食品生物化学第2章脂类物质.ppt

1、第二章 脂类物质,主要内容,概述 结构和命名 油脂的化学性质 油脂加工化学 生物膜与物质运输,3.1.1 酯（ Lipids ）,3.1 概述,定义：不溶于水而溶于有机溶剂的疏 水性化合物。 95%的植物和动物脂类是脂肪酸甘油酯，即脂肪（fat）。 脂：室温下为固体 油：室温下为液体,一、构成体质 二、功能与保护机体 三、提供必需脂肪酸与促进脂溶性维生素的吸收 四、增加饱腹感和改善食品感官性状,脂类的生理功能,1）构成体质,脂类是人体的重要组成部分。 皮下脂肪是机体的储存组织，一个体重65kg的成人含脂肪约9kg，肥胖者可高达100kg以上，绝大部分以三酰甘油酯形式存在。,2）功能与保护机体,

2、脂肪热量最高的营养素(39.58kJ/g) ，所含能量比碳水化合物和蛋白质高约一倍。若机体摄食能量过多，体内储存脂肪增多，人就会发胖。 若机体3d不进食，机体并不能利用脂肪酸分解,合成葡萄糖以供脑和神经细胞能量需要。在饥饿、供能不足时就必须消耗肌肉组织中的糖原和蛋白质。这正是“节食减肥”的危害之一。 脂肪还隔热、保温，支持和保护体内各种脏器，使之不受损伤，从而具有保护机体的作用。,3）提供必需脂肪酸促进脂溶性维生素的吸收,脂肪所含多不饱和脂肪酸中，有的是机体的必需脂肪酸。它们除了是组织细胞，特别是细胞膜的结构成分之外，还具有很重要的生理功能。 此外，脂类中还含有脂溶性维生素，食物脂肪有助于脂溶

3、性维生素的吸收。,4）增加饱腹感和改善食品感官性状,脂类在为中停留时间较长（碳水化合物在胃中迅速排空，蛋白质排空较慢，脂肪更慢。一次进食含50g脂肪的高脂膳食，需46h才能在胃中排空），因而使人有高度饱腹感。 脂肪还可改善食品的感官性状，提供滑润的口感，光润的外观，塑性脂肪的造型功能。如油炸食品等特有的美味感，没有脂肪是不会有的。,Lipids通常具有下列共同特征:,不溶于水而溶于乙醚、石油醚、氯仿、丙 酮等有机溶剂。 大多具有酯的结构，并以脂肪酸形成的酯 最多。 都是由生物体产生，并能被生物体所利用。 例外：卵磷脂、鞘磷脂和脑苷脂类。,食用脂的两种形式,游离脂，或可见脂肪 是指从植物或动物中

4、分离出来的脂 如奶油、猪油或色拉油 食品组分 是指存在于食品中，作为食品的一部分 不是以游离态存在 例如肉、乳、大豆中的脂,3.1.2 分类,按化学结构分：,简单脂质 酰基甘油 甘油+脂肪酸 （占天然脂质的95%） （simple lipids） 蜡 长链脂肪醇+ 长链脂肪酸,复合脂质 磷酸酰基甘油 甘油+脂肪酸+磷酸盐+含氮基团 （complex lipids） 鞘磷脂类 鞘氨醇+脂肪酸+磷酸盐+胆碱 脑苷脂类 鞘氨醇+脂肪酸+糖 神经节苷脂类 鞘氨醇+脂肪酸+碳水化合物,衍生脂质 类胡萝卜素，类固醇，脂溶性维生素等 （derivative lipids）,3.2 结构与命名,1. Stru

5、cture of Fats结构,2. Nomenclature 命名,3.2.1 结构,fat是甘油与脂肪酸生成的一酯,二酯和三酯,R1= R 2 = R 3，单纯甘油酯； Ri 不完全相同时，混合甘油酯； R1R3，C2原子有手性，天然油脂多为L型。 碳原子数多为偶数，且多为直链脂肪酸。,3.2.2 命名,系统命名法 末端羧基C定为C1，明确双键位置,数字命名法,n: m （n-碳链数, m-双键数） 例： 18:0 18:1 18:2 18:3 位置,CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH,从此端编号,从此端编号 记作:数字,-命名系统： 分子末端甲基碳原子开始确定第一个双键的位

6、置 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 亚油酸 18：26 或 18：2 （n6）,天然多烯酸（一般会有2-6个双键）的双键都是被亚甲基隔开的。 5,8,11,14-二十碳四烯酸，或20:46（或 n6） 4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸或22:63（或 n3）,顺式脂肪酸（cis-）：氢原子都位于同一侧，链的形状曲折，看起来象U型。 反式脂肪酸（trans-)：氢原子位于两侧，看起来象线形。,顺式脂肪酸与反式脂肪酸,反式脂肪酸是如何产生的？, 由液态油形成浓缩植物油（固化）的过程，即“氢化油”的“氢化”过程。这个过程使不饱和脂肪酸为主的植物油引入了

7、氢分子，将液态不饱和脂肪酸变成易凝固的饱和脂肪酸，从而使植物油变成黄油一样的半固态甚至固态。在这个过程中，有一部分剩余不饱和脂肪酸发生了“构型转变”，从天然的“顺式”结构异化成“反式”结构，从而形成反式脂肪酸。 高温加热过程中，光、热和催化剂作用使植物油脂肪酸异化成反式脂肪酸。,反式脂肪酸的危害有哪些？, 反式脂肪酸会引发动脉阻塞而增加心血管疾病的危险性。 新近的研究结果证实反式脂肪酸增加糖尿病危险，用多不饱和脂肪酸代替膳食中的反式脂肪酸可以降低2型糖尿病的危险。 反式脂肪酸能通过胎盘以及母乳转运给胎儿，婴儿及新生儿会因母亲摄入反式脂肪酸而被动摄入，从而造成以下影响：容易患上必需脂肪酸缺乏症；

8、对视网膜、中枢神经系统和大脑功能的发生、发展产生不利影响，从而影响生长发育。 可能会诱发肿瘤，部分研究证实反式脂肪酸与乳腺癌的发生成正相关。,怎样辨别食物中是否含有反式脂肪酸以及如何避免？,首先，看食品的配料清单，如果含有“人造奶油”、“色拉油”、“起酥油”、“氢化植物油”、“部分氢化植物油”等，那么该食品就含有反式脂肪酸。在购买时应尽量避免。 其次，自我控制，养成良好的膳食习惯，避免大量进食如快餐、烘焙食物、薯片、炸薯条等。,WHO,FAO,中国营养协会推荐 1： 1： 1,饱 和 脂 肪 酸,单 不 饱 和 脂 肪 酸,多 不 饱 和 脂 肪 酸,Concept,必需脂肪酸 (Essent

9、ial Fatty Acids, EFA) 维持哺乳动物正常生长所必需，但是体内又不能合成的脂肪酸。 以往认为必需脂肪酸共有三种，亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。但是现代医学研究表明只有亚油酸、亚麻酸是必需脂肪酸，只要亚油酸供给充足，人体可以利用亚油酸合成花生四烯酸。,3.3油脂的化学性质1.水解反应2.氧化反应3.脂肪在高温下的化学反应4.辐照5.衡量油脂质量的参数,1. 水解反应 (Lipolysis Reaction),Fats +H2O Free Fatty Acid,加热、酸、碱及脂解酶,乳脂水解释放出短链脂肪酸，使生牛奶产生酸败味；但添加微生物和乳脂酶能产生某些典型的干酪风味。,在油炸

10、食品时，食品中大量水分进入油脂，在较高温度下，油脂主要产生脂解反应，导致游离脂肪酸含量增加，通常引起油脂发烟点和表面张力降低，以及油炸食品品质变劣。,油炸发烟，影响风味,水解酸败,动物脂肪高温提炼灭酶,动物脂肪在加热精炼的过程中使脂肪水 解酶失活，从而减少游离脂肪酸的含量。,表3-1 油脂中游离脂肪酸含量与发烟点的关系,2.氧化反应 (oxidation Reaction),油脂在食品加工和贮藏期间，因空气中的氧气、光照、微生物、酶等的作用，产生令人不愉快的气味，苦涩味和一些有毒性的化合物的现象。,与营养、风味、安全、贮存、经济有关 食品变质的主要原因之一 产生挥发性化合物，不良风味 受多种因

11、素影响,氧化能降低食品营养价值，某些氧化产物可能具有毒性； 在某些情况下，脂类进行有限度的氧化是需要的。 例如：产生典型的干酪或油炸食品的香气。,Mechanism：,自动氧化 光敏氧化 酶促氧化,氧化的初产物是氢过氧化物(ROOH, Hydroperoxides),Mechanism：,自动氧化 光敏氧化 酶促氧化,(1) ROOH形成途径,(2) ROOH的分解,(3) ROOH的聚合,(4) 醛的氧化与聚合,2.1 自动氧化(Autoxidation),自动氧化是脂类氧化变质的主要原因，它导致含脂食品产生的不良风味，称为哈喇味。 有些氧化产物是潜在的毒物 有时为产生油炸食品的香味，希望脂

12、类发生轻度氧化。,自动氧化过程相当复杂，涉及许多中间反应和中间产物，因此，一般采用模拟体系进行研究，例如选用一种不饱和脂肪酸或者它的中间产物，在一定条件下研究其氧化过程。,大量的研究表明，脂肪自动氧化是典型的自由基链反应历程。可简化为三个阶段：,链引发 链传递 链终止,（诱导期）,光、热、金属,慢,快,烷基自由基,过氧化自由基,(1) Formation of ROOH, 油酸 ： 先在双键的-C处形成自由基，最终生成四种ROOH。, 亚油酸： -C11同时受到两个双键的双重激活，首先形成自由基，后异构化，生成两种ROOH。, 亚麻酸： 在C11、C14处易引发自由基，最终生成四种ROOH。其

13、氧化反应速度比亚油酸更快。,不饱和双键与激发态氧直接发生的氧化反应。 光敏化剂(Sensitizers;简写Sens) 含脂肪的食品中，一些天然色素，例如叶绿素和肌红蛋白以及人工合成的色素赤鲜红都可以作为光敏剂，产生激发态氧。 -胡萝卜素则是最有效的光敏淬灭剂，此外，生育酚、原花青素、儿茶素等也具有这种作用。,2.2 光敏氧化 Photosensitized Oxidation,维生素E是一种脂溶性维生素，又称生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。生育酚能促进性激素分泌，提高生育能力，预防流产，还可防治更年期综合症。 富含维生素E的食物： 猕猴桃 坚果（包括杏仁、榛子和胡桃） 向日葵籽、玉米、橄榄、

14、花生、山茶等压榨出的植物油 红花、大豆、棉籽和小麦胚芽（最丰富的一种） 菠菜、甘蓝、甘薯、山药、莴苣、卷心菜、菜花等绿叶蔬菜是含维生素E比较多的蔬菜 奶类、蛋类、鱼肝油也含有一定的维生素E。,原花青素是Oligomeric Proantho Cyanidins（OPC）的中文学名，是一种有着特殊分子结构的生物类黄酮；是目前国际上公认的清除人体内自由基最有效的天然抗氧化剂。 一般为红棕色粉末，气微、味涩，溶于水和大多有机溶剂。 一般为葡萄籽提取物或法国海岸松树皮提取物。 实验证明，OPC的抗自由基氧化能力是维生素E的50倍，维生素C的20倍，并吸收迅速完全，口服20分钟即可达到最高血液浓度，代谢

15、半衰期达7小时之久。,儿茶素是茶叶的重要成分，有苦涩味，棕黄、淡黄或黄绿色粉末。它为还原性多元酚类物质，在水溶液中易被空气氧化，常用作抗氧化剂。 儿茶素类化合物因多含酚性羟基，故极易发生氧化，聚合，缩合等变化，决定其具有较好的抗氧化能力和清除自由基的能力。,1O2,双键上的任一C原子,过渡态六元环,反式构型的ROOH,V光敏氧化1500V自动氧化,光敏氧化的特征,不产生自由基 双键的顺式构型改变成反式构型 与氧浓度无关 没有诱导期 光的影响远大于氧浓度的影响 产物是氢过氧化物,2.3 酶促氧化 Photosensitized Oxidation,脂类的酶促氧化是从脂解开始的，得到的多不饱和脂肪

16、酸被脂肪氧合酶或环氧酶氧化，分别生成氢过氧化物或环过氧化物。 接下去的反应，包括酶裂解氢过氧化物及环过氧化物，生成各种各样的分解产物，通常是许多天然产物产生特征风味的原因。 但是，脂类氧化生成的氢过氧化物能使含硫蛋白质发生氧化，从而造成食品营养成分的大量流失。,油脂酸败 、概念 油脂或含油脂食品，在贮藏期间因氧气、日光、微生物、酶等作用，发生酸臭不愉快气味，味变苦涩，甚至具有毒性，这种现象称为油脂酸败。 、对食品质量的影响 （）营养价值降低 （）风味变坏 （）危害健康,(2) Decomposition of ROOH ROOH的分解,(3) Formation of Polymers 醛的氧

17、化与聚合：醛酸,二聚或缩合,使粘度增大。,例 子,粘度加大 颜色加深 产生异味,氢过氧化物的聚合,油烧现象,“油烧”是腌制水产品生产过程中较为常见的一种现象，其实质是鱼类脂肪暴露在空气中后，由于鱼类脂肪中不饱和脂肪酸含量高，容易氧化。当脂肪与氧气接触后氧化生成各种小分子的醛、酮、醌类物质，使产品产生难以接受的苦涩味和臭味，同时产品颜色变褐，严重影响产品质量。 一般“油烧”多发生在富含脂肪的鱼的腹部。 减少“油烧”的发生：原料选择少脂鱼；在腌制过程中密封缸盖，杜绝空气流通；加入生姜、VE等作为抗氧化剂；产品真空包装，减少与氧气的接触，延长产品的货架期。, Composition and Stru

18、cture,影响油脂氧化速率的因素:,不饱和脂肪酸 饱和脂肪酸 顺式构型 反式构型 共轭双键 非共轭双键 游离脂肪酸 甘油酯 甘油酯中脂肪酸的无序分布使V氧化 双键数V氧化,表3-2 脂肪酸在25 C时的诱导期和相对氧化速率,影响油脂氧化速率的因素:, O2 氧气充足时，无影响，不足时，氧浓度越高，反应越快。, Temperature 温度V氧化 例：起酥油 内， 每升高，速度升高倍。, 水分, Surface Area 表面积V氧化,少量水，与金属离子结合，抑制反应进行；当含水量增加，水中溶氧增加，催化剂的流动性加快，催化位点暴露，反应加快。, Catalyst（催化剂,助氧化剂） Mn+(

19、n2,过渡金属离子)是助氧化剂。 a. 促进ROOH分解,b. 直接与RH未氧化物质作用 Mn+ + RH M(n-1)+ + H+ + R,金属催化能力强弱排序如下： 铅铜黄铜锡锌铁铝不锈钢银,光和射线 光促进产生游离基、促进氢过氧物的分解,（、射线）辐射食品，辐射时产生游离基，增加，在贮存期易酸败。所以，油脂食品宜避光贮存. 抗氧化剂 延缓和减慢油脂氧化速率,影响油脂氧化速率的因素:,抗氧化剂 Antioxidant,能有效防止和延缓油脂的自动氧化作用的物质 可终止链式反应传递 A无活性，不引起链式传递 AH + R -RH + A AH + ROO-ROOH + A A + A-AA 能

20、延长诱导期，需在油脂开始氧化前加入。 抗氧化剂：, BHA（丁基羟基茴香醚） , BHT（二丁基羟基甲苯） , PG（没食子酸丙酯 ） ,常用的抗氧化剂 A. Natural Antioxidants 酚类：生育酚、芝麻酚等； 酶类：谷胱甘肽酶、SOD酶； 茶多酚、 L-抗坏血酸、类胡萝卜素、氨基酸和肽类； B. Synthetic Antioxidants,抗氧化剂使用的注意事项A. 抗氧化剂应尽早加入B. 使用要注意剂量：不能超出其安全剂量，有些抗氧化剂，用量不合适会促氧化。 C. 选择抗氧化剂应注意溶解性 D. 常将几种抗氧化剂合用,过氧化脂质的危害:,过氧化脂质几乎能和食品中的任何成分

21、反应，使食品品质降低。 ROOH几乎可与人体内所有分子或细胞反应，破坏DNA和细胞结构。 脂质常温及高温氧化均有有害物产生。,RO + Pr Pr + ROH 2 Pr Pr-Pr,3. 脂肪在高温下的化学反应,热分解、热聚合、缩合、水解、 氧化反应等。 油脂经长时间加热，颜色变暗，粘度，碘值，酸价，发烟点，泡沫量。 Thermal Decomposition 热分解作用,氧化热解 非氧化热解,(2) Thermal Polymerization 热聚合作用,氧化热聚合 非氧化热聚合,(1) Thermal Decomposition,Introduction:, 饱和脂肪 非氧化热解, 饱和

22、脂肪 氧化热解, 不饱和脂肪,非氧化热解 主要生成一些低分子量的物质；此外还有二聚体。 氧化热解 与低温下的Autoxidation类似，但ROOH的分解速率更快。,非氧化热聚合 氧化热聚合 聚合成二聚体。,导致油脂粘度增大，泡沫增多 油脂检验含羟基化合物（乙酰化值）， 环状化合物,(2) Thermal Polymerization,(3) 油脂的缩合反应,小结： 油炸食品中香气的形成与油脂在高温下的某些反应 有关。 油脂在高温下过度反应，则是十分不利的。加工中 宜控制t150 。,醚类化合物,油脂在油炸条件下的化学变化：,目的：消灭微生物和延长货架寿命 高剂量 1050 kGy 中等剂量

23、110 kGy 低剂量 3 kGy,4. 辐解 (Radiolysis),防止马铃薯和洋葱发芽； 延迟水果成熟； 杀死调味料,谷物，豌豆 和菜豆中的昆虫；,肉和肉制品杀菌；,延长食品货架寿命 如： 冷藏新鲜鱼,鸡,水果及蔬菜,“戈瑞” Gy，1 kg被辐照物质吸收1焦耳能量定义为1戈瑞。,辐射剂量越大，影响越严重 辐照和加热生成的降解产物有些相似，但后者分解产物更多。 (挥发性和非挥发性产物的种类和数量：250 kGy 180 油炸1 h) 辐射可引起脂溶性维生素部分破坏，其中以生育酚最为敏感。但是，按巴氏灭菌剂量辐照含脂肪食品，不会有毒性危险。,辐解的作用原理,物质吸收电离辐射，首先形成离子

24、和激化分子，它们进一步分解成更小的分子或自由基，或与周围的分子发生反应，引起化学降解。 辐解的结果并不是化学键的无规则断裂，而是按照最佳途径进行，主要受分子结构的影响。 如所有的含氧化合物，饱和脂肪的氧原子电子缺乏，所以最先在羰基附近的位置发生断裂。,酰基自由基和烷基自由基结合可生成酮。 酰氧自由基和烷基自由基结合生成酯。,有氧存在时，辐射还会加速脂肪的自动氧化。 因为辐射可加速自由基与氧结合成氢过氧化物；氢过氧化物的分解，并且使抗氧化剂遭到破坏。 所以最好在隔绝空气的环境中进行辐射和在辐射后向食品中添加抗氧化剂。,过氧化值（POV） 是指 1 kg油脂中所含氢过氧化物的毫克当量数。 油脂氧化

25、后生成过氧化物、醛、酮等。 氧化能力较强，能将碘化钾氧化成游离碘。 游离碘可用硫代硫酸钠来滴定。 POV值宜用于衡量油脂氧化初期的氧化程度。 过氧化值是衡量油脂酸败程度，一般来说过氧化值越高其酸败就越厉害。,ROOH + 2KI ROH +I2 +K2O I2 + 2 Na2S2O3 2 NaI + Na2S4O6,5. 衡量油脂质量的参数, 碘值（IV） 指100g油脂吸收碘的克数，是衡量油脂中双键数的指标 。 不饱和程度愈大，碘值愈高 。,IBr + KI I2 +KBr I2+2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6,碘值，说明双键减少，油脂发生了氧化。,酸价（AV） 指中和1 g

26、油脂中游离脂肪酸所需的KOH的毫克数。（国标规定，食用植物油的酸价不得超过5 ） 皂化价 完全皂化1 g油脂所需KOH的毫克数。 皂化值通常用来指示油或脂肪的平均分子量，表示在1g油脂中游离的和化合在酯内的脂肪酸的含量。 酯值 皂化1 g油脂中的甘油酯所需KOH的毫克数。 乙酰化值（乙酰价） 中和1 g乙酰脂经皂化释放出的乙酸所需的KOH的毫克数。表示油脂中含羟基化合物的含量。,皂化价酸价酯值,油炸油品质检查：,石油醚不溶物0.7， 发烟点低于170， 或石油醚不溶物1.0%， 无论其发烟点是否改变， 均可认为油已经变质。,4. 油脂的加工化学,4.1 油脂的精炼（ Refining ）,1.

27、 沉降和脱胶：加热脂肪、静置和分离水相。可除去油脂中的水分、蛋白质胶体状杂质、磷脂和糖类。 2. 中和：向油脂中加入适宜浓度的氢氧化钠，除去游离脂肪酸，同时也能使油脂中的磷脂和有色物质明显减少。 3. 漂白：将油脂加热至85 左右，用吸附剂如漂白土或活性炭处理，清除有色物质，然后滤去吸附剂，便得到纯净的油脂。 4. 脱臭：通过减压蒸馏或真空脱气。,4.2 油脂的改性（ Modification of Lipids）,1、氢化（ Hydrogenation ）,油脂的氢化是通过催化加氢的过程使油脂分子中的不饱和脂肪酸变为饱和脂肪酸，从而提高油脂熔点的方法。 氢化以后的油脂主要应用在肥皂工业，也可

28、用在食品工业中用作起酥油、人造奶油等。,油脂氢化后的特性改变,有利方面,稳定性提高； 颜色变浅； 风味改变； 便于运输和贮藏； 制造起酥油、人造奶油等。,不利方面,多不饱和脂肪酸含量下降； 脂溶性维生素被破坏；,近几年来，在对二一亚麻酸(ALA)、Y一亚麻酸(GLA)、花生四烯酸(AA)、二十碳五烯酸(EPA)、廿二碳六烯酸(DHA)等多不饱和脂肪酸(PUFA)以及中短链脂肪酸的营养重要性的认识上已取得长足发展，但在天然油脂中这些脂肪酸含量相对较少。 GLA只在乳脂和几种野生植物种子油中较多，AA、EPA、DHA主要存在于海洋动物脂中。而市场需要这类脂肪酸纯度高或其在甘三醋中位置适宜的产品。

29、目前多采用对油脂结构化处理的方法来获得这类产品。,对油脂进行结构化处理：指将具有特殊营养作用或组成性能的脂肪酸酷化到同一个甘油分子特定位置上形成的油脂。通过对甘三醋结构化改性，可获得具有特殊的营养和药用价值的油脂。,2、酯交换（ Interesterification ）,分子内酯交换,A,B,C,A,B,C,分子间酯交换,A,B,C,+,A,B,C,+,A,B,C,A,B,C,6 生物膜与物质运输6.1生物膜的组成和结构,一、 概念 生物膜是构成细胞所有膜的总称，包括围在细胞质外围的质膜和细胞器的内膜系统。,生物膜是细胞进行生命活动的重要结构基础，能量转换、蛋白质合成、物质运输、信息传递、细

30、胞运动等活动都与膜的作用有着密切的关系。,二、化学组成,膜 脂：磷 脂（主要）、糖 脂 、甾 醇 膜 蛋 白 糖 类 无 机 盐 金 属 离 子 水,2、磷脂,甘油磷脂：甘油磷脂是两性分子，分子中既有亲水部分，又有疏水部分。磷酸化的头部呈亲水性，两条较长的碳氢脂酰链为尾部，呈现疏水性。,鞘磷脂： 以鞘氨醇作骨架，分子中有亲水的磷酸化的头部（胆碱或乙醇胺）和疏水的两个碳氢链，其中一条来自鞘氨醇，另一条来自脂肪酸。,由磷脂形成的双层脂膜的示意图,在水溶液中两性的磷脂分子为避免疏水部分接触水分子而定向排列，形成脂双层结构。脂双层中，磷脂分子的疏水基团在内部而亲水基团则列在表面。,2、膜蛋白,（1）内

31、在蛋白 （2）外周蛋白,有的有的全部埋于脂双层的疏水区，有的部分嵌在脂双层中，有的横跨全膜。主要靠疏水作用通过某些非极性氨基酸残基与膜脂疏水部分相结合。,（1）内在蛋白,膜锚蛋白,有些膜内在蛋白并没有进入膜内，它们以共价键与脂质、脂酰链、异戊烯基团相结合并通过它们的疏水部分插入到膜内，这种形式的内在蛋白称为膜锚蛋白。,（2） 外 周 蛋 白,分布于膜的脂双层内外表面，通过极性氨基酸残基以离子键、氢键、范德华力等次级键与膜脂极性头部或与内在蛋白的亲水部分结合。,质膜上的糖,细胞内膜的糖,生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合形成糖蛋白（信息识别）,少数与膜脂结合形成糖脂。 非对称的，全部分布在膜的非细胞

32、质一侧。,3、糖类,三、 生物膜的分子结构模型,流体镶嵌模型 1972年美国Singer和Nicolson提出，认为生物膜是一种流动的、嵌有各种蛋白质的脂质双分子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在流动脂质的海洋中。 与过去模型的主要差别 突出了膜的流动性 显示了膜蛋白分布的不对称性,四、生物膜的特性,（一）膜分子结构的不对称性 （二）膜分子结构的流动性,（一）膜分子结构的不对称性,膜脂的分布不对称：即膜脂双分子层内外两侧的脂种类、含量不同。 如人红细胞质膜： 在膜的外层以卵磷脂、鞘磷脂较多 在膜的内层以脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多,线粒体,（二）膜分子结构的流动性,膜的流动性主要是指膜脂及膜蛋

33、白流动性。 合适的流动性对生物膜表现其正常功能十分重要。,膜脂的流动性,膜脂的流动性主要决定于磷脂分子. 在生理条件下，磷脂大多呈流动的液晶态，磷脂在膜内可作旋转运动，翻转运动，侧向运动等。当温度降至一定值时，膜脂从流动的液晶态转变为类似晶体的凝胶态，这个温度称为相变温度。凝胶状态也可再熔解为液晶态。各种膜脂由于组分不同而具有各自的相变温度。,膜脂的流动性的大小与磷脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和程度密切相关，链越短，不饱和程度越高，流动性越大. 哺乳动物中胆固醇对膜脂流动性也有一定的调控作用，在生理条件下增加胆固醇的含量会降低膜的流动性，因为胆固醇的闭合环状结构干扰了脂肪酸链的侧向运动。 流动

34、性还受环境温度影响，在一定限度内，温度升高，膜脂流动性增强；温度降低，流动性减弱。当温度降至一定值时，膜脂从流动的液晶态转变为类似晶体的凝胶态，这个温度称为相变温度。凝胶状态也可再熔解为液晶态。 膜脂的流动性是不均匀的，在一定温度下，有的膜脂处于凝胶态，有的则呈液晶态，处于液晶态的各膜脂的流动性也不完全相同，这种现象称为“分相”。,膜蛋白的流动性,膜蛋白只能做侧向流动和旋转运动,其速度平均比膜脂小10-100倍.,Singer and Nicolson 的流体镶嵌模型（1972）,膜的不对称性：膜蛋白分布、脂质的分布及脂肪酸链的长短、 糖的分布 膜的流动性：膜脂的流动性、膜蛋白的运动性 膜功能

35、的实现：蛋白与蛋白的作用、蛋白与脂质的作用、 脂质间的作用 膜的不对称性和流动性保证生物功能的实现。,6.2 生物膜的功能,物质运输 能量转换 识别 信息传递 保护,一、物质运输,离子、小分子物质的运输（穿膜运输） 被动运输、 主动运输,生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）,生物膜是具有选择通透性的屏障，细胞能主动地 从环境中摄取所需要的营养物质，同时排出代谢产 物和废物，使细胞维持动态的恒定，这对于维持细 胞的生命活动极为重要。,（一）离子、小分子物质的运输（穿膜运输） 1、被动运输,被动运输指物质顺浓度梯度，不需要消耗代谢能的运输方式。,简单扩散 物质顺浓度梯度的单纯的扩散作用，不需借助载体。

36、只有疏水分子及不带电的极性小分子以此方式过膜。(H2O、O2、CO2、尿素、乙醇),疏水分子,不带电的极性小分子,协助扩散 物质顺浓度梯度，需借助特定的载体蛋白的物质运输。 （不带电荷的较大的极性分子以及一些离子以此方式运输）。,不带电荷的较大的极性分子,被动运输,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。 许多物质的被动转运过程需要特殊的蛋白载体帮助。,简单扩散与协助扩散的区别,协助扩散需和膜上的专一性的膜运输蛋白发生可逆结合，在它们帮助下扩散过膜。 与简单扩散相比，协助扩散有明显的饱和效应，即当被运输物质浓度不断升高时，速度出现一个极限值，这是由于载体蛋白的数量限制造成的。,简单扩散与协助扩散的区别,物质逆浓度梯度的穿膜运输，需消耗代谢能，并需专一性的载体蛋白。 （1）ATP驱动的主动运输 Na+ 、K+的跨膜运输,高K+ 低Na+,高Na+ 低K+,2、主动运输,质