结构生物化学/脂类
脂类属于有机化合物家族，包括脂肪、植物油、蜡、胆固醇、磷脂、类固醇和脂溶性维生素（A、D、E 和 K）。它们由硫酯的碳负离子缩合或异戊二烯单元的碳正离子缩合（或两者）形成。[1] 尽管脂类是两亲性分子（在分子内同时包含亲水和疏水区域），但由于其碳氢化合物与极性区域（由于含氧官能团）的比例很大，脂类通常是疏水的。因此，脂类不溶于水，但可溶于非极性溶剂（例如：苯和氯仿）。
脂类在生物学中具有多种功能。甘油三酯的消化产物为甘油和脂肪酸，随后作为燃料使用。其他生物学功能包括：构建细胞膜、储存能量和作为信号分子。脂类可以与蛋白质和碳水化合物形成键，形成脂蛋白和脂多糖。
脂类图谱联盟定义了八类脂类，根据它们的化学功能主链进行分类。这八类分别是：脂肪酰基、甘油脂、甘油磷脂、鞘脂、甾醇脂、异戊烯脂、糖脂和聚酮类，然后进一步细分为类别和亚类。[2]
一种常见的生物脂类是脂肪酸。
命名法
为了命名脂肪酸，必须知道原始烃的名称，因为名称的结尾将被替换如下
- 单键替换e--> oic
- 双键替换ne-> dienoic
- 三键替换ne-> trienoic
例如十八烷。当它是一个单键饱和脂肪酸时，名称将转变为十八烷酸。双键将使名称变为十八碳二烯酸。最后，三键脂肪酸将使名称变为十八碳三烯酸。
人们还可以用其他符号来读取脂肪酸。一种情况是表示碳原子数与双键数。例如 14:2 表示分子中有 14 个碳原子和 2 个双键。
最后一种命名双键的方法是使用符号 Δ 和 ω。通过在 delta 后加上上标，表示该位置存在双键。例如，顺式-Δ12 表示碳原子 12 和 13 之间存在一个顺式双键。ω-n 符号是另一种表示双键位置的方法。例如，如果 n = 4（ω-4），那么从 CH4 端开始，在第 4 和第 5 个碳之间将有一个双键。ω-3 脂肪酸是使用这种方法命名的脂肪酸的常见例子。
性质
定义脂肪酸的基本组成部分
- 碳氢链
- 饱和（纯 C-C 键）或不饱和（包含一个或多个 C=C 键）
- 一端为羧酸
脂肪酸 是碳氢化合物的链，长度和饱和度各不相同。膜脂肪酸通常具有 14 到 24 个碳，可能饱和或不饱和。非极性碳氢烷烃链是极性酸官能团的重要平衡部分。在只有几个碳原子的酸中，酸官能团占主导地位，使整个分子具有极性。然而，在脂肪酸中，非极性碳氢链使分子具有非极性。
脂肪酸有两组：饱和和不饱和。回想一下，不饱和是指存在一个或多个碳原子之间的双键，就像烯烃一样。饱和脂肪酸没有双键，这意味着所有 C 原子都与两个氢原子相连（末端 C 除外，它与三个氢原子相连）。
不饱和脂肪酸的熔点低于饱和脂肪酸。疏水尾部的“扭结”会干扰尾部的紧密堆积，从而降低熔点。可以通过仔细考虑分子几何形状来找到这种现象的原因。饱和脂肪酸中碳原子的四面体键角导致形成相对线性的锯齿状结构。这种分子结构允许许多脂肪酸分子以相当紧密的“堆叠”方式排列在一起。因此，紧密的分子间相互作用导致相对较高的熔点。另一方面，在不饱和脂肪酸中，碳氢链中引入一个或多个双键会导致分子中出现一个或多个“弯曲”。双键的几何形状在天然脂肪酸中几乎总是顺式构型。这些分子不能很好地“堆叠”，与饱和分子相比，分子之间的分子间相互作用减弱。因此，不饱和脂肪酸的熔点要低得多。
这是最简单的脂类形式，由三个脂肪酸与甘油酯键连接而成。自然界中发现的大多数三酰甘油来自两种或多种不同的脂肪酸。由于脂肪酸链的脂肪部分的非极性性质，它们相对不溶于水且疏水。然而，甘油的羟基与脂肪酸的羧酸盐之间的酯键导致了一定程度的极性。
在真核细胞中，三酰甘油作为代谢燃料和绝缘体。脂肪细胞在脊椎动物中储存大量的三酰甘油，在植物中，它以油的形式储存在种子中。一种名为脂肪酶的酶存在于脂肪细胞和种子中，催化三酰甘油的水解并释放脂肪酸，这些脂肪酸可以在必要的地方用作燃料。
使用三酰甘油作为代谢燃料来源的优势在于它的高度还原性，以及它的疏水性。由于脂肪酸中的碳比碳水化合物中的碳更还原，因此氧化脂肪酸会提供更多的能量。三酰甘油更适合储存，因为它不会给宿主增加不必要的重量，即它的疏水性倾向使其不会被水合，这是一种增加水分重量的来源。此外，储存在某些动物皮肤下的三酰甘油，例如：海豹、鲸鱼、企鹅等，还可以作为抵御寒冷的绝缘体。冬眠动物尤其受益于三酰甘油的双重用途。
磷脂分子由两个主要部分组成：亲水的极性头部基团和疏水的尾部。极性头部基团含有一个或多个磷酸基团，而疏水尾部则含有两条脂肪酰链。极性头部基团通过甘油或鞘氨醇分子上的磷酸二酯键连接到疏水部分。当这些分子置于水中时，头部基团面向水，尾部背向水，形成双层结构。脂肪酰链完全由碳氢化合物组成。如果碳原子全部通过单键连接，则为饱和的。如果存在一个或多个双键，则为不饱和的。 脂肪酸 链提供疏水屏障。
重要的是，磷脂在所有生物膜中含量丰富。一个磷脂分子由四个成分构成：一个或多个脂肪酸、脂肪酸连接的平台、磷酸盐和连接到磷酸盐的醇。磷脂构建的平台可能是甘油（一种三碳醇）或鞘氨醇（一种更复杂的醇）。脂肪酸部分提供疏水屏障，而分子的其余部分具有亲水性，以便与水性环境相互作用。由于磷脂可以具有许多不同的“头部基团”作为磷酸基团的取代基，因此存在着很大的多样性。这些头部基团的例子包括丝氨酸、乙醇胺、胆碱、甘油、肌醇。
这些磷脂的修饰总是有一定原因的，例如，古细菌生活在 70 或 90 摄氏度下，磷脂被修饰以在高温下保持膜稳定性，或者在脑髓鞘形成的情况下，神经元胞体中的磷脂与髓鞘中的磷脂不同。
磷脂作为生物膜 脂类双层 的结构组成非常重要（例如，细胞的质膜和细胞器的细胞内膜作为细胞与其环境的分隔，参与代谢和信号传导的生物学功能）。
磷脂存在两种形式：磷酸甘油酯和鞘磷脂。
磷酸甘油酯是甘油基团与两个脂溶性脂肪酸和一个带电荷的水溶性磷酸基团相结合的脂类；该化合物被称为磷脂酸。磷酸基团可以通过其他化学基团结合形成不同结构以执行不同的功能。磷酸盐与甘油一端相连，将其从前手性结构转化为手性结构（可以手性化的非手性结构）。细胞膜的生物学结构是双层结构，即脂溶性成分相互作用，而水溶性成分朝向极性溶剂外侧。磷脂酸（二酰基甘油 3-磷酸）被认为是最简单的磷酸甘油酯。主要的磷酸甘油酯是从磷脂酸通过在磷脂酸的磷酸基团和几种醇之一的羟基之间形成酯键而衍生出来的。磷酸甘油酯的常见醇部分是氨基酸丝氨酸、乙醇胺、胆碱、甘油和肌醇。磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺是主要的磷酸甘油酯。
鞘磷脂不同于磷酸甘油酯，它们不是从甘油衍生而来的。但是，它们在 3 个成分方面相似：脂肪酸、平台、磷酸盐。鞘磷脂使用鞘氨醇作为骨架平台，而不是甘油。鞘氨醇是一种含有长不饱和烃链的氨基醇。在鞘磷脂中，鞘氨醇骨架的氨基通过酰胺键与脂肪酸连接。磷酸甘油酯可以具有不同的醇作为与磷脂酸结合的羟基，而鞘磷脂的鞘氨醇的伯羟基酯化为磷酰胆碱。
糖脂是具有共价连接的碳水化合物（含糖脂类）的脂类。糖脂有助于提供能量，以及作为细胞识别的遗传标记。糖脂有两种类型：鞘糖脂和半乳糖脂。鞘糖脂由一个鞘氨醇、一个脂肪酸、一个单糖或寡糖组成。半乳糖脂由一个甘油、两个脂肪酸、一个单糖或二糖以及硫酸盐组成。半乳糖脂主要存在于植物细胞中，特别是在叶绿体的类囊体膜中。
糖脂是含有糖（糖-）的脂类，其功能包括提供能量和细胞识别。这些结构是通过在脂类双层的细胞膜的细胞外侧将碳水化合物链与磷脂结合而形成的。这些结构作为化学物质的识别标记，并稳定膜结构，以及从细胞到细胞的结合以形成组织。它们来自鞘氨醇，而不是甘油的形式。与磷脂的另一个区别是糖脂含有糖单元（可以是葡萄糖或半乳糖），而不是磷酸基团。糖脂在极性头部基团糖与骨架甘油之间具有直接的糖苷键，而在磷脂中，极性头部基团通过磷酸二酯键连接。糖脂与鞘磷脂的不同之处在于连接到鞘氨醇骨架伯羟基的单元的特性。此外，在细胞中，膜糖蛋白和糖脂始终以其碳水化合物部分朝向细胞外部的方向定位。
糖脂分子具有从最基本的分子脑苷脂（含有 1 个脂肪酸单元、一个鞘氨醇骨架和 1 个糖单元（葡萄糖或半乳糖））到含有多个糖残基的支链（在神经节苷脂中最多七个残基）的最复杂分子，在复杂程度上范围很广。
胆固醇 是一种存在于动物组织中的类脂醇。它的结构与其他脂类不同。它是一个中等大小的分子，包含四个相邻的环状烃分子，三个六元环和一个五元环，具有羟基和饱和烃链末端。胆固醇由于其极性羟基和非极性烃体而具有两亲性。此外，胆固醇的稠合环体系使它比其他膜脂具有更大的刚性，因为它不允许它围绕 C-C 键旋转。
胆固醇被认为是类固醇，在原核生物中不存在。它的主要功能涉及细胞膜的渗透性，因为它管理 膜流动性。胆固醇具有降低膜流动性的趋势，因为疏水部分与周围磷脂的疏水区域相互作用。胆固醇也被认为参与形成 脂筏，即脂类和蛋白质的区域，它们往往聚集在一起，其组成不同于周围的膜。
胆固醇是细胞膜中的脂类，它不溶于水或有机溶剂。它由乙酸合成，被归类为固醇，或同时具有类固醇和醇基的化合物。生物结构是由羟基与膜的极性磷脂和鞘磷脂基团结合，以及类固醇和烃基团与膜中其他脂类化合物的非极性 脂肪酸 基团结合而构成的。该分子在膜中起缓冲剂或温度稳定剂的作用，它可以占膜的 25%。当存在于膜中时，胆固醇分子中的 4 个环状分子平行于磷脂的脂肪酸链，同时羟基末端指向极性磷脂头的方向，与其相互作用。胆固醇还参与不同温度范围的细胞膜的构建、调节和类固醇激素的形成。
胆固醇是动物中最丰富的类固醇，可能占血浆 膜脂类 的 30-40%。胆固醇分子主要存在于神经细胞中。该分子与髓鞘膜结合，髓鞘膜提供一层外包层，保护神经细胞免受周围环境的侵害。此外，它是雄性（睾酮）和雌性（雌二醇）性激素的重要前体。它也是维生素 D 的重要组成部分，维生素 D 使身体能够利用钙来形成骨骼。
动物从食物中获取的胆固醇很少。相反，胆固醇是在体内产生的。尽管胆固醇对于许多过程和结构功能至关重要，但胆固醇过量可能有害。血液中胆固醇过多会导致动脉阻塞，从而导致心脏病、高血压和中风。只有 0.25% 的人类由于遗传因素而患有高胆固醇。更常见的是，人们通过饮食获得高胆固醇水平（尤其是在美国）。
类固醇是环戊烷多氢菲的衍生物，环戊烷多氢菲是一种包含四个稠合的非平面环的化合物。胆固醇是哺乳动物中类固醇激素的代谢前体。这些激素调节各种生理功能，例如基因表达、代谢、炎症反应、应对压力的能力、肾脏排盐和水以及性发育。类固醇激素的例子包括皮质醇、睾酮、醛固酮和β-雌二醇。由于类固醇激素不溶于水，它们与蛋白质结合以通过血液运输到目标组织。此外，与其他激素或信号分子相比，类固醇往往具有更持久的影响。
当两亲性分子（如磷脂）聚集在一起时，就会形成膜。膜是片状结构，厚度为两个分子（通常在 6 纳米到 100 纳米之间），并在不同的细胞内隔室之间形成封闭边界。膜由脂类和蛋白质组成，质量比范围在 1:4 到 4:1 之间。碳水化合物也存在于膜中，与脂类和蛋白质相连。 膜脂类 是既疏水又亲水的小分子，从而形成封闭的双分子片，作为其他分子的屏障。非常特异的蛋白质用于介导物质的运动或信号传递。这些蛋白质包括泵、通道、受体、能量转换器和酶。这些蛋白质通常嵌入 脂类双层 中，并介导两种环境之间的信号转导。大多数细胞膜是极化的，细胞内部与细胞外部具有不同的组成。细胞内和细胞外环境的分隔使细胞能够在膜上形成电势，这对运输、能量转换和兴奋性至关重要。
脂类包含两个构成其两亲性特征的成分
-由饱和或不饱和烃链组成的疏水尾部，由于疏水效应，导致烃尾部彼此平行排列。
-由带电荷的磷酸基团组成的亲水极性头部，该基团指向极性水性溶剂的方向。这两个组分共同帮助脂类相互作用并与其环境相互作用，以 脂类双层 或 胶束 的形式存在。
脂类双层 是结构如何影响功能的完美例子。双层的结构在外部和内部隔室之间提供了一个渗透屏障。这个主题首先由 Gorter & Grendell 实验验证，一直是我们对生物膜的组织和功能的理解的主要内容。疏水端彼此交织在一起，远离水，而亲水头部则面向细胞外液和细胞质。 脂类双层 还包含蛋白质通道，这些通道充当某些蛋白质通过的运输途径。双层中可能存在许多蛋白质，每种蛋白质都有自己的序列、结构和翻译后修饰，以使蛋白质能够正确执行其任务，但所有膜间蛋白都共享两个共同区域，一个疏水区域和一个亲水区域。蛋白质的疏水部分通过与磷脂的长烃链的疏水相互作用，使其被固定在双层中，而亲水部分则位于水性环境中。
脂类双层由于其流动结构而表现出弹性特性。 流体镶嵌模型 描述了脂类双层的流动性。磷脂还可以从一个表面翻转到另一个表面，尽管这非常不利，因为磷脂的极性头部必须穿过双层的疏水区域才能反转自身；这有助于保持膜表面的不对称性。蛋白质主要固定在膜中，不能自由旋转，从而保持这种有意不对称性。
双层的每一层都包含复杂的独特脂类，超过 100 种不同的类型。膜中可以有高浓度的胆固醇和鞘磷脂区域。这种广泛的复杂性对于其基本功能（如维持电、机械和化学梯度）是必要的。膜中的脂类经历复杂的相变，以促进浓度、组成和温度的函数过程。细胞分裂和膜融合很容易发生，因为双层的横向压力分布和细胞外大量水与双层内部几乎没有水的界面区域。这些特征除了介电常数梯度之外，还在脂类骨架到两个单层的中间形成水浓度梯度。 [3]
细胞膜由两片脂类组成，称为 脂类双层。片状结构受到磷脂和糖脂在水性环境中的青睐，即当磷脂、糖脂和 胆固醇 与水混合时，它们往往会聚在一起，它们的疏水尾部相互接触，它们的亲水头部与水性介质相互作用。由于疏水区域暴露于水性环境的程度降低，脂类-水界面的有序水壳数量最小化，因此系统的熵增加，这在热力学上是有利的。
磷脂和糖脂偏爱脂类双层，因为脂类上的 脂肪酸 尾部太大，无法埋入 胶束 的内部。脂类双层能够扩展到宏观尺寸，因为脂类分子之间的疏水相互作用不仅充当形成片状结构的驱动力，而且还稳定了结构。
在原核生物和真核生物细胞中，质膜和细胞器的膜都由磷脂双层组成，蛋白质附着在双层上或嵌入其中。由于细胞的代谢需求对单个细胞的大小施加了上限，因此质膜充当每个细胞边界处的屏障，保护物质进入细胞。
-膜脂类：三种常见的 膜脂类
磷脂：包含 2 个脂肪酸尾部、甘油、磷酸和醇基。
糖脂：包含糖头，通过甘油共价连接，就像磷脂一样。
胆固醇：庞大的分子，具有两个末端。一端具有烃基，另一端具有 4 个烃环，并带有羟基 (-OH) 基团。
膜蛋白：膜蛋白是与细胞或细胞器膜结合或密切相关的蛋白质分子。它们可以根据与膜的键合强度分为两组
A. 跨膜蛋白：跨膜蛋白跨越脂类膜，具有 α 螺旋或 β 片，是膜蛋白中最常见的结构。大多数这些 α 螺旋是非极性的，只有极少数是带电荷的。具有 α 螺旋的蛋白质也用于将蛋白质锚定到细胞膜表面。β 链在膜中形成通道蛋白。每个 β 链都以反平行排列，并通过氢键连接。这个 β 片可以形成一个空心柱，在膜中形成一个孔。孔的外侧是非极性和疏水的，而内侧是亲水的。这种结构是通过在每条链中交替排列疏水和亲水氨基酸而获得的。
B. 整合单体蛋白稳定地结合到膜，需要非极性溶剂来断裂键。整合膜蛋白的例子
细菌视紫红质- 它利用光能将质子从 "脂类双层" 的内部移动到外部。该结构呈 α 螺旋形式，α 螺旋是膜蛋白中最常见的结构基序。
糖蛋白：糖蛋白是一个糖蛋白的例子，由α螺旋构成。它是一种二聚体蛋白，可以与膜的疏水和亲水区域结合。它的正电荷氨基酸（赖氨酸和精氨酸）与膜的磷酸极性头部基团结合，减少了蛋白的侧向移动。糖蛋白作为 M/N 血型的受体。糖蛋白的其他功能仍在研究中。
细菌视紫红质：是光合细菌中的一种整合蛋白。它由三个相同的链组成，因此是一个三聚体。每个链又由 7 个 α 螺旋组成。细菌视紫红质充当一个通道，可以发生构象变化，将质子跨膜泵出（从胞质溶胶到细胞外），形成用于 ATP 合成的质子梯度。
孔蛋白：由β折叠构成。它的外表面主要由疏水基团组成，有助于与脂质膜的疏水区域相互作用。内表面主要由亲水基团组成，通过氢键结合在一起。由于其亲水性内部区域，小的带电荷分子（废物、水、营养物质）可以通过孔蛋白进入或离开细胞。
C. 周边膜蛋白：周边膜蛋白与脂质双层或整合蛋白非永久性结合，可以通过极性溶剂解离。脂质双层上的脂质头部基团通过静电和烃键与周边膜蛋白相互作用。周边膜蛋白的一个例子是
细胞色素 C：由α螺旋构成。Cyt c 存在于所有真核细胞的线粒体中。Cyt C 共价连接到一个血红素基团，该基团可以在细胞内发生亚铁和铁状态之间的转变。由于构象变化，cyt c 充当从复合物 III 到复合物 IV 的电子传递体。这是可能的，因为 Cyt c 可以松散地结合到复合物 III 和复合物 IV 蛋白质上，它们是整合蛋白。
3. 两亲分子结构
[edit | edit source]两亲分子在其结构中同时含有亲水基团和疏水基团。在脂质膜的情况下，亲水基团是磷酸极性头部，而疏水基团是烃链。
由于细胞膜的两亲性，脂质双层对离子和小极性分子具有高度的不可渗透性，而较小分子的渗透性与其在非极性溶剂中的溶解度与其在水中的溶解度相关。在这种情况下，水分子被认为是小的分子，因此水分子能够很容易地穿过脂质双层，因为细胞内浓度高，并且其分子上没有完整的电荷。水分子通过渗透作用从高水浓度区域（低溶质浓度）扩散到低水浓度区域（高溶质浓度），不需要能量输入。除了水以外的小分子，当它们进入双层时会脱掉它们的水溶解壳，溶解在膜的疏水核心，然后它们通过核心扩散到膜的另一侧 - 亲水区域，在那里它们会被水重新溶解[check spelling]。
然而，离子不太可能响应膜的两亲性而穿过脂质双层。用非极性相互作用与膜内部的疏水核心取代它们的水极性分子的配位壳在能量上非常不利，因为激活能垒太高而无法克服。
4. 非共价相互作用
[edit | edit source]对于磷脂双层，即使它在外膜上包含亲水头部，内膜的非共价疏水尾部是将整个膜保持在一起的关键，因为在细胞膜内存在范德华引力，其中烃尾部紧密堆积在一起。由于细胞膜内部的非共价性质，疏水分子可以通过被动扩散很容易地穿过细胞膜。尽管如此，细胞仍然可以通过跨膜蛋白复合体（例如孔和门）来控制分子的运动。对于亲水分子（例如离子、碳水化合物、蛋白质、氨基酸和核酸），由于它们的极性和亲水性，它们需要主动扩散才能穿过细胞膜（大多数细胞膜的非共价组装是疏水的，例如烃链）。
细胞膜的非共价组装可以帮助产生诸如脂质体或脂质囊泡之类的气泡，这些气泡可以将药物输送到身体的特定部位。脂质体的结构与细胞膜的脂质双层非常相似，构成脂质体的材料与细胞膜相同。因为脂质体是一个气泡，所以它的横截面呈环状，其中亲水头部是外环和内环，而疏水尾部位于亲水头部环之间。由于环状结构，脂质体能够将水性物质（例如药物）捕获到它们的环中。一旦物质在环内，脂质体就会将它们输送到身体的特定位置，例如癌细胞。
5. 非对称性
[edit | edit source]由于细胞包含两个不同的环境，因此膜表面也可能存在差异。事实上，膜的内表面和外表面包含不同的蛋白质，并具有不同的功能。不对称性是由膜中的旋转非常不利的事实保持的。差异可能是由于两亲性脂质基分子的比例或类型不同、蛋白质的位置不同（面向内或面向外）或跨膜蛋白质的固定方向造成的。此外，内外膜表面存在不同的酶活性。
细胞膜不对称性的起源是当蛋白质由预先存在的膜合成时，它们以不对称的方式插入膜。细胞膜的不对称性使膜能够保持其完整性，并使细胞能够与现有的细胞外环境具有不同的细胞内环境。此外，细胞膜的磷脂在脂质双层中不对称分布，这种现象称为膜磷脂不对称性。
磷脂跨膜运动有三种机制：1）自发扩散，2）促进扩散，3）ATP 依赖的主动转运。
自发扩散是一种被动运输形式。由于被动运输不需要能量来运输非极性物质穿过膜，因此这可以自发发生。促进扩散与自发扩散一样，是一种被动运输形式。在这种扩散中，分子或离子通过使用特定的跨膜转运蛋白穿过膜。
6. 膜的流动性
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由于细胞膜通过疏水相互作用保持在一起，而这些相互作用足够弱以允许解开，因此细胞膜不是脂质分子的静态片材。膜脂质能够横向移动，也就是说，它们可以在膜平面上移动。然而，跨膜的横向扩散或翻转很少发生，因为将一个脂质分子从一个磷脂层切换到另一个磷脂层的能量屏障太高，因为脂质分子的亲水头部必须穿过膜的疏水核心。翻转酶是一类蛋白质，通过催化反应来帮助磷脂的翻转相互作用，使其更快、更具能量优势。
膜具有两种有序状态：刚性状态和流体状态。刚性状态是高度有序的、相当直的状态，而流体状态则更加无序，带有弯曲和扭结。从一种状态到另一种状态的转变取决于温度是否高于或低于熔点 Tm。这种转变状态的性质包括脂肪酸链的长度和由于双键扭结引起的非饱和度。
比较具有饱和烃链的磷脂与具有不饱和烃尾部的磷脂，具有饱和烃链的脂质倾向于更紧密地堆积在一起，而不饱和烃尾部中的顺式和反式双键在它们的分子结构中产生分支，阻止脂质紧密堆积，增强 膜流动性。这是细菌维持细胞膜流动性的主要方法。脂肪酸链的长度也是膜流动性的一個因素。由于两条相邻链的有利自由能（-2 kJ/mol 每条链中的 CH2 基团）存在，因此较长的链之间存在更多相互作用。
胆固醇的存在也会降低膜流动性。胆固醇是一种类固醇，包含四个庞大的烃环，在其中一端有一个亲水羟基。在细胞膜中，胆固醇平行于磷脂的脂肪酸链排列，其羟基将与附近磷脂头部羰基氧形成氢键。胆固醇的存在破坏了脂质双层的规则形状，因此干扰了脂肪酸链之间的非共价相互作用。因此，细胞膜在胆固醇存在的情况下流动性降低。这是真核细胞改变其膜流动性的主要方法。
- 实验：光漂白恢复荧光（FRAP）
FRAP 用于可视化膜蛋白的快速横向运动。细胞表面成分用荧光发色团标记，然后用强光破坏（漂白）荧光分子。使用较低水平的光来监测荧光区域随时间的变化，以防止进一步漂白。标记区域的移动性得到证明，因为漂白的分子离开而未漂白的分子进入，导致荧光强度增加。
细胞膜是带电极性的，因为细胞内部和外部之间经常存在电压差。细胞质膜对电压变化具有很强的抵抗力，而细胞内部和外部的液体具有很高的导电性。这是细胞运输和通讯的重要因素。
极化是膜中离子转运蛋白的结果，其作用是维持细胞内部和外部区域之间离子比例。为了产生电压，必须在有抵抗力的膜两侧分离电荷。对于细胞膜来说，在内膜处，钠离子与阴离子分离，同时钾离子在细胞内部和外部区域之间形成浓度梯度。为了防止这种梯度消失，离子转运蛋白（也称为泵）借助 ATP 作为能量来源，不断地将离子泵出以维持梯度。
尽管这种离子分离消耗能量，但由此产生的电位被细胞用于许多过程。电位可以运输其他离子或代谢物，或者引发通讯，例如神经系统中神经元的动作电位。细胞膜的这一特性不仅对膜本身至关重要，而且对细胞的生命也至关重要。
脂类囊泡（或脂质体）是细胞内的小型、膜包围的液体泡。它们由于脂类膜的性质而形成，其中疏水链紧密堆积在一起，因此不会与水溶液接触。单个双层膜将囊泡与细胞质分离。只有一个双层膜的囊泡称为单层囊泡。如果它们有多个双层膜，则称为多层囊泡。囊泡用于在细胞水平上储存、运输、消化产物和废物，以及组织细胞结构，其中每种功能都有特定类型的囊泡。囊泡周围的膜类似于其细胞的质膜。因此，囊泡能够融合并穿过质膜，以便从细胞中摄取或释放内容物。一些常见的囊泡是溶酶体、液泡和转运囊泡。溶酶体用于“分解”细胞中的物质，通常是食物或废物，液泡用于储存食物和控制渗透作用，而转运囊泡用于在细胞内运输分子。
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脂质体的简化视图 -
脂质体的放大视图
脂质体可以通过将磷脂在水溶液中超声处理来人工合成。超声处理涉及高频声波的搅拌。脂质体可以通过将分子溶解在水性溶剂中来制备含有分子的脂质体。例如，甘氨酸可以与磷脂层一起溶解在烧杯底部的水中。超声处理后，溶液进行凝胶过滤以去除溶液中任何松散的甘氨酸。之后，只有含有脂质体的含水溶剂。
脂质体可用于治疗目的。脂质体可以携带药物或用于携带用于基因治疗的基因。通过使用脂质体，可以降低药物的毒性。脂质体通过与靶细胞的质膜融合来递送药物和 DNA。
古菌域和细菌域之间的主要区别有两个：古菌细胞膜中的磷脂包含醚键和脂肪酸碳氢化合物链，这些碳氢化合物链完全饱和并分支，每 5 个碳原子有一个甲基。这些简单的结构差异为古菌提供了在极端环境中生存的方法（与细菌发现的环境相比）。这种生存能力的提高是通过影响古菌膜的化学性质的两个因素来实现的。这些膜是
1. 对水解更具抵抗力（醚键与酯键相比）
2. 对氧化更具抵抗力（支链饱和碳氢化合物链）
古菌磷脂的另一个区别是甘油平台是反转的。然而，这种反转是一种结构差异，对其抵抗恶劣环境的影响很小。
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脂质组学是代谢组学中的一项重要研究，是对生物体脂类的结构和功能进行分析。进一步的研究有可能揭示脂类在癌症等疾病中的作用。质谱法经常用于脂质组学。