1、第四章第四章脂类和生物膜(Lipids and membranes)定义：脂肪和类脂化合物总称为脂类化定义：脂肪和类脂化合物总称为脂类化合物。合物。生物脂类是一类范围很广的化合物，化学成生物脂类是一类范围很广的化合物，化学成分及结构差异极大，脂类定义的特点就是水不分及结构差异极大，脂类定义的特点就是水不溶性溶性(water insoluble)(water insoluble)（即脂溶性，（即脂溶性，fat-fat-solublesoluble），因此，多数脂类都易溶于乙醚、氯），因此，多数脂类都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有机溶剂，而不溶于水。一般仿、己烷、苯等有机溶剂，而不溶于水。一般由醇
2、和脂肪酸组成。醇包括甘油、鞘胺醇、高由醇和脂肪酸组成。醇包括甘油、鞘胺醇、高级醇、固醇等。级醇、固醇等。第一节第一节 脂类脂类的共性：不溶于水，易不溶于水，易溶于乙醚、氯溶于乙醚、氯仿、苯等非极仿、苯等非极性溶剂中。此性溶剂中。此特性由构成脂特性由构成脂的碳氢结构成的碳氢结构成分所决定。分所决定。分类分类（1）简单脂质：脂肪酸与醇类形成的酯。）简单脂质：脂肪酸与醇类形成的酯。脂肪、蜡脂肪、蜡（2）复合脂质：）复合脂质：磷脂：甘油磷脂、鞘磷脂磷脂：甘油磷脂、鞘磷脂 糖脂：甘油糖脂、鞘糖脂糖脂：甘油糖脂、鞘糖脂 硫脂：硫脂：（3）衍生脂质：脂肪酸及其衍生物）衍生脂质：脂肪酸及其衍生物 甘油、鞘氨醇
3、、高级醇等，甘油、鞘氨醇、高级醇等，固醇类。固醇类。萜类萜类 脂溶性维生素脂溶性维生素主要功能：主要功能：机体代谢燃料和储能形式；机体代谢燃料和储能形式；生物膜的重要组分；生物膜的重要组分；与细胞识别、种特异性、组织免疫与细胞识别、种特异性、组织免疫等密切相关。等密切相关。具营养、代谢及调节功能；具营养、代谢及调节功能；保护、保温作用；保护、保温作用；一、三酰甘油一、三酰甘油（triacylglycerols）1分子甘油和分子甘油和3分分子脂肪酸结合成子脂肪酸结合成的酯，又称的酯，又称脂肪脂肪。二酰甘油；二酰甘油；单酰甘油；单酰甘油；（一）（一）脂肪酸脂肪酸种类：种类：1、按脂肪酸种类分：、按
4、脂肪酸种类分：饱和脂肪酸构成的酯；饱和脂肪酸构成的酯；如：软脂酸如：软脂酸(16C)、硬脂酸硬脂酸(18C)。不饱和脂肪酸构成的不饱和脂肪酸构成的酯；酯；如：油酸、亚油酸。如：油酸、亚油酸。自然界一些常见的脂肪酸自然界一些常见的脂肪酸饱和脂肪酸：饱和脂肪酸：软脂酸（棕榈酸），软脂酸（棕榈酸），n-十六酸，十六酸，16:0 硬脂酸，硬脂酸，n-十八酸，十八酸，18:0 花生酸，花生酸，n-二十酸，二十酸，20：0不饱和脂肪酸：不饱和脂肪酸：1-6个双键个双键油酸：顺油酸：顺-十八碳十八碳-9-稀酸，稀酸，18：19，亚油酸：顺，顺亚油酸：顺，顺-十八碳十八碳-9，12-二稀酸，二稀酸，18：29
5、，12-亚麻酸：亚麻酸：全顺全顺-十八碳十八碳-9，12，15-三稀酸，三稀酸，18：39，12，15花生四稀酸：全顺花生四稀酸：全顺-二十碳二十碳-5，8，11，14四稀酸，四稀酸，20：4 5，8，11，141、EPA(eicosapentaenoic acid)，二十碳五烯酸（5，8，11，14，17）存在于鱼油中；2、DHA(docosahexenoic acid)，二十二碳六烯酸（4，7，10，13，16，19），存在于鱼油中。3、单不饱和脂肪酸的双键也是有规律的，多在C9-C10，其他双键通常在12和15，多不饱和脂肪酸的双键几乎从不相连接。补充 必需脂肪酸必需脂肪酸 essent
6、ial fatty acids 不饱和脂肪酸中的不饱和脂肪酸中的亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸，是动物和人保持正常生长和健康所必需的，而且是动物和人保持正常生长和健康所必需的，而且只能从食物中摄取。只能从食物中摄取。2、按熔点分：常温下为固态脂；如：动物脂肪。常温下为液态油；如：大多数植物油。1、水解和皂化酸价（酸败程度）：中和1 克油脂中的游离脂肪酸所消耗的KOH毫克数。皂化:油脂加碱生成皂与甘油（一）（一）脂肪酸脂肪酸性质：工业制皂简述工业制皂简述动、植动、植物油脂物油脂 混合液混合液 胶状液体胶状液体上层：高级上层：高级脂肪酸钠脂肪酸钠 下层：甘油、下层：甘油、Na
7、Cl溶液溶液 上层上层 肥皂肥皂 下层下层甘油甘油H3C(CH2)14COOCH2(CH2)28-CH3lo n g c h a in a lc o h o lfa tty a c idNaOHNaCl固体固体 酸性水解生成甘油和高级脂肪酸：酸性水解生成甘油和高级脂肪酸：碱性水解碱性水解生成甘油和高级脂肪酸钠生成甘油和高级脂肪酸钠：2、氢化和碘化；、氢化和碘化；油脂的氢化：就是在金属催化剂存在下，通过油脂与氢反油脂的氢化：就是在金属催化剂存在下，通过油脂与氢反应将氢加到油脂的乙烯键或双键上去。简单反应式如下：应将氢加到油脂的乙烯键或双键上去。简单反应式如下：碘值（不饱和键的多少）碘值（不饱和键
8、的多少）100克油脂吸收碘的克数。克油脂吸收碘的克数。3、氧化与酸败、氧化与酸败天然油脂暴露在空气中会发生自动氧化作用，发生酸臭和天然油脂暴露在空气中会发生自动氧化作用，发生酸臭和口味变苦的现象酸败。口味变苦的现象酸败。月饼保鲜？月饼保鲜？压滤干燥加填充剂,1、能量储存和膳食脂肪真核细胞中，甘油三酯在水相介质中成微小油滴真核细胞中，甘油三酯在水相介质中成微小油滴状独立结构，作为代谢燃料的贮藏库，脊椎动物中状独立结构，作为代谢燃料的贮藏库，脊椎动物中这些特化的细胞被称为这些特化的细胞被称为脂肪细胞脂肪细胞(adipcytes或或fat cells)。甘油三酯还贮藏在多种植物的种子中，提供。甘油三
9、酯还贮藏在多种植物的种子中，提供种子萌发时所需能量及生物合成的前体物质。种子萌发时所需能量及生物合成的前体物质。甘油三酯因碳链长且还原度高较糖贮藏的能量更甘油三酯因碳链长且还原度高较糖贮藏的能量更多（二倍），再者，甘油三酯的疏水性保证了运输多（二倍），再者，甘油三酯的疏水性保证了运输中不必运送额外的水化物的重量。人体脂肪组织约中不必运送额外的水化物的重量。人体脂肪组织约有有15-20 kg甘油酯，足够数月的能量供应，相反人体甘油酯，足够数月的能量供应，相反人体可能只贮存少于一天人体需要能量的糖元。可能只贮存少于一天人体需要能量的糖元。（三）功能：2、保温：一些动物中，皮下贮存的甘油酯不仅是一种
10、能量，还可抵御极低温度对生物体产生保温作用，海豹、海象、企鹅及热血的极地动物都被非常丰厚的甘油酯所覆盖，冬眠的动物（如熊）在冬眠前要积累大量的脂肪，既是贮能、又是保温。细胞中贮藏的甘油酯细胞中贮藏的甘油酯NoImageNoImage脂肪滴（脂肪滴（Fat Drop)NoImage单纯脂类单纯脂类蜡（蜡（Waxes）-贮存能量及防水外被贮存能量及防水外被 v生物体的蜡由长链的饱和及不饱和脂肪酸生物体的蜡由长链的饱和及不饱和脂肪酸(14-16C)与长链的醇（与长链的醇（16-30C）形成的酯，蜂蜡的主要成分。）形成的酯，蜂蜡的主要成分。v蜡的熔点为蜡的熔点为60-80C，较甘油酯的为高。，较甘油酯
11、的为高。v蜡因其防水性和坚硬度有广泛应用，脊椎动物一些蜡因其防水性和坚硬度有广泛应用，脊椎动物一些皮腺分泌的蜡质保护它们的毛发和皮肤以保持它们的皮腺分泌的蜡质保护它们的毛发和皮肤以保持它们的柔顺、润滑及防水；鸟类尤其水鸟由口腺分泌蜡质而柔顺、润滑及防水；鸟类尤其水鸟由口腺分泌蜡质而使它们的羽毛不透水；一些热带植物被一层蜡质包裹使它们的羽毛不透水；一些热带植物被一层蜡质包裹以抵抗寄生物和水分的过分蒸腾。以抵抗寄生物和水分的过分蒸腾。v生物的蜡有一定的药学、化妆品及其他工业用途，生物的蜡有一定的药学、化妆品及其他工业用途，如用于洗涤剂、油膏及擦光剂等。如用于洗涤剂、油膏及擦光剂等。WAXES si
12、mple esters of fatty acids(usually saturated with long chain monohydric alcohols)NoImageBeeswax also includes some free alcohol and fatty acidsSpermaceti contains cetyl palmitate(from whale oil)useful forPharmaceuticals(creams/ointments;tableting and granulation)Carnauba wax from a palm tree from br
13、azil a hard wax used oncars and boatsNoImageNoImageBees waxSpermaceti sourceCarnauba wax source（四）应用：l溶剂；l表面活性物质：去垢剂、发酵工业消泡剂等。二、磷脂二、磷脂(一一)甘油磷脂类甘油磷脂类组成：组成：磷酸化的头部磷酸化的头部 +三碳的甘油骨架三碳的甘油骨架 +两条脂肪酸链两条脂肪酸链是生物膜的主要是生物膜的主要 组分。组分。甘油磷酸酯类甘油磷酸酯类CH2OCOR1R2OCOCHCH2OHPOO-OH X非极性尾非极性尾极性头磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。甘油磷脂：甘油磷脂：甘油、脂肪
14、酸、磷酸和一甘油、脂肪酸、磷酸和一分子氨基醇分子氨基醇(如胆碱、乙醇胺、丝氨如胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇酸或肌醇)组成。组成。鞘氨醇磷脂：鞘氨醇磷脂：以鞘氨醇代替了甘油。以鞘氨醇代替了甘油。结构：重要的磷脂：磷脂酰胆碱 卵磷脂 磷脂酰乙醇胺 脑磷脂 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇 心磷脂 in te g ra l lip id a n c h o r p e rip h e ra l lip id b ila y e r M e m b ra n e P ro te in s 性质：1）脂溶性；）脂溶性；2）分子中不饱和脂肪酸易氧化；）分子中不饱和脂肪酸易氧化；3)双亲性双亲性4)乳化乳化组成生物组
15、成生物 膜的主体结构膜的主体结构三三 鞘脂类鞘脂类由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子极性头基团组成。鞘脂类鞘磷脂类脑苷脂类（糖鞘脂）神经节苷脂类鞘磷脂（鞘氨醇磷脂）鞘磷脂的基本骨架是 鞘氨醇：十八碳二元醇。神经酰胺：鞘氨醇+脂肪酸鞘磷脂的组成磷酸化的头部磷酸化的头部（胆碱或乙醇（胆碱或乙醇胺），碳氢链胺），碳氢链一条来自鞘氨一条来自鞘氨醇、另一条来醇、另一条来源于脂肪酸。源于脂肪酸。脑苷脂脑苷脂神经节苷脂神经节苷脂四、固醇类四、固醇类 主要功能：主要功能：1）膜的组分；）膜的组分；2）作为激素）作为激素起代谢调节作用；起代谢调节作用；3）作为乳化剂）作为乳化剂胆汁盐的前体、帮助
16、脂类的胆汁盐的前体、帮助脂类的消化吸收；消化吸收；4）维生素的组分；）维生素的组分；5）有抗炎作用；）有抗炎作用；环戊烷多氢菲为基本结构：integral lipid anchor peripheral lipid bilayer Membrane Proteins 胆固醇睾酮雄性激素雌激素胆固醇胆固醇五、萜类：为异戊二烯的衍生物。有：半萜：1个异戊二烯；单萜：2个异戊二烯；倍半萜：3个异戊二烯。衍生脂类衍生脂类萜类化合物(terpenoids)定义:不严格的说，萜类化合物是从植物体取得的一系列有香味的物质的统称。异戊二烯规则：从结构上来看，大多数萜类分子中的c原子数都是5的整数倍，而且可以看
17、出都是由异戊二烯单位首尾相连而组成。CC C C C异戊二烯CC C C C头尾异戊二烯单位NoImage 牻牛儿醛牻牛儿醛 香橙醛香橙醛（型柠檬醛）型柠檬醛）（型柠檬醛）型柠檬醛）重要的化合物重要的化合物 柠檬烯 薄荷酮 辣薄荷酮 桉油精NoImageNoImageNoImageNoImage特点：v易聚合或双键打开。种类：v 植物中芳香油类：樟脑油、柠檬油等。第二节、生物膜 一 功能：保护作用；保护作用；物质运输；物质运输；信息传递；信息传递；细胞识别。细胞识别。二、膜组成与结构：甘油磷脂；甘油磷脂；鞘脂；鞘脂；胆固醇组成。胆固醇组成。性质性质 具两亲性、具两亲性、不对称性、不对称性、流动
18、性。流动性。1、膜脂（Membrane Lipids）主要由以下成分：2、膜蛋白1）膜内在蛋白：）膜内在蛋白：与脂双层的疏水核心与脂双层的疏水核心紧密相连；跨膜或不跨紧密相连；跨膜或不跨膜；在膜内不对称分布。膜；在膜内不对称分布。内在蛋白只能作旋转和内在蛋白只能作旋转和侧向运动。侧向运动。2）膜周边蛋白：）膜周边蛋白：分布在膜内或外表面。分布在膜内或外表面。在膜内表面，形成网状在膜内表面，形成网状 的细胞骨架。的细胞骨架。Peripheral proteins are on the membrane surface.They are water-soluble,with mostly hydr
19、ophilic surfaces.Often peripheral proteins can be dislodged by conditions that disrupt ionic&H-bond interactions,e.g.,extraction with solutions containing high concentrations of salts,change of pH,and/or chelators that bind divalent cations.Membrane proteins may be classified as:w peripheral w integ
20、ralw having a lipid anchor3、膜糖类：、膜糖类：覆盖在膜外表面，有些可连在脂质上如覆盖在膜外表面，有些可连在脂质上如鞘糖脂，也可连在膜蛋白的多肽链上。鞘糖脂，也可连在膜蛋白的多肽链上。功能功能:起保护作用；起保护作用；细胞间的识别；细胞间的识别；维持膜的不对称。维持膜的不对称。硫酸脑苷脂 integral lipid anchor peripheral lipid bilayer Membrane Proteins 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膜的结构膜的结构1 双层脂分子构成（双层脂分子构成（E.Gorter,F.Grende
21、l,1925)2 三明治式结构模型三明治式结构模型(H.Davson,J.F.Danielli,1935)3 单位膜模型单位膜模型(J.D.Robertson,1959)4 流动镶嵌模型流动镶嵌模型(S.J.Singer,G.Nicolson,1972)膜的流动镶嵌模型结构要点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于脂质双分子层的中心疏水部分部分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
22、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质 之间无共价结合。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。跨膜运输跨膜运输所有生物细胞都要从环境所有生物细胞都要从环境获得原材料为其生物获得原材料为其生物合成和能量消耗合成和能量消耗，同时还需，同时还需释放其代谢物到环释放其代谢物到环境中去境中去。质膜可以识别并允许细胞所需物如糖。质膜可以识别并允许细胞所需物如糖、氨基酸、无机离子等进入细胞，有时这些成、氨基酸、无机离子等进入细胞，有时这些成分进入细胞是逆浓度梯度的，即它们是被分进入细胞是逆浓度梯度的，即它们是被“泵泵”入细胞的，同样一些分子是被入细胞的，同样一些
23、分子是被“泵泵”出细胞出细胞的。很少有例外小分子物质的跨膜是直接通过的。很少有例外小分子物质的跨膜是直接通过蛋白的，而是通过跨膜的通道（蛋白的，而是通过跨膜的通道（channels）、）、载体载体(carriers)或泵（或泵（pumps）。）。被动运输被动运输是由膜蛋白促进的是由膜蛋白促进的顺浓度梯度的扩散顺浓度梯度的扩散v生物体内的简单扩散，膜把胞内和胞外环境所生物体内的简单扩散，膜把胞内和胞外环境所阻止，膜是一种阻止，膜是一种选择性通透屏障选择性通透屏障，要通过脂双，要通过脂双分子层，极性分子或带电溶质必需解除水化膜分子层，极性分子或带电溶质必需解除水化膜的水的作用，然后透过约的水的作用
24、，然后透过约3nm 的介质（膜）。的介质（膜）。v水是一种例外，可很快透过生物膜，机制尚不水是一种例外，可很快透过生物膜，机制尚不清楚，膜两侧溶质浓度差异大时，渗透压的不清楚，膜两侧溶质浓度差异大时，渗透压的不平衡引起膜两侧水的流动，直至两侧的渗透压平衡引起膜两侧水的流动，直至两侧的渗透压相等。相等。v极性溶质或离子的过膜运输由膜上的蛋白降低极性溶质或离子的过膜运输由膜上的蛋白降低活化能而对特异的物质提供过膜路径而过膜的活化能而对特异的物质提供过膜路径而过膜的双分子层，引起促进扩散。双分子层，引起促进扩散。主动运输主动运输（Active Transport）引起物质的逆浓度梯度运输引起物质的逆
25、浓度梯度运输 被动运输总是顺浓度梯度运输，不会引起被动运输总是顺浓度梯度运输，不会引起物质的积累，相反，主动运输总是逆浓度梯度物质的积累，相反，主动运输总是逆浓度梯度运输，引起运输，引起物质的积累物质的积累。主动运输直接或间接。主动运输直接或间接地依赖于一些地依赖于一些放能过程放能过程，非热力学自动发生，非热力学自动发生，往往伴随有光的吸收、氧化作用、往往伴随有光的吸收、氧化作用、ATP水解或水解或其他顺浓度梯度的运输。在初级主动运输中，其他顺浓度梯度的运输。在初级主动运输中，物质的积累直接与放能反应（如物质的积累直接与放能反应（如ATPADP+Pi）相连接；次级主动运输发生）相连接；次级主动
26、运输发生于由初级主动运输引起的逆浓度积累的顺浓度于由初级主动运输引起的逆浓度积累的顺浓度梯度运输。梯度运输。膜泡运送：前面讨论了几种生物膜穿膜泡运送：前面讨论了几种生物膜穿膜运送小分子物质的过程，生物膜对膜运送小分子物质的过程，生物膜对大分子物质的运送主要是通过膜泡运大分子物质的运送主要是通过膜泡运送的方式进行的。送的方式进行的。膜泡运送是物质被包在由单层生物膜膜泡运送是物质被包在由单层生物膜围起的小泡内进出细胞的过程，膜泡围起的小泡内进出细胞的过程，膜泡运送每次能将物质较大批量地运送过运送每次能将物质较大批量地运送过膜，也能将较大的颗粒物质运送过膜。膜，也能将较大的颗粒物质运送过膜。绝大多数细胞都具有膜泡运送物质的绝大多数细胞都具有膜泡运送物质的能力。可分为外排作用和内吞作用。能力。可分为外排作用和内吞作用。integral lipid anchor peripheral lipid bilayer Membrane Proteins 膜生物工程 1.膜制备技术生物膜的分离膜制备技术生物膜的分离 2.人工膜人工膜是重要的生物医学材料人工膜人工膜是重要的生物医学材料
