第8章脂质和生物膜.ppt

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1、第8章 脂质与生物膜 （Lipids and biomembrane）,脂肪酸,脂质的定义:脂类是一类低溶或微溶于水，而高溶于乙醚、氯仿、苯等非极性有机溶剂的化合物。,4碳以上的一元酸,一般都是由醇和脂肪酸组成的酯类或它们的衍生物。,脂质,醇,甘油、鞘胺醇、高级醇、固醇,脂质（lipid）脂类或类脂,3 衍生脂类：由单纯脂质和复合脂质衍生而来的复合物，具有脂质的一般性质。 固醇类：固醇（甾醇）胆酸，强心苷，性激素等 萜类：天然色素，香油精，天然橡胶等。 其它脂质：脂溶性维生素， 、脂蛋白等,分类：按化学组成分为：,1 单纯脂类：脂肪酸与醇类形成的酯： （1）三酰甘油酯：三分子脂肪酸和一分子甘油

2、。 （2）蜡：长链脂肪酸和长链醇或固醇组成。,2 复合脂类：除脂肪酸和醇外，还有其他非脂分子的成分。按其它非脂成分的不同有：磷脂、糖脂。,分类：按化学组成分为： 贮存脂：甘油脂（三酰甘油），蜡 结构脂：膜脂主要是磷脂还有胆固醇。 活性脂：有生物活性的脂类，脂肪类激素，类固醇激素。,也可分为：可皂化脂和不可皂化脂。,饱和脂肪酸：烃链不含双键。 不饱和脂肪酸：含一个双键的为单不饱和脂肪酸，含一个以上双键的为多不饱和脂肪酸。 双键位置用表示，不饱和脂肪酸分为顺式和反式两种，生物体内的不饱和脂肪酸都为顺式。,二 脂肪酸及其衍生物,（一）脂肪酸的种类,三酰甘油（甘油三脂）,一 三酰甘油和蜡,蜡,二酰甘油

3、（甘油二脂）,单酰甘油（甘油单脂）,混合三脂酰甘油,酰基 甘油,长链脂肪酸+长链一元醇（或固醇）,多,简单三脂酰甘油,CH2OH HO C H CH2OH,甘油,CH2O CO R1 R2 CO O CH H2C O CO R3,三酰甘油,软脂酸（棕榈酸） n-十六酸 16:0 硬脂酸 n-十八酸 18:0 花生酸 n-二十酸 20:0,饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸（1-6个双键）,油酸 顺-十八碳-9-烯酸 18：19c， 亚油酸 顺，顺-十八碳-9，12-二烯酸 18：29c，12c -亚麻酸 全顺-十八碳-9，12，15-三烯酸 18：39c，12c，15c 花生四烯酸 全顺-二十碳-5，8

4、，11，14四烯酸 20：4 5c，8c，11c，14c 二十二碳六烯酸 全顺-二十二碳-4-7-10-13-16-19六烯酸 22：6 4c，7c，10c， 13c，16c，19c,（一）脂肪酸 1 脂肪酸结构与命名,碳骨架为线形不分支 少数细菌中油分子的甲基或三碳环。,2 生物脂肪酸的结构特点,3 脂肪酸的理化性质,烃链越长，溶解度越低,双键越多（不饱和程度越高），熔点越低,脂肪酸和含脂肪酸的化合物的物理化学性质在很的程度上取决于脂肪酸烃链的长度和不饱和程度。,4 多不饱和脂肪酸（PUFA）与必需脂肪酸,人和哺乳动物但不能合成多不饱和脂肪酸，例如亚油酸和亚麻油酸，这些对人体功能必不可少的，

5、必需由食物提供，所以被称为必需脂肪酸。,酰基甘油主要是三酰甘油，也称甘油三酯，中性脂肪，也就是通常说的脂肪。 颜色和气味：无色、无味黏性液体或蜡状固体。 密度和溶解度：密度小于水，不溶于水，易溶于乙醇、氯仿和苯等有机溶剂。,（二）三酰甘油的物理性质,（1） 水解与皂化：三酰甘油在碱中水解生成脂肪酸盐（俗称肥皂），称为皂化。 皂化值：完全皂化1克油脂所需KOH的毫克数,（3）酸败和氧化： 酸值：中和1 克油脂中的游离脂肪酸所消耗的KOH毫克数,（2）氢化和卤化：碘值：100克油脂吸收碘的克数。,三酰甘油的化学性质,二 磷 脂和鞘脂,甘油磷脂,鞘脂,磷脂,鞘糖脂,鞘磷脂,(一）甘油磷脂的结构,甘油

6、磷脂的基本结构,（二）甘油磷脂的一般性质,纯的甘油磷脂为白色蜡状固体,在水中能形成双分子层的微囊。,溶于大多数含少量水的非极性溶剂，但难溶于无水丙酮。,（1） 磷脂酰胆碱（卵磷脂）（PC） HOCH2CH2N+ （CH3）3胆碱） （2） 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）（PE） HOCH2CH2N+H3（乙醇胺） （3） 磷脂酰丝氨酸（PS） HOCH2CHCOO-（丝氨酸） N+H3,（三）常见的甘油磷脂,（4） 磷脂酰肌醇（PI） （5） 磷脂酰甘油（PG） （6） 二磷脂酰甘油,（四）醚甘油磷脂,鞘氨醇 脂肪酸 磷酸 胆碱或乙醇胺,（五） 鞘磷脂,组成,神经酰胺,胆碱鞘磷脂,葡萄糖苷神经酰胺,乳

7、糖苷神经酰胺,神经节苷脂,寡糖链(带有一个或多个唾液酸残基)与神经酰胺形成的鞘糖脂。,（一） 鞘糖脂（神经酰胺糖脂）,单糖、双糖或寡糖通过O-糖苷键与神经酰胺相连而形成,1、脑苷脂,半乳糖苷神经酰胺、葡萄糖苷神经酰胺,2、硫脑苷脂,脑苷脂被硫酸化，在生理pH下带负电荷。,3、神经节苷脂,糖脂,植物的叶绿体和微生物的质膜富含甘油糖脂,甘油糖脂,甘油糖脂是二酰甘油分子的羟基与糖基以糖苷键连接而成。,5、授予细胞与其它生物活性物质的反应性倾向。,糖脂的生物学功能,1、细胞结构的刚性,2、抗原的化学标记 血型抗原,3、细胞分化阶段可鉴定的化学标记,4、调节细胞的正常生长,七 萜类和类固醇,（一） 萜类

8、,统称为类异戊二烯类(isoprenoid),萜分子的碳架可以看成是由两个或多个异戊二烯单位连接而成。是重要的活性物质。,（二）类固醇（甾类）,含有环戊烷多氢菲母核的一类醇、酸及其衍生物。也是重要的活性物质。,胆固醇,（三）胆固醇和非动物固醇,非动物固醇： 1 植物固醇：谷固醇、豆固醇和菜油固醇等。 2 真菌固醇：酵母固醇和麦固醇等,胆固醇：在动物的脑、肝、肾和蛋黄中含量很高是一种常见的动物固醇。,胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D等生理活性物质的前体。,肾上腺皮质激素、雌激素、雄激素,（四）固醇衍生物：动物固醇衍生来的类固醇包括五类激素，维生素D和胆汁酸。植物中的强心苷配基和某些皂苷的

9、配基，植物和昆虫产生的脱皮激素、蟾蜍腮腺毒液中的蟾毒素等都是类固醇物质。,血浆脂蛋白可以把脂类(三酰甘油、磷脂、胆固醇)从一个器官运输到另一个器官。,四 血浆脂蛋白 Lipoprotein,（一）血浆脂蛋白 的分类： 1 乳糜微粒（CM） ； 2 极低密度脂蛋白 （VLDL）； 3 中间密度脂蛋白 （IDL）； 4 低密度脂蛋白 （LDL）; 5 高密度脂蛋白 （HDL），,脂蛋白是由脂类物质和蛋白质一非共价键结合而成的复合物,细胞质膜和细胞器膜（内膜系统）总称生物膜,（一）生物膜的分子组成和结构 主要由脂质（膜脂）：磷脂和胆固醇、 蛋白质（包括酶）和多糖类组成， 水和金属离子等。 生物膜的组

10、成，因膜的种类不同而有很大的差别。,五 膜的分子组成和结构,磷脂 Glycerophospholipids,主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子与脂肪酸酯基（主要是含16碳的软脂酸和18碳的油酸）相连，第3位碳原子则与磷酸酯基相连。不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同。,磷脂的结构类型,膜蛋白：生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白。 根据它们在膜上的定位情况，可以分为外周蛋白（膜周边蛋白质）和内在蛋白（膜内在蛋白质）。 膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所。,内在蛋白,内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。内在蛋白与双层脂膜疏水区

11、接触部分，由于没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以-螺旋和-折叠形式存在，其中又以-螺旋更普遍。 蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，不容易从膜中分离出来。分离内在蛋白需要比较剧烈的条件，经常使用去污剂（表面活性剂）例如SDS。内在蛋白能溶于有机溶剂。,外周蛋白,这类蛋白约占膜蛋白的2030%，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。外周蛋白能溶于水。 外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。,内在蛋白,( 二）脂双层的的自我装配 micelle： 微团 双层的为：微囊（脂质体） Monolayer:脂单层 Bilayer：脂

12、双层,（三） 膜组分的不对称性分布 膜脂和膜蛋白在膜两边分布不对称。这种不对称分布将导致膜两侧的电荷和流动性等差异。 膜脂和膜蛋白在膜两边不对称分布和膜的生物功能有密切关系。,1 膜脂的流动性： 膜脂的脂酰链在脂双分子层内作热运动。膜脂由液态到固态的转变温度称为相变温度。 膜脂分子在脂双分子层的一层作车侧向运动也称侧向扩散。 膜脂分子在脂双分子层的两层之间作翻转运动也成翻转扩散。,膜蛋白的运动：很多膜蛋白在膜脂中漂浮，侧向扩散，但是经常受到一定的限制。,（五）生物膜的流动镶嵌模型： 1972年美国科学家Singer 和 Nicolson提出的双层脂分子流体镶嵌模型,生物膜的流动镶嵌模型结构要点

13、,1. 膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层。,2. 脂质双分子层具有流动性。,3. 内嵌蛋白“溶解”于脂质双分子层的中心疏水部分。,4. 外周蛋白与脂质双分子层的极性头部连接。,5. 双分子层中的脂质分子之间或蛋白质组分与脂质之间无共价结合。,6. 膜蛋白可作横向运动。,红细胞膜骨架各组分,肌动蛋白,阴离子通道,血型糖蛋白,血影蛋白,锚蛋白,原肌球蛋白,（五）生物膜的流动镶嵌模型： 1972年美国科学家Singer 和 Nicolson提出的双层脂分子流体镶嵌模型,1 物质转运-转运功能,生物膜的功能,细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。 细胞或细胞器通过生物膜，从膜外

14、选择性地吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。 在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。,简单扩散（ simple diffusion）：生物膜是半透膜,不允许极性分子或生物大分子通过。只允许水或一些小分子扩散进去。,被动转运(passive transport),物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，即沿着浓度梯度（膜两边的浓度差）的方向跨膜转运的过程。 这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是一个不需要外加能量的自发过程。 许多物质的被动转运过程需要特殊的蛋白载体帮助。,载体转运,主动转运(active transport),主动转运是在外加能量驱动下进

15、行的物质跨膜转运过程。通常是逆浓度梯度进行的物质转运。 主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。 这一过程一般都与ATP的释能反应相偶联。,转运氢离子（质子）：利用ATP水解的能量驱动质子跨膜转运。例如：真核细胞内的三种质子泵,内吞作用和外排作用,内吞（endocytosis）：细胞从外界摄取大分子物质或颗粒的过程称为内吞。,外排（exocytosis）:细胞将细胞内的物质排到细胞外的过程称为外排。,原核生物在它们的质膜和外膜中含有多成分的输出系统，使得它们能够将某些蛋白质（往往是些毒素或酶）分泌到细胞外介质中。,内吞固体物质称为“吞噬”，例如：淋

16、巴吞噬细胞的吞噬作用。 吞液态物质称为“胞饮”, 内吞过程,外排过程,吞噬细胞消除外来的细菌获病毒,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,E1,PE1,PHPr,HPr,E3,PE3,磷酸化乳糖,乳糖,E2,乳糖,细胞外,细胞内,细胞膜,细菌以基团转移方式吸收乳糖,能量转换,氧化磷酸化：通过生物氧化作用，将食物分子中存储的化学能转变成生物能，即将化学能转换成ATP分子的高能磷酸键。然后再通过ATP分子磷酸键的分解释放能量，为生物体提供所需的能量。 光合磷酸化：通过光合作用，将光能（主要是太阳能）转换成ATP的高能磷酸键。再利用ATP的能量合成糖类物质。 真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜上进行。 原核细胞

17、的氧化磷酸化则是在细胞质膜上进行。 光合磷酸化主要在叶绿体膜上进行。,信息传递(signaling),生物体内的信息传递，例如激素的刺激、神经传导和遗传信息的传递等，主要是在细胞膜上进行的。 细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，这些受体能识别和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分别传递给有关的靶细胞并产生相应的效应以调节代谢、控制遗传和其它生理活动。细胞膜控制着信号底发生与传递.细胞之间的的信号传递又称细胞通讯(cell communication)。,细胞识别（ cell recognition）,细胞识别是信号传递的一个重要环节，是指细胞通过表面受体与胞外信号物质分子选择性相互作用，从而导

18、致细胞内发生一系列生理变化，最终导致细胞整体的生物学效应。换句话说：信号分子到达靶细胞，能不能被接受，主要取决于靶细胞表面相应的受体。 激素与受体；植物花粉与柱头，根瘤菌与豆科植物以及寄生菌与寄主等等。,保护功能 在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用是将其内含物质与外界环境分隔开来，使之成为具有特殊功能的独立个体。 生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外界环境因素改变的影响，保持它们原有的形状和完整结构。 生物膜的存在保护细胞和细胞器内环境的稳定。,运动功能,许多原生动物及单细胞动物主要是通过其细胞膜表面的纤毛或鞭毛的摆动而移动。 淋巴细胞的吞噬作用和某些细胞利用质膜内折叠将外源物质包围入细胞的作用等都是靠细胞膜的运动实现的。,免疫功能,细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体，当抗原受体被抗原激活后，即产生相应的抗体。 抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）结合并吞噬消灭。 吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。,谢谢！,结 束,