生物化学第五章.ppt

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1、第 五 章,脂质和生物膜,概 述,脂质 是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物，是生物体内一大类不溶于水而易溶于非极性有机溶剂的有机化合物。,脂质的分类 按照化学组成可分为: 单纯脂质: 由脂肪酸和甘油或长链醇形成的酯。 主要有甘油三酯和蜡 复合脂质: 除了脂肪酸和醇外，还含有其他非脂类成分。 按照非脂质分子的不同分为： 甘油磷脂、鞘磷脂、甘油糖脂、鞘糖脂 衍生脂质: 单纯脂质和复合脂质的衍生物。 主要有取代烃,固醇类,萜和其他脂质,脂类的生理功能 Physiology of lipds,脂类具有重要的生理功能： 1、贮能和供能 2、促进脂溶性维生素的吸收 3、类脂是生物膜的组成成分 4、脂类物质

2、也可作为药物应用,脂质与人类的日常生活密切相关。,固醇类激素药物被广泛应用于抗炎、抗过敏。,5.1 三酰甘油,动植物油脂的化学本质是脂酰甘油，其中主要是三酰甘油，或称甘油三酯，它是三分子脂肪酸与一分子甘油的醇羟基脱水形成的化合物。,5.1.1 三酰甘油的结构,结构通式,三酰甘油的R1，R2，R3相同时，为简单甘油三酯（如油酸甘油三酯，硬脂酸酸甘油三酯）； 若R1，R2，R3不同则为混合甘油三酯；大多数天然油脂是简单三酰甘油和混合三酰甘油的混合物。,三酰甘油 甘油三酯,二酰甘油和单酰甘油在自然界存在不多，是合成反应的中间物，单酰甘油在食品工业中可用作乳化剂。,1，2-甘油二酯,单酰甘油,5.1.

3、2 三酰甘油的理化性质,（一）物理性质,天然三酰甘油一般无色、无味，不溶于水，易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等非极性有机溶剂。 天然的油脂常是多种三酰甘油的混合物。,（二）化学性质,在酸、碱或脂肪酶作用下，三酰甘油能逐步水解成二酰甘油、单酰甘油，最后彻底水解成脂肪酸和甘油。 碱水解因生成脂肪酸盐类（如钠盐、钾盐）俗称皂，所以油脂的化碱水解反应又称皂化反应。,（1）水解与皂化,对于脂酰基具有不饱和双键的三酰甘油而言，其不饱和双键可与H2和卤素等发生加成反应，称为三酰甘油的氢化和卤化作用。,（2）氢化与卤化,卤化反应中吸收卤素的量可用碘值表示，碘值指100g油脂所能吸收的碘的质量（g)，用于测油脂的

4、不饱和程度。不饱和程度越高，碘值越高。,工业上常用金属Ni粉等催化油脂中的双键与氢发生氢化作用，使液状的植物油转变成固态或半固态的脂，加氢后的油脂称为氢化油，便于运输。氢化可防止油脂酸败作用。,在油脂中加入抗氧化剂，可以防止油脂酸败。,天然油脂在空气中暴露过久可被氧化，产生难闻的臭味，称为油脂酸败作用。,（3）氧自动氧化与酸败作用,酸败的原因：油脂的不饱和成分发生了自动氧化，产生过氧化物并进而降解生成挥发性的醛、酮、酸的复杂混合物。,酸败的程度一般用酸值（价）来表示，即中和1g油脂中游离脂肪酸所需的KOH 质量（mg）；,脂肪酸是许多脂质的组成成分，种类繁多，多以结合形式存在，少量以游离状态存

5、在。,5.2.1 脂肪酸的种类,脂肪酸分子为一条长的烃链（尾）和一个末端羧基（头）组成的羧酸。,5.2 脂肪酸（fatty acids）,编码体系 命名时从脂酸的甲基碳起计算其双键碳原子位置。,双键的位置用右上方标数字表示 数字为双键的两个碳原子编号中较低的数字（从脂酸的羧基碳起计算碳原子的顺序）。 并在编号后面用c(顺式)和t(反式)标明双键构型。,系统命名法,脂肪酸的命名,标示脂肪酸的碳原子数即碳链长度和双键的数目和位置，两个数目之间用冒号（：）隔开。,亚油酸：顺,顺-9,12-十八烯酸 18：29c,12c,如：【正】十八【烷】酸 （硬脂酸）18:0 十八【碳】二烯酸（亚油酸）18:2,

6、(软脂酸),5.2.2 天然脂肪酸的结构特点,1. 碳原子数在12-24之间，且多为偶数，以16C和18C最为常见。,哺乳动物乳脂中为12C以下的饱和脂肪酸。,2. 分子中只有一个双键的不饱和脂肪酸，双键位置多在第9、10碳原子之间；有多个双键的，其第2和第3个双键比第一个双键更远离羧基，多在第12和15位，中间往往隔着一个亚甲基。,亚麻酸：CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 18：39,12,15,3.双键多为顺式（氢原子分布在双键同侧），少数为反式（氢原子分布在双键两侧）。,植物油部分氢化易产生反式不饱和脂肪酸，如食物加工使用的人造黄油、起酥油等。,

7、反式不饱和脂肪酸摄入过多有增加患动脉硬化和冠心病的危险。,5.2.1 必需脂肪酸,哺乳动物体内能够自身合成饱和及单不饱和脂肪酸，但不能合成机体必需的亚麻酸、亚油酸等多不饱和脂肪酸，我们将这些自身不能合成必须由膳食（植物食物）提供的脂肪酸称为必需脂肪酸。,亚油酸是-6家族多不饱和脂肪酸（PUFA）的成员,也是二十碳烷化合物的前体, -6家族PUFA可降低血清胆固醇。在人体内： 亚麻酸是-3家族PUFA的成员, -3家族PUFA可显著降低血清甘油三酯，防治神经、视觉和心脏疾病。在人体内：,5.3 磷脂,磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂两大类，它们是生物膜的主要成分。,结构通式：,X = 胆碱、水、乙醇胺、

8、 丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等,5.3.1 甘油磷脂,甘油磷脂分子中的C1和C2两个醇羟基被脂肪酸酯化，第三个醇羟基与磷酸成酯，或磷酸再与其他含羟基的物质结合成酯。,甘油磷脂类组成： 磷酸化的头部 + 三碳的甘油骨架 + 两条脂肪酸链,功能：含一个极性头、两条疏水尾，构成生物膜的磷脂双分子层。,水相,一个极性头指向水相，两条疏水尾由于对水有排斥力而聚集在一起，形成双分子层的中心疏水区。,中心疏水区,磷脂双分子层的形成,纯的甘油磷脂是白色蜡状固体，大多溶于含少量水的非极性溶剂中，用氯仿-甲醇混合溶剂很容易将其从组织中提取出来。,组成生物膜的主体结构,机体内几类重要的甘油磷脂,胆碱具有重要的生

9、物学功能，是代谢中的甲基供体。 乙酰化的胆碱（乙酰胆碱），是一种神经递质，与神经冲动的传导相关。,卵磷脂为白色蜡状物，在低温下也可结晶，易吸水变成棕黑色胶状物。不溶于丙酮，溶于乙醚和乙醇。动物组织、脏器中含量很多。,脑磷脂的性质与卵磷脂相似，不稳定，易吸水氧化成棕黑色物质。不溶于丙酮和乙醇，溶于乙醚。主要存在于脑、神经、心脏和肝等组织中。,鞘脂类是植物和动物细胞膜的重要组分，在神经组织和脑内含量丰富。,结构特点： 一个极性头和两个疏水尾，不含甘油。,5.4 鞘脂类,分类：,鞘脂类,鞘磷脂类,脑苷脂类,神经节苷脂类,鞘磷脂在高等动物脑髓鞘和红细胞膜中含量丰富，也存在于许多植物种子中。由鞘氨醇、磷

10、脂酰胆碱和脂肪酸烃链组成。,5.4.1 鞘磷脂类,鞘氨醇,脂肪酸烃,磷脂酰胆碱,鞘磷脂：即神经酰胺的1-位羟基被磷酰胆碱或磷酰乙醇胺酯化形成的化合物。 鞘糖脂：即神经酰胺的1-位羟基被糖基化形成的糖苷化合物。,鞘氨醇 已发现六十多种,脂肪酸烃,神经酰胺 是构成鞘磷脂的母体,鞘磷脂,糖复合物,糖脂：广泛存在于动物、植物和微生物中，是脂质与糖半缩醛羟基结合的一类复合物。,常见的糖脂有脑苷脂和神经节苷脂,糖脂,5.4.2 脑苷脂类,-D-半乳糖 极性头基因,半乳糖脑苷脂,脑苷脂：神经酰胺的1-位羟基与单糖分子以糖苷键结合而成，不含唾液酸成分。是脑细胞膜的重要组分。 无磷酸基团，整体为非极性。极性糖基

11、为半乳糖、葡萄糖等，其糖基在细胞表面，参与细胞识别。,-糖苷键,存在于脑神经组织中,神经酰胺,糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂常称神经节苷脂，由神经酰胺和复杂的寡糖结合而成，是一类酸性糖脂，已从脑灰质、脾和肾等组织中分离出来。,5.4.3 神经节苷脂类,根据糖基结合唾液酸的数目及部位分为： 单唾液酸神经节苷脂 GM 双唾液酸神经节苷脂 GD 三唾液酸神经节苷脂 GT 根据所含己糖的数目和种类分为： GM1、GM2、GM3,神经末梢中含有丰富的神经节苷脂,在细胞间的通讯和识别过程中有着特殊的重要性。,5.5 类固醇,类固醇化合物以环戊烷多氢菲为核心结构，不含脂肪酸，因含醇类而得名。分子为扁平状，平面上

12、的取代基直立时较稳定，但也有平伏状的。,环戊烷多氢菲结构,在动植物中广泛存在，有游离型和固醇酯两种类型。 激素 (人体) 胆汁酸 (人体) 皂素 (植物) 蜕皮激素 (昆虫),类固醇类主要功能：,1）膜的组分； 2）作为激素起代谢调节作用； 3）作为乳化剂胆汁盐的前体、帮助脂类的消化吸收； 4）维生素的组分； 5）有抗炎作用；,胆固醇,胆固醇是动物组织中最丰富的固醇类化合物，是动物细胞和神经组织的重要组成成分，在体内以游离胆固醇和胆固醇酯的形式存在。,体内胆固醇含量过高是导致冠心病和动脉粥样硬化的重要因素。,胆固醇在脑、肝、肾和蛋黄中含量很高，主要存在于细胞膜，属于两性分子，可转化为多种活性物

13、质。 植物固醇存在于谷物中，能抑制胆固醇吸收，如豆固醇。 微生物固醇如麦角固醇可转化为维生素D2。,蜡 蜡是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯，天然蜡是多种蜡酯的混合物。 蜡分子含一个很弱的极性头和一个非极性尾，因此完全不溶于水，蜡的硬度由烃链的长度和饱和度决定。蜡分布于生物体表面起保护作用。 蜂蜡存在于蜂巢；白蜡是白蜡虫的分泌物，可用作涂料、润滑剂和其他化工原料；洗涤羊毛得到的羊毛蜡可用作药品和化妆品的底料；来源于棕榈树叶片的巴西棕榈蜡可用作高级抛光剂。,5.6 生物膜 （Biological Membranes）,细胞内各种不同的膜统称为生物膜。包括质膜、细胞核膜、线粒体膜、内质网膜、溶

14、酶体膜、高尔基体膜等。形式不一，功能各异，然而在电镜下有相同的形态。,5.6.1 细胞中的膜系统,生物膜结构是细胞结构的基本形式，它对细胞内很多生物大分子的有序反应和整个细胞的区域化都提供了必需的结构基础。,生物膜研究至今仍是分子生物学和细胞生物学中最活跃的研究领域。,5.6.2 生物膜的化学组成,生物膜由蛋白质和极性脂质（主要为磷酸）组成。此外尚含有少量的糖（糖蛋白和糖脂）以及金属离子等，水分一般占15.2%左右。,蛋白质和脂类的相对比例因不同的膜而不同，反映着膜生物作用的广泛性。一般来说功能越复杂，蛋白质的比例越大。,如：神经髓鞘为一种电子绝缘体，主要由脂类构成，仅含3中蛋白质。,线粒体内

15、膜功能复杂，参与电子传递并偶联磷酸化，约有60种蛋白质。,（1）膜脂（Membrane Lipids）,生物膜的脂质,均为两性分子，决定了他们在生物膜中的双分子排列（脂双层）。,（2）膜脂的多态性,膜脂是两性分子，因此在水溶液中溶解度很低，且存在多种形态。,大多数磷脂和糖脂都含有两条脂酰基侧链，单个分子为圆柱形,只含有一条脂酰基侧链的溶血磷脂和游离脂肪酸单个分子为圆锥形,根据脂质体大小分类： 多片层囊泡(d:0.2-10m) 单片层囊泡 (d:0.2-1m),（3）膜蛋白,（一）按存在形式分类 单纯蛋白质 结合蛋白质,（二）按膜蛋白在膜中的定位与膜脂的作用方式分类 膜周边蛋白质 膜内在蛋白质,

16、膜周边蛋白： 分布在膜的脂双层（外层或内层）的表面。 通过静电作用及离子键等较微弱的非共价键与膜的外表相结合。这类蛋白都溶于水，易于分离。,膜周边蛋白通过与嵌入蛋白的亲水区域或膜脂的极性头部以静电作用或氢键结合到膜上。,膜内在蛋白（整合蛋白）： 不溶于水，靠疏水力与膜脂相结合，分布于磷脂的脂双层中，横跨全膜或以多酶复合物形式和外周蛋白结合。,绝大多数内在蛋白含有一个或几个跨膜的肽段，跨膜的肽段主要由疏水氨基酸组成的螺旋构成。,不论何种膜蛋白在细胞膜上的位置相对固定，但可以移动。它们对物质代谢、传送，细胞运动，信息接受与传递，支持与保护均有重要意义。,分布于膜质表面的糖残基形成一层多糖-蛋白复合

17、物。 与膜蛋白和膜质结合的糖类主要有中性糖、氨基糖和唾液酸等。糖脂主要为神经糖脂。 糖蛋白和糖脂与细胞的抗原结构、受体、细胞免疫反应、细胞识别、血型及细胞癌变等均有密切关系。,生物膜中含有一定量的糖类，主要以糖蛋白和糖脂形式存在。在细胞质膜的表面分布较多，一般占质膜总量的2%-10%。,（4）膜糖类,蛋白-多糖 (糖蛋白),磷脂酶C,5.6.3 生物膜的结构,生物膜是由膜质、膜蛋白、膜糖定向、定位排列、高度组织化的分子装配体。是一种超分子化合物，具有特定的分子结构。 膜质双分子是所有生物膜具有的共同结构特征。 生物膜最显著的特征是膜结构的不对称性和膜组分的流动性，它们是膜行使生物功能的基础。,

18、（1）生物膜的不对称性,具有两个方面的含义： 膜脂组分的不对称分布 膜蛋白组分的不对称分布,在组成和功能上，膜内外表面的不对称性，赋予膜的作用具有方向性，溶质和信号可以按一个方向跨膜运动。,（2）生物膜的流动性,生物膜的流动性主要是指膜质和膜蛋白所作的各种形式的运动。 膜质的流动性主要决定于磷脂分子。,温度引起侧链热运动,脂双层平面内的扩散,跨膜扩散：“翻跟头”,虽然脂双层结构的本身是稳定的，但单个的磷脂和固醇可在脂质平面内有很大的运动自由，它们的横向运动很快，几秒之内单个脂分子就可环绕红细胞一周。双分子的内部也是流动的，脂肪酸的碳氢链可通过碳碳旋转而不断地运动。另外一种运动是跨双分子层运动。

19、 膜流动的程度依赖于脂的组成及温度，低温下的运动相对较少，脂双分子层几乎呈晶态（类晶体、半晶体）排列；温度升到一定高度时，运动增加，膜由晶态向液态转变。,生物膜中的蛋白质也经常处于运动之中。膜蛋白在膜上至少可作两种形式的运动： 一是沿着与膜平面垂直的轴作旋转运动，这种情况很少发生，即使有，也非常慢。 另一是沿着膜表面作侧向扩散运动，这种侧向扩散在多数情况下是随意和无序的。,生物膜的流动性对其功能具有深刻的影响 如： 膜的流动性增加，其对水和亲水性小分子的通透性 就增加。 当膜脂流动降低时，膜内在蛋白暴露于膜外水相；相反当膜脂流动性增加时，膜内在蛋白更多的深入脂层中。,（3）生物膜的结构模型,目前为人们广泛接受的模型是1972年有S.J. Singer 和G. Nicolson 提出的流动镶嵌模型(Fluid Mosaic Model)。,该模型还在进一步的研究和完善。,保护作用； 物质运输； 信息传递； 细胞识别。,（4）生物膜的功能,细胞膜上各种受体，能特异性结合信号分子,生物膜自我封闭，保护细胞内环境,与外界物质交换，依赖膜上专一性的传送载体蛋白或通道蛋白,指细胞有识别异己的能力,1. 脂质概念、分类、生理功能 2. 天然脂肪酸命名、必需脂肪酸 3. 三酰甘油、磷脂、糖脂、类固醇的基本结构、功能 4. 生物膜的组成、结构、功能以及生物膜的流动镶嵌模型,本章总结,