第8章 脂质与生物膜课件.ppt

1、第第8章章 脂质与生物膜脂质与生物膜 脂质或脂类脂质或脂类是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。对大多数脂质而言，其化学本质是脂肪酸和醇形成的酯及其衍生其化学本质是脂肪酸和醇形成的酯及其衍生物。物。脂质的元素脂质的元素组成主要是碳、氢、氧，有碳、氢、氧，有的还含有氮、磷、硫。的还含有氮、磷、硫。皮下脂肪细胞（黄、白色）细胞核细胞质脂肪滴脂肪滴细胞内的脂肪细胞内的脂肪细胞膜的脂质双分子层细胞膜的脂质双分子层脂质的生物学功能脂质的生物学功能 1.脂肪酸是生物体的重要代谢燃料,脂肪是储存能量的主要形式。2.在机体表面的脂类有防止机械损伤和防止热量散发的作用。3.磷脂、糖脂、固醇等是构成生物

2、膜的重要物质。4.脂类作为细胞表面的组分与细胞识别、种的特异性、组织免疫性等有密切关系。5.有些脂类如萜、类固醇是具有维生素、激素维生素、激素的生物功能的脂溶性生物分子(前列腺素、VD、性激素)。脂质的分类脂质的分类1.1.按化学组成，脂质大体可分成三大类：按化学组成，脂质大体可分成三大类：(1)简单脂质：由脂肪酸和甘油或长链醇形成 的酯，如三酰甘油和蜡。(2)复合脂质：除含脂肪酸和醇外，还有非脂分子成分。(3)衍生脂质：有上述两类脂质衍生而来并具有脂质一般性质的物质。2.2.按生物学功能，脂质也可分成三大类：按生物学功能，脂质也可分成三大类：(1)贮存脂质：三酰甘油和蜡。(2)结构脂质：膜脂

3、，包括磷脂、糖脂和胆固醇。(3)活性脂质：细胞内少量具有重要而专一生物活性脂类，包括类固醇激素、磷脂酰肌醇衍生物等。一、三酰甘油和蜡一、三酰甘油和蜡（一）脂肪酸（一）脂肪酸（自学）（自学）从动、植物和微生物中分离出来的脂肪酸都以结合形式存在，如三酰甘油、磷脂、糖脂等，但也有少量脂肪酸以游离状态存在于组织和细胞中。1.1.脂肪酸的结构与命名脂肪酸的结构与命名 脂肪酸是由一条436个碳的烃链和一个末端羧基组成的羧酸。烃链不含双键（烯键）和三键（炔键）的为饱和脂肪酸饱和脂肪酸，含一个或多个双键的为不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸。不同的脂肪酸之间的主要区别在于烃链的长度、双键的数目和位置烃链的长度、双键的数

4、目和位置。每个脂肪酸可以有通俗名、系统名和简写符号简写符号，具体内容见有机化学或教材教材P133P133表表8 8。软脂酸（十六烷酸）软脂酸（十六烷酸）硬脂酸（十八烷酸）硬脂酸（十八烷酸）油酸（十八烯酸）油酸（十八烯酸）2.2.生物脂肪酸的结构特点（详细描述见教材）生物脂肪酸的结构特点（详细描述见教材）不饱和脂肪酸的双键：不饱和脂肪酸的双键：-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-非共轭双键（容易形成自由基）非共轭双键（容易形成自由基）-CH2-CH=CH-CH=CH-CH=CH2-共轭双键（容易聚合）共轭双键（容易聚合）-CH2-C=C-CH2-C=C-CH2-顺式双键顺式双键 反

5、式双键反式双键H HHH饱和脂肪酸顺式双键顺式双键形成结节形成结节极性极性头部头部非极性非极性性尾部性尾部3.3.脂肪酸的物理和化学性质脂肪酸的物理和化学性质溶解度溶解度 与烃链的长度有关与烃链的长度有关熔熔 点点 与双键数目、顺反有关与双键数目、顺反有关皂化反应皂化反应 动植物油脂在氢氧化钠或氢氧化钾作用动植物油脂在氢氧化钠或氢氧化钾作用 下水解生成的脂肪酸盐。下水解生成的脂肪酸盐。乳化作用乳化作用 脂肪酸盐、胆汁酸盐、脂肪酸盐、胆汁酸盐、SDS、Triton X-100腐败和过氧化腐败和过氧化4.4.多不饱和脂肪酸（多不饱和脂肪酸（PUFAPUFA）与必需脂肪酸）与必需脂肪酸 必需脂肪酸：

6、必需脂肪酸：人体及哺乳动物能制造多种脂肪酸，但不能向脂肪酸引入超9 9的双键，因而不能合成亚油酸和亚麻酸。因为这两种脂肪酸对人体功能是必不可少的，但必须由膳食提供，因而被称为必需脂肪酸必需脂肪酸。即人体不能合成，必需由膳食提供的对人体功人体不能合成，必需由膳食提供的对人体功能必不可少的多不饱和脂肪酸能必不可少的多不饱和脂肪酸。亚油酸亚油酸(6PUFA6PUFA）亚麻酸亚麻酸花生四烯酸花生四烯酸 亚麻酸（亚麻酸（3PUFA3PUFA）二十碳五烯酸二十碳五烯酸 （EPAEPA）、二十二碳六烯酸（）、二十二碳六烯酸（DHADHA）（二）（二）酰基甘油酰基甘油 油脂油脂的化学本质是酰基甘油，其中主要是

7、三酰甘油（TG），也称为甘油三酯，中性脂肪或脂肪，此外还有少量二酰甘油和单酰甘油。常温下呈液态的酰基甘油称为油，呈固态的称为脂。植物性酰基甘油多为油，动物性酰基甘油多为脂。OCH2CHOCH2OR1R2R31.1.甘油取代物的构型甘油取代物的构型（见教材（见教材P115P115图图8-38-3）三酰甘油的通式三酰甘油的通式简单三酰甘油简单三酰甘油混合三酰甘油混合三酰甘油2.2.三酰甘油及其他酰基甘油三酰甘油及其他酰基甘油OCH2CHOCH2OR1R2R3甘油（丙三醇）甘油（丙三醇）CH2OHCHOHCH2OHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2C

8、H2CH3CH2COOHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3CH2COOCH2CHOHCH2OH单酯酰甘油单酯酰甘油CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3CH2COOH二酯酰甘油二酯酰甘油H2OH2O三酯酰甘油三酯酰甘油脂肪酸脂肪酸1脂肪酸脂肪酸2烷醚酰基甘油烷醚酰基甘油烷基烷基烯基烯基醚醚键键3.3.三酰甘油的物理和化学性质三酰甘油的物理和化学性质 三酰甘油能在酸、碱或脂肪酶的作用下水解的脂肪酸和甘油。如果在碱溶液中水解，产物之一是脂肪酸盐（如钠、钾盐，俗称皂。油脂的碱水解称

9、为皂化（作用）。其他有关的概念：皂化值（价）、氢化、卤化、碘值（价）酸败、自动氧化。生物蜡：生物蜡：是长链（C14C16）脂肪酸和长（C14C16）一元醇形成的酯。简单蜡的通式为RCOOR。实际上生物蜡是多种蜡酯的混合物。长链长链脂肪酸脂肪酸与长链一元与长链一元醇醇/固醇固醇形成的酯形成的酯 脂肪醇脂肪醇中的碳原子在中的碳原子在1616以上以上 分布在生物体表面起保护作用分布在生物体表面起保护作用 植物蜡植物蜡防虫蛀、防辐射、降防虫蛀、防辐射、降 低水分蒸发低水分蒸发 动物蜡动物蜡防水、保温、筑巢防水、保温、筑巢（三）蜡（三）蜡 蜡的结构通式蜡的结构通式 RCOOR 蜡中的脂肪酸多为饱和脂肪酸

10、蜡中的脂肪酸多为饱和脂肪酸 蜡中的醇多为饱和或不饱和醇或固醇蜡中的醇多为饱和或不饱和醇或固醇蜂蜡完全不透水蜂蜡完全不透水二、磷脂和鞘脂二、磷脂和鞘脂 磷脂磷脂包括甘油磷脂甘油磷脂和鞘磷脂鞘磷脂两类，它们主要参与细胞膜的组成。甘油磷脂是第一大类膜脂，鞘脂鞘脂包括鞘磷脂鞘磷脂和鞘糖脂鞘糖脂，是第二大类膜脂。（一）甘油磷脂的结构（一）甘油磷脂的结构 甘油磷脂甘油磷脂，也称磷酸甘油酯磷酸甘油酯。磷酸甘油酯可看成是由sn-甘油-3-磷酸衍生而来的，即它的骨架C1和C2位被脂肪酸酯化形成的产物，1，2-二酰基sn-甘油-3-磷酸，简称3-sn-磷脂酸，其结构其结构式如下：式如下：（二）甘油磷酸酯类（二）甘

11、油磷酸酯类CH2OCOR1R2OCOCHCH2O PO O-X非极性尾非极性尾非极非极性尾性尾极性头极性头 磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。OXX非极非极性，不易溶于水性，不易溶于水称称非极性尾非极性尾极极性，易溶于水性，易溶于水称称极性头极性头极性醇甘油磷脂的基本结构甘油磷脂的基本结构（二）甘油磷脂的一般性质（二）甘油磷脂的一般性质（三）几种常见的甘油磷脂（三）几种常见的甘油磷脂磷脂酰胆碱（卵磷脂）乙酰胆碱磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰丝氨酸（血小板第三因子）磷脂酰肌醇磷脂酰甘油双磷脂酰甘油（心磷脂）（四）醚甘油磷脂（四）醚甘油磷脂（ether phosph

12、oglycerideether phosphoglyceride)醚甘油磷脂与一般的甘油磷脂不同，甘油骨架上的两个醚甘油磷脂与一般的甘油磷脂不同，甘油骨架上的两个烃链中的一个是以醚键而不是酯键相连的烃链中的一个是以醚键而不是酯键相连的 缩醛磷脂缩醛磷脂（五）鞘脂（五）鞘脂 鞘脂鞘脂也有极性的头基和非极性尾部，但与甘油磷脂不同，它不含甘油成分。鞘脂是由一分子长链（C18）氨基醇鞘氨醇或其衍生物、1分子长链脂肪酸和1个极性头基组成。极性头基在鞘磷脂中通过磷酸二酯键被连接，在鞘糖脂中通过糖苷键被连接。鞘氨醇分子的C1、C2、C3携有3个官能团，分别是OH、NH2和OH，很像甘油分子的3个羟基。1.1

13、.鞘磷脂结构鞘磷脂结构（脂肪酸）（脂肪酸）（鞘氨醇）（鞘氨醇）2.2.鞘糖脂鞘糖脂 以神经酰胺为母体以神经酰胺为母体酸性鞘糖脂酸性鞘糖脂含有唾液酸或硫酸基含有唾液酸或硫酸基硫酸鞘糖脂（硫酸鞘糖脂（硫苷脂硫苷脂）唾液酸鞘糖脂（唾液酸鞘糖脂（神经节苷脂神经节苷脂）中性鞘糖脂中性鞘糖脂Gal1 1Cer半乳糖基神经酰胺半乳糖基神经酰胺（脑苷脂）（脑苷脂）二酰甘油二酰甘油sn-3上羟基与上羟基与糖基糖基以以糖苷键糖苷键相连。相连。又被称为糖基甘油脂又被称为糖基甘油脂甘油糖脂甘油糖脂 三、萜与类固醇三、萜与类固醇不含脂肪酸，属于不可皂化脂质。不含脂肪酸，属于不可皂化脂质。（一）萜（一）萜萜分子的碳骨架可

14、看成是由两个或多个异戊二烯单位，即一种五碳单位连接而成的。异戊二烯的连接方式一般是头尾相连，但也有尾尾相接的。形成的萜类可以是直链的，也可以是环状分子，可以是单环、双环或多环化合物。Isoprene unit四萜四萜（tetraterpene）+环戊烷多氢菲环戊烷多氢菲菲菲环戊烷环戊烷（二（二)类固醇类固醇环戊烷多氢菲的一元醇及其衍生物环戊烷多氢菲的一元醇及其衍生物CH2CH2CH2CH2CH21 1、结构特点、结构特点甾甾核核A环环B环环C环环D环环角甲基角甲基（三）（三）胆固醇和其他固醇胆固醇和其他固醇特点：特点：C3核有一核有一取向的羟基取向的羟基 C17上有烃链上有烃链功能：功能：构成

15、生物膜、形成类固醇构成生物膜、形成类固醇胆固醇、豆固醇、麦角固醇、酵母固醇胆固醇、豆固醇、麦角固醇、酵母固醇cholesterol雄性激素雄性激素可的松（激素）可的松（激素）维生素维生素D胆固醇胆固醇非极性尾非极性尾极性头极性头胆固醇（四）固醇衍生物（四）固醇衍生物牛黄胆酸牛黄胆酸 四、血浆脂蛋白四、血浆脂蛋白脂质和蛋白质以脂质和蛋白质以非共价键非共价键（次级键：疏水键、（次级键：疏水键、范德华引力等）结合形成的复合物。范德华引力等）结合形成的复合物。载脂蛋白（载脂蛋白（apolipoprotein，apo）脱辅基脂蛋白脱辅基脂蛋白与脂的运输有关与脂的运输有关（一）血浆脂蛋白的分类（一）血浆脂

16、蛋白的分类 乳糜微粒乳糜微粒 （chylomicron）极低密度脂蛋白极低密度脂蛋白 VLDL中间密度脂蛋白中间密度脂蛋白 IDL 低密度脂蛋白低密度脂蛋白 LDL高密度脂蛋白高密度脂蛋白 HDL蛋白质蛋白质功能载运甘油三酯和胆固醇脂蛋白模脂蛋白模式图式图甘油三酯和胆固醇核心低密度脂蛋白高心肌梗塞的先兆？磷脂单分子层（二）血浆脂蛋白的结构与功能（二）血浆脂蛋白的结构与功能五、膜的分子组成和超分子结构五、膜的分子组成和超分子结构 电镜下表现出大体相同的形态、厚度69nm左右的3片层结构。质膜、内膜系统、生物膜。质膜、内膜系统、生物膜。（一）生物膜的分子组成（一）生物膜的分子组成1.膜脂：主要是磷

17、脂、糖脂、固醇和鞘脂。2.膜蛋白：膜周边蛋白和膜内在蛋白。3.膜糖类：在质膜外表面形成一层多糖蛋白质复合体，称糖萼或细胞外壳。锚定膜蛋白锚定膜蛋白内嵌蛋白内嵌蛋白糖脂糖脂胆固醇胆固醇卵磷脂卵磷脂（二）脂双层的自装配（二）脂双层的自装配 膜脂分子是两亲分子，在水中的溶解度十分有限。其在水中的存在状态有：磷脂分子、脂单层、微团、脂双层、双层微囊（脂质体）。见教材P127图820水溶液中脂质分子团水溶液中脂质分子团（三）膜组分的不对称分布（三）膜组分的不对称分布 膜脂、膜蛋白和糖类在脂双层的两测分布是不对称。（四）生物膜的流动性（四）生物膜的流动性1.1.膜脂的流动性膜脂的流动性（1）膜脂的脂酰链在

18、脂双层内作热运动；（2）膜脂分子在脂双层的一层内作侧向扩散（3）膜脂分子在脂双层的两层之间作翻转扩散2.2.膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性 光致漂白荧光恢复法光致漂白荧光恢复法（五）生物膜的流动镶嵌模型（五）生物膜的流动镶嵌模型 生物膜的结构模型生物膜的结构模型 双层脂分子构成（E.Gorter,F.Grendel,1925)三明治式结构模型(H.Davson,J.F.Danielli,1935)单位膜模型(J.D.Robertson,1959)流动镶嵌模型流动镶嵌模型(S.J.Singer,G.Nicolson,1972)脂筏模型生物膜的结构生物膜的结构膜的流动镶嵌模型结构要点膜的流动镶嵌模型

19、结构要点1.膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层。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。脂质双分子层具有流动性。3.内嵌蛋白内嵌蛋白“溶解溶解”于脂质双分子层的中心疏水部分。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。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。质之间无共价结合。6.膜蛋白可作横向运动。膜蛋白可作横向运动。（四）生物膜的功能（四）生物膜的功能1.物质传递作用；2.保护作用；3.信息传递作用；4.细胞识别作用；5.能量转换作用（线粒体内膜和叶绿体类囊体膜）；6.蛋白质合成与运输（糙面内质网膜）；7.内部运输（高尔基体膜）；8.核质分开（核膜）。六、脂质的提取与分析六、脂质的提取与分析（一）脂质的有机溶剂提取（二）脂质的吸附层析分离（三）混合脂肪酸的气液色谱分离（四）脂质结构的测定