脂质和生物膜

脂质和生物膜主要内容脂类概述：定义、分类与生物学功能油脂的结构、性质及鉴定磷脂的种类、结构、性质及作用固醇的种类、结构及功能其他脂类生物膜的化学组成、结构与功能第2页,共61页，2024年2月25日，星期天第一节概述脂类（Lipid）的定义：是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的有机分子，一般是由脂肪酸和醇所形成的酯及其衍生物。脂质的元素组成主要是C、H、O，有些含N、P、S。分类：（一）按其皂化性质分（二）按其化学结构分第3页,共61页，2024年2月25日，星期天按脂类的皂化性质分可皂化脂类：一、中性脂肪：甘油一脂，甘油三脂等二、磷脂类：甘油磷脂和鞘磷脂三、蜡：长链脂肪酸与长链醇形成的脂非皂化脂类：一、萜类（异戊二稀的衍生物）二、类固醇类（环戊烷多氢菲的衍生物）三、前列腺素（20碳不饱和脂肪酸的衍生物）第4页,共61页，2024年2月25日，星期天按脂类化学结构分单纯脂类：由脂肪酸和醇形成的脂复合脂类：除上述物质之外还有其他非脂成分如磷脂、糖脂等。甘油磷脂、鞘磷脂。异戊二烯系脂类：萜类，类固醇类衍生脂类：由前两类衍生而来如脂肪酸的衍生物，前列腺素结合脂类：脂蛋白等第5页,共61页，2024年2月25日，星期天（1）贮存能量（贮存脂质），包括三酯酰甘油、蜡，是高度还原的化合物。（2）细胞组分（结构脂质），是细胞原生质、生物膜等的组成成分。（3）活性脂质，如固醇类激素、脂溶性维生素、电子载体、细胞信息分子、酶的激活剂等。（4）具有保护作用，维持体温、防止机械碰撞和水分蒸发等。生物学功能：第6页,共61页，2024年2月25日，星期天第二节油脂

(Glyceride)一、油脂的分子组成和结构由甘油和脂肪酸组成，称为脂酰甘油（acylglycerol）。常见的是三酰甘油（triacylglycerol，TG,甘油三酯）。三酰甘油中3个脂肪酸相同者称为简单三酰甘油，不同者称为混合三酰甘油。自然界多为混合三酰甘油的混合物。第7页,共61页，2024年2月25日，星期天第8页,共61页，2024年2月25日，星期天1、甘油（glycerol,丙三醇）是无色、无臭的粘稠状液体，溶于水和乙醇，不溶于其他有机溶剂。2、脂肪酸（fattyacid,FA）是长链烃（脂肪烃）与羧基相连形成的单羧酸，自然界的脂肪酸多是直链，分支或成环的为数很少。天然脂肪酸的结构特点：（1）在高等动植物体内主要存在12碳以上的高级脂肪酸，其中14～24碳占多数，且绝大多数含偶数碳原子；（2）烃链有饱和的，不饱和的，也有取代基，动物体内饱和脂肪酸含量高，植物体内不饱和脂肪酸含量高。（3）所含单不饱和脂肪酸（单烯酸）的双键位置一般在第9～10碳原子之间，多不饱和脂肪酸（多烯酸）常间隔3个碳原子出现一个双键。（4）不饱和脂肪酸具有几何异构现象，天然的多为顺式异构体。第9页,共61页，2024年2月25日，星期天脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）。不饱和脂肪酸含1个双键（油酸）含2个双键（亚油酸）含3个双键（亚麻酸）含4个双键（花生四烯酸）DHAEPA（ω-3系列）第10页,共61页，2024年2月25日，星期天根据国际理论与应用化学联合会(IUPAC)标准，羧基碳被指定为C-1，其余碳依次编号。另外，常使用希腊字母标记碳原子，与羧基毗邻的碳被指定为

碳，其余的碳依次用

、

、

、

等字母表示。希腊字母

常用于特指离羧基最远的碳原子，即脂肪酸的末端碳。脂肪酸的简写表示方法：先写碳原子数，再写双键数，最后表明双键位置。例如：硬脂酸18:0亚油酸18:2Δ9，12或18:2（9，12）花生四烯酸

20:4Δ5，8，11，14或20:4（5，8，11，14）EPA20:5Δ5，8，11，14，17或20:5(5,8,11,14,17)DHA22:6Δ4，7，10，13，16,19或22:6(4,7,10,13,16,19)脂肪酸的命名：第11页,共61页，2024年2月25日，星期天c（顺式）t（反式）第12页,共61页，2024年2月25日，星期天饱和脂肪酸的烃链柔性大,能以多种构象形式存在,最稳定的构象是伸展型。不饱和脂肪酸的顺式构型在烃链中产生约30°刚性弯曲，反式构型为伸展型。顺式异构体的熔点低于反式异构体。脂肪酸烃链的长度和不饱和度对其性质影响很大：溶解度熔点粘度沸点碳原子数增加：↓↑↑↑不饱和度增加：↑↓↓↓必需脂肪酸(essentialfattyacid)：人体及哺乳动物体内不能合成而又十分重要，必须由食物供给的脂肪酸，如亚油酸和亚麻酸。第13页,共61页，2024年2月25日，星期天1、物理性质：无色、无臭、无味的稠性液体或蜡状固体，呈中性，比重小于1g/cm3，一般不溶于水而溶于非极性溶剂。无明确熔点，有折光性。在有乳化剂存在下可与水形成稳定的乳状液。乳化作用（emulsification）：油脂在乳化剂（如胆汁酸盐、肥皂）的作用下变成细小颗粒而均匀分散在水中形成稳定乳化液的过程。搅拌二、油脂的性质：第14页,共61页，2024年2月25日，星期天（1）水解与皂化三酰甘油在碱、酸或脂酶的作用下水解为脂肪酸和甘油。油脂的碱水解作用称为皂化作用(saponification)，产物之一是脂肪酸的盐类，俗称皂。皂化价（值）：皂化1克油脂所需的氢氧化钾毫克数，是三酰甘油平均相对分子量的量度。

3×56×100056：KOH的克分子量皂化价=———————Mr：脂肪的分子量

Mr皂化值越高，表示含低相对分子量的脂肪酸越多。测定皂化值可检测油脂质量（是否掺有其他物质），可检测油脂的水解程度，可指示转变油脂为肥皂所需的碱量。2、化学性质：第15页,共61页，2024年2月25日，星期天油脂分子中的不饱和双键与氢或卤素发生加成反应，也称氢化反应、卤化反应。碘值（价）：油脂在卤化作用中，100克油脂与碘作用所需碘的克数。

N×V×127/1000

碘价=×100WN：硫代硫酸钠的摩尔浓度，127：碘原子量V：滴定时所耗硫代硫酸钠的体积（毫升）W：油脂的克数，（2）加成反应第16页,共61页，2024年2月25日，星期天碘价表示油脂中脂肪酸的不饱和度。碘价越大，不饱和度越大。根据碘值可判断干性油的优劣。采用氢化反应可以用植物油制造人造牛油。采用卤化反应可以制造特种脂肪。液体油脂不便运输，易酸败，海产油脂还有臭味，可通过氢化或卤化加以改善。第17页,共61页，2024年2月25日，星期天天然油脂长时间暴露在空气中会产生难闻的气味，这种现象称为酸败（rancidity）。含不饱和脂肪酸的油脂与分子氧作用产生脂酸过氧化物，继续分解产生低级醛、酮、酸或衍生物，这些物质使油脂产生臭味。光、热、湿气可加速油脂酸败。微生物或脂肪酶可将油脂水解成脂肪酸和甘油，脂肪酸经酶促反应产生低级酮，甘油也可被氧化成有臭味的1，2-环氧丙醛。酸价（值）：中和1克油脂中的游离脂肪酸所需的KOH毫克数，是表示酸败的程度，可用来表示油脂的品质。油脂储藏和运输过程中应防止酸败，可采取真空、充氮、避光、冷藏、防止微生物、添加抗氧化剂等措施。含高度不饱和脂肪酸的油类（如桐油、亚麻酸）经空气氧化后形成薄膜，如油漆、涂料中的干性油。（3）酸败与氧化作用第18页,共61页，2024年2月25日，星期天第三节磷脂

（phospholipid）磷脂是含有磷酸的脂质，是构成生物膜的重要成分，是脂肪在肝内的主要形式。磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。根据磷脂中所含醇的不同分为两类：甘油磷脂（glycerophospholipid）和鞘磷脂（sphingomyelin）。第19页,共61页，2024年2月25日，星期天磷脂的性质【弱碱或酶（磷脂酶）的水解作用，氧化作用】第20页,共61页，2024年2月25日，星期天生物体内的磷酸甘油酯均为L-型。CH2OCOR1R2OCOCHCH2—O—HPO—O-OHX非极性尾非极性尾极性头一、甘油磷脂类又称磷脂酰甘油，是磷脂酸的衍生物，由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮基团或肌醇等组成。第21页,共61页，2024年2月25日，星期天在生理条件下（pH=7），磷酸基团带负电荷，含氮基团带正电荷，在同样的条件下，不同的磷脂所带的电荷不同，可用电泳的方法将它们分开。在生理条件下（pH=7），各种磷脂所带的电荷

名称磷酸基团含氮碱净电荷电泳方向磷脂酸-1无-1正极磷脂酰胆碱-1+10原点磷脂酰乙醇胺-1+10原点磷脂酰丝氨酸-1+1-1正极磷脂酰肌醇-10-1正极磷脂酰甘油-1无-1正极心磷脂-2无-2正极甘油磷脂的电荷与极性第22页,共61页，2024年2月25日，星期天组成：磷脂酸和胆碱。R1多为饱和脂肪酸，R2是不饱和脂肪酸，胆碱属季胺盐，碱性强。性质：白色蜡状固体，暴露在空气中极易吸水变成黑色胶状物。不溶于丙酮，溶于乙醚和乙醇。极性头部是胆碱。分布与功能：在蛋黄中含量特别丰富，在脑、精液、肾上腺和红细胞中含量也比较多。血浆中作为脂蛋白的主要成分，运输脂类和胆固醇。卵磷脂和胆碱有预防脂肪肝形成的作用。1、磷脂酰胆碱，俗称卵磷脂第23页,共61页，2024年2月25日，星期天组成：磷脂酸和氨基乙醇（乙醇胺）；磷脂酸和丝氨酸。乙醇胺属伯胺，碱性较胆碱弱，丝氨酸为氨基酸。性质：白色蜡状固体。不溶于乙醇溶于乙醚，借此可以将脑磷脂和卵磷脂区分开来。极性头部是乙醇胺，丝氨酸。分布与功能：最早在脑组织中发现，在红细胞中含量丰富，此外在植物的种子和子叶中含量也很丰富。其作用与卵磷脂相似。被称为血小板第三因子，可激活凝血酶原。2、脑磷脂：包括磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸第24页,共61页，2024年2月25日，星期天以甘油为桥将两个磷脂酰基连接起来，即甘油的第1、3位羟基被两个磷脂酰基取代。心磷脂是唯一有抗原性的脂类。在心肌线粒体的内膜中含量丰富，在植物和细菌的细胞中也有发现。组成：磷脂酸和肌醇。肌醇即环己烷六醇，第4，5位常发生磷酸化，生成4-磷酸肌醇磷脂，5-磷酸肌醇磷脂，或4，5-二磷酸肌醇磷脂。极性头部是磷酸化肌醇。分布与功能：磷脂酰肌醇和其它磷脂共同存在于生物体内，脑组织中比较丰富。4，5-二磷酸肌醇磷脂水解后生成三磷酸肌醇和二酯酰甘油，在生物体内的信息传递中起重要作用。3、磷脂酰肌醇4、心磷脂，即二磷脂酰甘油第25页,共61页，2024年2月25日，星期天由鞘氨醇、脂酸、磷酸、含氮碱组成的脂质。含氮基团常见的是胆碱和乙醇胺。鞘氨醇(1,3－二羟基-2-氨基-4-烯基十八烷或2-氨基-4-烯基-十八碳1,3,二醇），第二位的氨基与脂肪酸相连，形成神经酰胺（Cer）。鞘磷脂是神经酰胺1-位羟基（伯醇基）被磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺酯化而成。性质：鞘磷脂是白色晶体，对光、空气稳定，溶于热乙醇，不溶于丙酮和乙醚。功能：鞘磷脂是动物细胞膜如红细胞膜的成分，在神经组织和脑组织中含量较高，与神经冲动的产生和传导有关。二、鞘氨醇磷脂(phosphosphingolipid)第26页,共61页，2024年2月25日，星期天神经鞘磷脂神经酰胺第27页,共61页，2024年2月25日，星期天第四节固醇一、固醇的结构固醇又称甾醇，是环戊烷多氢菲的衍生物。结构特点：1）C3连羟基或者酮基；2）除少数雄性激素外，绝大多数C10和C13连甲基；3）C17连侧链，为长链脂肪烃，可根据其长短和饱和度对固醇进行分类。第28页,共61页，2024年2月25日，星期天

包括胆固醇、胆固醇酯、7-脱氢胆固醇、粪固醇。1、胆固醇（cholesterol）C5和C6间为双键，C17连的侧链为异辛醇，C3位羟基与脂肪酸结合形成胆固醇酯。分布：脊椎动物细胞膜成分，在神经组织中含量丰富，其次是血液、胆汁、肝、肾、皮肤。性质：溶于乙醇、乙醚和氯仿；不能皂化；与毛地黄苷产生沉淀反应；与醋酸酐和浓硫酸反应生成蓝绿色物质，以上两种反应均可作为胆固醇的定性和定量反应。功能：维持生物膜的透性和绝缘性，与神经兴奋的传导和脂质代谢有关，是许多物质的前体，如胆酸和固醇类激素。是血液脂蛋白复合体的成分，与动脉粥样硬化有关。

二、动物固醇第29页,共61页，2024年2月25日，星期天2、7-脱氢胆固醇与胆固醇相比，在C7和C8位之间多一个双键。存在于皮肤和毛发，经紫外光照射转变为维生素D3，又称维生素D3原。3、粪固醇比胆固醇少一个双键，即C5-C6间没有双键。是胆固醇经肠道微生物作用转变而来，随粪便排出。4、胆汁酸为固醇酸，是胆固醇转变而来，包括胆酸、鹅脱氧胆酸、脱氧胆酸和石胆酸，并与甘氨酸、牛磺胆酸以肽键结合生成结合型胆汁酸，是胆汁的主要成分，也是胆汁苦味的主要因素。胆汁酸盐（胆盐）是乳化剂，可使脂肪乳化，促进脂肪的消化吸收。第30页,共61页，2024年2月25日，星期天1、植物固醇结构与胆固醇相似，侧链上含乙基，如：谷固醇、豆固醇。植物固醇是植物细胞的组成成分，不能被人体吸收，并能抑制肠粘膜对胆固醇的吸收。2、真菌固醇麦角固醇是典型代表，在紫外线照射下可转变为维生素D2。三、其它固醇第31页,共61页，2024年2月25日，星期天第五节其它脂类一、萜类（terpene)是异戊二烯的聚合物。在构成萜时，异戊二烯大多为头尾相连，也有尾尾相连。连接成的分子为线状或环状。常见的萜类有：植物精油、叶绿醇、维生素A、维生素E、维生素K、类胡萝卜素、泛醌、橡胶等。萜类具有特殊味道，是各种植物特有油的主要成分，如薄荷醇、樟脑等。二、蜡(wax)由高级一元醇（直链的或环状的）和高级脂肪酸（C24～C36）构成的酯，理化性质与中性脂肪相似，并常与脂肪共存。蜡是动植物代谢的最终产物，具有保护作用，防止水分蒸发，细菌和药物侵蚀，还可作工业原料，如蜂蜡、白蜡、鲸蜡、棕榈蜡等。第32页,共61页，2024年2月25日，星期天

是一类含有糖成分的结合脂质，即糖通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接而成，在动植物体内均存在。1、鞘糖脂由鞘氨醇、脂肪酸、单糖或寡糖构成，主要包括脑苷脂和神经节苷脂。脑苷脂是动物体内的一种糖脂，在神经髓鞘中最丰富，由β-己糖（多为半乳糖）、脂肪酸（22～26碳）和鞘氨醇组成。神经节苷脂所含糖为寡糖，多为氨基己糖，如N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰神经氨酸等，分子末端常是唾液酸（Sia）。主要存在于脑灰质，与神经传导有关。三、糖脂(glycolipid)第33页,共61页，2024年2月25日，星期天半乳糖脑苷脂第34页,共61页，2024年2月25日，星期天由脂质和蛋白质以非共价键（氢键、疏水作用、范德华力、静电引力等）结合而成的复合物。脂蛋白中的蛋白质部分称为载脂蛋白。脂蛋白广泛存在于血浆中，是脂质在血液中的转运形式。甘油的C1、C2位通过酯键连接脂肪酸，C3通过糖苷键与糖连接，所含己糖多为半乳糖、葡萄糖、甘露糖等。多存在于植物细胞。2、甘油糖脂四、脂蛋白（lipoprotein)第35页,共61页，2024年2月25日，星期天第六节生物膜

（biologicalmembrane）所有的细胞都以一层薄膜将它的内含物与外界环境分开，称为细胞膜。大多数细胞中含有许多内膜系统，组成具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器。例如，线粒体、细胞核、内质网、溶酶体和叶绿体等。细胞膜以及各种细胞器膜通称为生物膜。生物膜结构是细胞结构的基本形式，它为整个细胞的区域化和生物分子的有序反应提供了结构基础。电镜下表现出大体相同的形态、厚度6～9nm左右的3片层结构。第36页,共61页，2024年2月25日，星期天1．生物膜的组成主要由脂质（磷脂和胆固醇）、蛋白质（包括酶）和多糖类组成，另含水和金属离子等。化学组成特点：

1）比例变化大；

2）分布具不对称性（磷脂、膜蛋白、糖链、酶、受体等）；

3）具有运动性和协同性。生物膜的组成因膜的种类不同而有很大的差别。

一、生物膜的组成和结构第37页,共61页，2024年2月25日，星期天锚定膜蛋白内嵌蛋白糖脂胆固醇卵磷脂第38页,共61页，2024年2月25日，星期天以磷脂为主，其次是糖脂和胆固醇。磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作用，能够形成双层脂膜结构或微团结构。（1）膜脂第39页,共61页，2024年2月25日，星期天脂质体第40页,共61页，2024年2月25日，星期天生物膜磷脂的作用：1）为生物膜的骨架；2）是极性化合物的通透屏障；3）可激活某些膜蛋白。第41页,共61页，2024年2月25日，星期天胆固醇：以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂类的物理状态有一定的调节作用，有利于保持膜的流动性和降低相变温度。在相变温度以上时，胆固醇阻扰磷脂分子脂酰链的旋转异构化运动，降低膜的流动性；在相变温度以下时，胆固醇阻扰磷脂分子脂酰链的有序排列，保持膜的流动性，防止向凝胶态转变。糖脂：是构成双层脂膜的结构物质。主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。细菌和植物的细胞膜中糖脂含量较多，主要为甘油的衍生物。第42页,共61页，2024年2月25日，星期天第43页,共61页，2024年2月25日，星期天第44页,共61页，2024年2月25日，星期天膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所。根据在膜上的定位情况，分为外周蛋白和内在蛋白。

1）外周蛋白（peripheralprotein）：约占膜蛋白的20－30%，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。外周蛋白能溶解于水。

2）内在蛋白（integralprotein）：约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，多肽链内常形成氢键，主要以

-螺旋和

-折叠形式存在。内在蛋白不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，不易从膜中分离出来。（2）膜蛋白第45页,共61页，2024年2月25日，星期天内在蛋白第46页,共61页，2024年2月25日，星期天生物膜中含有一定的寡糖类物质，大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合，约占质膜的2～10％。生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酸等。糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重要作用。（3）膜糖第47页,共61页，2024年2月25日，星期天膜蛋白中的糖类第48页,共61页，2024年2月25日，星期天双层脂分子构成（E.Gorter,F.Grendel,1925)三明治式结构模型(H.Davson,J.F.Danielli,1935)单位膜模型(J.D.Robertson,1964)流动镶嵌模型(S.J.Singer,G.Nicolson,1972)2、膜的结构第49页,共61页，2024年2月25日，星期天膜的流动镶嵌模型结构要点1.膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层。2.脂质双分子层具有流动性。3.内嵌蛋白“溶解”于脂质双分子层的中心疏水部分。4.外周蛋白与脂质双分子层的极性头部连接。5.双分子层中的脂质分子之间或蛋白质组分与脂质之间无共价结合。6.膜蛋白可作横向运动。第50页,共61页，2024年2月25日，星期天二、生物膜的功能生物膜具有保护、转运、能量转换、信息传递、细胞识别、运动和免疫等生物功能。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，保持它们原有的形状和完整结构。第51页,共61页，2024年2月25日，星期天

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52页,共61页，2024年2月25日，星期天（1）被动转运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。第53页,共61页，2024年2月25日，星期天（2）主动转运主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。这一过程一般都与ATP的释能反应相偶联。第54页,共61页，2024年2月25日，星期天钠

、钾离子泵第55页,共61页，2024年2月25日，星期天主动转运的特点

膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。

载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只能转运一种或一类物质。

方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行转运。如细胞为了保持膜内、外的K+和Na+离子的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过主动转运方式，向内泵入K+，而向外泵出Na+。

主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。

主动转运所需的能量一般由ATP提供。第