第2章脂质课件

第第 2章章 脂类与生物膜化学脂类与生物膜化学 本章学习要求 掌握脂肪酸、三酰甘油、磷脂的结构特 征和性质，掌握生物膜的化学组成与结构 特征，了解脂质过氧机制，熟悉脂质过氧 化作用对机体的损伤，抗氧化剂的保护作 用。 第一节 引言 （一）脂质（ lipid）的基本概念 n 脂肪酸 与 醇 脱水 反应形成的酯及其衍生物 共性： 低溶于水，而易溶于非极性溶剂如乙醚、氯 仿、苯等。 能被生物所利用，可作为构造组织、 修补组织或者供给能量之用。 单纯脂类 ： 甘油三酯、蜡 复合脂类 ： 磷脂、糖脂 衍生脂类 ： 取代烃、固醇类（甾类） 、萜、其他脂质（维生素 A、 D、 E、 K，酯酰 CoA,类二十碳烷，脂多糖，脂蛋白等） (二 )脂质的分类 I、按化学组成分类 或者分为可皂化脂质和不可皂化脂质 单纯脂质 由脂肪酸和醇类所形成的酯 v 脂酰甘油酯 （最丰富的为 甘油三酯 ) v 蜡 （含 14-36C个碳原子的饱和或不饱和脂肪 酸与含 16-30C个碳原子的一元醇所形成的 酯） 单纯脂类的衍生物 ：除了含有脂肪 酸和醇外，还含有非脂分子的成分 复合脂质复合脂质 v 磷脂 （磷酸和含氮碱） v 糖脂 （糖） v 硫脂 （硫酸） 由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与 它们关系密切。 v萜类： 天然色素、香精油、天然橡胶 v固醇类： 固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮 质激素） v其他脂类： 维生素 A、 D、 E、 K等。 衍生脂质衍生脂质 非极性： 形成油滴 极性： 类极性脂质：单分子层 类极性脂质：双分子层和微囊 类极性脂质（ 去污剂，分 A B) ：微团 脂质在水中和水界面上的行为不同 微团微团 微囊 疏水性增加 亲水性增加 蜡或长链烃 脂肪酸 磷脂 鞘糖脂 电离脂肪酸 （三）脂质的生理功能 1.结构脂质： 生物膜（磷脂） 2.贮存脂质： 三酰甘油和蜡 3.溶剂：促进脂溶性维生素的吸收 4、保温和保护 5、 活性脂质： 类固醇和萜类，小量 ，但具有专一的重要的生物活性。 结构脂质：细胞膜 贮存脂质：皮下脂肪 细胞（黄、白色） 细胞核 细胞质 脂肪滴 脂肪滴 脊椎动物细胞中的脂肪滴 贮存脂质：蜡 第二节、脂酰甘油（三酰甘油） （一） 脂酰甘油（ 油脂 )（ acylglycerol） 呈液态：油（ oil） 呈固态：脂 （ fat） 常温下 油脂油脂 中性脂中性脂 /真脂真脂 1分子甘油和 3分子脂肪酸形成的酯 脂肪酸 饱和 ： 16C软脂酸 、 18C硬脂酸 不饱和 含 1个双键（油酸） 含 2个双键（亚油酸） 含 3个双键（亚麻酸） 含 4个双键（花生四烯酸） 三酰甘油 (triacylglycerol, TG) 甘油（丙三醇） 单脂酰甘油 二脂酰甘油 H2O H2O 三脂酰甘油 脂肪酸 1 脂肪酸 2 三酰甘油通式 R1=R2=R3 简单三酰甘油 混合三酰甘油 甘油 硬脂酸 亚油酸 棕榈酸 混合三酰甘油 烷醚 酰基甘油 烷基烯基醚键 三酰甘油的物理性质 颜色气味 ： 纯品无色无味 密度和溶解度 ： 小于 1g/cm3,不溶于水，易溶于非极性 有机溶剂 熔点 ： 天然油脂为三酰甘油的混合物，没有明确的熔点 ，只有一个大概范围。一般随组分中不饱和脂肪酸（双键数 目）和低相对分子量脂肪酸的比例增高而降低。 表 2-4 （二）脂肪酸（ fatty acid） 1、结构特点 软脂酸（十六烷酸 ,棕榈酸 ） 硬脂酸（十八烷酸） 油酸（十八烯酸） 简写 18： 0 简写 16： 0 简写 18： 1 9c 饱和脂肪酸 组成油脂的天然脂肪酸的共同特点是： （ 1）绝大多数是含偶数碳原子的直链羧酸，其中以 c16和 c18为多； （ 2）大多数含有一个、两个或三个双键，其中以 c18 不饱和酸为主；大多数单不饱和脂肪酸中双键的位置在 9c； （ 3）几乎所有的不饱和脂肪酸都是顺式结构 Ps: 反式脂肪酸导致心脏病、冠心病、糖尿病、 诱发肿瘤（乳腺癌等）、哮喘、过敏等疾病， 对胎儿体重、青少年发育都有很大影响 硬脂酸 油酸（液态） 饱和脂肪酸（固态） 饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸混合物 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） -CH2-CH=CH-CH=CH-CH=CH2- 共轭双键（容易聚合）：桐油（含桐油酸） 2、脂肪酸的理化性质 溶解度 与烃链的长度有关 熔 点 与双键数目、顺反有关 皂化反应 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。 乳化作用 脂肪酸盐、胆汁酸盐、 SDS、 Triton X-100 腐败和过氧化 水 油 极性亲水部分 非极性疏水部分 搅拌 去 乳化作用 3、必需脂肪酸 （ essential fatty acid) 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。 亚油酸 ( 6 PUFA） 亚麻酸 花生四烯酸 亚麻酸（ 3 PUFA） 二十碳五烯酸（ EPA）、 二十二碳六烯酸（ DHA） DHA是人的大脑发育、成长的重要物质之一。人群 流行病学研究发现，体内 DHA含量高的人的心理承 受力较强、智力发育指数也高。 4、类二十碳烷（ eicosanoid ）由 20碳的 多不饱和脂肪酸 （ 20碳 PUFA） 衍生而来 前列腺素 凝血恶烷 白三烯 局部激素 花生四烯酸 前列腺素 PGE 凝血噁烷 A2 白三烯 A4 长链 脂肪酸 与长链一元 醇 /固醇 形成的酯 脂肪醇 中的碳原子在 16以上 分布在生物体表面起保护作用 n植物蜡 防虫蛀、防辐射、降低水分蒸 发 n动物蜡 防水、保温、筑巢 （三）蜡（ wax) 巴西棕榈蜡 通 式 RCOOR 多为饱和脂肪酸 醇饱和或不饱和 /固醇 蜂蜡完全不透水 30烷醇棕榈酸 鲸蜡 抹香鲸头部鲸油 二、油脂（三酰甘油）的化学性质 1、水解和皂化 皂化值：皂化 1g油脂所需的 KOH mg数 三酰甘油的相对分子量与皂化值成反比！ 2、氢化和卤化（加成反应） 碘值（碘价）： 100g油脂卤化时所能吸收 的碘的克数，表示油脂的不饱和程度。 3、乙酰化 乙酰化价（值）：中和从 1g乙酰化产物中 释放的乙酸所需的 KOH mg数。 4、酸败和自动氧化 酸值：中和 1g油脂中的游离脂肪酸所需的 KOH mg 数。 5、脂质过氧化 （ peroxidation） （选学内容） 多不饱和脂肪酸的氧化变质。 典型的活性氧参与的自由基链式反应 （ 1）自由基、活性氧和自由基链反应 1)自由基 （ free radical） 分子 /原子 /基团中有未配对电子的 一类物质。 很活泼，具有很强的掠夺性 很容易形成稳定的分子状态 一种是异裂反应 一种是均裂反应：两电子均分给两个 产物。 此过程中产生的分裂物称为自由基 。 共价键由双电子形成断裂时： 均裂（ homolysis） A ： B A. + B. 自由基的形成： 辐射诱导 自由基的形成： 热诱导 单电子氧化还原 H2O hv H OH eaq- (C6H5COO)2 2C6H5COO C 6H5+CO2 Fe2+H2O2 Fe 3+ OH+OH-（ Fenton反应） 2)、活 性氧 O2 ， OH ， H2O2 ， 1O2 LO . ， LOO . ， LOOH（脂质过氧化中间物） 臭氧 NO 氧或含氧的高反应活性分子。 3)自由基链式反应 引发：由辐射或其它自由基引发 初始自由基的形成 增长：新生自由基导致新的抽氢反应 再形成新的自由基 终止：两自由基偶联或歧化 或在抗氧化剂作用下 使自由基链式反应停止 （ 2）脂质过氧化过程 链的发生 链的增长 丙二醛 （ 3）脂质过氧化对机体的损伤 脂质过氧化 中间产物自由基 终产物丙二醛 膜流动性通透性受影响 动脉粥样硬化 老年色素斑形成 蛋白质聚合交联 （ 3）抗氧化剂的保护作用 抗氧化剂： SOD（ 超氧化物歧化酶） 过氧化氢酶（谷胱甘肽过氧化物酶） 维生素 E/维生素 C 胡萝卜素 具有还原性、能抑制靶分子自动 氧化的物质。 SOD： 2O2 + 2H+ H2O2 + O2 - 预防型抗氧化剂 过氧化氢酶（ catalase）： 2H2O2 2H2O + O2 谷胱甘肽过氧化物酶： H2O2 + 2GSH 2H2O + 2GSSG 谷胱甘肽过氧化物酶： ROOH + 2GSH ROH + 2GSSG 脂质氢过氧化物的还原 第三节 磷脂（ phospholipid ） 磷脂 甘油磷脂 鞘脂类 鞘磷脂 鞘糖脂 X 非极 性，不易溶于水 称 非极性尾 极 性，易溶于水 称 极性头 （一）甘油磷脂 (glycerophospholipid) 极性醇 基本结构 磷脂 常见的甘油磷脂 磷脂酸 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） 磷脂酰胆碱（卵磷脂 ） 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰甘油 4,5-磷酸磷脂酰肌醇 心磷脂（双磷脂酰甘油 ） 显示有梅毒患者血清诊 断的特异性抗原 常见甘油磷脂的性质与生物学 功能 磷脂酰胆碱（卵磷脂） ：生物体内分布最广，以卵黄 、脑、精液、肾上腺中含量最高。白色蜡状物，在低温 下可结晶，易吸水变成棕黑色胶状物，不溶于丙酮，溶 于乙醚和乙醇。 控制动物体代谢，防止脂肪肝形成。 是肝脏的保护神 对心脏健康的积极作用 促进大脑发育，增强记忆力 是血管的 “清道夫 ” 是糖尿病患者的营养品 能有效地化解胆结石 是胎、婴儿神经发育的必需品 可消除青春痘、雀斑并滋润皮肤 可预防老年痴呆症的发生 是良好的心理调和剂 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） ：主要存在于脑组织和神 经组织中，心脏、肝脏亦有。 与凝血有关 ，被生物毒素的特殊酶水解时失去一个脂肪酸形成溶血性磷 脂酰乙醇胺，引起溶血现象。 例如：蛇毒中含有磷脂酶 A2,该酶催化甘油磷脂水解成一分子脂肪酸和 一分子的溶血卵磷脂。溶血卵磷脂的中极两性性质使其成为破坏红细胞细 胞膜结构的变性剂，引起细胞破裂。 主要作用 ： 大脑和神经发育的基础物质，增强脑细胞活化程度及智力水平，促进大 脑发育，发展智力，促进神经组织内部结构生长，用于改善记忆和认知能 力，提高智力。 缺乏时可引起的症状： 细胞生物膜受损，细胞功能发生紊乱导致脑功能障碍 ,影响记忆和思维 等高级认知机能。 获取来源： 由食物供给补充和在体内由其它营养物质转化生成。动物的脑都含有大 量的脑磷脂，其中又以鱼脑髓为最佳。 （二）鞘磷脂 （ sphingomyelin） 鞘磷脂 一般结 构 组成与结构 神经鞘氨醇 脂肪酸 神经酰胺 鞘磷脂 磷酰胆碱 鞘磷脂性质与生物学功能： 白色晶体，不溶于丙酮与乙醚，溶于热乙醇中，具有两性解离性质。 鞘磷脂主要位于细胞膜、脂蛋白（尤其是低密度脂蛋白）和其他富含 脂类的组织结构上。 鞘磷脂对于维持细胞膜结构尤其是细胞膜的微控功能（如膜内陷）十 分重要。它可调节生长因子受体和超细胞基质蛋白的活动，并为一些 微生物、微生物毒素、病毒提供结合位点。 磷脂酰胆碱 胆碱鞘磷脂 + 环戊烷多氢菲菲环戊烷 第四节 固醇（ steroid）及其衍生物 (类脂质 ) 环戊烷多氢菲的一元醇及其衍生物 1、结构特点 甾 核 A环 B环 C环 D环 角甲基 固醇，基本碳架相 同，所含侧链的位 置往往也相同。如 C3的羟基， C10, C13 的角甲基， C17 有侧链 HO 雄性激素 可的松（激素 ） 维生素 D 胆固醇非极性尾 极性头 胆固醇 2、 胆固醇和非动物固醇 特点： C3核有一 取向的羟基 C17上有烃链 功能： 构成生物膜、形成类固醇 胆固醇、豆固醇、麦角固醇、酵母固醇 cholesterol 胆固醇 胆固醇是动物组织细胞 所不可缺少的重要物质 ，它不仅参与形成 细胞 膜 ，而且是合成 胆汁酸 ， 维生素 D以及 甾体 激素 的原料。 胆固醇又分为 高密度胆固醇 和低密度胆固醇 两种，前者对心血管有保护作用，通常称之 为 “好胆固醇 ”，后者偏高，冠心病的危险性 就会增加，通常称之为 “坏胆固醇 ”。血液中 胆固醇含量每单位在 140199毫克之间，是 比较正常的胆固醇水平。 7-脱氢胆固醇 7-脱氢胆固醇主要位于 皮肤和毛发中，经阳光 或紫外线照射后，能转 变为维生素 D3. 3、固醇衍生物 (类 固醇 ) 胆汁酸盐 胆汁酸盐为水溶性 的，是一种表面活 性物质，能将肠道 中的脂肪、胆固醇 和脂溶性维生素入 画，促进肠壁细胞 对脂肪的吸收。此 外，还可以激活脂 肪酶，所以对脂肪 的消化和吸收具有 重要的生理意义 （二）萜与类固醇 不含脂肪酸，属于不可皂化脂质 （一）萜 （ terpene） Isoprene unit 萜分子的碳架可看成是由两个 或多个异戊二烯单位，连接而 成 四萜 （ tetraterpene） -胡萝卜素 荷尔蒙信 号至上皮 细胞 泛醌 质体醌 长醇 糖脂 氨 基 醇 R-COOH 脂肪酸 单糖及单糖聚合物 磷酸胆碱（或磷酸胆胺） 或 糖脂是糖通过其半缩醛羟基以糖苷键 与脂质连接的化合物。 第五节 其他脂类 非极性尾 极 性 头磷酸胆碱（或 磷酸胆胺） 糖 脂 鞘磷脂 单糖及单糖 聚合物 (一 )鞘糖脂 （ glycosphingolipid） 以神经酰胺为母体 1、酸性鞘糖脂 含有唾液酸或硫酸基 硫酸鞘糖脂（ 硫苷脂 ） 唾液酸鞘糖脂（ 神经节苷脂 ）：参与乙酰胆碱和其他神经 递质的受体组成，可能在神经传导中起到重要作用。 2、中性鞘糖脂 Gal1 1Cer半乳糖基神经酰胺 （脑苷脂） 二酰甘油 sn-3上羟基与 糖基 以 糖苷键 相 连。 又被称为糖基甘油脂 (二 )甘油糖脂 (glyceroglycolipid） 血浆脂蛋白 (lipoprotein） 脂质和蛋白质以 非共价键 （次级键：疏水键 、范德华引力等）结合形成的复合物。 载脂蛋白（ apolipoprotein， apo） 脱辅基脂蛋白 与脂的运输有关 （一）血浆脂蛋白的分类 乳糜微粒 （ chylomicron） 极低密度脂蛋白 VLDL 中间密度脂蛋白 IDL 低密度脂蛋白 LDL 高密度脂蛋白 HDL 蛋白质蛋白质 高高 脂脂 低低 P117表 2-7 功能 载运甘油三酯和 胆固醇 脂蛋白模 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 乳糜微粒的结构 第六节、生物膜 化学 （一）膜功能： v物质运输； v保护作用； v信息传递； v细胞识别。 膜的生化特性 膜不仅仅是被动的屏障，膜上含有一系 列的特化蛋白质启动或催化一定的分子事件 ；膜上的泵可以逆跨膜梯度移动（运送）特 定的有机物和无机离子；能量转化器可以把 一种形式的能量转化为另一种形式的能量； 质膜上的受体能够感受胞外信号，并转化为 细胞内的分子事件。 （二）膜组成与结构： 生物膜的液态镶嵌模型 糖脂多糖 糖蛋白 固醇 细胞骨架蛋 白纤维网 甘油磷脂； 鞘脂； 胆固醇组成 。 具两亲性、 不对称性、 流动性。 1、膜脂主要由： 2、膜蛋 白 1）膜内在蛋白： 与脂双层的疏水核心 紧密相连； 跨膜或不跨 膜；在膜内不对称分布 。 内在蛋白只能作旋转 和侧向运动。 2）膜周边蛋白： 分布在 膜内或外表面 。 在膜内表面，形成网 状的细胞骨架。 3、膜糖 类： 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。 功能 : 起保护作用； 细胞间的识别； 维持膜的不对称。 硫酸脑苷脂 脂双分子层是基本的结构 脂类与水相共存时会迅速形成一种脂双分子层结构而 避开水的作用，生物膜的厚度（电镜测定为 5-8 nm） 是由 3 nm的脂双分子层和蛋白的厚度决定的，所有证 据都支持 生物膜由脂双分子层构成 。 膜脂对于脂双分子层两面是不对称的，但尽管不对称 ，也不象蛋白质，脂的 不对称不是绝对的。 膜脂在不断地流动 v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的一周。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 运动就是跨双分子层运动，即 flip-flop。 v膜流动的程度以来于 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。 有些外周膜蛋白 共价泊锚在膜脂上 有些膜外周蛋白与膜脂有 一个或多个共价 结合位点 ，如长链脂