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什么是生物膜，生物膜的應(yīng)用
什么是生物膜篇一：生物膜
生物膜
生物中除某些病毒外，都具有生物膜。真核細(xì)胞除質(zhì)膜（又稱細(xì)胞膜）外，還有分隔各
生物膜
種細(xì)胞器的膜系統(tǒng)，包括核膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、溶酶體膜、高爾基體膜、葉綠體膜、液泡、過氧化酶體膜等，其中內(nèi)膜系統(tǒng)包括核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、溶酶體膜、高爾基體膜、液泡（包括內(nèi)體和分泌泡)，但不包括線粒體膜和葉綠體膜。生物膜形態(tài)上都呈雙分子層的片層結(jié)構(gòu)，厚度約5～10納米。其組成成分主要是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，另有少量糖類通過共價鍵結(jié)合在脂質(zhì)或蛋白質(zhì)上。不同的生物膜有不同的功能[1]。
其分子形態(tài)包括一個親水性的極性頭部和疏水性的脂肪酰鏈尾部。這種兩親性特性維持了膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。親水性頭部朝向水相，疏水性尾部避水彼此聚集，這種作用稱為疏水相互作用。脂質(zhì)分子的雙分子層排列實質(zhì)上是一種熵（熵的定義式是：dS=dQ/T）的效應(yīng)，滿足熱力學(xué)的穩(wěn)定性要求，是溶液中氫鍵、分子間的范德瓦耳斯力、色散力等作用的綜合結(jié)果。具有兩條疏水性尾巴的磷脂分子在水相中彼此形成穩(wěn)定的雙分子層；對于只有一條疏水性尾巴的去垢劑、溶血磷脂等兩親性分子，則形成微團(tuán)的結(jié)構(gòu)；而那些尾部截面積大于頭部的磷脂，則往往能形成另一種相──六角形Ⅱ相脂質(zhì)的堆積特性及其形成的結(jié)構(gòu)]就形成雙分子層的“脂質(zhì)-水”系而言,根據(jù)濃度、溫度、溶液中離子種類和pH等,又會形成L(脂肪酰鏈呈液狀自由運動的片層)、L[beta]（脂肪酰鏈呈直伸狀且和膜面成一定傾角的片層）、L[beta]（脂肪酰鏈呈垂直于膜面的直伸狀片層）、P[beta](膜面呈波紋彎曲的片層)等各種相。生物膜的脂質(zhì)組成種類繁多，而且，還包含一定數(shù)量的膽固醇，所以“相”的類別多而復(fù)雜。
2結(jié)構(gòu)編輯
流體鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）：針對生物膜的結(jié)構(gòu)提出的一種模型。在這個模
生物膜
型中，生物膜被描述成鑲嵌有蛋白質(zhì)的流體脂雙層，脂雙層在結(jié)構(gòu)和功能上都表現(xiàn)出不對稱性。有的蛋白質(zhì)“鑲“在脂雙層表面，有的則部分或全部嵌入其內(nèi)部，有的則橫跨整個膜。另外脂和膜蛋白可以進(jìn)行橫向擴(kuò)散[1]。
3常見細(xì)胞器編輯
種類1項目2345678
細(xì)胞線粒體器葉綠體高爾基體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)液泡溶酶體核糖體中心體
雙層膜，
形成囊有無雙層膜，泡狀和膜結(jié)分外膜和單層膜管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)膜構(gòu)，內(nèi)有
腔單層膜單層膜單層膜無無
粗面型內(nèi)質(zhì)能分解衰與動物細(xì)與細(xì)胞有絲網(wǎng)是核糖體儲存物質(zhì)老損傷的有氧呼吸胞分泌的把氨基分裂有關(guān)，光合作的支架；滑面進(jìn)行滲透細(xì)胞器，吞主要產(chǎn)生能量形成及植酸合成形成紡錘用的場型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與作用，維噬并殺死功能的主要場物細(xì)胞細(xì)蛋白質(zhì)體，牽引染所糖類和脂質(zhì)持植物細(xì)侵入細(xì)胞所胞壁形成的場所色體向細(xì)胞的合成及分胞緊張度的病毒或有關(guān)兩極移動泌作用有關(guān)病菌
都與都與能都與能能量都與能量都與能量都與能量轉(zhuǎn)都與能量都與能量都與能量轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換有關(guān)轉(zhuǎn)換有關(guān)換有關(guān)轉(zhuǎn)換有關(guān)轉(zhuǎn)換有關(guān)換有關(guān)有關(guān)有關(guān)有關(guān)
完成在內(nèi)膜、基粒中
功能基質(zhì)和基進(jìn)行光液泡膜及的主粒中有許反應(yīng)，基扁平囊和由膜構(gòu)成的多種水解蛋白質(zhì)兩個相互垂其內(nèi)的細(xì)要結(jié)多種與有質(zhì)中進(jìn)小囊泡管道系統(tǒng)酶和RNA直的中心粒胞液構(gòu)或氧呼吸有行暗反
成分關(guān)的酶應(yīng)
綠色
物的
所有的動肉細(xì)
分布植物細(xì)胞及幼
中莖的
層細(xì)
中植葉大多數(shù)動所有的大多數(shù)動植動物細(xì)胞及胞植物細(xì)胞所有的動動植物物細(xì)胞，廣泛所有的植低等植物細(xì)嫩中，一般植物細(xì)胞細(xì)胞及分布于細(xì)胞物細(xì)胞中胞中，常在皮位于核附中原核生質(zhì)的基質(zhì)中核附近胞近物中
[1]
4膜蛋白編輯
內(nèi)在膜蛋白（integralmembraneprotein）：插入脂雙層的疏水核和完全跨
生物膜
越脂雙層的膜蛋白。
外周膜蛋白（peripheralmembraneprotein）：通過與膜脂的極性頭部或內(nèi)在的膜蛋白的離子
相互作用和形成氫鍵與膜的內(nèi)或外表面弱結(jié)合的膜蛋白。
通道蛋白（channelprotein）：是帶有中央水相通道的內(nèi)在膜蛋白，它可以使大小適合的離子或分子從膜的任一方向穿過膜。
�。ぃ┛椎鞍祝╬oreprotein）：其含意與膜通道蛋白類似，只是該術(shù)語常用于細(xì)菌。[1]5詳細(xì)信息編輯
相關(guān)概念
通透系數(shù)（permeabilitycoefficient）：是離子或小分子擴(kuò)散過脂雙層膜能力的
生物膜
一種量度。通透系數(shù)大小與這些離子或分子在非極性溶液中的溶解度成比例。
被動轉(zhuǎn)運（passivetransport）：那稱為易化擴(kuò)散。是一種轉(zhuǎn)運方式，通過該方式溶質(zhì)特異的結(jié)合于一個轉(zhuǎn)運蛋白上，然后被轉(zhuǎn)運過膜，但轉(zhuǎn)運是沿著濃度梯度下降方向進(jìn)行的，所以被動轉(zhuǎn)達(dá)不需要能量的支持。
主動轉(zhuǎn)運（activetransport）：一種轉(zhuǎn)運方式，通過該方式溶質(zhì)特異的結(jié)合于一個轉(zhuǎn)運蛋白上然后被轉(zhuǎn)運過膜，與被動轉(zhuǎn)運運輸方式相反，主動轉(zhuǎn)運是逆著濃度梯度下降方向進(jìn)行的，所以主動轉(zhuǎn)運需要能量的驅(qū)動。在原發(fā)主動轉(zhuǎn)運過程中能源可以是光，ATP或電子傳遞；而第二級主動轉(zhuǎn)運是在離子濃度梯度下進(jìn)行的。
協(xié)同運輸（contransport）：兩種不同溶質(zhì)的跨膜的耦聯(lián)轉(zhuǎn)運�？梢酝ㄟ^一個轉(zhuǎn)運蛋白進(jìn)行同一方向（同向轉(zhuǎn)運）或反方向（反向轉(zhuǎn)運）轉(zhuǎn)運。
胞吞（作用）（endocytosis）：物質(zhì)被質(zhì)膜吞入并以膜衍生出的脂囊泡形成（物質(zhì)在囊泡內(nèi)）被帶入到細(xì)胞內(nèi)的過程[1]。
細(xì)胞膜的作用和意義
細(xì)胞是人體和其他生物體一切生命活動結(jié)構(gòu)與功能的基本單位。體內(nèi)所有的生理功能和生化反應(yīng)，都是在細(xì)胞及其合成排泄的基質(zhì)（如細(xì)胞間隙中的膠原和蛋白聚糖）的物質(zhì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一切動物細(xì)胞都被一層薄膜所包裹，這稱作細(xì)胞膜，為生物膜的一種，它把細(xì)胞內(nèi)容物和細(xì)胞的周圍環(huán)境分割開來。在地球上出現(xiàn)有生命物質(zhì)和它由簡單到復(fù)雜的長期演化過程中，生物膜的出現(xiàn)是一次飛躍，它使細(xì)胞能夠既獨立于環(huán)境而存在，又能通過生物膜與周圍環(huán)境進(jìn)行有選擇的物質(zhì)交換而維持生命活動。顯然，細(xì)胞要維持正常的生命活動，不僅細(xì)胞的內(nèi)容物不能流失，且其化學(xué)組成必須保持相對穩(wěn)定，這就需要在細(xì)胞和它的環(huán)境之間有某種特殊的屏障存在。它能使新陳代謝過程中，經(jīng)常由細(xì)胞得到氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)接受各種信息分子和離子，排出代謝產(chǎn)物和廢物，使細(xì)胞保持穩(wěn)態(tài)，這對維持細(xì)胞的生命活動極為重要。因此生物膜是一個具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的選擇性通透膜，它的主要功能可歸納為：能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)運送、信息識別與傳遞。[1]
對各種膜性結(jié)構(gòu)的化學(xué)分析表明，膜主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類等物質(zhì)組成。生物膜所具有
的各種功能，在很大程度上決定于膜內(nèi)所含的蛋白質(zhì)；細(xì)胞和周圍環(huán)境之間的物質(zhì)、能量和信息的交換，大多與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)有關(guān)。細(xì)胞膜蛋白質(zhì)就其功能可分為以下幾類：一類是能識別各種物質(zhì)，在一定條件下有選擇地使其通過細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)如通道蛋白；另一類是分布在細(xì)胞膜表面，能“辨認(rèn)”和接受細(xì)胞環(huán)境中特異的化學(xué)性刺激的蛋白質(zhì)，這統(tǒng)稱為受體；還有一大類膜蛋白質(zhì)屬于膜內(nèi)酶類，種類甚多；此外，膜蛋白質(zhì)可以是和免疫功能有關(guān)的物質(zhì)�？傊煌�(xì)胞都有它特有的膜蛋白質(zhì)，這是決定細(xì)胞在功能上的特異性的重要因素。一個進(jìn)
生物膜
行著新陳代謝的活細(xì)胞，不斷有各種各樣的物質(zhì)（從離子和小分子物質(zhì)到蛋白質(zhì)大分子，以及團(tuán)塊性物質(zhì)或液體）進(jìn)出細(xì)胞，包括各種供能物質(zhì)、合成新物質(zhì)的原料、中間代謝產(chǎn)物、代謝終產(chǎn)物、維生素、氧和CO2等進(jìn)出細(xì)胞，它們都與膜上的特定的蛋白質(zhì)有關(guān)。[1]跨過生物膜的物質(zhì)運送是生物膜的主要功能之一。物質(zhì)運送可分為被動運送和主動運送兩大類。被動運送是物質(zhì)從高濃度一側(cè)，順濃度梯度的方向，通過膜運送到低濃度一側(cè)的過程，這是一個不需要外界供給能量的自發(fā)過程。而物質(zhì)的主動運送，是指細(xì)胞膜通過特定的通道或運載體把某種分子（或離子）轉(zhuǎn)運到膜的另一側(cè)去。這種轉(zhuǎn)運有選擇性，通道或運載體能識別所需的分子或離子，能對抗?jié)舛忍荻�，所以是一種耗能過程。在膜的主動運送中所需要的能量只能由物質(zhì)所通過的膜或膜所屬的細(xì)胞來供給。在細(xì)胞膜的這種主動運送中，很重要且研究得很充分的是關(guān)于Na+，K+的主動運送。包括人體細(xì)胞在內(nèi)的所有動物細(xì)胞，其細(xì)胞內(nèi)液和外液中的Na+，K+濃度有很大不同。以神經(jīng)和肌肉細(xì)胞為例，正常時膜內(nèi)K+濃度約為膜外的30倍，膜外Na+濃度約為膜內(nèi)的12倍。這種明顯的濃度差的形成和維持，與細(xì)胞膜的某種功能有關(guān)，而此功能要靠新陳代謝
生物膜
的正常進(jìn)行。例如，低溫、缺氧或一些代謝抑制劑的使用，會引起細(xì)胞內(nèi)外Na+，K+正常濃度差的減小，而在細(xì)胞恢復(fù)正常代謝活動后，上述濃度差又可恢復(fù)。很早就有人推測，各種細(xì)胞的細(xì)胞膜上普遍存在著一種稱為鈉鉀泵的結(jié)構(gòu)，簡稱鈉泵，它們的作用就是能夠逆著濃度差主動地將細(xì)胞內(nèi)的Na+移出膜外，同時將細(xì)胞外的K+移入膜內(nèi)，因而形成和保持了Na+和K+在膜兩側(cè)的特殊分布。后來大量科學(xué)實驗證明，鈉泵實際上就是膜結(jié)構(gòu)中的一種
特殊蛋白質(zhì)，它本身具有催化ATP水解的活性，可以把ATP分子中的高能鍵切斷而釋放能量，并利用此能量進(jìn)行Na+，K+的主動運送。因此鈉泵就是這種被稱為Na+-K+依賴式ATP酶的蛋白質(zhì)。細(xì)胞膜上的鈣泵也是一種ATP酶，它能把細(xì)胞內(nèi)過多的Ca2+轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外去。
[1]
生物膜是當(dāng)前分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)中一個十分活躍的研究領(lǐng)域。關(guān)于生物膜的結(jié)構(gòu)，生物膜與能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)運送、信息傳遞，以及生物膜與疾病等方面的研究及用合成化學(xué)的方法制備簡單模擬膜和聚合生物膜等方面不斷取得新進(jìn)展。另外，人們正在研究對物質(zhì)具有優(yōu)良識別能力的人造膜，使模仿生物膜機(jī)能的人造內(nèi)臟器官，應(yīng)用于醫(yī)療診斷。
細(xì)胞、細(xì)胞器和其環(huán)境接界的所有膜結(jié)構(gòu)的總稱。生物中除某些病毒外，都具有生物膜。真核細(xì)胞除質(zhì)膜（又稱細(xì)胞膜）外，還有分隔各種細(xì)胞器的內(nèi)膜系統(tǒng)，包括核膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、
生物膜
溶酶體膜、高爾基器膜、葉綠體膜、過氧化酶體膜等。生物膜形態(tài)上都呈雙分子層的片層結(jié)構(gòu)，厚度約5～10納米。其組成成分主要是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，另有少量糖類通過共價鍵結(jié)合在脂質(zhì)或蛋白質(zhì)上。不同的生物膜有不同的功能。質(zhì)膜和物質(zhì)的選擇性通透、細(xì)胞對外界信號的識別作用、免疫作用等密切有關(guān)；神經(jīng)細(xì)胞膜與肌細(xì)胞膜是高度分化的可興奮膜，起著電興奮、化學(xué)興奮的產(chǎn)生和傳遞作用；葉綠體內(nèi)的類囊體膜與光合細(xì)菌膜、嗜鹽菌的紫膜起著將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的作用，而線粒體內(nèi)膜與呼吸細(xì)菌膜則能將氧化還原過程中釋放出的能量用于合成腺苷三磷酸(ATP）；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜則是膜蛋白、分泌蛋白等蛋白質(zhì)及脂質(zhì)的生物合成場所。因而，生物膜在活細(xì)胞的物質(zhì)、能量及信息的形成、轉(zhuǎn)換和傳遞等生命活動過程中，是必不可少的結(jié)構(gòu)。[1]
物理化學(xué)特性
脂質(zhì)的多形性生物膜的基質(zhì)是極性脂質(zhì)：磷脂、膽固醇和糖脂。其分子形態(tài)包括一個親水性的極性頭部和疏水性的脂肪酰鏈尾部。這種兩親性特性維持了膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。親水性頭部朝向水相，疏水性尾部避水彼此聚集，這種作用稱為疏水相互作用。脂質(zhì)分子的雙分子層排列實質(zhì)上是一種熵的效應(yīng)，滿足熱力學(xué)的穩(wěn)定性要求，是溶液中氫鍵、分子間的范德瓦耳斯力、色散力等作用的綜合結(jié)果。具有兩條疏水性尾巴的磷脂分子在水相中彼此形成穩(wěn)定的雙分子層；對于只有一條疏水性尾巴的去垢劑、溶血磷脂等兩親性分子，則形成微團(tuán)的結(jié)構(gòu)；而那些尾部截面積大于頭部的磷脂，則往往能形成另一種相──六角形Ⅱ相（HⅡ相）（圖1）。就形成雙分子層的“脂質(zhì)-水”系而言，根據(jù)濃度、溫度、溶液中離子種類和pH等，又會形成Lα（脂肪酰鏈呈液狀自由運動的片層）、L'（脂肪酰鏈呈直伸狀且和膜面成一定傾角的片層）、L（脂肪酰鏈呈垂直于膜面的直伸狀片層）、P'（膜面呈波紋彎曲的片層）等各種相。生物膜的脂質(zhì)組成種類繁多，而且，還包含一定數(shù)量的膽固醇，所以“相”的類別多而復(fù)雜。
相變脂肪酰鏈中的C-C單鍵可以旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體。因為受到鄰近基團(tuán)的空間阻礙，旋轉(zhuǎn)不是所有角度都能進(jìn)行的。反式構(gòu)象時系統(tǒng)的位能最小，性質(zhì)最穩(wěn)定；其他角度時位能都較高。一種幾率較大的形式是：旋轉(zhuǎn)120°后的扭轉(zhuǎn)式構(gòu)象。對于正丁烷，反式轉(zhuǎn)為扭轉(zhuǎn)
什么是生物膜篇二：生物膜的應(yīng)用
生物膜組成細(xì)胞膜組成似可分為1膜的骨架(主要是脂質(zhì))o期在骨架上的物質(zhì)(蛋白質(zhì)等)。其化學(xué)成分一般由類脂(磷脂、膽固醇)、蛋白質(zhì)、糖類(糖蛋白、糖脂)、少量的核酸、無機(jī)離子以及水分所組成。而類脂和蛋白質(zhì)則是組成細(xì)胞膜的主要成分。膜結(jié)構(gòu)體系的基本作用是為細(xì)胞提供保護(hù)。質(zhì)膜將整個細(xì)胞的生命活動保護(hù)起來，并進(jìn)行選擇性的物質(zhì)交換；核膜將遺傳物質(zhì)保護(hù)起來，使細(xì)胞核的活動更加有效；線粒體和葉綠體的膜將細(xì)胞的能量發(fā)生同其它的生化反應(yīng)隔離開來，更好地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。膜結(jié)構(gòu)體系為細(xì)胞提供較多的質(zhì)膜表面，使細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)室化。由于大多數(shù)酶定位在膜上，大多數(shù)生化反應(yīng)也是在膜表面進(jìn)行的，膜表面積的擴(kuò)大和區(qū)室化使這些反應(yīng)有了相應(yīng)的隔離，效率更高。另外，膜結(jié)構(gòu)體系為細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運輸提供了特殊的運輸通道，保證了各種功能蛋白及時準(zhǔn)確地到位而又互不干擾。例如溶酶體的酶合成之后不僅立即被保護(hù)起來，而且一直處于監(jiān)護(hù)之下被運送到溶酶體小泡。細(xì)胞生物膜系統(tǒng)是指由細(xì)胞膜、細(xì)胞核膜以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等有膜圍繞而成的細(xì)胞器，在結(jié)構(gòu)和功能上是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體，由于細(xì)胞膜、核膜以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等由膜圍繞而成的細(xì)胞器都涉及到細(xì)胞膜或細(xì)胞器膜，所以通常稱此系統(tǒng)為生物膜系統(tǒng)。細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)在細(xì)胞的生命活動中起著極其重要的作用。此外，研究細(xì)胞生物膜系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)和生產(chǎn)過程中都有很廣闊的前景。
生物膜結(jié)構(gòu)如今所認(rèn)知的生物膜結(jié)構(gòu)為流體鑲嵌模型。在提出后又有多次補充，它們都是以流動鑲嵌模型為前提。如晶格鑲嵌模型強(qiáng)調(diào)了膜蛋白分子對磷脂分子流動性的限制作用，認(rèn)為內(nèi)在蛋白周圍結(jié)合的磷脂分子為界面脂，界面脂只能隨內(nèi)在蛋白運動，并與內(nèi)在蛋白構(gòu)成晶格；板塊模型則認(rèn)為在流動的脂雙層中存在著結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，但有序又可獨立移動的鑲嵌板塊，板塊內(nèi)不同組分的相互作用以及不同板塊間的相互作用，使生物膜具有復(fù)雜的生物學(xué)功能。膜蛋白和膜脂結(jié)構(gòu)研究的最新進(jìn)展主要是以下幾個方面：（１）膜蛋白三維結(jié)構(gòu)研究。膜蛋白可分為外周蛋白和內(nèi)在蛋白，后者占整個膜蛋白的７０％～８０％，它們部分或全部嵌入膜內(nèi)，還有的是跨膜分布，如受體、離子通道、離子泵以及各種膜酶等等。第一個水溶性蛋白質(zhì)———肌紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)的解析是由英國人Ｋｅｎｄｒｅｗ于１９５７年用Ｘ射線衍射法完成的，他因此獲得了諾貝爾獎。迄今蛋白質(zhì)解析出具有原子分辨率的三維結(jié)構(gòu)已達(dá)２００００個左右。（２）膜脂結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展。膜脂主要包括甘油脂（即磷脂）、鞘脂類以及膽固醇。對于甘油脂研究較多，它們不僅是生物膜結(jié)構(gòu)的骨架，其中有些成員還參與了信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程。生物膜作用細(xì)胞膜主要功能有（1）分隔、形成細(xì)胞和細(xì)胞器，為細(xì)胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境，膜的面積大大增加，提高了發(fā)生在膜上的生物功能；（2）屏障作用，膜兩側(cè)的水溶性物質(zhì)不能自由通過；（3）選擇性物質(zhì)運輸，伴隨著能量的傳遞；（4）生物功能：激素作用、酶促反應(yīng)、細(xì)胞識別、電子傳遞等。（5）識別和傳遞信息功能（主要依靠糖蛋白）（6）物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能：細(xì)胞與周圍環(huán)境之間的物質(zhì)交換，是通過細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運功能實現(xiàn)的不同的生物膜有不同的功能。細(xì)胞膜和物質(zhì)的選擇性通透、細(xì)胞對外界信號的識別作用、免疫作用等密切相關(guān)；神經(jīng)細(xì)胞膜與肌細(xì)胞膜是高度分化的可興奮膜，起著電興奮、化學(xué)興奮的產(chǎn)生和傳遞作用；葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜與光合細(xì)菌膜、嗜鹽菌的紫膜起著將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的作用，而線粒體內(nèi)膜與呼吸細(xì)菌膜則能將氧化還原過程中釋放出的能量用于合成三磷酸腺苷；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜是膜蛋白、分泌蛋白等蛋白質(zhì)及脂質(zhì)的生物合成場所。因此，生物膜在活細(xì)胞的物質(zhì)、能量及信息的形成、轉(zhuǎn)換和傳遞等生命活動過程中，是必不可少的結(jié)構(gòu)。
細(xì)胞膜的應(yīng)用
�。玻|(zhì)體的發(fā)展和應(yīng)用１９６５年，英國學(xué)者Ｂａｎｇｈａｍ將磷脂分散在水中，然后
用電鏡觀察。發(fā)現(xiàn)磷脂自發(fā)形成多層囊泡，每層均為類似生物膜結(jié)構(gòu)的脂質(zhì)雙分子層，囊泡中央和各層之間被水相隔開，雙分子層厚度約為４納米。后來，將這種小囊泡稱為脂質(zhì)體。脂質(zhì)體具有分子小、擴(kuò)散速度快、脂溶性好及可生物降解等優(yōu)點，因此可作為藥物和基因等的載體。此外，如在脂質(zhì)體中摻入特異的組織和細(xì)胞的識別配體或抗體等，脂質(zhì)體即可將藥物和基因靶向運輸，增加藥物作用的局部濃度和作用時間并減少全身的毒副反應(yīng)。目前，抗腫瘤化療藥物及腫瘤基因治療的脂質(zhì)體投送系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已取得了較大的進(jìn)展。
3．細(xì)胞膜電穿孔的發(fā)展及應(yīng)用經(jīng)過人們不斷的研究發(fā)現(xiàn):細(xì)胞膜的絕緣強(qiáng)度與所加脈沖電場的幅值和持續(xù)時間有關(guān)。細(xì)胞膜的擊穿電壓值在0.5~1.5V左右,即:假定細(xì)胞膜的厚度為5nm,當(dāng)采用Ls)ms級的電脈沖時,電場強(qiáng)度應(yīng)該在1~3kV/cm左右。通常,幅值較低、持續(xù)時間較短的脈沖刺激僅導(dǎo)致細(xì)胞膜充電,其時間常數(shù)取決于膜電容和充電通路的等效電阻。電穿孔現(xiàn)象發(fā)生后,膜電導(dǎo)率G(t)增大,跨膜電流增加至nA數(shù)量級。如果在電流陡增前撤去外電場或者處于兩脈沖的間隔時期,則膜電位U(t)快速衰減,細(xì)胞膜放電,膜屏障功能恢復(fù),則稱此現(xiàn)象為可逆性電擊穿(REB);否則微孔數(shù)量增加或者孔徑激增,以至于膜組織斷裂,細(xì)胞死亡,稱此現(xiàn)象為不可逆性電擊穿(IREB定性地說,電穿孔現(xiàn)象是由電能(因跨膜電位提高而產(chǎn)生的決定性能量)和/KT能量0(因熱波動而產(chǎn)生的隨機(jī)性能量)共同作用而引起的。大量的觀察發(fā)現(xiàn):電穿孔的發(fā)生主要是一種物理現(xiàn)象,同時也會引起細(xì)胞膜某些化學(xué)性質(zhì)的變化,應(yīng)該建立細(xì)胞膜出現(xiàn)微孔的物理模型來解釋細(xì)胞膜的機(jī)械特性、電特性和分子運輸行為。
一、生物膜在污水處理中的應(yīng)用生物膜法是土壤自凈和河床凈化過程的人工模擬和強(qiáng)化。生物膜通常為微生物、原生動物、后生動物集群生長、繁育的膜狀生物性污泥。與活性污泥法相比,耐沖擊負(fù)荷、耐毒性、耐泡沫影響且無污泥膨脹問題,是生物膜法的普遍性優(yōu)點。
1、多功能人工水草生物膜處理黑臭河水研究隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)超標(biāo)排污造成大量的生活用水被污染，河道黑臭。因此，處理污水成為人們急需解決的問題，城市河道黑臭主要是過量納污導(dǎo)致水體供氧和耗氧失衡的結(jié)果，水體缺氧乃至厭氧條件下污染物轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生氨氮、硫化氫、揮發(fā)性有機(jī)酸等臭惡臭物質(zhì)以及鐵、錳硫化物等黑色物質(zhì)[1]。近年來，微生物被廣泛用于黑臭河道的治理，通過選育和培養(yǎng)高效的微生物菌劑，能有效降解COD、N和P，消除黑臭，提高溶解氧水平[2-3]。但對于成分復(fù)雜的廢水，單一功能的微生物難于治理多種污染物[4]。以人工水草作為生物膜載體，結(jié)合光合細(xì)菌球形紅細(xì)菌、枯草桿菌和氧化硫硫桿菌組合構(gòu)建多功能人工水草生物膜系統(tǒng)，多功能人工水草生物膜對工業(yè)河黑臭河水具有較好的凈化效果，系統(tǒng)克服了單一功能微生物難于處理多種污染物的缺陷，能有效地處理成分復(fù)雜的黑臭河水。
2、還原水解－生物膜工藝處理印染廢水中試研究。研究人員提出“還原水解－生物膜”處理工藝[5]，效果穩(wěn)定、各處理單元布置合理，能夠適應(yīng)在各種生產(chǎn)階段變化情況下的該廠廢水的處理，處理后出水能達(dá)到并低于紡織染整工業(yè)水污染物排放的一級標(biāo)準(zhǔn)[6]，顯示了聯(lián)合工藝優(yōu)良的適應(yīng)性。利用生物膜法處理剩余污泥產(chǎn)量少，處理效率高，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
三、有機(jī)廢氣的生物膜處理技術(shù)化工廠和石油化工廠在生產(chǎn)過程中排放各種有機(jī)廢氣,其中含有醋、醇、醚、酚、睛、酸、芳烴及雜環(huán)化合物等有機(jī)污染物,對人體及環(huán)境危害很大。與有機(jī)廢氣的傳統(tǒng)處理方法相比,生物處理法[9]的主要伏點是工藝設(shè)備簡單、管理維
護(hù)方便、能耗少、運行費用低,且去除效率也比較高。生物膜法是微生物在填料表面固定附著生長的生物處理法,有機(jī)廢氣中的污染物和空氣中的氧通過相間傳質(zhì)為微生物膜所吸附,并發(fā)生生物氧化反應(yīng),使有機(jī)廢氣得到凈化。生物膜法具有以下優(yōu)點：生物相多樣化,除好氧菌外還存在厭氧菌,生物膜具有較低的含水率,單位體積內(nèi)的生物量較大,因此生物膜反應(yīng)器具有較大的處理能力,工藝過程比較穩(wěn)定,動力消耗較少。由于具有以上這些優(yōu)點,生物法生物膜法在有機(jī)廢氣處理中的應(yīng)用受到了特別的關(guān)注。
四、生物膜在血液透析中的應(yīng)用血液透析[10]是一種溶質(zhì)通過半透膜與另一種溶質(zhì)交換的過程。半透膜是一張布滿許多小孔的薄膜，膜的孔隙大小在一定范圍內(nèi)，使得膜的兩側(cè)溶液中的水分子和小分子的溶質(zhì)可通過膜孔進(jìn)行交換，但大分子溶質(zhì)(蛋白質(zhì))不能通過。根據(jù)膜平衡原理，半透膜兩側(cè)液體各自所含溶質(zhì)濃度的梯度差及其他溶質(zhì)所形成的不同滲透濃度，可使溶質(zhì)從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)移動(彌散作用)，而水分子則從滲透濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)滲透(滲透作用)，最終達(dá)到動態(tài)平衡。當(dāng)血液進(jìn)入透析器時，其代謝產(chǎn)物如尿素、肌酐、胍類、中分子物質(zhì)、過多的電解質(zhì)便可通過透析膜彌散到透析液中，而透析液中的碳酸氫根、葡萄糖、電解質(zhì)等機(jī)體所需物質(zhì)則被補充到血液中，從而達(dá)到清除體內(nèi)代謝廢物、糾正水電解質(zhì)紊亂和酸堿失衡的目的。
總結(jié)和展望近十年來,國際上膜分子生物學(xué)的發(fā)展速度和規(guī)模十分巨大,并取得了相當(dāng)可觀的成就。生物膜已成為現(xiàn)代生物學(xué)的一個新生長點。其原因大體是:生物膜與細(xì)胞結(jié)構(gòu)和命現(xiàn)象的密切關(guān)系已為人們所認(rèn)識,離開對生物膜結(jié)構(gòu)和功能的了解,要深人認(rèn)識生命的本質(zhì)是不可能的;以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能為基礎(chǔ)的分子生物學(xué),它的進(jìn)一步發(fā)展必然把視線轉(zhuǎn)向比單個大分子更為復(fù)雜的超分子體系L;生物膜結(jié)構(gòu)則是這種超分于體系在細(xì)胞內(nèi)的基本結(jié)構(gòu)形式,是研究生物大分子之間相互關(guān)系的適宜對象由于細(xì)胞學(xué),生物化學(xué)和生物物理學(xué)等的長期發(fā)展為生物膜的基本性質(zhì),形態(tài)結(jié)構(gòu),化學(xué)成分及膜蛋白膜脂等物理化學(xué)性質(zhì)和功能的研究積累大量的比較系統(tǒng)的材料使人們對膜的基本認(rèn)識逐漸深人,為生物膜研究的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ);(釣由于近代許多物理學(xué)、化學(xué)等新技術(shù)和新儀器廣泛滲透到生物膜的研究中,其中包括各種光譜如紅外、激光拉曼、熒光光譜、旋光色散和圓二色性以及x一光衍射、中子衍射、核磁共振、順磁共振、電子自旋標(biāo)記、高分辨率電子顯微鏡、冰蝕刻技術(shù)和人造脂微球技術(shù)等都為生物膜的結(jié)構(gòu),膜組份的分子構(gòu)型及其和膜功能的關(guān)系等提供了大量的信息,使人們在分子水平:對生物膜有了更多的了解;(5)由于生物膜在實踐上有其廣泛應(yīng)用的可能性,很多醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、工程技術(shù)、化學(xué)工業(yè)等問題的解決都對生物膜的許多基本原理的闡明提出了要求,從而把生物膜的研究擴(kuò)展到更為廣闊的領(lǐng)域,為促進(jìn)膜分子生物學(xué)的發(fā)展增添了新的淮動方。可以預(yù)計,生物膜的研究在今后將有更大更快的發(fā)展。
什么是生物膜篇三：4.生物膜
生物膜
一、選擇題
1．磷脂酰肌醇分子中的磷酸肌醇部分是這種膜脂的那個部分？
A、親水尾部B、疏水頭部C、極性頭部D、非極性尾部
3．以下那種因素不影響膜脂的流動性？
A、膜脂的脂肪酸組分B、膽固醇含量C、糖的種類D、溫度4．哪種組分可以用磷酸鹽緩沖液從生物膜上分離下來？
A、外周蛋白B、嵌入蛋白C、跨膜蛋白D、共價結(jié)合的糖類
注：通過離子鍵與磷脂極性頭部或氫鍵與膜內(nèi)嵌蛋白親水結(jié)構(gòu)域結(jié)合或共價連接脂類碳?xì)滏湶迦腚p層內(nèi)部。（PH，離子強(qiáng)度，螯合劑，如鈣）在膜中位置固定，可移動，不隨機(jī)漂移。
5．哪些組分需要用去垢劑或有機(jī)溶劑（變性劑）從生物膜上分離下來？
A、外周蛋白B、嵌入蛋白C、共價結(jié)合的糖類D、膜脂的脂肪酸部分
注：依靠膜脂間疏水作用與脂雙層緊密聯(lián)系。
8．當(dāng)生物膜中不飽和脂肪酸增加時，生物膜的相變溫度:
A、增加B、降低C、不變D、范圍增大
注；不飽和脂肪酸中雙鍵數(shù)目多，保持膜在低溫下流動性，抵抗冷凍；飽和脂肪酸含量高，有利于細(xì)胞質(zhì)膜在高溫下的穩(wěn)定性。
11．已知細(xì)胞內(nèi)外的Ca2+是外高內(nèi)低，那么Ca2+從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外運輸屬于哪種方式？
A、簡單擴(kuò)散B、促進(jìn)擴(kuò)散C、外排作用D、主動運輸
二、填空題
1
�。畼�(gòu)成生物膜的三類膜脂是磷脂（含量高為甘油磷脂和鞘磷脂）、糖脂和膽固醇。
5．膽固醇可使膜脂的相變溫度范圍變寬，對膜脂的流動性具有一定的調(diào)節(jié)功能增加膜的穩(wěn)定性和降低水溶性物質(zhì)的通透性。
6膜的獨特功能由特定的膜蛋白執(zhí)行,,膜蛋白可分為整合蛋白和外周蛋白。7下圖中B,G,EA為跨膜蛋白。
8．1972年sanger提出生物膜的“流動鑲嵌模型”，該模型突出了膜的流動性和膜蛋白分布的不對稱性。
三、是非題
1．質(zhì)膜中與膜蛋白和膜脂共價結(jié)合的糖都朝向細(xì)胞外側(cè)定位�！�
2．生物膜是由極性脂和蛋白質(zhì)通過非共價鍵形成的片狀聚集體，膜脂和膜蛋白都可以自由地進(jìn)行側(cè)向擴(kuò)散和翻轉(zhuǎn)擴(kuò)散。√×
4．生物膜的不對稱性僅指膜蛋白的定向排列，膜脂可做側(cè)向擴(kuò)散和翻轉(zhuǎn)擴(kuò)散，在雙分子層中的分布是相同的。×
6．主動運轉(zhuǎn)有兩個顯著特點：一是逆濃度梯度進(jìn)行，需要能量驅(qū)動，二是具有方向性。√
7．膜上的質(zhì)子泵實際上是具有定向轉(zhuǎn)運H＋(能量）和具有ATP酶活性的跨膜蛋白�！�
8．所有的主動運輸系統(tǒng)都具有ATPase活性。√×
9．極少數(shù)的膜蛋白通過共價鍵結(jié)合于膜脂。√
11．在相變溫度以上，膽固醇可增加膜脂的有序性，限制膜脂的流動性；在相變溫度以下，膽固醇又可擾亂膜脂的有序性，從而增加膜脂的流動性�！趟�、名詞解釋AD
極性脂：脂類有極性脂和非極性脂，含有極性基團(tuán)的稱為極性脂。極性脂的主體是脂溶性的，其中極性部分是水溶性的，比如磷脂。
中性脂：中性脂肪即甘油三酯（triglyceride,TG),約占人體脂類的95%。脂雙層分子外周蛋白
相變溫度：脂質(zhì)分子從有流動性的液晶變?yōu)榕帕姓R不能流動的凝膠（晶膠）相對的溫度。液晶相：液晶相是指具有高度不對稱外形的有機(jī)化合物在一定溫度和濃度時表現(xiàn)出的介于液態(tài)和晶態(tài)間的有序流體狀態(tài)。
主動運輸：主動運輸是指物質(zhì)逆濃度梯度或順濃度梯度，在載體的協(xié)助下，在能量的作用下運進(jìn)或運出細(xì)胞的過程。（Na+、K+和Ca2+）
被動運輸：物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)外濃度不同形成梯度，物質(zhì)順著梯度由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)運的過程叫被動運輸（passivetransport）。自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散屬于被動運輸。
簡單擴(kuò)散：不帶電荷和水溶性的小分子（如H2O,O2,CO2,N2，尿素，丙酮，乙醇）由濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)運，從膜的一側(cè)通過細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入膜另一側(cè)的過程。（取決于分子大小(�。┖蜆O性（非）)促進(jìn)擴(kuò)散：物質(zhì)通過膜上的特殊蛋白質(zhì)（包括載體、通道）的介導(dǎo)、順電—化學(xué)梯度的跨膜轉(zhuǎn)運過程，其轉(zhuǎn)運方式主要有兩種：一是經(jīng)載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散。二是經(jīng)通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散。質(zhì)子泵：質(zhì)子泵指能逆濃度梯度轉(zhuǎn)運氫離子通過膜的膜整合糖蛋白。質(zhì)子泵的驅(qū)動依賴于ATP水解釋放的能量，質(zhì)子泵在泵出氫離子時造成膜兩側(cè)的pH梯度和電位梯度。
五、問答題
2．流動鑲嵌模型的要點是什么？
蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分子都有流動性，膜具有二側(cè)不對稱性，蛋白質(zhì)附在膜表面或嵌入膜內(nèi)部。
3．外周蛋白和嵌入蛋白在提取性質(zhì)上有那些不同？現(xiàn)代生物膜的結(jié)構(gòu)要點是什么？
由于外周蛋白與膜以極性鍵結(jié)合，所以可以有普通的方法予以提��；由于嵌入蛋白與膜通過非極性鍵結(jié)合，所以只能用特殊的方法予以提取。
現(xiàn)代生物膜結(jié)構(gòu)要點：脂雙層是生物膜的骨架；蛋白質(zhì)以外周蛋白和嵌入蛋白兩種方式與膜結(jié)合；膜脂和膜蛋白在結(jié)構(gòu)和功能上都具有二側(cè)不對稱性；膜具有一定的流動性；膜組分之間有相互作用。
4．什么是生物膜的相變？生物膜可以幾種狀態(tài)存在？生物膜從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的變化過程為生物膜的相變，一般指液晶相與晶膠相之間的變化。生物膜可以三種狀態(tài)存在，即：晶膠相、液晶相和液相。
5．什么是液晶相？它有何特點？
生物膜既有液態(tài)的流動性，又有晶體的有序性的狀態(tài)稱為液晶相。其特點為：頭部有序，尾部無序，短程有序，長程無序，有序的流動，流動的有序。
6．影響生物膜相變的因素有那些？他們是如何對生物膜的相變影響的？
影響生物膜相變的因素及其作用為：A、脂肪酸鏈的長度，其長度越長，膜的相變溫度越高；
B、脂肪酸鏈的不飽和度，其不飽和度越高，膜的相變溫度越低；C、固醇類，他們可使液晶相存在溫度范圍變寬；D、蛋白質(zhì)，其影響與固醇類相似。
7．物質(zhì)的跨膜運輸有那些主要類型？各種類型的要點是什么？
有兩種運輸類型，即主動運輸和被動運輸，被動運輸又分為簡單擴(kuò)散和幫助擴(kuò)散兩種。簡單擴(kuò)散運輸方向為從高濃度向低濃度，不需載體和能量；幫助擴(kuò)散運輸方向同上，需要載體，但不需能量；主動運輸運輸方向為從低濃度向高濃度，需要載體和能量。
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