脂质和生物膜

1、 第五章第五章 脂质和生物膜脂质和生物膜概述脂肪脂肪酸磷脂鞘脂类类固醇生物膜 一、一、脂质的定义：脂质的定义：脂质（脂质（lipidlipid）亦译为脂类或类脂是）亦译为脂类或类脂是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 脂肪酸多为脂肪酸多为4 4碳以上的长链一元羧酸。碳以上的长链一元羧酸。 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 脂类的元素组成主要是脂类的元素组成主要是C H OC H O, ,有些尚含

2、有些尚含N S PN S P。 脂脂 质质 概概 述述 二、脂质的分类脂质的分类 单纯（简单）脂质：是由脂肪酸和醇形成的酯，包括脂肪和蜡。其中脂肪就是甘油三酯 复合脂质：除含有脂肪酸和醇基团以外，还含有一些非脂成分，如甘油磷脂、鞘磷脂、异戊二烯类脂 衍生脂质：上述脂质的衍生物，如固醇及其衍生物。三、三、 脂类的生物学功能脂类的生物学功能 贮存贮存类类重要的贮能供能物质。重要的贮能供能物质。 每克脂肪（高度还原的物质）氧化时可释放出每克脂肪（高度还原的物质）氧化时可释放出38.9 38.9 kJ kJ 的能量，每克糖和蛋白质氧化时释放的能量仅分别的能量，每克糖和蛋白质氧化时释放的能量仅分别为为1

3、7.2 kJ17.2 kJ和和23.4 kJ23.4 kJ。 结构结构类类磷脂、糖脂、固醇类等有机物是生物体磷脂、糖脂、固醇类等有机物是生物体的重要成分（如生物膜系统）。的重要成分（如生物膜系统）。 其他其他溶剂、润滑剂、防寒剂。溶剂、润滑剂、防寒剂。一、脂一、脂 肪（三酰甘油）肪（三酰甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。L型和D型2. 简单三酰甘油和混合三酰甘油（二）三酰甘油的性质（二）三酰甘油的性质（一）脂肪酸的分类（一）脂肪酸的分类1. 按照碳链的饱和程度脂肪酸饱和脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）。不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸含1个双键（油酸）含2个双键（亚油酸）

4、含3个双键（亚麻酸）含4个双键（花生四烯酸）二、脂二、脂 肪肪 酸酸 天然不饱和脂肪酸内的双键多为顺式2.按照碳原子数目脂肪酸奇数脂肪酸 偶数脂肪酸：但天然的脂肪酸绝大多数为偶数脂肪 酸。软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）。二、脂肪酸二、脂肪酸3.按照双键数目脂肪酸单不饱和脂肪酸：油酸多不饱和脂肪酸：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸4.按照营养价值脂肪酸必需脂肪酸：在人体内（或其它高等动物）不能自已合成，可是人体又需要它，因此必须从食物中获取。亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。非必需脂肪酸：能够自身合成饱和及单不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸、油酸。常见脂肪酸的俗称和结构缩写常见脂肪酸的俗称和结构缩写分类中文俗称

5、英文俗称结构缩写饱和脂肪酸月桂酸豆蔻酸软脂酸硬脂酸Lauric acidMyristic acidPalmitic acidStearic acid12:014:016:018:0不饱和脂肪酸棕榈油酸油酸亚油酸-亚麻酸-亚麻酸花生四烯酸二十碳五烯酸二十二碳六烯酸（脑黄金）Palmitoleic acidOleic acidLinoleic acid-linolenic acid-linolenic acidArachidonic acidEPADHA16:1(9)或16:19c18:1(9) 或18:19c18:2(9,12) 或18:29c,12c18:3 (9,12,15) 或18:39c

6、,12c,15c18:3 (6,9,12) 或18:36c,9c,12c20:4(5,8,11,14) 或20:45c,8c,11c,14c20:5(5, 8, 11, 14,17) 或20:55c,8c,11c,14c,17C22:6(4,7,10,13,16,19)或22: 64 c, 7 c,10 c,13 c,16 c,19c必需脂肪酸亚油酸-亚麻酸Linoleic acid-linolenic acid18:2(9,12) 或18:29c,12c18:3 (9,12,15) 或18:39c,12c,15cCH2OCOR1R2OCOCHCH2O P OO-OX非极性尾非极性尾极性头磷脂

7、在水相中自发形成脂质双分子层。 X= H 磷脂酸磷脂酸 X= CH2 CH2 N+(CH3) 3 X= CH2 CH2 NH2 X= CH2 CHCOOH NH2 磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）PC 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）PE磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸PS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，呈疏水性。三、甘三、甘 油油 磷磷 脂脂甘油磷脂的两性性质甘油磷脂的两性性质 由由1分子脂肪酸，分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分分子极性头基团组成。细胞膜的重要成分。子极性头

8、基团组成。细胞膜的重要成分。鞘脂类鞘磷脂类脑苷脂类（糖鞘脂）神经节苷脂类四、鞘四、鞘 脂脂 类类 H H O CH H H O CH3 3H H3 3C-(CHC-(CH2 2) )1212-C C - C- C- CH-C C - C- C- CH2 2-O-P-O-CH-O-P-O-CH2 2-CH-CH2 2-N-N+ +-CH-CH3 3 H OH N-H O H OH N-H O- - CH CH3 3 O CO C R R1 1鞘氨醇胆碱 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。脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。

9、鞘磷脂鞘磷脂SMSMphospho- 类固醇都是环戊烷多氢菲的衍生物。 胆固醇存在于血浆、胆汁、蛋黄中，两性分子。血清中胆固醇含量可能会引起动脉硬化、心肌梗塞。 定性检验：氯仿溶液，加乙酸酐、浓硫酸，产生蓝绿色。 定量检验：与毛地黄皂苷结合生成沉淀。五、类五、类 固固 醇醇CH3HOCH3RABCD1234567891011121314151716第二节第二节 生物膜生物膜生物膜的概念 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（细胞核膜、线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基体膜）系统。电镜下表现出大体相同的形态、厚度69nm左右的3片层结构。（一）细胞中的膜系统六、

10、生六、生 物物 膜膜（二）膜的化学组成（二）膜的化学组成1.膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。当磷脂分膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。当磷脂分散于水相时，可形成散于水相时，可形成脂质体（微团）。脂质体（微团）。2.膜蛋白：内在（内嵌）蛋白、外在（外周）蛋白膜蛋白：内在（内嵌）蛋白、外在（外周）蛋白3.膜糖类膜糖类4.金属离子金属离子 水水膜蛋白的分类（以细胞膜为例）膜蛋白的分类（以细胞膜为例）膜脂在水相中的几种结构膜脂在水相中的几种结构磷脂分子自组装形成的几种结构磷脂分子自组装形成的几种结构 在水溶液中两性的磷脂分子为避免疏水部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

11、构。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脂双层中，磷脂分子的疏水基团在内部而亲水的头部在表面。的头部在表面。 内在蛋白内在蛋白 有的全部埋于脂双层的疏水区，有的部分嵌有的全部埋于脂双层的疏水区，有的部分嵌在脂双层中，有的横跨全膜在脂双层中，有的横跨全膜. .主要靠主要靠疏水作用疏水作用通通过某些非极性氨基酸残基与膜脂疏水部分相结合。过某些非极性氨基酸残基与膜脂疏水部分相结合。 这类蛋白被紧密连在膜上，并且不易溶于水。这类蛋白被紧密连在膜上，并且不易溶于水。只有用破坏膜结构的试剂如有机溶剂（氯仿）或只有用破坏膜结构的试剂如有机溶剂（氯仿）或去污剂（去污

12、剂（TritonX-100TritonX-100）才能把它们从膜中提取）才能把它们从膜中提取出来。出来。 膜锚蛋白膜锚蛋白 有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，通通过与糖链结合直接连接膜脂过与糖链结合直接连接膜脂疏水部分并插入到疏水部分并插入到膜内，这种形式的内在蛋白称为膜内，这种形式的内在蛋白称为膜锚蛋白膜锚蛋白。外在蛋白外在蛋白 分布于膜的脂双层内外表面，通过极性氨基酸分布于膜的脂双层内外表面，通过极性氨基酸残基以静电作用、氢键、范德华力等次级键与膜残基以静电作用、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。脂极性头部或与内在蛋白的亲水部

13、分结合。 比较易于分离，大都能溶于水，可在不破坏比较易于分离，大都能溶于水，可在不破坏膜结构的情况下，通过温和方法（高离子强度、膜结构的情况下，通过温和方法（高离子强度、高高pHpH、）分离提取。、）分离提取。非对称的，全部分布在膜的非对称的，全部分布在膜的非细胞质一侧。非细胞质一侧。质膜上的糖质膜上的糖细胞内膜的糖细胞内膜的糖膜糖类膜糖类1.1.存在形式存在形式生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合 糖蛋白（信息识别）糖蛋白（信息识别）少数与膜脂结合少数与膜脂结合 糖脂糖脂2.2. 在膜上的分布在膜上的分布（三）生物膜的结构（三）生物膜的结构1. 生物膜的结构生物膜的结

14、构 生物膜由膜脂、膜蛋白、膜糖定向、定位排列、生物膜由膜脂、膜蛋白、膜糖定向、定位排列、高度组织化的发展装配体。其最基本的结构骨架是高度组织化的发展装配体。其最基本的结构骨架是双层的膜脂分子，简称脂双层结构双层的膜脂分子，简称脂双层结构。脂双层的结构示意图脂双层的结构示意图（1） 膜分子结构的不对称性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：的脂种类、含量不同，如人红细胞质膜： 膜的外层卵磷脂、鞘磷脂较多，膜的外层卵磷脂、鞘磷脂较多， 膜的内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较膜的内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多。多

15、。内内外外2. 生物膜的特性生物膜的特性（1） 膜分子结构的不对称性膜分子结构的不对称性膜蛋白的分布不对称膜蛋白的分布不对称 如线粒体内膜中的如线粒体内膜中的NADHNADH电子传递链各组分：电子传递链各组分：CytCyt氧化酶氧化酶 、琥珀酸脱氢酶在线粒体内膜内侧、琥珀酸脱氢酶在线粒体内膜内侧, ,CytcCytc在线粒体内膜外侧。在线粒体内膜外侧。糖蛋白和糖脂中的多糖只分布在膜的非细胞质糖蛋白和糖脂中的多糖只分布在膜的非细胞质一侧。一侧。线粒体线粒体2. 生物膜的特性生物膜的特性（2）膜分子结构的流动性）膜分子结构的流动性 膜的流动性主要是指膜的流动性主要是指膜脂及膜蛋白流动性膜脂及膜蛋白

16、流动性。 合适的流动性对生物膜表现其正常功能十分重要。合适的流动性对生物膜表现其正常功能十分重要。如，随着膜的流动性增强，膜对水和其他亲水的如，随着膜的流动性增强，膜对水和其他亲水的小分子的通透性就增加。小分子的通透性就增加。 膜蛋白的流动性与膜脂的流动性密切相关，当膜膜蛋白的流动性与膜脂的流动性密切相关，当膜脂流动性降低时，膜内在蛋白暴露于膜外水相；脂流动性降低时，膜内在蛋白暴露于膜外水相；反之，如果膜脂流动性增加，膜内膜内在蛋白则反之，如果膜脂流动性增加，膜内膜内在蛋白则更多地深入脂层中。更多地深入脂层中。（2）膜分子结构的流动性）膜分子结构的流动性 膜脂的流动性膜脂的流动性 膜脂的流动性

17、主要决定于磷脂分子。膜脂的流动性主要决定于磷脂分子。 在生理条件下在生理条件下, ,磷脂大多呈流动的液晶态磷脂大多呈流动的液晶态, ,磷脂在磷脂在膜内可作膜内可作旋转运动旋转运动、翻转运动翻转运动、侧向运动侧向运动等。当等。当温度降至一定值时温度降至一定值时, ,膜脂从流动的液晶态转变为膜脂从流动的液晶态转变为类似晶体的凝胶态类似晶体的凝胶态, ,这个温度称为这个温度称为相变温度相变温度。凝。凝胶状态也可再熔解为液晶态。各种膜脂由于组分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。不同而具有各自的相变温度。 膜脂的流动性的大小与膜脂的流动性的大小与磷脂分子中脂肪酸链的长磷

18、脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和程度短及不饱和程度密切相关密切相关. .链越短链越短, ,不饱和程度越不饱和程度越高高, ,流动性越大流动性越大。 哺乳动物中哺乳动物中胆固醇对膜脂流动性也有一定的调控作用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，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的侧向运动。因为胆固醇的闭合环状结构干扰了脂肪酸的侧向运动。 膜脂的流动性是不均匀的膜脂的流动性是不均匀的, ,在一定温度下在一定温度下, ,有的膜脂处有的膜脂处于凝胶态于凝胶态, ,有的则呈液晶态有的则呈液晶态, ,处于液晶态

19、的各膜脂的流处于液晶态的各膜脂的流动性也不完全相同。动性也不完全相同。 膜脂的流动性膜脂的流动性 膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性 膜蛋白只能做膜蛋白只能做侧向扩散侧向扩散和和旋转扩散旋转扩散, ,其速度平均比其速度平均比膜脂小膜脂小10-10010-100倍。倍。（3） 生物膜的分子结构模型生物膜的分子结构模型 流体镶嵌模型流体镶嵌模型 19721972年美国年美国SingerSinger和和NicolsonNicolson提出，认为生物膜是一种流动提出，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

20、流动脂质的海洋中。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布的不对称性性锚定膜蛋白锚定膜蛋白内嵌蛋白内嵌蛋白胆固醇胆固醇卵磷脂卵磷脂糖脂糖脂（3） 生物膜的分子结构模型生物膜的分子结构模型 膜的流动镶嵌模型结构要点膜的流动镶嵌模型结构要点 膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层。 脂质双分子层具有流动性。 内嵌蛋白“溶解”于脂质双分子层的中心疏水部分。 外周蛋白与脂质双分子层的极性头部连接。 膜蛋白可作横向运动。脂质体的应用靶向药物（3）生物膜的功能）生物膜的功能 物质运输：物质运输：生物膜是具有选择通透性的屏障，细胞能生物膜是具有选择通透性的屏障，细胞能主动地从主动地从 环境中摄取所需要的营养物质，同时排出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，这对于维代谢产物和废物，使细胞维持动态的恒定，这对于维