脂质与生物膜

脂质与生物膜第1页，共68页，2023年，2月20日，星期二概述：脂类的概念、分类、生理功能一．定义由脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物通称为脂质或脂类。是一般不溶于水而溶于有机溶剂的一类生物有机分子脂肪酸：长链的一元酸（>4C）醇：甘油(丙三醇)、鞘氨醇、高级一元醇和固醇

组成第2页，共68页，2023年，2月20日，星期二按化学结构可分三类1．单纯脂质2．复合脂质（结合脂）3．衍生脂质

二．脂质的分类甘油三酯、磷脂、胆固醇和糖脂等第3页，共68页，2023年，2月20日，星期二1．单纯脂质：由各种高级脂肪酸与醇生成的酯

A．三酰甘油或称甘油三酯：

3分子脂肪酸＋1分子甘油

B．蜡:

长链脂肪酸和长链醇或固醇组成蜡是浮游生物代谢燃料的主要贮存形式第4页，共68页，2023年，2月20日，星期二2．复合脂质定义：脂与其它生物分子形成的复合物分子中除脂肪酸和醇外，还有其他非脂成分A．磷脂：其非脂成分是磷酸和含氮碱(如胆碱、乙醇胺)磷脂根据醇成分的不同,又可分为甘油磷脂和鞘氨醇磷脂(简称鞘磷酯)第5页，共68页，2023年，2月20日，星期二c.脂蛋白：脂类与蛋白质非共价结合的产物，如血中的几种脂蛋白，VLDL、LDL、

HDL、VHDL是脂类的运输方式。B.糖脂：糖与脂类以糖苷键连接起来的化合物非脂成分是糖(如单已糖,二已糖)。也可根据醇成分分为甘油糖脂(如半乳糖基二酰基甘油)

和鞘糖脂(如脑苷脂)

鞘氨醇磷脂与鞘糖脂合称为鞘脂类第6页，共68页，2023年，2月20日，星期二3．衍生脂质（derivedlipid）

－由单纯脂质和复合脂质衍生而来。A．取代烃：主要是脂肪酸及其碱性盐（皂）和高级醇B．固醇类：包括固醇、胆酸和一些激素。C．萜(tie1)：天然色素、香精油等D．其他脂质：VitA、D、K、E，脂酰CoA，类二十碳烷（前列腺素）等。第7页，共68页，2023年，2月20日，星期二三．脂质的生理功能1．储存脂质－最佳的能量储存方式主要是三酰甘油和蜡,生物中油脂是能量的主要贮存形式。脂质氧化程度低,产热高。单位重量的供能：

1g油脂37kJ（9kcal）

1g糖orPr17kJ

胖人脂肪15～20Kg－供一个月的能量，而贮存的糖原不足一天的能量.储存体积：糖元或淀粉:水=1:2，脂则是纯的，体积小得多。动用先后：糖优先第8页，共68页，2023年，2月20日，星期二2．结构脂质－磷脂作为生物膜的主要成分,参与构成生物膜的骨架细胞和细胞壁的膜－生物膜主要是磷脂类构成的双分子层或称脂双层,

膜脂还包括固醇和糖脂第9页，共68页，2023年，2月20日，星期二3．活性脂质－激素、辅酶类等

活性脂质是小量的细胞成分

类固醇(类固醇激素)---代谢调节萜：合成糖蛋白时，磷酸多萜醇作为羰基的载体

脂溶性的维生素A、D、E、K卵磷脂激活β-羟丁酸脱氢酶--酶的激活剂第10页，共68页，2023年，2月20日，星期二4．电与热的绝缘体

电绝缘：神经细胞的鞘细胞,像电线的包皮,避免神经短路热绝缘：冬天保暖，企鹅、北极熊其次,储存脂还有一定的润滑和衬垫作用防止机械损伤和器官的定位第11页，共68页，2023年，2月20日，星期二

第一节三酰甘油三酰甘油或甘油三酯,俗称油脂甘油+脂肪酸脂肪酸的C一般为12个以上（饱和、不饱和）结构一．脂肪酸第12页，共68页，2023年，2月20日，星期二必需脂肪酸(FA)：人和哺乳动物生长所需的但不能合成，必须由膳食提供的多不饱和脂肪酸，亚油酸、亚麻酸。FA名称+碳数:双键数△双键位数如:亚油酸18:2△9,12

亚麻酸18:3△9,12,15

亚油酸是ω-6系亚麻酸是ω-3系脂肪酸简写原则：第13页，共68页，2023年，2月20日，星期二自然界脂肪酸特点：1.FA链长为10－20个碳,所含C多为偶数2.不饱和脂肪酸的双键多为顺式,双键位置一般在C9－10间3.相同链长的FA,双键愈多熔点愈低4.饱和FA的每个单键可自由旋转,有多种构像,不饱和FA的双键不能旋转,只有一种或少数几种构像第14页，共68页，2023年，2月20日，星期二

油：Oils常温下呈液态(不饱和脂肪酸)

脂:Fats常温下呈固态(饱和脂肪酸)R一般为不同的脂肪酸

R1＝R2=R3

单纯甘油酯

R1≠R2≠R3混合甘油酯第15页，共68页，2023年，2月20日，星期二二、三酰甘油的结构与类型L-型三酰甘油第16页，共68页，2023年，2月20日，星期二三．油脂的理化性质（一）物理性质1．熔点：取决于所含FA的成分

FA饱和度相同,C数熔点

FA碳数相同,熔点:不饱和脂肪酸<饱和脂肪酸2．溶解性:

三酰甘油不溶于水也不形成高度分散相。二酰、单酰甘油能形成高度分散体系－微团第17页，共68页，2023年，2月20日，星期二

（二）化学性质

1.水解反应：油脂能被酸、碱、酶水解→甘油+各种脂肪酸(钠)

皂化作用－油脂的碱水解过程,不可逆

皂化值:皂化1g油脂所需的KOH的mg数,它是甘油三酯平均相对分子质量的量度。皂化值越大,相对分子质量越小。

油脂平均Mr＝56是KOH的Mr

(三酰甘油TG)1molTG需3molKOH皂化值3×56×1000第18页，共68页，2023年，2月20日，星期二不饱和FA的双键在适当的温度和催化剂作用下,可与氢、卤素加成。与氢加成可生成饱和脂肪酸。与碘加成可推断FA的不饱和程度－碘值。碘值(iodinenumber)：油脂卤化时,100g油脂与碘作用所需碘的克数。碘值越大,油脂中含不饱和FA越多,油脂的不饱和程度越大。

2.氢化与卤化第19页，共68页，2023年，2月20日，星期二3.酰化反应乙酰化值：用来确定油脂的羟基含量生成1g乙酰化油脂释放出的乙酸被中和所需的KOH的mg数含羟基的FA中的羟基可与乙酸酐发生酰化反应，生成乙酰化油脂，同时有乙酸生成。第20页，共68页，2023年，2月20日，星期二

4．氧化与酸败酸败－油脂在空气中氧化产生臭味的现象。产生原因:不饱和成分的自动氧化,继而降解成醛、酮酸的混合物。酸败的程度用酸值表示。酸值:中和1g油脂中的游离FA所需KOH的mg数酸败程度越高,酸值也越大。可用于检测油脂的品质第21页，共68页，2023年，2月20日，星期二脂质的过氧化作用对机体的损伤：1.脂质过氧化产生的自由基，会导致蛋白的聚合和交联2.降低生物膜的流动相3.造成动脉粥样硬化4.与衰老有关第22页，共68页，2023年，2月20日，星期二第二节甘油磷脂—生物膜的主要成分1.甘油磷脂的结构由甘油、FA、磷酸、含氮碱或其它醇类组成一．结构和种类：第23页，共68页，2023年，2月20日，星期二1.甘油分子C1上连接的多为饱和脂酰基,C2上连接的多为不饱和脂酰基；2.甘油分子C3被磷酸酯化,在磷酸上连有X3.两个碳原子脂酰化,为疏水性,C3磷酸酯化并带有胆碱、胆胺等亲水基团

特点：两亲性分子甘油磷脂的结构特征第24页，共68页，2023年，2月20日，星期二2.重要的甘油磷脂磷脂酰胆碱—卵磷脂第25页，共68页，2023年，2月20日，星期二磷脂酰乙醇胺—脑磷脂第26页，共68页，2023年，2月20日，星期二磷脂酰丝氨酸第27页，共68页，2023年，2月20日，星期二二、甘油磷脂的理化性质物理性质：磷脂是两亲性分子，可用氯仿-

甲醇混合溶剂提取化学性质：1）水解作用：弱碱条件下，水解生成FA、磷酸甘油、含氮碱2）氧化作用：不饱和FA氧化生成过氧化物3）酶解作用：第28页，共68页，2023年，2月20日，星期二甘油磷脂的酯键和磷酸二酯键能被磷脂酶专一性地水解：

磷脂酶A1广布于生物界

B1

主要蛇毒

C细菌等

D植物

磷脂酶B1第29页，共68页，2023年，2月20日，星期二第三节鞘脂类－鞘氨醇衍生物

（不含甘油结构）

由鞘氨醇、FA、磷酸及胆碱各一分子组成,是一种不含甘油的磷脂。鞘氨醇X＝磷酸胆碱

鞘磷脂第30页，共68页，2023年，2月20日，星期二鞘磷脂鞘糖脂--

含有糖成分的复脂由鞘氨醇、FA、半乳糖或葡萄糖各一分子组成鞘糖脂第31页，共68页，2023年，2月20日，星期二糖脂也是构成细胞膜的重要成分,主要存在于脑组织中,故又名脑苷脂。含半乳糖脑苷脂、葡萄糖脑苷脂。结构为：半乳糖极性头部第32页，共68页，2023年，2月20日，星期二酸性糖脂－神经节苷脂极性头部有唾液酸，故有酸性其在神经末梢中含量丰富，种类很多，在神经冲动的传递中起着重要作用。第33页，共68页，2023年，2月20日，星期二第四节固醇类－环戊烷多氢菲的衍生物

常见的有胆固醇、胆酸、植物固醇等。α型固醇β型固醇第34页，共68页，2023年，2月20日，星期二1、胆固醇

Cholesterol

胆固醇不能皂化,易溶于有机溶剂。在氯仿溶液中与乙酸酐及浓硫酸反应产生绿色－测Ch含量。第35页，共68页，2023年，2月20日，星期二胆固醇与磷脂共同构成细胞膜的结构,还能转化为激素、胆酸、VitD3等。VD3参与机体的钙磷代谢,与骨骼生长有关。胆固醇除人体自身合成外,可从膳食获取,如蛋黄、肝、肾、脑中含量很高。胆固醇是生理必需的,但过多会引起疾病。它是动脉壁上粥样硬化斑块的成分之一,也是胆结石主要成分。老年人应注意膳食中的胆固醇量。

第36页，共68页，2023年，2月20日，星期二2.固醇衍生物－胆酸及胆汁酸胆汁酸是脂肪消化的乳化剂胆汁中,胆酸多与甘氨酸或牛磺酸结合成甘氨胆酸或牛磺胆酸－胆汁酸,常成钠盐－胆汁酸盐,是表面活性剂,乳化肠道中的脂肪、胆固醇和Vit(脂溶性),促进肠壁细胞对脂肪的吸收,还可激活脂肪酶,对脂肪的消化和吸收具有重要的生理意义。（牛磺胆酸）第37页，共68页，2023年，2月20日，星期二

脂蛋白

用密度梯度超速离心法，分为5大类：乳糜微粒(CM)

极低密度脂蛋白(VLDL)低密度脂蛋白(LDL)高密度脂蛋白(HDL)第38页，共68页，2023年，2月20日，星期二在地球上出现有生命物质和它由简单到复杂的长期演化过程中,生物膜的出现是一次飞跃,它使细胞能够既独立于环境而存在,又能通过生物膜与周围环境进行有选择的物质交换而维持生命活动。显然,细胞要维持正常的生命活动,不仅细胞的内容物不能流失,且其化学组成必须保持相对稳定,这就需要在细胞和它的环境之间有某种特殊的屏障存在。它能使新陈代谢过程中,经常由细胞得到氧气和营养物质接受各种信息分子和离子,排出代谢产物和废物,使细胞保持稳态,这对维持细胞的生命活动极为重要。因此细胞、细胞器和其环境接界的所有膜结构的总称。

生物膜是一个具有特殊结构和功能的选择性通透膜.第五节、生物膜

biologicalmembrane第39页，共68页，2023年，2月20日，星期二生物中除某些病毒外,都具有生物膜,厚度一般为7nm～8nm。真核细胞除质膜外,还有分隔各种细胞器的内膜系统,包括核膜、线粒体膜、内质网膜、溶酶体膜、高尔基器膜、叶绿体膜、过氧化酶体膜等。这些细胞或细胞器由膜包裹着与外界分开,形成一个稳定的内环境,在活细胞的物质、能量及信息的形成、转换和传递等生命活动过程中,是必不可少的结构。第40页，共68页，2023年，2月20日，星期二第41页，共68页，2023年，2月20日，星期二一．生物膜的组成

膜成分－脂质、蛋白质、糖类

脂质主要是磷脂、胆固醇及糖脂。

外周膜蛋白～30％

内在膜蛋白～70％

寡糖类物质：大多与膜蛋白结合,少数与膜脂结合。在信息传递和相互识别方面具有重要作用。

不同的膜其组成有明显的不同(与其功能有关)蛋白质第42页，共68页，2023年，2月20日，星期二生物膜的结构第43页，共68页，2023年，2月20日，星期二1.膜脂化学组成：磷脂为主，还有固醇、糖脂双分子层：生物膜的基质是极性脂质：磷脂、胆固醇和糖脂。磷脂的分子形态包括一个亲水性的极性头部和疏水性的脂肪酰链尾部。这种两亲性特性维持了膜结构的稳定性。亲水性头部朝向水相，疏水性尾部彼此聚集。第44页，共68页，2023年，2月20日，星期二急性白血病(AL)患者因癌细胞过度生长,需要大量胆固醇用以合成细胞浆膜,而使血浆胆固醇下降。说明胆固醇是细胞生物膜的重要组成部分。动物细胞胆固醇含量高于植物细胞。在脂双层中,它的极性顶端(-OH)靠近磷脂的(亲水)极性端,类固醇环(环戊烷多氢菲)与磷脂亲水顶端以下的一般碳氢链相互作用,而非极性的尾端则比较灵活。第45页，共68页，2023年，2月20日，星期二胆固醇分子在脂双层中的存在,可以防止温度过高或过低时膜的流动性发生改变。因为如果膜流动性下降,粘度增加,附着其上的酶将失去活性,各种活动,如过膜运输等都将变为不可能。第46页，共68页，2023年，2月20日，星期二2.膜蛋白：外周蛋白和内在蛋白生物膜的种种功能均与膜蛋白有关,因此膜蛋白种类多于脂质。外周蛋白－－受体内在蛋白－－酶、通道第47页，共68页，2023年，2月20日，星期二<1>物质运输:作为“载体”将物质带入或带出细胞；<2>外界信息的接受与传递:有些膜蛋白是激素或其他化学物质的特异受体;<3>作为各种酶(蛋白质),使特异的化学反应能在膜上进行;<4>细胞的识别<5>维持细胞结构

膜蛋白的作用第48页，共68页，2023年，2月20日，星期二缺乏跨膜转运调节蛋白,导致氯离子通道异常,引起粘膜上皮的分泌及吸收功能改变,粘膜上皮细胞脱水和覆盖粘膜上皮的呼吸道分泌物粘性增加,抑制了抗微生物多肽和呼吸道粘膜表面免疫球蛋白的活性,致使肺囊性纤维化.如：水通道蛋白4(AQP4)是近10年来发现的膜通道蛋白之一,在哺乳动物中至少有11种亚型。其功能主要是参与水的分泌和吸收过程,维持细胞内外水的平衡。第49页，共68页，2023年，2月20日，星期二3.糖膜中的糖常以寡糖链形式与蛋白质或脂类结合,形成糖蛋白或糖脂。糖蛋白：

o-糖苷键

N-糖苷键糖脂：o-糖苷键第50页，共68页，2023年，2月20日，星期二二.膜结构—液态镶嵌模型液态镶嵌模型（液晶态镶嵌模型）—膜是蛋白质镶嵌在粘滞的流体状脂质双层中所形成的。1972年，S.J.Singer和G.L.Nicolson提出生物膜流动镶嵌模型。根据疏水相互作用明确了双分子层中的基质是脂质,蛋白质靠静电相互作用结合在脂质的极性头部(外周膜蛋白),或镶嵌在双分子层的疏水性区域(内在性膜蛋白)—即膜的镶嵌特性生物膜的内外表面上,脂类和蛋白质的分布不均衡,这反映了膜两侧的功能的不同。第51页，共68页，2023年，2月20日，星期二主要特征：①膜中的磷脂疏水尾相对,极性头朝外,基本结构是磷脂双分子层,有一定的流动性。②蛋白质分子有的镶嵌在膜脂中,有的贯穿磷脂双层,

膜Pr可侧向运动，但不能翻滚。③膜Pr与膜脂,膜Pr与膜Pr等的相互作用限制了膜的流动性。④膜在化学组成及结构上的不对称性,保证了膜功能

(物质运输,信息传递)的方向性。⑤糖类多以糖蛋白,糖脂的形成结合在细胞表面—天线,在接受信息与细胞识别上起重要作用。

第52页，共68页，2023年，2月20日，星期二膜的流动性是生物膜极为重要的结构特征,它保证生物膜实现能量转换、物质转运、信息传递、细胞分裂等功能,生物膜磷脂中的多聚不饱和脂肪酸(PUFA)可维持膜的流动性。脂质分子在膜中的运动形式主要有：①脂肪酰链C一C键的“反式-扭转式”异构化；②绕整个分子轴的旋转扩散；③在膜平面上的侧向扩散；④脂肪酰链的片断运动；⑤内、外层分子的翻转运动。第53页，共68页，2023年，2月20日，星期二组成膜的磷脂具有一个极性头二个非极性尾—常含有不饱和脂肪酸以调节膜的流动性膜中的胆固醇也可调节膜的流动性,降低水溶性物质的通透性。影响流动性的因素：1.所含的FA不饱和程度、链长，2.胆固醇、鞘磷酯的含量，3.膜蛋白及温度pH等等。膜蛋白的流动性第54页，共68页，2023年，2月20日，星期二三．生物膜的功能

不同的生物膜具有不同的功能主要包括:

保护作用－稳定内环境物质运输能量转换信息的传递细胞识别第55页，共68页，2023年，2月20日，星期二

1．保护功能在细胞或细胞器中,生物膜第一个重要作用是将其内含物质与外界环境分隔开来,使之成为具有特殊功能的独立个体。生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外界环境因素改变的影响。第56页，共68页，2023年，2月20日，星期二

2.转运功能细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。细胞或细胞器通过生物膜,从膜外选择性地吸收所需要的养料,同时也要排出不需要的物质。在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。第57页，共68页，2023年，2月20日，星期二物质转运——生物膜的基本功能简单扩散：物质从浓度高的一侧到浓度低的一侧,不需能量,不需膜Pr协助,依赖