8章 脂与生物膜-教学用.ppt

第8章 脂质与生物膜 脂质的定义低溶于水 高溶于有机溶剂脂质的分类按结构 简单脂质 复合脂质 衍生脂质按生物学功能 贮存脂质 结构脂质 活性脂质 一 三酰甘油和蜡二 磷脂和鞘脂三 萜和类固醇四 血浆脂蛋白五 膜的分子组成和超分子结构六 脂质的提取与分析 教学内容 一 脂肪酸 二 酰基甘油 三 蜡 一 三酰甘油和蜡 一 脂肪酸 脂肪酸的结构与命名脂肪酸的结构特点脂肪酸的物理化学性质多不饱和脂肪酸和必需脂肪酸 天然脂肪酸的种类见表8 1书写 碳原子数 双键数 双键位置用 右上角数字表示 并在数字后面用c cis t trans 指明构型 如棕榈酸 16 0 硬脂酸 18 0 棕榈油酸 16 1 9 油酸 18 1 9 脂肪酸的结构与命名 多为偶数 一般4 36 多24 36 双键位置 键数目一般 1 4 少数多大6 双键多在第9位 第2 第3双键多在第12和第15位 非共轭系统 双键多为顺式 少数为反式 动物脂肪酸直链 双键可多达6个 细菌还含支链的 羟基的和环丙基的脂肪酸 植物中有含炔基 环氧基 酮基等 2 结构特点 某些天然存在的脂肪酸 几种脂肪酸的立体结构 空间填充模型 4 多不饱和脂肪酸和必需脂肪酸 棕榈酸 16 0 硬脂酸 18 0 棕榈油酸 16 1 9 油酸 18 1 9 主要存在于三酰甘油中 芥子酸 22 1 13有害 菜籽油中含量高导致心脏肥大 心脏功能衰竭 不能迷信植物油 鱼类脂肪反而有保健 人和哺乳动物能制造多种脂肪酸 但不能向脂肪酸引入超过 9的双键 因此亚油酸 18 2 9 12 豆油 芝麻油 亚麻酸 18 3 9 12 15 为必须脂肪酸 哺乳动物 油酸 亚麻酸 18 3 6 9 12 花生四稀酸 18 3 5 8 11 14 维持膜结构必须 也使类二十烷酸的前体 供给亚麻酸 人体可合成EPA 20 5 5 8 11 14 17 和DHA 22 6 4 7 10 13 16 19 等 3家族成员 近年引起关注 鱼类尤其深海鱼中含量高 亚油酸 6家族PUFA原初成员 二十碳烷化合物前体 亚麻酸 3家族PUFA原初成员 6家族PUFA可降低血清胆固醇 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 人类可能缺乏 3家族PUFA 后面的数字表示双键后面碳的个数EPA 20碳五稀酸 和DHA 22碳六稀酸 有保健价值 深海鱼油比较好 类二十碳烷 或类二十碳烷酸 20碳PUFA衍生而成 因含20个碳原子而得名 包括几类信号分子 前列腺素 凝血烷和白三烯等 其前体主要是花生四烯酸 六 类二十碳烷 前列腺素广泛存在 很多器官都能合成 男女都有 种类较多 不同的前列腺素或同一前列腺素作用于不同的细胞 产生不同的生理效应 如升高体温 促进炎症 控制跨膜转运 调整突触传递 诱导睡眠 扩张血管等 凝血烷最早从血小板获得 能引起动脉收缩 诱发血小板聚集 促进血拴形成 白三烯最早从白细胞分离获得 能促进趋化性 炎症和变态反应 炎症反应 对付外来感染的一种表现 前列腺素诱导白细胞对付外来病原体反应 同时诱导血管扩张 导致炎症 阿司匹林 乙酰水杨酸 属于非甾体消炎药 NSAIDs 消炎 镇痛 退热的原因是抑制前列腺素的合成 也抑制凝血烷合成 因而有抗凝血作用 二 三酰甘油和蜡 甘油取代物的构型三酰甘油的类型及其他酰基甘油三酰甘油的物理和化学性质 1 甘油取代物的构型 甘油 手性原分子 前手性分子 以手性碳为中心 S 反时针 原羟甲基 增加该基团优先性时 手性原中心为S 构型 为1位 R 顺时针 原羟甲基 增加该基团优先性时 手性原中心为R 构型 为3位 称作立体专一编号系统 sn 系统 2 三酰甘油的类型及其他酰基甘油 三酰甘油的R1 R2 R3相同时 为简单三酰甘油 若R1 R2 R3不同则为混合三酰甘油 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 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 Amixedtriacylglycerol Tristearin asimpletriacylglycerol 水解与皂化酸 碱或酶水解成脂肪酸和甘油 碱水解称作皂化 皂化1g油脂所需的KOHmg数称作皂化价 皂化价比较高 说明脂肪酸的平均分子量比较小 链短 氢化与卤化双键氢化可制造人造黄油 双键还可与碘反应 100g油脂所能吸收的碘的克数称作碘值 饱和态高的油脂 室温下可以是固体状态 牛油 羊油等 鱼类的可以是半固态的 植物油液态的 3 三酰甘油的物理和化学性质 乙酰化油脂中的羟基可被乙酰化 中和1g油脂中乙酰基释放的乙酸所需的KOHmg数 乙酰价 油脂的乙酰价高 说明羟基含量高 通常双键被氧化了 就会有羟基加上去的 因此 乙酰价高说明油脂的新鲜程度比较差的 酸败与自动氧化油脂自动氧化生成挥发性醛 酮 酸称作酸败 是双键被打断后形成的 有怪味的 中和1g油脂中游离脂肪酸所需的KOHmg数称作酸价 羰基价的测定更能反应酸败的程度 在油脂中加入抗氧化剂 可以防止油脂酸败 3 三酰甘油的物理和化学性质 三 蜡 蜡 长链脂肪酸 C14 C16 和长链一元醇 C16 C30 或固醇形成的酯 天然蜡是多种蜡酯的混合物 常含有烃类 二元酸等 蜡含一很弱的极性头 酯基 和一个非极性尾 两条长的烃链 完全不溶于水 蜡的硬度由烃链的长度和饱和度决定 C Cerifera 蜂蜡存在于蜂巢 白蜡是白蜡虫 胭脂虫属 的分泌物 可用作涂料 润滑剂和其他化工原料 鲸蜡是抹香鲸头部鲸油冷却时析出的白色晶体 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 C Cerifera 一 三酰甘油和蜡二 磷脂和鞘脂三 萜和类固醇四 血浆脂蛋白五 膜的分子组成和超分子结构六 脂质的提取与分析 教学内容 磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂两大类 主要参与膜的组成 甘油磷脂 第一大类膜脂 鞘脂类包括鞘磷脂和鞘糖脂 第二大类膜脂 二 磷脂和鞘脂 一 甘油磷脂的结构 二 甘油磷脂的一般性质 三 几种常见的甘油磷脂 四 醚甘油磷脂 五 鞘磷脂 一 甘油磷脂的结构 甘油磷脂 由sn 甘油 3 磷酸衍生而来 甘油骨架C1和C2被脂肪酸酯化X 胆碱 乙醇胺 丝氨酸 肌醇 甘油 磷脂酰甘油等极性头与磷酸连接 PhosphatidicacidPhosphatidylethanolaminePhosphatidylcholinePhosphatidylserinePhosphatidylglycerolPhosphatidylinositol4 5 bisphosphateCardiolipin EthanolamineCholineSerineGlycerolmyo Inositol4 5 bisphosphatePhosphatidyl glycerol 白色蜡状固体 两亲分子 水中能形成双分子微囊 可构成生物膜 用碱或酶可水解成脂肪酸 甘油和含氮碱 酶水解的一些中间物如溶血甘油磷脂是强表面活性剂 可使细胞膜溶解 磷脂酶作为工具酶与薄层层析一起用于磷脂的结构分析 二 甘油磷脂的一般性质 溶血磷酸甘油 Indiancobra Easterndiamondbackrattlesnake PhospholipaseA2 Thephospholipidbreakdownproductofthisreaction lysolecithin actsasadetergentanddissolvesthemembranesofredbloodcells causingthemtorupture Indiancobraskillseveralthousandpeopleeachyear 酶解作用 磷脂酰胆碱 蛋黄和大豆中含量丰富 卵磷脂 胆碱碱性极强 甲基供体 可防止脂肪肝 乙酰胆碱是神经递质 磷脂酰乙醇胺 又称脑磷脂 在细胞膜中含量高 磷脂酰丝氨酸 在血小板膜中含量高 血小板被激活时 磷脂酰丝氨酸转向膜外侧 参与凝血酶原活化 对血栓的治疗提供线索的 磷脂酰肌醇 哺乳动物含有磷脂酰肌醇 4 单磷酸和 4 5 双磷酸 后者可转化为细胞内信使肌醇 1 4 5 三磷酸和1 2 二酰甘油 磷脂酰甘油 细菌细胞膜含量高 是心磷脂的头基部分 双磷脂酰甘油 由两个磷脂分子通过一个甘油分子共价连接而成 在心线粒体中含量丰富 三 几种常见的甘油磷脂 四 醚甘油磷脂 Plasmalogen缩醛磷脂 两个烃链一个以醚键相连 醚键相连的烃可以是饱和的或不饱和的 如缩醛磷脂 C C 之间有双键 头部 胆碱 乙醇胺或丝氨酸 Plateletactivatingfactor PAF wasfirstidentifiedbyitsability atlowlevels tocauseplateletaggregationanddilationofbloodvessels butitisnowknowntobeapotentmediatorininflammation allergicresponses 变态反应 andshock PAFeffectsareobservedattissueconcentrationsaslowas10 12M PAFcausesadramaticinflammationofairpassagesandinducesasthma likesymptoms 哮喘样综合症 inlaboratoryanimals Toxic shocksyndrome 中毒性休克综合征 occurswhenfragmentsofdestroyedbacteriaactastoxinsandinducethesynthesisofPAF Thisresultsinadropinbloodpressureandareducedvolumeofbloodpumpedbytheheart whichleadstoshockand inseverecases death BeneficialeffectshavealsobeenattributedtoPAF Inreproduction PAFsecretedbythefertilizedeggisinstrumentalintheimplantationoftheeggintheuterinewall PAFisproducedinsignificantquantitiesinthelungsofthefetuslateinpregnancyandmaystimulatetheproductionoffetallungsurfactant aprotein lipidcomplexthatpreventscollapseofthelungs 肺萎陷 inanewborninfant PlateletActivatingFactor APotentGlyceroetherMediator 五 鞘脂 鞘脂的结构通式 鞘胺醇 脂肪酸链 极性头部 鞘脂 鞘磷脂和鞘糖脂 1 鞘磷脂 鞘磷脂的形成 2 鞘糖脂 糖脂 糖通过半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物 分为鞘糖脂 甘油糖脂和固醇类衍生的糖脂 膜脂的主要是前两类 鞘糖脂 即神经酰胺的1 位羟基被糖基化的化合物 主要分两类 中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂 1 中性鞘糖脂 不含唾液酸 最先从脑中获得 又称脑苷脂 糖基为半乳糖 葡萄糖等 其糖基在细胞表面 不仅是血型抗原 而且与组织器官特异性 细胞识别有关 脑苷脂 泛指半乳糖基神经酰胺 神经细胞特有 和葡萄糖基神经酰胺 非神经细胞 Thehumanbloodgroups O A B aredeterminedinpartbytheoligosaccharideheadgroups blue oftheseglycosphingolipids ThesamethreeoligosaccharidesarealsofoundattachedtocertainbloodproteinsofindividualsofbloodtypesO A andB respectively Fucrepresentsthesugarfucose Glycosphingolipidsasdeterminantsofbloodgroups 因都含有岩藻糖 也称为岩藻糖脂 2 酸性鞘糖脂 糖基被硫酸化 有几十种 在脑中含量丰富 包括硫苷脂和神经节苷脂 硫酸鞘糖脂或硫苷脂 糖基含唾液酸 在神经系统特别是神经末梢中含量丰富 可能与神经冲动传递有关 神经节苷脂 又称唾液酸鞘糖脂 3 甘油糖脂 由二酰甘油sn 3位的羟基被糖基化形成的化合物 主要存在于植物和微生物 在动物的睾丸 精子和神经系统也含量丰富 三 萜 Terpenes 和类固醇 steroid 一 萜 二 类固醇 三 胆固醇和其他固醇 萜 两个以上异戊二烯单位构成 可头尾相连或尾尾相连 两个异戊二烯单位的 单萜 植物精油的成分 有香味的 三个异戊二烯单位的 倍半萜 某些中草药 双萜 叶绿素分子的成分 三萜是固醇类的前体 四萜可形成多种色素 多萜可形成天然橡胶 一 萜由 萜类举例 环戊烷菲多氢菲环戊烷多氢菲 角甲基 编号从A环开始 羟基或酮基 羟基 酮基或其他各种形式的侧链 C4和C5或C5和C6之间经常是双键 由环戊烷多氢菲为基础的化合物 分子为扁平状 平面上的取代基直立时较稳定 但也有平伏状的 可以看作固醇类化合物的衍生物 二 类固醇 脑 肝 肾和蛋黄含量很高 主要存在于细胞膜 属于两性分子 可转化为多种活性物质 生理必须 但血液中含量过高会导致动脉粥样硬化 很多脏器胆固醇含量都是很高的 肝脏多种维生素量很高 很多的代谢废物 胆固醇的含量也很高的 脑中的胆固醇含量更高 植物固醇存在于谷物中 能抑制胆固醇吸收 微生物固醇如麦角固醇可转化为维生素D2 三 胆固醇和其他固醇 Cholesterol Stigmastanol 1 Sitosterol Sitosterol Campesterol Stigmasterol PlantSterols NaturalCholesterolFighters Despitetheirstructuralsimilaritytocholesterol minorisomericdifferencesand orthepresenceofmethylandethylgroupsinthesidechainsofthesesubstancesresultintheirpoorabsorptionbyintestinalmucosalcells Interestingly althoughplantsterolsarenoteffectivelyabsorbedbythebody theynonethelessarehighlyeffectiveinblockingtheabsorptionofcholesterolitselfbyintestinalcells 豆甾醇 菜油甾醇 菜油固醇 谷甾醇 谷甾醇 豆甾烷醇 四 固醇衍生物 胆酸 3 7 12 三羟基脱氧胆酸 1 12 二羟基鹅脱氧胆酸 3 7 二羟基 胆汁酸 游离型三种 结合型胆汁酸 两种 胆汁酸盐是结合物的钠盐或钾盐 Desmolase Mitochondria Endoplasmicreticulum 17 Hydroxylase 17 Hydroxysteroiddehydrogenase 17 20 Lyase Gonads Isocaproicaldehyde Cholesterol Pregnenolone Progesterone 17 Hydroxyprogesterone 4 Androstenedione Testosterone 17 HydroxysteroidDehydrogenase3Deficiency Defectsinthesynthesisoractionoftestosteronecanimpairthedevelopmentofthemalephenotypeduringembryogenesisandcausethedisordersofhumansexualitytermedmalepseudohermaphroditism 雄 甾 烯二酮 睾丸激素 碳链 裂解 酶 孕烯醇酮 孕酮 黄体酮 性腺 生殖腺 一 血浆脂蛋白的分类 脂蛋白 脂质和蛋白质通过非共价键相连 其中的蛋白质部分称为脱辅基脂蛋白或载脂蛋白 四 血浆脂蛋白 一 血浆脂蛋白的分类 二 血浆脂蛋白的结构与功能 载脂蛋白的主要作用是 作为疏水脂质的增溶剂 在脂蛋白转化方面起重要作用 作为细胞膜上的脂蛋白受体的识别部位 细胞导向信号 载脂蛋白由两亲的 螺旋区构成 其疏水区可以与脂质很好结合 亲水区与溶剂水相互作用 乳糜微粒 小肠上皮细胞合成 从小肠转运被吸收的膳食三酰甘油及其他少量脂质到血浆和其他组织 三酰甘油在那里被分解和利用 VLDL 肝细胞内质网中合成 从肝转运内源的三酰甘油和将在肝包装的胆固醇运至各靶组织 IDL 由VLDL除去 一部分 三酰甘油 如被脂肪组织贮存 后产生 密度介于VLDL和LDL之间 一部分IDL被肝直接吸收 其余部分转变为LDL LDL 血液中总胆固醇的主要载体 核心约含1500个胆固醇酯分子 LDL可能与慢性心脏病和动脉粥样硬化有关 特别是在血管壁受到氧化性损伤时 LDL容易使胆固醇在受伤处沉积 但在大多数情况下 肝和其他器官会通过专一的受体将LDL除去 LDL的功能是转运胆固醇到外周组织 也即把胆固醇分送到不能合成它的器官中去 HDL 以它的前体形式在肝中合成的 这种脂蛋白含有极高的蛋白质 可达50 HDL是除肝之外的其他地方的胆固醇清除剂 甚至能除去已形成斑块的胆固醇 临床研究证明 脂蛋白代谢不正常是造成动脉粥样硬化的主要原因 血浆中LDL高而HDL低的个体容易患心血管疾病 五 膜的分子组成和超分子结构 质膜 plasmamembrane 真核细胞中还有内膜系统 systemofinternalmembrane 生物膜具有多种功能 生命活动中许多重要过程 如物质运输 能量转换 细胞识别 细胞免疫 神经传导 代谢调控等都与膜有关 一 生物膜的分子组成 自学 二 脂双层的自装配 三 膜组分的不对称分布 自学 四 生物膜的流动性 五 生物膜的流动向前模型 自学 一 生物膜的分子组成 生物膜含一定量的糖类 占真核细胞质膜质量的2 10 这些糖类多数与膜蛋白结合 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 寡糖链可能与细胞识别 细胞粘着和细胞免疫有关 二 脂双层的自装配 头基横切面大于尾部横切面者如脂肪酸 溶血磷脂 只有一条酰基链 和去污剂SDS等倾向于形成微团 头基横切面等于尾部横切面者如甘油磷脂和鞘磷脂 则容易形成脂双层片 然后形成微囊 四 生物膜的流动性 膜的流动性 膜脂和膜蛋白的运动状态 膜蛋白的运动状态也称为运动性 流动性是生物膜结构的主要特征 1 膜脂的流动性2 膜蛋白的流动性 膜脂的脂酰链在脂双层内作热运动绕脂酰链C C键的旋转 脂肪酸烃链不断运动 在某一温度之上膜脂快速运动 由类晶态 固体 转变为流体 此温度称为相变温度 phase tran