第2章脂类物质.doc

第二章 脂类物质2.1 脂 类 一、简单脂 二、复合脂 三、萜类、类固醇及前列腺素2.2 生物膜 一、生物膜的组成和结构 二、生物膜的物质运送功能 脂类：能溶于有机溶剂而不同于水的化合物。脂类的生物学功能： 1、构成生物膜的重要物质。 2、机体代谢所需能量的贮存形式和运输形式。 3、为机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂溶性维生素。 4、具有营养、代谢、调节功能。 5、保护作用。 6、与细胞识别、种（属）特异性和组织免疫等有密切关系。2.1 脂 类一、简单脂（一）甘油酯类 1、结构 根据脂肪酸数，分单脂酰甘油酯、二脂酰甘油酯 和三脂酰甘油酯。三脂酰甘油酯（甘油三酰酯、油脂）结构通式：R1、R2、R3：各脂肪酸的烃基。脂肪酸羧基的OH与 甘油醇基的H连接形成酯键。 脂肪酸 结构：一端带有羧基的长的碳氢链。 不同脂肪酸之间的区别在于碳氢链的长度、饱和与否以及双键的数目和位置。碳原子是从羧基碳（1位碳）开始编号，与羧基碳相邻的碳原子（2位碳）为碳，3位碳和4位碳分别为和碳，末端的甲基碳为碳原子或n碳原子。 表示双键位置和数目的不同方法：9：表示双键在脂肪酸的第9和第10位碳之间。9：表示从碳开始计数，双键在第9为碳上。例如：高等动、植物脂肪酸的共同特点脂肪酸链长为1420个碳原子的占多数，且都是偶数，最常见的是16个或18个碳原子的酸。12碳以下的饱和脂肪酸大量存在于哺乳动物的乳脂中。饱和脂肪酸中 最常见的是软脂酸和硬脂酸。不饱和脂肪酸中最常见的是油酸。高等植物和低温生活的动物中，不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。单不饱和脂肪酸的双键位置一般在910位碳之间；多不饱和脂肪酸中的一个双键一般也位于910位碳之间，其他双键位于9位碳和碳氢链的末端甲基之间，且在两个双键之间往往存在一个亚甲基。少数植物的不饱和脂肪酸中含有共轭双键： （-CH=CH-CH=CH-)细菌所含的脂肪酸种类比高等动、植物的少得多，且绝大多数为饱和脂肪酸。细菌的不饱和脂肪酸只有一个双键，哺乳动物体内能够合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，但不能合成亚油酸、亚麻酸 。不饱和脂肪酸几乎都具有相同的几何构型，且都属于顺式，只有极少数的属于反式。 甘油与水或乙醇可任意比例互溶。不溶于乙醚、氯仿及苯。鉴定甘油。 甘油在脱水剂（如硫酸氢钾、五氧化二磷）存在下加热，生成丙烯酸，成为有刺激性臭味的气体。2、甘油三酰酯的理化性质（1）物理性质无色、无味、无臭，呈中性，不溶于水，溶于脂溶剂。在有乳化剂存在下，油脂能和水混合成乳状液。脂肪能溶解脂溶性维生素和某些有机物质。（2）化学性质水解和皂化脂肪能被酸、蒸汽及酯酶水解,产生甘油及脂肪酸。 如果是碱作用，则得甘油和脂肪酸盐（皂），碱水解脂肪也叫皂化。皂化价皂化1g脂肪所需的KOH的毫克数。碘价100g脂类样品所能吸收碘的克数。氧化脂肪中不饱和脂肪可被分子氧或活性氧氧化，生成脂肪酸过氧化物。酸败天然油脂暴露在空气中经相当长的时间后败坏而发生臭味酸败。 酸价中和1g脂类的游离脂肪酸所需的KOH克数。酸败原因：水解，氧化乙酰化含羟基的甘油酯和醋酸酐作用生成乙酰化酯（乙酰基与OH基结合）。乙酰价：中和由乙酰酯经皂化释放出的乙酸所需的的毫克数。（二）蜡蜡是脂肪酸与高级脂肪醇形成的酯。天然的蜡中往往含有一些游离的脂肪酸和脂肪醇。蜂蜡是软脂酸与三十碳醇所成的酯。二、复合脂除含有醇类、脂肪酸外，还含有其他物质的脂复合脂。如：磷脂、糖脂、脂蛋白等。（一）磷脂为含磷酸的复合脂。是细胞膜的重要成分。分为甘油醇磷脂和鞘氨醇磷脂。、甘油醇磷脂是由甘油、脂肪酸、磷酸和其他基团（如胆碱、乙醇胺、丝氨酸、脂性醛基、脂酰基或肌醇等）组成。是磷脂酸的衍生物。甘油醇磷脂的通式：、：脂酰基的碳氢基。：其他基团。、：甘油碳链立体专一序数（、位置不能交换） 。所有甘油衍生物的名称前应冠以符号。如：磷酸甘油磷酸甘油（）磷脂酰胆碱（卵磷脂）1.结构：含甘油、脂肪酸、磷酸、胆碱等基团，结构和三脂酰甘油不同的是1个脂酰基被磷酰胆碱基所代替。磷脂酰胆碱有 型与型之分， 型即磷酰胆碱基连接在甘油的第3碳位上， 型的磷酰胆碱基连接在第碳位上。两亲化合物同一种分子含有极性端和非极性端的化合物。2.脂肪酸常见的有：软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。（）磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸（脑磷脂）结构：结构和卵磷脂相似，只是以乙醇胺和丝氨酸代替胆碱。性质：和卵磷脂相似，但卵磷脂溶于乙醇，而脑磷脂不溶于乙醇，可将二者分离开。脂肪酸常见的有：软脂酸、硬脂酸、油酸及少量的二十碳四烯酸。（二）糖脂糖脂：一个或多个单糖残基与单脂酰甘油或二脂酰甘油的羟基，或与鞘氨醇或神经酰胺上的羟基以糖苷键相连所形成的化合物。（三）脂蛋白脂蛋白可根据其蛋白质组成大致分为：核蛋白类、磷蛋白类和单纯蛋白类。固醇衍生物典型代表：胆汁酸人胆汁中含有3种不同的胆汁酸： 胆酸、脱氧胆酸和鹅脱氧胆酸。 胆酸是乳化剂，能降低水和油脂的表面张力，使肠腔内油脂乳化成微粒，增加油脂与消化液中脂肪酶的接触面积，便于油脂的消化吸收。2.2 生 物 膜所有的细胞都以一层薄膜将它的内含物与外界环境分开。这层膜称细胞膜（原生质膜或质膜）。另外，大多数细胞中还含有许多内膜系统，组成具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器。构成这些细胞器的膜称为胞内膜。细胞的外周膜以及内膜系统通称为生物膜。*生物膜的功能1、生物膜结构是细胞结构的基本形式，为细胞内很多生物大分子的有序反应和整个细胞的区域化提供了必需的结构基础。使各个细胞器和亚细胞结构既各自具有恒定、动态的内环境又相互联系、相互制约，从而使整个细胞活动有条不紊、协调一致的进行。2、在物质运输、能量转换、细胞识别 、细胞免疫、神经传导、代谢控制等许多重要过程中以及激素和药物的作用、肿瘤的发生等都与生物膜有关。 一、生物膜的组成和结构生物膜的组成 主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、蛋白质（包括酶）和多糖类组成，还含有水和金属离子等。 生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的差别。功能复杂或多样的膜，蛋白质占的比例较大；相反，功能越简单， 膜蛋白的种类和含量就越少。（一）生物膜的化学组成1、脂质脂质是构成生物膜最基本的结构物质脂质包括磷脂、胆固醇和糖脂等，其中以磷脂为主要成分。 （1）脂质的种类磷脂的特点磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂性的脂肪酸链，是优良的两亲性分子。磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作用，能够形成双层脂膜结构或微团结构。磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂膜。磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双层脂膜）的特性。2.糖脂糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。3.胆固醇（Sterols）胆固醇是一种类脂化合物, 在生物膜中含量较多。胆固醇以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂类的物理状态有一定的调节作用，有利于保持膜的流动性和降低相变温度。2、膜蛋白质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： 外周蛋白和内在蛋白。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。膜蛋白都是功能蛋白：有的是受体蛋白；有的是运送蛋白；有的是酶类。 蛋白质含量越高，种类越多，膜的功能越复杂。 外周蛋白（peripheral protein）这类蛋白约占膜蛋白的2030%，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脂的极性头部结合。外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。外周蛋白能溶解于水。内在蛋白（integral protein）内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部镶嵌在双层脂膜中，或横跨全膜。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。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a-螺旋和b-折叠形式存在，其中又以a-螺旋更普遍。3、糖类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，在质膜和胞内膜中，糖基链都分布于非细胞质一侧。生物膜中的糖类化合物犹如细胞的化学天线，在信息传递和细胞识别、细胞免疫方面具有重要作用。膜脂分布的不对称性如：膜两侧质子梯度的产生、物质的跨膜运送、信息传递等生理过程都需要膜的方向性。膜两侧不同组分的协同作用是生物膜迅速、准确地完成其复杂功能的保障。保证膜功能的方向性。*生物膜结构上的两侧不对称性的意义:保证膜功能的方向性（三）生物膜的流动性包括：膜脂流动性和膜蛋白流动性 。1、膜脂的流动性（膜脂的运动状态）在相变温度以上，膜脂分子具有5种运动方式：脂酰烃链绕C-C键旋转，导致异构化运动。膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴左右摆动。膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴作旋转运动。膜脂分子在膜内沿膜的平面作侧向扩散或侧向移动。膜脂分子在脂双层中由一单分子层倒翻至另一层。（四）生物膜的结构模型组成膜的脂类双分子层是构成膜结构的基础。脂双层有双重作用。既是内在蛋白的溶剂，又是物质通透的屏障。在生理条件下，膜脂处于流动状态，生物通过改变膜脂的脂肪酸组成等因素进行调节，控制其流动性。流动镶嵌模型（1972，美国Singer , Nicolson ）膜蛋白在脂双层中可以自由地侧向扩散， 但一般不能从膜的一侧翻转到另一侧。外周蛋白分子附着在膜两侧表面。内在蛋白以不同浓度镶嵌在脂双层中，有的贯穿整个膜。其分子中有疏水结构域和亲水结构域，疏水域埋在膜双层中心， 与膜脂疏水尾亲和，亲水域朝向膜的表面。 脂双层结构对于内在蛋白构象的形成和功能表现都是必要的，若脱离膜，内在蛋白就失活。 生物膜具有保护、转运、能量转换、信息传递、运动和免疫等生物功能。二、生物膜的功能1保护功能2、能量转换功能真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜上进行。原核细胞的氧化磷酸化则是在细胞质膜上进行。光合磷酸化主要在叶绿体膜上进行。3、信息传递功能4、运动功能5、免疫功能6、物质运送功能（1）物质的穿膜运送指物质进出生物膜时要穿过膜的结构。分为：被动运送和主动运送。 被动运送物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，即沿着浓度梯度（膜两边的浓度差）的方向跨膜转运的过程。这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是一个不需要外加能量的自发过程。分为： 简单扩散和促进扩散。主动运送主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。是逆浓度梯度或逆电化学梯度运送物质的过程。由膜上的专一载体蛋白帮助完成（起泵的作用） 。主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。这一过程一般都与ATP的释能反应相偶联。a. Na+、K+的主动运输 细胞内外Na+、K+的浓度明显不同： 细胞内，高K+、低Na+；细胞环境,高Na+、低K+。 这种现象是由于细胞膜对 Na+或K+逆浓度梯度主动运送的结果。 执行这种主动运送功能的复合物称Na泵。也叫Na+-K+-ATP酶。Na泵由两个亚基组成：跨膜的催化亚基和与其结合的糖蛋白。 催化亚基在膜内侧有Na+和ATP结合的位点，外侧有K+结合的位点。 Na+-K+泵每将一个ATP水解为ADP，泵就运送3个Na+由胞内至胞外。 并将2个K+从胞外带入胞内。 b . 糖和氨基酸的协同运送协同运送有些细胞对葡萄糖和氨基酸的吸收是伴随着Na+或K+顺浓度梯度流动一起进入细胞的。主动转运的特点: 膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。 载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只能转运一种或一类物质。 方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行转运。如细胞为了保持膜内、外的K+和Na+离子的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过主动转运方式，向内泵入K+，而向外泵出 Na+。 主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。 主动转运所需的能量一般由ATP提供。（2）物质的膜泡运送生物膜对大分子的运送主要通过膜泡运送的方式进行。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。每次能大批量的运送物质。分为：外排作