第8章 脂质与生物膜.ppt

第8章脂质与生物膜 第一节脂质 Lipid 概述 一 脂质的概念是一类不溶或微溶于水而易溶于乙醚 氯仿 苯等非极性有机溶剂的生物有机分子 一般是由醇和脂肪酸形成的酯类及其衍生物 脂肪酸 多数是4碳以上的长链一元羧酸 醇 甘油 鞘氨醇 高级一元醇和固醇 脂质的元素包括 主要是碳 氢 氧 有的还含有氮 磷 硫 二 脂质的分类按照化学组成分类 1 简单脂质 simplelipid 脂肪酸与醇类形成的酯 有甘油三酯 蜡 2 复合脂质 compoundlipid 除含有脂肪酸和醇外 还含有其它非脂成分 按非脂成分的不同分为 磷脂 甘油磷脂 鞘磷脂糖脂 甘油糖脂 鞘糖脂 3 衍生脂质 derivedlipid 由单纯脂质和复合脂质衍生而来的 如 类固醇 脂蛋白等 按照生物学功能分类 贮存脂质如三酰甘油和蜡 油料种子 为其发芽提供能量和合成前体 很多生物中油脂是能量的的主要贮藏形式 动物抗低温的绝缘层 人和动物的皮下和肠系膜脂肪组织还起防震作用 结构脂质即膜脂 包括磷脂 糖脂和胆固醇 活性脂质活性脂质属小量的细胞成分 但其有专一的重要的生物活性 包括数百种类固醇和萜 类固醇激素包括雄性激素 雌性激素和肾上腺皮类激素 起调控作用 萜类化合物包括人体所必需的脂溶性维生素A D E K和多种光合色素如类胡萝卜素 泛醌 酶辅因子 激活剂等 第二节脂肪酸 一 脂肪酸的结构特点脂肪酸是由一个末端羧基 头 和一条长的烃链 尾 组成的羧酸 烃链多数是线形的 有4 36个碳 分支和含环的很少 脂肪酸的空间构象 按是否含双键或三键分为饱和 不饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸按所含双键的数目分为单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸 天然脂肪酸碳原子数几乎均为偶数 动物 脂肪酸碳骨架线形 双键数1 4 少数达6个 细菌 多为饱和脂肪酸 植物 富含不饱和脂肪酸 含烯键 炔键 羟基 酮基 环氧基等 二 脂肪酸的物理化学性质脂肪酸和含脂肪酸化合物的物理化学性质很大程度上决定于脂肪酸烃链的长度和不饱和程度 溶解度熔点脂肪酸可以发生氧化和过氧化 不饱和脂肪酸可以发生加成反应 三 脂肪酸盐凡是能形成氢键的分子如羟基化合物 胺 巯基化合物 醛和羧酸等都能溶于水 称为亲水 hydrophilic 化合物 脂肪烃和芳香烃及其衍生物不能形成氢键 因而不能溶于水 称为疏水 hydrophobic 化合物 同时具有极性头 亲水 和非极性尾部 疏水亲脂 这样的生物分子称为两亲化合物 amphipathiccompound 如脂肪酸盐 磷脂和糖脂等 脂肪酸盐 如钠皂和钾皂 有亲水基 电离的羧基 和疏水基 烃链 是离子型去污剂 去污剂都是两亲分子 除用于清洁外 还可用于生化实验 常见的离子型去污剂 SDS 常见的非离子型去污剂 tritonX 100 四 必需脂肪酸 essentialfattyacid 亚油酸亚麻酸功能 1 是合成前列腺素 PG 血栓素 TXA 及白三烯 LT 等类二十烷酸的前体物质 2 缺乏可能导致生长迟缓 生殖障碍 皮肤损伤 出现皮疹等 以及肾脏 肝脏 神经和视觉方面的多种疾病 第三节三酰甘油和蜡 三酰甘油 三酰甘油是甘油和脂肪酸形成的三酯 化学通式 酯键 简单三脂酰甘油R1 R2 R3三酰甘油混合三脂酰甘油R1 R2 R3两个或以上不相同大多数天然油脂是简单三酰甘油和混合三酰甘油混合物 常温下呈液态的酰基甘油称油 固态的称脂 三酰甘油的物理化学性质物理性质 1 由酯键产生的性质 皂化 KOH 皂化 化学性质 皂化价 完全皂化1克油脂所需KOH的毫克数 2 由不饱和脂肪酸产生的性质 A 卤化 碘值 不饱和程度 100克油脂卤化吸收碘的克数 B 酸败 rancidity 酸值 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 请思考 怎样在实践中防止酸败 蜡 长链脂肪酸和长链一元醇和固醇形成的酯 脂肪酸多为饱和脂肪酸 蜡有很弱的极性头部和非极性尾部 所以蜡完全不溶于水 主要的蜡 1 蜂蜡 2 白蜡 3 羊毛蜡 第四节磷脂 主要参与细胞膜的组成 1 甘油磷脂2 鞘磷脂 磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链 是优良的两亲分子 极性端 非极性端 其结构母体 磷脂酸 磷脂酸 以甘油为骨架 甘油中第1 2位碳原子的两个羟基分别与两个脂肪酸生成酯 第3位碳原子的羟基则与磷酸生成酯 1 甘油磷酯 甘油磷脂 磷脂酸的磷酸基进一步地被极性醇 胆碱 乙醇胺 丝氨酸等 酯化后形成各种甘油磷脂 表8 3 X 胆碱 乙醇胺 丝氨酸等 2 鞘磷脂 也叫鞘氨醇磷脂 存在高等动物的脑髓鞘和红细胞膜 植物种子 主要由鞘氨醇 脂肪酸 磷酸胆碱组成 鞘氨醇 神经酰胺 鞘脂类的结构母体 鞘磷脂 神经酰胺 Ceramide 脂肪酸部分 鞘磷脂结构 鞘氨醇 Sphingosine 鞘磷脂 Sphingomyelin 磷酸胆碱 神经酰胺部分 第五节糖脂 glycolipid 糖脂是指糖通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂类连接的化合物 包括 1 鞘糖脂2 甘油糖脂 1 鞘糖脂 神经酰胺糖脂 单糖或寡糖通过O 糖苷键与神经酰胺相连 比如 半乳糖脑苷脂 分子中含有半乳糖残基 注意 脑苷脂中没有磷酸基团 半乳糖脑苷脂 2 甘油糖脂也称糖基甘油酯 它是二酰甘油分子sn 3位上的羟基与糖基以糖苷键连接而成 常见 单半乳糖基甘油二酯二半乳糖基甘油二酯植物的叶绿体和微生物的类膜富含甘油糖脂 第六节萜类和固醇类化合物 不含脂肪酸 不可皂化脂类 含量低 但却是重要的活性脂类 1 萜类 基本单位 异戊二烯单萜C10 植物精油成分 倍半萜C15 中草药 双萜C20 叶绿醇 赤霉酸 激素 三萜C30 鲨烯和羊毛固醇 胆固醇前体 四萜C40 类胡萝卜素 番茄红素 玉米黄类 紫菌素 多萜C 18 20 5 醇磷酸 泛醌 天然橡胶 2 类固醇 也称甾类化合物 基本单位是环戊烷多氢菲 包括 固醇和固醇衍生物 胆固醇植物固醇酵母固醇固醇衍生物 类固醇 固醇 1 胆固醇 cholesterol 结构 两亲分子 弱极性头部 C3羟基 和强非极性 C17烷烃侧链 性质 白色 斜方晶体 a 醇基可与脂酸成酯 棕榈酸 硬脂酸 油酸 b 双键可加氢 分布 动物固醇 在脑及神经组织中 肝 肾 肾上腺 卵巢等合成固醇激素的腺体 功能 1 胆固醇是生物膜的重要成分 保证膜在低温时的流动性及正常功能 2 胆固醇是血中脂蛋白复合体成分 与动脉粥样硬化有关 3 胆固醇是合成胆汁酸 类固醇激素 维生素D等生理活性物类的前体 4 肾上腺皮类激素 雌激素 雄激素是从胆固醇衍生而来的 2 植物固醇 phytosterol 不能被动物吸收和利用 可以抑制胆固醇吸收 药用 谷固醇 小麦 大豆等谷物中 豆固醇 大豆中 麦固醇 麦芽中 3 酵母固醇 固醇衍生物 胆汁酸胆固醇代谢产物 去污剂 类固醇激素 雄性激素 雌性激素等 维生素D 第七节血浆脂蛋白 Lipoprotein 血浆脂蛋白是由脂类和蛋白质以非共价键 疏水作用 范德华力和静电引力 结合而成的复合物 血浆脂蛋白的分类与命名 血浆脂蛋白依密度分为 1 乳糜微粒 2 极低密度脂蛋白 VLDL 3 中间密度脂蛋白 IDL 介于VLDL与LDL中间 4 低密度脂蛋白 LDL 5 高密度脂蛋白 HDL 1 电泳法分类依据 各类脂蛋白颗粒中蛋白质含量不同而有不同的表面电荷 在电场下产生不同的迁移率 电泳法将血浆脂蛋白分为四类 乳糜微粒 脂蛋白前 脂蛋白 脂蛋白血浆脂蛋白的电泳图谱 原点 2 密度梯度超速离心法分类依据 各脂蛋白颗粒有不同的密度 超离心时有不同的沉降速率 密度梯度超速离心法 在离心管中用4 20 W W 蔗糖浓度不同 密度不同 的蔗糖溶液 形成由管底到液面逐渐降低的梯度 将样品放在密度梯度溶液的表面 离心时 不同大小的颗粒沉降到与自身密度相等的介质密度梯度时 即停止不前 最后各种颗粒在离心管中被分离成各自独立的区带 再进行针刺采样分析 梯度介质 蔗糖密度梯度系统 血浆脂蛋白的结构 球状颗粒核心 疏水脂 包括三酰甘油和胆固醇酯 外壳层极性脂 磷脂和游离胆固醇 载脂蛋白载脂蛋白的功能 1 作为疏水脂质的增溶剂 构成并且稳定脂蛋白的结构 2 作为脂蛋白受体的配体 决定脂蛋白和细胞膜上的脂蛋白受体的结合及其代谢过程 血浆脂蛋白的功能 运载脂类 1 乳糜微粒 从小肠运输甘油三酯和胆固醇及其它脂类到血浆和其它组织 2 极低密度脂蛋白 VLDL 在肝脏中生成 将甘油三酯和胆固醇运输到靶组织中 3 中间密度脂蛋白 IDL 介于VLDL与LDL中间 4 低密度脂蛋白 LDL 胆固醇的主要载体 5 高密度脂蛋白 HDL 在肝脏和小肠中生成 清除残余的脂类 小结 脂质 化学组分 单纯脂质三酰甘油蜡复合脂质磷脂甘油磷脂 卵磷脂 脑磷脂等 鞘磷脂 鞘氨醇 神经酰胺 糖脂甘油糖脂 糖苷键 鞘糖脂 神经酰胺 衍生脂质脂肪酸 必需脂肪酸类二十碳烷固醇类 胆固醇 胆酸 肾上腺激素等 萜类 天然色素 橡胶等 脂蛋白2 贮存脂质生物功能结构脂质活性脂质 二 生物膜的组成与结构 目的与要求 要求掌握生物膜的组成和结构特点 第一节生物膜的组成和性质 生物膜 biomembranes 是包括细胞膜在内的细胞中全部膜结构的统称 A细胞膜B腔膜C线粒体膜D消化泡 次级溶酶体 E内质网膜F分泌泡 所有生物膜主要由蛋白质 脂质和糖类组成 还含有少量的金属离子和水 一 膜脂 lipid 磷脂 少量糖脂和胆固醇的总称 其中以磷脂为主要成分 化学组成 磷脂分子在水溶液中存在的几种结构形式 双层微囊 脂质体 水 空气 微团 磷脂分子 单体 脂单层 糖脂也是构成双层脂膜的结构物质 主要分布在细胞膜外侧的单分子层中 动物细胞膜所含的糖脂主要是鞘糖脂 单糖通过 糖苷键与神经酰胺连接 糖脂 Glycosphingolipids 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 可以分为膜周边蛋白质和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 二 膜蛋白 这类蛋白质约占膜蛋白的20 30 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 膜周边蛋白质与膜的结合比较疏松 容易从膜上分离出来 改变离子强度 加入金属螯合剂 膜周边蛋白质能溶解于水 膜周边蛋白质 peripheralprotein 膜内在蛋白质 integralprotein 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 这类蛋白的特征是不溶于水 主要靠疏水键与膜脂相结合 而且不容易从膜中分离出来 去垢剂 有机溶剂 超声波等 内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分 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 生物膜膜周边蛋白 膜内在蛋白示意图 a b c 膜内在蛋白质 d e 膜周边蛋白质 膜蛋白与脂双层结合的主要形式 血影蛋白 Sectrin 膜脂双层 膜脂双层 三 膜糖 生物膜中含有一定的寡糖类物质 它们大多与膜蛋白结合 少数与膜脂结合 糖类在膜上的分布是不对称的 全部都处于细胞膜的外侧 生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖 半乳糖胺 甘露糖 葡萄糖和葡萄糖胺等 生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重要作用 第二节生物膜结构的特点 一 生物膜中分子间的作用力静电力 疏水作用 范德华引力二 生物膜结构的主要特征膜组分的不对称分布膜脂和膜蛋白的流动性三 生物膜分子结构模型 流体镶嵌 模型 人红细胞膜主要磷脂在脂双层的两侧分布 占总量的百分比 50 25 50 25 外层 内层 膜脂总量 鞘磷脂 磷脂酰胆碱 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺 蛋白质的分布也是不对称的 不对称导致膜两侧的电荷和流动性等的差异 1 膜脂的相变 相变温度 Tc 凝胶态 液晶态 生物膜的流动性 1 膜脂的流动性 2 膜脂分子运动的几种方式 侧向扩散 翻转扩散 摆动 扭动 通过细胞膜融合证明膜蛋白运动 2 膜蛋白的运动性 侧向运动 人鼠细胞杂交 Singer Nicol