生物化学第三章脂质

1、脂类和生物膜(Lipids and membranes)一、引言一、引言二、脂肪酸二、脂肪酸三、三酰甘油和蜡三、三酰甘油和蜡四、磷脂四、磷脂五、萜类五、萜类六、类固醇六、类固醇七、脂蛋白七、脂蛋白l脂类：是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂（氯仿、乙醚、丙酮、苯等）的生物有机分子。l大多数脂质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。按化学组成分：按化学组成分：（1 1）单纯脂质：）单纯脂质：由脂肪酸和甘油形成的酯由脂肪酸和甘油形成的酯, ,包括三酰甘油和蜡包括三酰甘油和蜡。 没有极性基团，是非极性脂，又称中性脂。没有极性基团，是非极性脂，又称中性脂。（2 2）复合脂质：）复合脂质：除含脂肪酸和醇外尚有

2、其他非脂分子的成分除含脂肪酸和醇外尚有其他非脂分子的成分, ,包包 括磷脂和糖脂括磷脂和糖脂。复合脂含有极性基团，是极性脂。复合脂含有极性基团，是极性脂。（3 3）衍生脂质：）衍生脂质：由单纯脂质和复合脂质衍生而来或与之关系密切由单纯脂质和复合脂质衍生而来或与之关系密切 的物质，的物质，如：固醇类、萜、维生素、脂蛋白、脂酰如：固醇类、萜、维生素、脂蛋白、脂酰CoACoA等等 另外，根据是否能被碱水解而产生皂（另外，根据是否能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐脂肪酸盐），分为），分为 皂化脂质和不可皂化脂质皂化脂质和不可皂化脂质。非皂化脂包括类固醇、萜类等，。非皂化脂包括类固醇、萜类等， 不含脂肪酸，不

3、能被碱水解。不含脂肪酸，不能被碱水解。 据脂质在水中和界面上的行为分：据脂质在水中和界面上的行为分：非极性和极性脂质非极性和极性脂质。（1）贮存脂质 机体代谢燃料和储能形式（三酰甘油主要分 布在皮下、胸腔、腹腔、肌肉、骨髓等处的脂肪组织中， 是储备能源的主要形式）；保护作用；绝缘保温、缓冲压 力、减轻摩擦振动 （2）结构脂质 磷脂、糖脂、胆固醇等极性脂是构成生物膜 的重要组分；（3）活性脂质 具营养、代谢及调节功能，与细胞识别、种 特异性、组织免疫等密切相关。肾上腺皮质激素和性激素 的本质是类固醇；各种脂溶性维生素是脂类的衍生物。 脂肪酸（脂肪酸（FAFA）是由一条长的烃链和一个末端羧基是由一

4、条长的烃链和一个末端羧基组成的羧酸，生物体内大部分脂肪酸都是以结合形式组成的羧酸，生物体内大部分脂肪酸都是以结合形式存在。存在。 动物中动物中的脂肪酸比较简单，碳骨架都是直链的，可含有的脂肪酸比较简单，碳骨架都是直链的，可含有多个双键；多个双键； 细菌的细菌的脂肪酸最多只有一个双键，但有些有支链或含有脂肪酸最多只有一个双键，但有些有支链或含有环丙烷环，如结核酸就是饱和支链脂肪酸；环丙烷环，如结核酸就是饱和支链脂肪酸； 植物中植物中不饱和脂肪酸多于饱和脂肪酸，可能含有三键、不饱和脂肪酸多于饱和脂肪酸，可能含有三键、环氧基及环丙烯基等。环氧基及环丙烯基等。CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-C

5、H2-COOH 按是否含双键，脂肪酸分：l饱和脂肪酸 如：软脂酸(16C)、 硬脂酸(18C)l不饱和脂肪酸 如：油酸（18:19c）、亚油酸（9，12-18（碳）二烯酸） 。（二）脂肪酸命名（二）脂肪酸命名 脂肪酸的脂肪酸的俗名俗名主要反映其来源和特点。主要反映其来源和特点。 系统名系统名反映其碳原子数目、双键数和位置。反映其碳原子数目、双键数和位置。 如：如：硬脂酸硬脂酸的系统名是十八烷酸，用的系统名是十八烷酸，用1818：0 0表示，其中表示，其中“18”18”表示碳链长度，表示碳链长度，“0”0”表示无双键；表示无双键；油酸油酸是十八碳是十八碳-9-9-烯酸，用烯酸，用1818：119

6、c9c表示，表示，“1”1”表示有一个双键；表示有一个双键；反油酸反油酸用用1818：119trans9trans（反式）表示。（反式）表示。 大多数单不饱和脂肪酸中大多数单不饱和脂肪酸中双键的位置双键的位置在在C9C9和和C10C10之间（之间（99），多不饱和脂肪酸通常有一个双键在），多不饱和脂肪酸通常有一个双键在99，其余双键在，其余双键在99和烃链末端甲基之间。和烃链末端甲基之间。（三）饱和与不饱和脂肪酸的构象柔性大，完全伸展一个双键有30的刚性弯曲（结节）（四）脂肪酸盐与乳化作用 脂肪酸盐具有亲水基团（电离羧基）和疏水基团（长的烃链），是典型的两亲化合物，是一种离子型的去污剂，如：天

7、然的胆汁盐酸、人工合成的十二烷基磺酸钠（SDS）。 SDS除用于清洁外，高浓度时能够使蛋白质完全变性，多肽链处于伸展状态。SDS凝胶电泳中变性蛋白的迁移率与其相对分子量成正比。乳化：油滴作为亲水物体悬于水中而成乳胶的过程。（五）必需多不饱和脂肪酸 哺乳动物体内能合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，不能哺乳动物体内能合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，不能合成多不饱和脂肪酸，如亚油酸合成多不饱和脂肪酸，如亚油酸(18C)(18C) 、亚麻酸、亚麻酸(18C)(18C)等。等。 把维持哺乳动物正常生长所必需的而体内又不能合成的脂把维持哺乳动物正常生长所必需的而体内又不能合成的脂肪酸称为肪酸称为必需脂肪酸（

8、如亚油酸主要含于葵花子、大豆、芝麻必需脂肪酸（如亚油酸主要含于葵花子、大豆、芝麻中；亚麻酸主要含于坚果、种子）中；亚麻酸主要含于坚果、种子）。 多不饱和脂肪酸家族中的多不饱和脂肪酸家族中的EPAEPA（二十五碳五烯酸）和（二十五碳五烯酸）和DHADHA（二十二碳六烯酸）对于幼儿的大脑皮层发育非常重要。二十二碳六烯酸）对于幼儿的大脑皮层发育非常重要。l由20碳的多不饱和脂肪酸衍生而来，都含有20个碳原子。l是体内的局部激素，效应一般局限在合成部位附近。leg： 前列腺素、血栓素、白三烯l1分子甘油和3分子脂肪酸结合成的酯，又称甘油三酯。l二酰甘油；l单酰甘油；（一）三酰甘油性质（一）三酰甘油性质

9、1.1.物理性质物理性质 三酰甘油一般无色、无味、无臭，呈中性。天然油脂因含杂质而常具有颜色和气味。油脂比重小于1，不溶于水而溶于有机溶剂。 不饱和脂肪酸的熔点比相应的饱和脂肪酸低，所以一般三酰甘油中，不饱和脂肪酸含量较高者在室温时为液态，俗称油。饱和脂肪酸含量高的三酰甘油在室温时通常为固态，俗称脂 天然油脂都是多种油脂的混合物，没有固定的熔点和沸点，通常简称为油脂。 2 2、化学性质：、化学性质：（1 1）水解和皂化：）水解和皂化：油脂能在酸、碱、蒸汽及脂酶的作用油脂能在酸、碱、蒸汽及脂酶的作用下水解，生成甘油和脂肪酸。下水解，生成甘油和脂肪酸。 当用碱水解油脂时，生成甘油和脂肪酸盐。脂肪酸

10、的当用碱水解油脂时，生成甘油和脂肪酸盐。脂肪酸的钠盐和钾盐就是肥皂。因此把油脂的碱水解称为钠盐和钾盐就是肥皂。因此把油脂的碱水解称为皂化皂化。 皂化值：皂化值：皂化皂化1g1g油脂所需要的油脂所需要的KOHKOH的的mgmg数数（2）氢化和碘化； 主要是不饱和的脂肪酸加成反应，包括氢化和卤化； 通常把100克油脂所能吸收的碘的克数称为碘值。 碘值大，表示油脂中不饱和脂肪酸含量高，即不饱和程度高。 （3）乙酰化 含羟脂肪酸的油脂可与乙酸酐或其他的酰化试剂作用形成酰化油脂。油脂的羟化程度可以用乙酰值表示乙酰值：中和从1克乙酰化产物中释放的乙酸所需要的KOH的mg数。（4）酸败作用 天然油脂长时间暴

11、露在空气中就会产生难闻的气味，这种现象称为酸败，主要是油脂的不饱和成分与空气中的氧发生反应，产生过氧化物，进而转化为醛酮等混合物。 酸败程度一般用酸值表示（acid value）：中和1g油脂中游离出的脂肪酸所需要的KOH的mg数。 酸值是衡量油脂质量的指标之一。（二）蜡 蜡是不溶于水的固体，由长链（16个碳原子以上）脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯。 温度较高时，蜡是柔软的固体，温度低时变硬。蜡在皮肤、羽毛、果实表面及昆虫的外骨骼上起保护作用。 天然蜡是多种蜡酯的混合物。蜂蜡 是软脂酸(C16)和有2634个碳的蜡醇形成的酯。羊毛脂 是脂肪酸和羊毛固醇形成的酯。包括甘油磷脂和鞘磷脂两类，主要

12、参与细胞膜系统的组成，少量存在于细胞的其它部位。1、组成： 磷酸化的头部 + 三碳的甘油骨架 + 两条脂肪酸链是生物膜的主要组分是生物膜的主要组分1）脂溶性；溶于大多数含少量水的有机溶剂。2）分子中不饱和脂肪酸易氧化；3）双亲性；在水中形成双分子层微囊。4）甘油磷脂的酯键和磷酸二酯键能被磷脂酶专一水解。3、几种常见的甘油磷脂：l磷脂酰胆碱（磷脂酰胆碱（ 卵磷脂）卵磷脂）：大豆、蛋黄中；是代谢中的一种甲：大豆、蛋黄中；是代谢中的一种甲基供体，有防止脂肪肝形成的作用。基供体，有防止脂肪肝形成的作用。l磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）：磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）：细胞膜组分细胞膜组分l磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸:

13、:是凝血酶原活化的表面催化剂。是凝血酶原活化的表面催化剂。l磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇: :哺乳动物的细胞膜中。哺乳动物的细胞膜中。l心磷脂（双磷脂酰甘油）心磷脂（双磷脂酰甘油）: :心肌线粒体膜和细菌细胞膜中。心肌线粒体膜和细菌细胞膜中。高等动物的脑髓鞘和红细胞膜中含量特别丰富。鞘磷脂由鞘氨醇、脂肪酸和磷脂酰胆碱（少数为磷脂酰乙醇胺）组成。磷酸化的头部（磷脂酰胆碱或乙醇胺），烃链一条来自鞘氨醇、另一条来源于脂肪酸。l萜类的碳骨架可以看成由两个萜类的碳骨架可以看成由两个或多个或多个异戊二烯单位异戊二烯单位连接而成，连接而成，可头尾相连，也可尾尾相连；可头尾相连，也可尾尾相连；形成的萜类可以是直链的，

14、也形成的萜类可以是直链的，也可是环状的。可是环状的。l都是异戊二烯的衍生物，不含都是异戊二烯的衍生物，不含脂肪酸，是非皂化脂。脂肪酸，是非皂化脂。l其分类主要根据异戊二烯数目其分类主要根据异戊二烯数目 半萜：半萜：1 1个异戊二烯个异戊二烯 单萜：单萜：2 2个异戊二烯个异戊二烯 倍半萜：倍半萜：3 3个异戊二烯个异戊二烯头尾萜的特点： 植物中多数萜类具有特殊气味，是植物特有油类的主要成分。如柠檬苦素、薄荷醇、樟脑等。 维生素A、E、K等都属于萜类衍生物，视黄醛是二萜，天然橡胶也是多萜。胆固醇睾酮雄性激素雌激素 类固醇也称甾类，由3个六元环（ABC环）和一个五元环（D）稠合而成。D环称为环戊烷

15、，ABC稠合环是菲的衍生物，所以称环戊烷多氢菲，不能皂化。其中固醇是在甾核的3位有一个羟基，在17位有一个分支烃链。l类固醇的主要功能：1）膜的组分胆固醇；2）作为激素雄激素、雌激素、孕酮等起代 谢调节作用；3）作为乳化剂胆汁酸的前体，帮助脂类的 消化吸收；4）维生素的组分维生素D（一）固醇分类主要有以下三种：1 1、胆固醇、胆固醇 是最常见的是最常见的动物固醇动物固醇，是高等动物生物膜的重，是高等动物生物膜的重要成分，占质膜脂类的要成分，占质膜脂类的2020以上，占细胞器膜的以上，占细胞器膜的5 5。胆固。胆固醇还是一些活性物质的前体，如类固醇激素、维生素醇还是一些活性物质的前体，如类固醇激

16、素、维生素D D3 3、胆、胆汁酸等都是胆固醇的衍生物。汁酸等都是胆固醇的衍生物。2 2、植物固醇、植物固醇 是植物细胞的重要成分，不能被动物吸收利是植物细胞的重要成分，不能被动物吸收利用。主要有豆固醇、菜油固醇等。用。主要有豆固醇、菜油固醇等。3 3、酵母固醇、酵母固醇 存在于酵母菌等真菌中，以麦角固醇最多，存在于酵母菌等真菌中，以麦角固醇最多，经日光照射可转化为维生素经日光照射可转化为维生素D D2 2。胆结石是固醇的晶体冠心病是血清总胆固醇升高概念：概念： 细胞是生物的基本结构和功能单位，任何细胞都以一层薄膜（细胞膜或外周膜）将内含物与外界环境分开；真核细胞内还有许多内膜系统，组成各种亚

17、细胞结构和细胞器；细胞的外周膜和内膜系统称为生物膜。 1.物质传递作用。2.保护作用。 3.信息传递作用。4.细胞识别作用。5.能量转换作用（线粒体内膜和叶绿体类囊体膜）。6.蛋白质合成与运输（糙面内质网膜）。7.核质分开（核膜）。生物膜的研究具有重要的意义膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘磷脂。当磷脂分散于水 相时，可形成脂质体。膜蛋白糖类另外还有水和金属离子等。 电镜下表现出大体相同的形态，厚度在610nm左右的3片层结构。膜的化学组成锚定膜蛋白锚定膜蛋白内嵌蛋白内嵌蛋白糖脂糖脂胆固醇胆固醇磷脂磷脂l磷脂：都是两亲分子，这一特征决定了它们在生物膜中的双分子层排列。l糖脂：动物细胞的质膜几乎都含有糖

18、脂，含量约占外层膜脂的5，它们大多是鞘胺醇的衍生物。l胆固醇：动物细胞含量高于植物细胞，胆固醇的两亲特点对生物膜中脂质的物理状态有一定的调节作用。（1）根据膜蛋白在膜上的定位可分为：膜内在蛋白： 与脂双层的疏水核心紧密相连；跨膜或不跨膜；在膜内不对称分布。 内在蛋白只能作旋转和侧向运动。外周蛋白： 分布在膜内或外表面。 在膜内表面，形成网状 的细胞骨架。（2）膜蛋白与膜脂结合的方式外周蛋白：以静电力或非共价键等较弱的键与其它膜蛋白相互作用连接在膜上。较容易分离，溶于水，占膜蛋白的2030。内在蛋白：主要靠疏水基相互作用；另外还有共价键，占膜蛋白的7080l覆盖在膜外表面，约占细胞膜重量的210，有些可连在脂质上如鞘糖脂，也可连在膜蛋白的多肽链上。l功能: 起保护作用； 接受外界的信息和细胞间的识别； 维持膜的不对称。 在膜的两侧脂质和蛋白质的亲水极性基团通过静电力的相互吸引可形成很稳定的结构。 蛋白质和脂双层的非极性基团之间存在的相互趋近的力。 使膜中分子尽可能彼此靠近 构成膜组分的脂质、蛋白、和糖在生物膜的两侧分布都是不对称的。 a、膜蛋白的侧向扩散 指膜蛋白在生物膜二维流体的侧向移动b、膜蛋白的旋转扩散 膜蛋白围绕与膜平面相垂直的轴进行旋转运动。一般来说膜蛋白的旋转扩散慢于侧向扩散，膜蛋白的侧向扩散又显