2013--脂类与生物膜

第五章脂类与生物膜,生物化学,第一节生物体内的脂类,脂类（lipids）不溶于水，而溶于非极性有机溶剂，生物体能量的储存物质，其中磷脂类参与构成生物膜，个别具有特殊生理活性（维生素、激素）,（1）单纯脂：脂肪酸与醇类形成的酯。三酰甘油、蜡（2）复合脂：脂肪酸、醇类、非脂性物质（蛋白质、含氮化合物、糖、鞘氨醇）磷脂、糖脂、脂蛋白（3）不含脂肪酸、非皂化的脂固醇类、萜类、脂溶性维生素,脂肪酸是指具有长碳氢链和一个羧基末端的有机化合物的总称。线形不分支，无环状结构。,一、脂肪酸、脂肪和蜡,1、脂肪酸（fattyacid）,软脂酸（16C）硬脂酸（18C）油酸（18:1）亚油酸（18:2）亚麻酸(18:3)花生四烯酸(20:4),饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸,必须脂肪酸,脂肪酸分类,脂肪酸表示法,从羧基端开始计数，先写出碳原子的数目，在冒号后边写出双键数目（没有写0)，在右上角标明双键位置（开始的位置）和几何构型。如油酸为18：1cis9,反式是trans.,脂肪，也称为三酰基甘油酯。在植物中的甘油三酯中脂肪酸主要是不饱合脂肪酸，因此呈液态，称为油(oil)，动物的甘油三酯主要含饱合脂肪酸较多，呈固态，称为脂(fat)，合称油脂。三酰基甘油酯的结构通式：,酰基,2、脂肪（fats）（三酰甘油）,甘油三酯,脂,油,三酰甘油（甘油三酯）：单纯甘油酯混合甘油酯二酰甘油（甘油二酯）：单酰甘油（甘油单酯）：,3、蜡（waxes）,长链脂肪酸+长链一元醇（或固醇）形成的酯,常温为固体，可溶于醚、苯等，不被脂肪酶水解，不易皂化,植物蜡：植物表面的蜡质层动物蜡：昆虫分泌物，蜂蜡等,根据磷脂的主链结构（醇基）的不同，可将磷脂分成两大类：甘油磷脂：甘油、脂肪酸、磷酸、含氮碱性化合物。鞘氨醇磷脂（鞘磷脂）：以鞘氨醇代替了甘油。,二、磷脂、鞘磷脂、鞘糖脂,甘油磷脂也称磷酸甘油酯，为含磷酸的复合脂,结构特征,二酰化甘油磷酸酯，叫做磷脂酸,1.甘油磷脂（glycerophospholipids),极性头基,非极性尾部,甘油磷脂结构通式,两个长长的碳氢链形成两个非极性的尾巴，含磷酸的一端则是极性的头部，各种磷酸甘油酯的差别就在于其极性头的大小，形状和电荷的差异。,主要的磷脂酰甘油酯,（1）磷脂酰胆碱（卵磷脂）（PC）,胆碱（choline),HO-CH2-CH2-N+(CH3)3,卵黄中含量多。,（2）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）（PE）,胆胺,HO-CH2-CH2-N+H3,最初从脑组织和神经组织中提取的，所以称为脑磷脂。,（3）磷脂酰丝氨酸（PS）,（4）磷脂酰甘油（PG）,（5）二磷脂酰甘油（心磷脂）,（6）磷脂酰肌醇（PI）,肌醇,PIP，PIP2,2.鞘磷脂(sphingomyelin),鞘磷脂，即鞘氨醇磷脂。组成：鞘氨醇、脂肪酸、磷酸、胆碱或乙醇胺（1）鞘氨醇的结构：18个碳的氨基二醇,（2）神经酰胺2位NH2被一的长链脂肪酸（C18-C26）酰化，具有两个非极性尾部的化合物,（3）鞘磷脂极性头是由磷酸胆碱或磷酸乙醇胺的磷酸基和神经酰胺的第一个碳羟基以酯键相连。,鞘磷脂的性质和磷脂酰胆碱以及磷脂酰乙醇胺的性质很相近,糖脂是指糖通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。根据脂质的不同可分为：甘油醇糖脂鞘氨醇糖脂（鞘糖脂）,（1）命名与分类,3.糖脂（glycolipids),（2）甘油（醇）糖脂,单半乳糖基甘油二酯,甘油、脂肪酸、糖类,（3）鞘糖脂（神经酰胺糖脂）：鞘氨醇、脂肪酸、糖类单糖、双糖或寡糖通过糖苷键与神经酰胺相连脑苷脂：半乳糖苷神经酰胺、葡萄糖苷神经酰胺硫脑苷脂：脑苷脂被硫酸化，在生理pH下带负电荷。神经节苷脂：寡糖链(带有一个或多个唾液酸残基)与神经酰胺形成的鞘糖脂。,脑苷脂,脑硫脂,（一）萜类属于非皂化的脂类，它的基本结构是异戊二烯,三、胆固醇和萜类,结构,（二）固醇类的胆固醇,极性头,甾核,烷烃侧链,存在于动物细胞膜、少数微生物中神经组织中含量较多，血液、胆汁、肝、肾、皮肤组织中均有存在形式游离形式与脂肪酸结合形成胆固醇酯（血浆蛋白及细胞外膜的重要组分）,第二节生物膜的化学组成,膜脂生物膜基本骨架膜蛋白多种方式与脂双层结合膜糖质膜表面,磷脂糖脂固醇,膜内在蛋白（整合膜蛋白）膜外在蛋白（周边膜蛋白）,与脂类结合-糖脂与蛋白结合-糖蛋白,生物膜的化学组成,一、膜脂（MembraneLipid）,膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型（一）磷脂(phospholipid)是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50以上。为两性分子（由1个亲水的头部和2个疏水的尾部组成，尾部含有12个双键）在生物膜中双分子排列，构成生物膜的骨架,（二）糖脂,总量5%以上普遍存在于原核和真核细胞质膜上。在神经细胞膜上含量较高。糖脂均位于膜的非胞质面,（三）固醇,存在于动植物微生物细胞膜上，双性分子，含量约膜脂的1/3动植物微生物细胞生物膜所含固醇种类不同功能是提高膜的稳定性，调节流动性，降低水溶性物质的通透性,二、膜蛋白（MembraneProtein）,膜蛋白是膜功能的主要体现者。核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据与膜脂结合的不同方式和分离的难易程度可分为：膜内在蛋白（整合膜蛋白）膜外在蛋白（周边膜蛋白）,外周蛋白脂锚蛋白,（一）膜内在蛋白（integralproteins）又称为整合蛋白，多为跨膜蛋白，占膜总蛋白70-80%以不同程度嵌入脂双层的内部，含较多的疏水性氨基酸，与膜脂的疏水部分结合牢固，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来，常用SDS和Triton-X100。,（二）膜外在蛋白(peripheralmembraneprotein)占膜总蛋白的20-30%，靠离子键或其它较弱的键与膜脂的极性头或某些膜蛋白的亲水部分结合，与膜连接较松散，较轻柔方法（置于高、低渗或极端pH溶液中）即可破坏蛋白之间的连接而不损伤脂双层。,三、膜糖类,真核细胞表面均有糖类，位于膜的非胞质侧，暴露于细胞外面，形成“特异天线”，接受外来化学信号，参与细胞识别和与外界交换信息膜糖类存在的形式1.单个糖链共价结合于膜脂分子形成糖脂2.单个糖链共价结合于膜蛋白分子形成糖蛋白3.多个糖链共价结合于膜蛋白分子形成蛋白多糖,第三节生物膜的结构,生物膜结构的理论模型1899年脂质双分子层模型1935年三夹板模型1964年单位膜模型1972年流动镶嵌模型（流动的脂质双分子层是构成膜的主体，蛋白质像“冰山”一样分布在脂质双分子层的“海洋”中）,流动镶嵌模型：强调膜的不对称性和流动性,一、膜的流动性,膜脂和膜蛋白处于不断的运动状态，称为膜的流动性，是细胞进行生命活动的必要条件。,1.膜脂运动的种类.侧向扩散（lateraldiffusion）.翻转运动（flip-flop）.旋转运动（rotation）.弯曲运动（flexion）,2.影响脂双层流动性的因素,相变（phasetransition）:由同一种类型磷脂合成的脂双层，可在一个凝固点上由液态转变为凝胶状态，这种物态的转变叫相变。相变温度越低，膜从液态转变为固态的速度越慢，膜的流动性越能保持。,脂肪酸链的饱和度越不饱和相变温度膜流动性脂肪酸链的链长链越短相变温度膜流动性胆固醇含量越多膜流动性卵磷脂/鞘磷脂比例越高膜流动性膜蛋白和膜脂的结合方式,3.膜蛋白在膜中的运动1.侧向扩散2