生物膜结构功能形成机理

生物膜结构功能形成机理第1页，课件共37页，创作于2023年2月我们看到的膜，可能是这样的……第2页，课件共37页，创作于2023年2月土建精神第3页，课件共37页，创作于2023年2月生物膜可以指镶嵌有蛋白质和糖类（统称糖蛋白）的磷脂双分子层，起着划分和分隔细胞和细胞器作用生物膜，也是与许多能量转化和细胞内通讯有关的重要部位，同时，生物膜上还有大量的酶结合位点。细胞、细胞器和其环境接界的所有膜结构的总称。概念区分：质膜（plasmamembrane）又称细胞膜。内膜：形成各种细胞器的膜。生物膜（biomembrane）：质膜和内膜的总称。第4页，课件共37页，创作于2023年2月膜脂：主要为磷脂（主要为甘油磷脂，还有鞘磷脂），还包含糖脂、甾醇膜蛋白：膜内在蛋白、脂锚定蛋白、膜周边蛋白糖类：多与脂、蛋白质复合无机盐金属离子水第5页，课件共37页，创作于2023年2月第6页，课件共37页，创作于2023年2月膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三类。（一）磷脂约占膜脂的50％以上。主要特征：一个极性头、两个非极性尾（脂肪酸链）。脂肪酸碳链为偶数，16，18或20个碳原子。常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。第7页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设Phospholipids第8页，课件共37页，创作于2023年2月胶束双分子层脂质体第9页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设磷脂在膜的分布第10页，课件共37页，创作于2023年2月（二）糖脂约占5％以下，神经细胞膜含量高，约占5-10％。两性分子，含糖而不含磷酸，由一个或多个糖残基与鞘氨醇的羟基结合。糖脂结构变化复杂，神经节苷脂是神经元之膜中的特征性成分。第11页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设glycolipids第12页，课件共37页，创作于2023年2月占核基因组编码蛋白质的30%。根据与脂分子的结合方式分为：膜内在蛋白（integralprotein）脂锚定蛋白（lipid-anchoredprotein）膜周边蛋白（peripheralprotein）第13页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设1Intergralprotein有的全部埋于脂双层的疏水区，有的部分嵌在脂双层中，有的横跨全膜.主要靠疏水作用通过某些非极性氨基酸残基与膜脂疏水部分相结合。这类蛋白被紧密连在膜上，并且不易溶于水。只有用破坏膜结构的试剂如有机溶剂（氯仿）或去污剂（TritonX-100）才能把它们从膜中提取出来。第14页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设2Lipid-anchoredprotein有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，他们以共价键与脂质、脂酰链、异戊烯基团相结合并通过他们的疏水部分插入到膜内，这种形式的内在蛋白称为脂锚定蛋白。第15页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设3Peripheralprotein分布于膜的脂双层内外表面，通过极性氨基酸残基以离子键、氢键、范德华力等次级键与膜脂极性头部或与内在蛋白的亲水部分结合。比较易于分离，大都能溶于水，可在不破坏膜结构的情况下，通过温和方法（高离子强度、高pH、）分离提取。第16页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设外周蛋白/内在蛋白第17页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设①,②integralprotein；③,④lipid-anchoredprotein；⑤,⑥peripheralprotein第18页，课件共37页，创作于2023年2月目录生物膜形成是一个较为复杂的过程。研究发现，该过程受外界环境，如营养成分、pH值、温度、渗透压、水流冲击力、介质的表面特性及铁离子浓度和氧化还原电位等外因和生物体自身如膜表面特性、凝固酶的有无、染色体的倍性（面包酵母染色体倍数越低越易形成膜）等条件的影响。一般来说大体上要经过黏附、发展和成熟三个阶段。第19页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设

细胞在载体表面的可逆粘附粘附在载体表面细胞的分裂及小菌落的形成。文粘附小菌落成长为具三维结构的成熟生体建设细胞在载体表面的不可逆粘附1245部分细胞从生物膜上的脱落。3细菌生物膜形成流程图第20页，课件共37页，创作于2023年2月E.Overton1895推测细胞膜由连续的脂类物质组成。E.Gorter等1925推测细胞膜由双层脂分子组成。3.J.Danielli&H.Davson1935发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，提出三明治模型（蛋白质-脂类-蛋白质）。4、JD.Robertson1957根据电镜观察提出单位膜模型。厚约7.5nm。5.Singer和Nicolson1972根据免疫荧光、冰冻蚀刻的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。第21页，课件共37页，创作于2023年2月组织建设由两层磷脂双分子层整齐地对称排列而成的，其中每一个磷脂分子由一个带正电荷且能溶于水的极性头（磷酸端）和一个不带电荷、不溶于水的非极性端所构成。两个极性端分别朝向内外两表面，两个非极性段的疏水尾则埋入膜的内层。其中嵌埋许多具运输功能、有时分子内还存在运输通道的整合蛋白或膜内在蛋白。而在外表面漂浮着许多具有酶促功能的周边蛋白或膜外在蛋白。细胞膜流动镶嵌模型第22页，课件共37页，创作于2023年2月ALipidBilayerIstheBasicStructural第23页，课件共37页，创作于2023年2月不对称性

流动性第24页，课件共37页，创作于2023年2月科技创新1、膜脂的分布不对称膜的外层卵磷脂、鞘磷脂较多膜的内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多2、膜蛋白的分布不对称如线粒体内膜中的NADH电子传递链各组分：Cyt氧化酶、琥珀酸脱氢酶在线粒体内膜内侧Cytc在线粒体内膜外侧3、糖蛋白和糖脂中的多糖只分布在膜的非细胞质一侧第25页，课件共37页，创作于2023年2月科技创新ES，细胞外表面；EF细胞外小页断裂面；PS，原生质表面；PF，原生质小页断面。图二为兔红细胞的冰冻断裂电镜照片第26页，课件共37页，创作于2023年2月科技创新膜脂的流动性

影响膜脂流动性的因素①胆固醇②脂肪酸链的饱和度③脂肪酸链的链长④卵磷脂/鞘磷脂⑤其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。膜脂的流动性主要决定于磷脂分子.膜蛋白的流动性

侧向扩散和旋转扩散两种运动方式，其速度平均比膜脂小10-100倍。检测：光脱色恢复技术和细胞融合技术第27页，课件共37页，创作于2023年2月科技创新①侧向扩散运动；②旋转运动；③摆动运动④伸缩震荡运动；⑤翻转运动；⑥旋转异构化运动。第28页，课件共37页，创作于2023年2月科技创新膜流动性的生理意义当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。适当的流动性，可以使细胞活动有序进行。第29页，课件共37页，创作于2023年2月物质运输：主动运输和被动运输能量转换：线粒体和叶绿体信号传递：第一信使、第二信使细胞免疫：免疫细胞和受体抗原神经传导：离子转运和神经冲动的传导代谢调控：各种细胞器载体参与代谢中的作用激素和药物的作用：细胞通讯肿瘤发生：异常细胞通讯（注：图为膜融合）第30页，课件共37页，创作于2023年2月第31页，课件共37页，创作于2023年2月膜骨架质膜下纤维蛋白组成的网架结构；位于质膜下约0.2μm厚的溶胶层。主要作用：维持质膜的形态。细胞膜特化结构微绒毛microvilli皱褶（ruffle）内褶（infolding）纤毛和鞭毛第32页，课件共37页，创作于2023年2月生物膜在医学、工业和生态上都具有重要意义。在医学中，人类大约65%的细菌性疾病有生物膜参与。如在口腔中，牙齿表面的生物膜可形成牙菌斑、龋齿和牙龈感染。生物膜也可导致器官移植后（如心脏起搏器）的感染。空调中的退伍军人菌（Legionellapneumoniae）形成生物膜可导致退伍军人病。绿脓杆菌(Pseudomonasaeruginosa)在肺部感染的形成囊性纤维变性、肺结核、尿路感染、呼吸道感染和大约25%的肾结石也是由生物膜造成的。输油管道中形成的生物膜会严重影响管道输送能力。第33页，课件共37页，创作于2023年2月生物膜是通过附着而固定于特定载体上的结构复杂的微生物共生体。想对于活性污泥来说，在单位体积生物膜中所含的微生物数量更高、比表面积更大。生物膜比活性污泥具有更强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的各种污染物，具有速度快、效率高的特点。生物膜法处理污水有以下几个类型：渣滤系统旋转生物接触氧化系统流化床反应器第34页，课件共37页，创作于2023年2月artificialmembrane人工合成的膜材料已用于疾病的治疗。例如：肾功能发生障碍时，由于代谢废物不能排除，患者会出现水肿、尿毒症。目前常用的治疗方法，是采用透析型人工肾代替病变的肾脏行使功能，其中起关键作用的血液透析膜就是一种人工合成膜材料。当病人的血液流经人工肾时，血液透析膜能够把病人血液中的代谢废物透析掉，让干净的血液返回病人体内。第35页，课件共37页，创作于2023年2月科技创新人工膜发生装置

试管法O’Toole等曾用该方法考察不同的材料包括聚苯乙烯,聚丙烯等对荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)生物膜生成的影响

微孔板法加拿大卡尔加里大学生物膜研究小组使用一种上盖带有小柱子的微孔板,可以很方便地处理或洗涤生长在小柱上的细菌生物膜

置片法Ghigo就曾用该方法分析了基因水平转移对生物膜生成的影响

平板膜片法Carmen等发现超声波可以使庆大霉素更易于通过铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)及大肠杆菌生物膜;Hatch等研究了褐藻胶裂合酶对铜绿假单胞菌生物膜的影响

管路法Bagge等就用该方法分析了肺纤维化相关感染菌—铜绿假单胞菌在生物膜状态下β2内酰胺酶及其褐藻胶合成相关基因的表达差异

流室法(Flowcell)Stapper等曾用微机化的机器工具制造流室的部件第36页，课件共37页，创作于2023年2月科技创新参考文献QIHan-Ying，Mechanismofbiofilmformationandanalysisofinfl