3.7　生物膜

生物膜是由不同磷脂形成的雙分子層及嵌入到雙分子層的膜蛋白、糖蛋白、糖脂和膽固醇等共同形成的組裝體。大部分磷脂由甘油、磷酸二酯負(fù)離子、膽堿和兩個(gè)長鏈脂肪酸形成，卵磷脂即是其中的一類。神經(jīng)鞘髓磷脂是另一類組成生物膜的非三酰甘油型的磷脂。這兩類磷脂的長脂肪鏈?zhǔn)杷硪欢说牧姿嶝?fù)離子、酯、羥基及膽堿等是親水的。膽堿的季銨鹽能夠與水形成離子-偶極作用，其它各官能團(tuán)都能夠與水形成氫鍵。因此，這兩類分子能夠在水中形成雙分子層，疏水的脂肪類處于內(nèi)部，親水部分處于外側(cè)，把脂肪鏈與外部的水分開。因此，氫鍵對(duì)于磷脂形成雙分子層膜起到了至關(guān)重要的作用。

糖脂也是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要組分，主要包括甘油糖脂和糖鞘脂兩大類，它們分布于細(xì)胞膜的外層。這兩類分子與磷脂類似，也是由疏水性的脂肪鏈和親水性的頭基組成的。只是親水性頭基是單糖或二糖等。它們的糖片段上的羥基與水形成氫鍵，暴露于膜的外側(cè)，而脂肪鏈與磷脂的脂肪鏈一道形成內(nèi)部的疏水區(qū)域。

膽固醇是動(dòng)物細(xì)胞膜的重要組成分子，占人體細(xì)胞膜重量的20％左右。膽固醇只帶有一個(gè)親水性的羥基，僅微溶于水。在細(xì)胞膜內(nèi)，它的羥基始終朝向膜的外側(cè)，與水和周圍的極性基團(tuán)形成氫鍵，而疏水的四環(huán)骨架和脂肪鏈則包埋在磷脂雙層的內(nèi)部。

兩親性也是參與形成生物膜的生物大分子的基本特征。膜蛋白不但是組成細(xì)胞膜的重要成分，也介導(dǎo)細(xì)胞與外界之間的信號(hào)傳導(dǎo)，是各種神經(jīng)信號(hào)分子、激素和其它底物的受體，并構(gòu)成各種離子跨膜的通道、呼吸鏈和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等。膜蛋白可分為兩種，即外周膜蛋白和內(nèi)在膜蛋白。外周膜蛋白一般是水溶性的，多數(shù)構(gòu)成氨基酸殘基的側(cè)鏈具有親水性，可以和水形成氫鍵。而內(nèi)在膜蛋白包埋于膜脂雙層的疏水區(qū)域中，主要為α-螺旋和β-片層，后者可形成β-桶形結(jié)構(gòu)。對(duì)于α-螺旋蛋白，在整個(gè)跨膜區(qū)域，絕大多數(shù)的氨基酸殘基側(cè)鏈?zhǔn)鞘杷模鴮?duì)于β-片層結(jié)構(gòu)，每隔一個(gè)氨基酸殘基，其側(cè)鏈需要是疏水的，以保證形成一個(gè)與脂雙層接觸的疏水面。α-螺旋和β-片層本身的形成則主要由序列內(nèi)酰胺基團(tuán)形成的分子內(nèi)氫鍵驅(qū)動(dòng)。膜蛋白也可以與糖形成糖蛋白復(fù)合物。由于糖端具有親水性，這一端總是插入到水相中。