1、青春土建立志精英2013級生物技術基地一班 劉雨桐我們看到的膜，可能是這樣的土建精神生物膜可以指鑲嵌有蛋白質和糖類（統稱糖蛋白）的磷脂雙分子層，起著劃分和分隔細胞和細胞器作用生物膜，也是與許多能量轉化和細胞內通訊有關的重要部位，同時，生物膜上還有大量的酶結合位點。細胞、細胞器和其環境接界的所有膜結構的總稱。概念區分：質膜（plasma membrane）又稱細胞膜。內膜：形成各種細胞器的膜。生物膜（biomembrane）：質膜和內膜的總稱。膜脂：主要為磷脂（主要為甘油磷脂，還有鞘磷脂），還包含糖脂、甾醇膜蛋白：膜內在蛋白、脂錨定蛋白、膜周邊蛋白糖類：多與脂、蛋白質復合無機鹽金屬離子水膜脂主要

2、包括磷脂、糖脂和膽固醇三類。（一）磷脂約占膜脂的50以上。主要特征：一個極性頭、兩個非極性尾（脂肪酸鏈）。脂肪酸碳鏈為偶數，16，18或20個碳原子。常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。 組織建設Phospholipids膠束雙分子層脂質體 組織建設磷脂在膜的分布（二）糖脂約占5以下，神經細胞膜含量高，約占5-10。兩性分子，含糖而不含磷酸，由一個或多個糖殘基與鞘氨醇的羥基結合。糖脂結構變化復雜，神經節苷脂是神經元之膜中的特征性成分。 組織建設glycolipids占核基因組編碼蛋白質的30%。根據與脂分子的結合方式分為：膜內在蛋白（integral protein）脂錨定蛋白（lipid-anch

3、ored protein）膜周邊蛋白（peripheral protein） 組織建設1Intergral protein有的全部埋于脂雙層的疏水區，有的部分嵌在脂雙層中，有的橫跨全膜.主要靠疏水作用通過某些非極性氨基酸殘基與膜脂疏水部分相結合。這類蛋白被緊密連在膜上，并且不易溶于水。只有用破壞膜結構的試劑如有機溶劑（氯仿）或去污劑（TritonX-100）才能把它們從膜中提取出來。 組織建設2Lipid-anchored protein有些膜內在蛋白本身并沒有進入膜內，他們以共價鍵與脂質、脂酰鏈、異戊烯基團相結合并通過他們的疏水部分插入到膜內，這種形式的內在蛋白稱為脂錨定蛋白。 組織建設3P

4、eripheral protein分布于膜的脂雙層內外表面，通過極性氨基酸殘基以離子鍵、氫鍵、范德華力等次級鍵與膜脂極性頭部或與內在蛋白的親水部分結合。比較易于分離，大都能溶于水，可在不破壞膜結構的情況下，通過溫和方法（高離子強度、高pH、）分離提取。 組織建設外周蛋白/內在蛋白 組織建設, integral protein；, lipid-anchored protein ；, peripheral protein目錄生物膜形成是一個較為復雜的過程。研究發現，該過程受外界環境，如營養成分、pH值、溫度、滲透壓、水流沖擊力、介質的表面特性及鐵離子濃度和氧化還原電位等外因和生物體自身如膜表面特性

5、、凝固酶的有無、染色體的倍性（面包酵母染色體倍數越低越易形成膜）等條件的影響。一般來說大體上要經過黏附、發展和成熟三個階段。 組織建設 細胞在載體表面的可逆粘附粘附在載體表面細胞的分裂及小菌落的形成。文粘附小菌落成長為具三維結構的成熟生體建設細胞在載體表面的不可逆粘附1245部分細胞從生物膜上的脫落。3細菌生物膜形成流程圖E. Overton 1895 推測細胞膜由連續的脂類物質組成。E. Gorter 等 1925 推測細胞膜由雙層脂分子組成。3. J. Danielli & H. Davson 1935 發現質膜的表面張力比油水界面的張力低得多，提出三明治模型（蛋白質-脂類-蛋白質）。 4

6、、 JD. Robertson 1957根據電鏡觀察提出單位膜模型。厚約7.5nm。5. Singer 和Nicolson 1972 根據免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結果，提出了“流動鑲嵌模型”。 組織建設由兩層磷脂雙分子層整齊地對稱排列而成的，其中每一個磷脂分子由一個帶正電荷且能溶于水的極性頭（磷酸端）和一個不帶電荷、不溶于水的非極性端所構成。兩個極性端分別朝向內外兩表面，兩個非極性段的疏水尾則埋入膜的內層。其中嵌埋許多具運輸功能、有時分子內還存在運輸通道的整合蛋白或膜內在蛋白。而在外表面漂浮著許多具有酶促功能的周邊蛋白或膜外在蛋白。細胞膜流動鑲嵌模型A Lipid Bilayer Is the

7、 Basic Structural不對稱性 流動性 科技創新1、膜脂的分布不對稱膜的外層卵磷脂、鞘磷脂較多膜的內層腦磷脂、磷脂酰絲氨酸較多2、膜蛋白的分布不對稱如線粒體內膜中的NADH電子傳遞鏈各組分：Cyt氧化酶 、琥珀酸脫氫酶在線粒體內膜內側Cytc在線粒體內膜外側3、糖蛋白和糖脂中的多糖只分布在膜的非細胞質一側 科技創新ES，細胞外表面；EF細胞外小頁斷裂面；PS，原生質表面；PF，原生質小頁斷面。 圖二為兔紅細胞的冰凍斷裂電鏡照片 科技創新膜脂的流動性 影響膜脂流動性的因素 膽固醇 脂肪酸鏈的飽和度 脂肪酸鏈的鏈長 卵磷脂/鞘磷脂 其他因素：溫度、酸堿度、離子強度等。 膜脂的流動性主要

8、決定于磷脂分子.膜蛋白的流動性 側向擴散和旋轉擴散兩種運動方式，其速度平均比膜脂小10-100倍。 檢測：光脫色恢復技術和細胞融合技術 科技創新側向擴散運動；旋轉運動；擺動運動伸縮震蕩運動；翻轉運動；旋轉異構化運動。 科技創新膜流動性的生理意義當膜的流動性低于一定的閾值時，許多酶的活動和跨膜運輸將停止，反之如果流動性過高，又會造成膜的溶解。適當的流動性，可以使細胞活動有序進行。物質運輸：主動運輸和被動運輸能量轉換：線粒體和葉綠體信號傳遞：第一信使、第二信使細胞免疫：免疫細胞和受體抗原神經傳導：離子轉運和神經沖動的傳導代謝調控：各種細胞器載體參與代謝中的作用激素和藥物的作用：細胞通訊腫瘤發生：異

9、常細胞通訊（注：圖為膜融合）膜骨架質膜下纖維蛋白組成的網架結構；位于質膜下約0.2m厚的溶膠層。主要作用：維持質膜的形態。細胞膜特化結構微絨毛microvilli皺褶（ruffle）內褶（infolding）纖毛和鞭毛生物膜在醫學、工業和生態上都具有重要意義。在醫學中，人類大約65%的細菌性疾病有生物膜參與。如在口腔中，牙齒表面的生物膜可形成牙菌斑、齲齒和牙齦感染。生物膜也可導致器官移植后（如心臟起搏器）的感染。空調中的退伍軍人菌（Legionella pneumoniae）形成生物膜可導致退伍軍人病。綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)在肺部感染的形成囊性纖維變性、肺結核

10、、尿路感染、呼吸道感染和大約25%的腎結石也是由生物膜造成的。輸油管道中形成的生物膜會嚴重影響管道輸送能力。生物膜是通過附著而固定于特定載體上的結構復雜的微生物共生體。想對于活性污泥來說，在單位體積生物膜中所含的微生物數量更高、比表面積更大。生物膜比活性污泥具有更強的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各種污染物，具有速度快、效率高的特點。生物膜法處理污水有以下幾個類型： 渣濾系統 旋轉生物接觸氧化系統 流化床反應器artificial membrane人工合成的膜材料已用于疾病的治療。例如：腎功能發生障礙時，由于代謝廢物不能排除，患者會出現水腫、尿毒癥。目前常用的治療方法，是采用透析型

11、人工腎代替病變的腎臟行使功能，其中起關鍵作用的血液透析膜就是一種人工合成膜材料。當病人的血液流經人工腎時，血液透析膜能夠把病人血液中的代謝廢物透析掉，讓干凈的血液返回病人體內。 科技創新人工膜發生裝置 試管法OToole 等曾用該方法考察不同的材料包括聚苯乙烯, 聚丙烯等對熒光假單胞菌( Pseudomonas fluorescens) 生物膜生成的影響 微孔板法加拿大卡爾加里大學生物膜研究小組使用一種上蓋帶有小柱子的微孔板,可以很方便地處理或洗滌生長在小柱上的細菌生物膜 置片法Ghigo 就曾用該方法分析了基因水平轉移對生物膜生成的影響 平板膜片法Carmen 等發現超聲波可以使慶大霉素更易

12、于通過銅綠假單胞菌( P. aeruginosa) 及大腸桿菌生物膜;Hatch 等研究了褐藻膠裂合酶對銅綠假單胞菌生物膜的影響 管路法Bagge 等就用該方法分析了肺纖維化相關感染菌銅綠假單胞菌在生物膜狀態下2內酰胺酶及其褐藻膠合成相關基因的表達差異流室法( Flow cell)Stapper 等曾用微機化的機器工具制造流室的部件 科技創新參考文獻QI Han-Ying，Mechanism of biofilm formation and analysis of influencing factors，Microbiology China，Apr.20,2013,40(4):677685楊福愉 ，生物膜結構研究的一些進展，生物化學與生物物理進展，2003,30（4）戚韓英，生物膜形成機理及影響因素探究，微生物學通報，2013年04期李京寶，細菌生物膜研究技術，微生物學報，2007年6月4日，47卷3期楊敬輝，植物相關細菌生物膜研究進展，河北農業科學，2008.12 科技創新參