生物化学简明教程 脂类与生物膜

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由磷脂分子决定;随温度变化,脂质双层呈液晶 态或凝胶态;相变温度与膜上脂肪酸烃链的长度 和饱和程度有关
凝胶态 膜脂的相变 液晶态
膜脂的几种方式
侧向移动
翻转运动
旋转运动
摆动
全反式偏转构 型异构 化运动
膜蛋白的侧向扩散 膜蛋白的旋转扩散--围绕与膜平面相垂直的轴进行旋转运动
相变
侧向运动
翻转
细胞融合 小鼠
5.6.3 生物膜的结构
• 一种超分子复合体,脂质双分子层是所有
生物膜共有的结构特征
不对称性 流动性
(1)不对称性: 不同的膜脂在脂质双层呈不对称分布 ,膜蛋白
或镶嵌在膜上或结合在膜的表面,膜上的寡糖链 总是指向膜的胞外一侧
不对称性赋予了膜的作用具有方向性
(2)流动性: 指膜脂和膜蛋白所作的各种形式的运动,主要
5.4 鞘脂类
• 不含甘油而含鞘氨醇(sphingosine ) • 由一分子脂肪酸,一分子鞘氨醇或其衍
生物,以及一分子极性头基团组成
• 植物和动物细胞膜的重要组分 • 鞘磷脂类、脑苷脂类、神经节苷脂类
糖鞘脂
X为磷酸胆碱称为鞘 磷脂(sphingmyelin)
X为糖基称为鞘糖脂 (glycosphingolipid)
④ 细胞识别作用
细胞有识别异己的能力,识别作用是发生在细胞表 面的现象。
本质是细胞通过细胞膜上特定的膜受体与膜抗原与 外来的信号物质特异结合。相同个体内的各组织器官 都有相同的相容性抗原,可自相识别,不同组织由于 相容性抗原不同而不能识别特定的膜受体和膜抗原都 是糖蛋白或糖脂。
⑤ 能量转换作用
内膜系统 上含有酶, 是进行氧化 磷酸化和光 合磷酸化的 主要场所
• 磷脂酰胆碱(卵磷脂)与磷脂酰乙醇胺(脑
磷脂)细胞膜中含量最丰富的脂类物质。
卵磷脂常是含不同脂肪酸(软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、 亚麻酸和花生四烯酸等)的磷脂酰胆碱的混合物
胆碱的成分是一种季铵离子,碱性极强 脑磷脂分子中的脂肪酸与卵磷脂相似
• 磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸、缩醛磷脂、二
磷脂酰甘油(心磷脂)
源自文库神经酰胺
O
fatty acid
S phingo m yelin
O OH
H C CH NH CH C HC R (C H 2 )12
CH3
5.4.2 脑苷脂类
• 含1个糖残基的糖鞘脂 • 神经酰胺的C1上的羟基与单糖分子以糖
苷键结合
• 糖基不含唾液酸或硫酸 • 属中性鞘糖脂
5.4.3 神经节苷脂
第五章
脂质与生物膜
脂类(lipid)
• 脂质或类脂,是一类低溶于水,而高溶于非极性
溶剂的生物有机分子
• 主要是C、H、O ,有些尚含N、P及S • 化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4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
按化学组成分类
单纯脂类:由脂肪酸和醇类所形成的酯
雄性激素 维生素D
可的松 胆固醇
7-去氢胆固醇
胆钙化醇(维生素D3) 1,25-二羟胆钙化醇
(1,25-二羟基维生素D3)
5.6 生物膜
5.6.1 细胞中的膜系统
• 细胞具有包被细胞的质膜,细胞器也有质
膜,甚至在细菌、病毒的外面也有质膜
• 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
5.4.1 鞘磷脂类
• 两性分子 • 由磷脂酰胆碱、鞘氨醇和两条长的脂肪酸
烃链构成的疏水尾巴组成
鞘氨醇(Sphingosine)
神经酰胺(Ceramide)
CH3
O
H 3C
N+
H2 H2 CCO
P
C H 3 磷酸胆碱 O
p h o sp h o c h o lin e
H 2C
sp h in g o s in e
膜内在蛋白:约占膜蛋白 的70~80%,部分或全部嵌在 双层脂膜的疏水层中,不溶 于水,靠疏水键与膜脂相结 合,而且不容易分离,主要 以-螺旋和-折叠形式存在 ,以-螺旋普遍
跨膜蛋白
临界胶束浓度
(3)膜糖类 以糖蛋白(多)和糖脂(少)的形式存在,一般
占质膜总量的2~10% ;在膜上的分布是不对称的 ,大多处于细胞膜的外侧;在信息传递和相互识别 方面具有重要作用。
按能否被碱水解分类
可皂化脂类:能被碱水解而产生皂(脂肪酸盐)的脂类 不可皂化脂类:不能被碱水解而产生皂(脂肪酸盐)的脂类
5.1 三酰甘油
• 动植物油脂的化学本质是脂酰甘油 • 脂酰甘油主要是三酰甘油 • 三分子脂肪酸与一分子甘油的醇羟基脱
水形成的化合物
5.1.1 三酰甘油的结构
• 有L型和D型两种构型
18:3 9C,12C,15C 亚麻酸 ;
20:4 5C,8C,11C,14C 花生四烯酸;
20:5 5C,8C,11C,14C,17C 二十五碳五烯酸。
5.2.2 天然脂肪酸的结构特 点
• 大多数脂肪酸的碳原子数在12~24之间,且
均是偶数
• 只有一个双键的不饱和脂肪酸,一般为9 ;
若双键数目多于1个,则有一个为9 ,其他的 双键更远离羧基,往往两个双键之间相差一 个亚甲基(-CH2-)
⑥ 蛋白质合成与运输(糙面内质网膜)
糙面内质网膜和蛋白质合成和运输有关
⑦ 内部运输(高尔基体膜)。
高尔基体膜是一个内部的运输系统,把由内 质网合成并转运出来的蛋白质进行加工,通过高 尔基液泡以酶原颗粒运出细胞
⑧ 核质分开(核膜)
对稳定和的形态和化学成分起着重要的作用
亚油酸(ω-6PUFA)→γ亚麻酸→花生四烯酸 α-亚麻酸(ω-3PUFA)→二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)
5.3 磷脂
• 生物膜的主要成分
• 甘油磷脂(第一大类膜脂)
• 鞘磷脂(第二大类膜脂)
鞘磷脂、鞘糖脂
O
H2C O
R1 C O CH
H2C O
phosphatidate
O C R2 O P O O
(2)氢化与卤化
具不饱和双键的三酰甘油可与H2和卤素等起加成反应 碘值:用于测定油脂的不饱和程度
(3)自动氧化与酸败(指不饱和脂肪酸)
酸败作用(变蛤):油脂在空气中暴露过久可被氧化,产生难 闻的臭味
油脂的不饱和成分发生了自动氧化,产生过氧化物并进而降解 成挥发性的醛、酮、酸的复杂混合物
5.2 脂肪酸
脂、固醇和其他脂类等,其中以磷脂为主要成分。
磷脂:主要为甘油磷酸二酯,分子具有亲水的头部和 疏水的尾部,在膜的结构和功能的调节上有重要的作用
糖脂:动物细胞质膜几乎都含有,含量约占外层膜脂 的5%,大多都是鞘氨醇的衍生物
亲水基
疏水基
固醇:高等植物主要为谷固醇和豆固醇,动物细胞膜 的固醇多为胆固醇
胆固醇:分子具有两亲性特点,具有调节膜的流动性 ,增加膜的稳定性以及降低水溶性韧质的通透性等作用
H2
C
H2C
CH2 +
C H2
C H2
环戊烷

角甲基

环戊烷多氢菲
甾核=角甲基+环戊烷多氢菲
HO
Cholesterol
胆固醇是血浆蛋白及其细胞膜的重要组分, 由于其既疏水又亲水,所以属于两性分子。
在相变温度以上时,降低膜的流动性,在 相变温度以下时,保持了膜的流动性。
C3 核 有 一 β 取 向 的 羟基,C17上有烃链
• 简单甘油三酰(R相同)
O
• 混合甘油三酰(R不同) CH2-O -C‖ -R1

O

CH-O -C -R2

O ‖
CH-O -C -R3
5.1.2 三酰甘油的理化性质
• 无色、无味的稠性液体或蜡状固体 • 天然的油脂常是多种三酰甘油的混合物,无
固定熔点
• 物中的三酰甘油饱和脂肪酸含量↑,熔点亦↑ ,
5.3.1 甘油磷脂
• 甘油的两个醇羟基与脂肪酸成酯,第三个醇
羟基与磷酸成酯或磷酸再与其他含羟基的物 质(如胆碱、乙醇胺、丝氨酸等醇类衍生物) 结合成酯
非极性尾 O
非极性尾 O
H2C O C R2
R1 C O CH
O 极性头
H2C O P O X
O
glycerophospholipid
5.3.1 几种重要的甘油磷脂
常温下呈固态,俗称脂肪
• 植物中的三酰甘油不饱和脂肪酸含量↑,熔点
↓,常温下呈液态,俗称油
• 三酰甘油通称为油脂
(1)水解与皂化
水解(酸、碱或脂肪酶的作用)
三酰甘油→二酰甘油、单酰甘油→甘油和脂肪酸(酸水解可逆)
皂化(碱水解)
皂化1g油脂所需的KOH的质量(mg)称为皂化值 油脂的平均相对分子质量=(3×56×1000)/皂化值
绿光 膜蛋白抗体

红光 膜蛋白抗体
37℃ 温育42min
(3)流动镶嵌模型
① 脂双层模型 1899年Overton,1925年Gorter与Grendel ② 三夹板模型 1935年Daneilli 与Davson提出的 ③ Robertson单位模型 ④ 流动镶嵌模型 1972年由S.J.singer和G.Nicolson提出的是目前为人 们所广泛接受的模型 ,强调了膜的流动性和膜蛋白分布的 不对称性。
• 饱和脂肪酸
软脂酸(16C)、硬脂酸(18C)
• 不饱和脂肪酸
油酸 (含1个双键)、亚油酸(含2个双键) 、亚麻酸 (含3个双键) 、花生四烯酸(含4个双键)
5.2.1 脂肪酸的种类
16:1 9c
O
4
3
C
1
O
2
14:0 豆蔻酸; 16:0 软脂酸;
18:0 硬脂酸;
18:1 9C 油酸;
18:2 9C,12C 亚油酸;
• 糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂 • 神经酰胺与结构复杂的寡糖结合而成 • 糖基含硫酸的称为硫酸鞘糖脂(硫苷脂) • 属酸性鞘糖脂
5.5 类固醇
• 环戊烷多氢菲的衍生物,由于含有醇基
故命名为类固醇
• 不含脂肪酸 • 游离型及固醇脂两种形式 • 性质由固醇骨架的取代基团以及碳-碳
链间饱和或不饱和的程度所决定
• 生物膜:细胞膜(质膜)和各种内膜系统
植物细胞的结构 动物细胞的结构
5.6.2 膜的化学组成
• 化学组成:脂类、蛋白质、糖和金属离子,
以及水分(占15.20%)
• 生物膜的种类不同,膜的组分也有很大的
差异,功能越复杂,蛋白质的比例越大
内嵌蛋白 糖脂
锚定膜蛋白
胆固醇
卵磷脂
(1)膜脂 构成生物膜最基本的结构物质,包括磷脂、糖
• 双键多为顺式结构,少数为反式结构
5.2.3 必需脂肪酸
• 不能合成必须由膳食提供的脂肪酸
自身合成:油酸 18:1 9C 软油酸 16:1 9C
不能合成:亚油酸 18:2 9C,12C 亚麻酸 18:3 9C,12C,15C 花生四烯酸 20:4 5C,8C,11C,14C 二十五碳五烯酸 20:5 5C,8C,11C,14C,17C
(2)膜脂的多态性 当磷脂分散于水相时,可形成脂质体
脂质体:当磷脂分散于水相时,分子的疏水尾部趋向 于聚在一起,避开水相,而亲水头部暴露在水相,形成 具有双分子层的封闭囊泡
(3)膜蛋白 分为膜周边蛋白和膜内在蛋白两种。
膜周边蛋白:约占膜蛋白 的20~30%,分布于双层脂膜 的外表层,通过静电引力或 范德华力与膜结合,与膜的 结合比较疏松,容易分离出 来,能溶于水
蛋白质 以及其 他非脂 组分
与Daneilli和Davson模型不同在于两侧的蛋 白以折叠形式存在且不对称分布
(4)生物膜的功能
① 物质传递作用
② 保护作用
③ 信息传递作用
细胞膜上有各种受体,能特异的结合激素等信号分 子,一旦与激素结合,就可将信号跨膜传向细胞内的 酶系,产生特定的生理效应。
脂酰甘油酯:最丰富的为甘油三酯(三酰甘油、脂肪) 蜡:14~36个C的饱和或不饱和脂肪酸与16~30个C的一元醇所形成的酯
复合脂类:除了含有脂肪酸和醇外,还含有非脂分子的成分
磷脂(磷酸和含氮碱)、糖脂(糖)、硫脂(硫酸)
衍生脂类:由单纯脂类或复合脂类衍生而来,具有脂质的一般性质
萜类:天然色素、香精油、天然橡胶 固醇类:固醇(甾醇、性激素、肾上腺皮质激素) 其他脂类:维生素A、D、E、K等。
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