids
糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。 糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。 动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。 O 结构为：

CH2OH
NH
C
R
R:脂肪酸
OH OH
Hale Waihona Puke BaiduO O
CH2 CH CH CH=CH OH 神经鞘氨醇
(CH2)12 CH3
OH
半乳糖
（2）膜蛋白质
生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常 称为膜蛋白。 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。


光合磷酸化主要在叶绿体膜上进行。
4．信息传递
生物体内的信息传递，例如激素的刺激、 神经传导和遗传信息的传递等，主要是 在细胞膜上进行的。 细胞膜上有接受不同信息的专一性受体， 这些受体能识别和接受各种特殊信息， 然后将不同的信息分别传递给有关的靶 细胞并产生相应的效应以调节代谢、控 制遗传和其它生理活动。

2．双层类脂膜

这类膜是指具有双分子厚度，能有效分隔水溶 液的超薄类脂膜。双层类脂膜的厚度小于10 nm，具有两个界面，不透光。双层类脂膜可以 将溶液分隔成两个部分，是模拟细胞膜内、外 环境的理想模型，在生物化学体系研究中具有 重要意义。
人工膜
3．脂质体
是指由磷脂形成的封闭的双分子 层球形或椭圆形的囊泡结构。 由于脂质体在结构上与细胞相似， 因此，是研究细胞膜的结构与功 能的理想模型。