3.7　生物膜

生物膜是由不同磷脂形成的双分子层及嵌入到双分子层的膜蛋白、糖蛋白、糖脂和胆固醇等共同形成的组装体。大部分磷脂由甘油、磷酸二酯负离子、胆碱和两个长链脂肪酸形成，卵磷脂即是其中的一类。神经鞘髓磷脂是另一类组成生物膜的非三酰甘油型的磷脂。这两类磷脂的长脂肪链疏水，而另一端的磷酸负离子、酯、羟基及胆碱等是亲水的。胆碱的季铵盐能够与水形成离子-偶极作用，其它各官能团都能够与水形成氢键。因此，这两类分子能够在水中形成双分子层，疏水的脂肪类处于内部，亲水部分处于外侧，把脂肪链与外部的水分开。因此，氢键对于磷脂形成双分子层膜起到了至关重要的作用。

糖脂也是构成细胞膜的重要组分，主要包括甘油糖脂和糖鞘脂两大类，它们分布于细胞膜的外层。这两类分子与磷脂类似，也是由疏水性的脂肪链和亲水性的头基组成的。只是亲水性头基是单糖或二糖等。它们的糖片段上的羟基与水形成氢键，暴露于膜的外侧，而脂肪链与磷脂的脂肪链一道形成内部的疏水区域。

胆固醇是动物细胞膜的重要组成分子，占人体细胞膜重量的20％左右。胆固醇只带有一个亲水性的羟基，仅微溶于水。在细胞膜内，它的羟基始终朝向膜的外侧，与水和周围的极性基团形成氢键，而疏水的四环骨架和脂肪链则包埋在磷脂双层的内部。

两亲性也是参与形成生物膜的生物大分子的基本特征。膜蛋白不但是组成细胞膜的重要成分，也介导细胞与外界之间的信号传导，是各种神经信号分子、激素和其它底物的受体，并构成各种离子跨膜的通道、呼吸链和转运蛋白等。膜蛋白可分为两种，即外周膜蛋白和内在膜蛋白。外周膜蛋白一般是水溶性的，多数构成氨基酸残基的侧链具有亲水性，可以和水形成氢键。而内在膜蛋白包埋于膜脂双层的疏水区域中，主要为α-螺旋和β-片层，后者可形成β-桶形结构。对于α-螺旋蛋白，在整个跨膜区域，绝大多数的氨基酸残基侧链是疏水的，而对于β-片层结构，每隔一个氨基酸残基，其侧链需要是疏水的，以保证形成一个与脂双层接触的疏水面。α-螺旋和β-片层本身的形成则主要由序列内酰胺基团形成的分子内氢键驱动。膜蛋白也可以与糖形成糖蛋白复合物。由于糖端具有亲水性，这一端总是插入到水相中。