第二章脂质与生物膜.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,脂质,与,生物膜,1 脂 质 （Lipid）,脂质,-,不,溶于水,，但,能溶于,非极性有机溶剂,。,脂类,三酰甘油,磷,脂,糖,脂,固醇,基本脂,，,不代谢,按,生物学功能,分：,贮存,脂质,构造脂质,活性,脂质,蜡,前列腺素,，,脂溶性维生素,等,-海洋,浮游生物,的能量储库,可代谢,供能,（膜脂）,不因饥饿,或者,病理状态,发生,较大的,变化,1.1,脂肪酸,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,（,单,不饱和脂肪酸）,含,2,个及,以上,双键,（,多,不饱和脂肪酸）,脂肪酸,的名称的,简写,注明,烃链,的,长度,，,双键,的,数目,和,位置,。,亚油酸,18:2,9,12,硬脂酸,18:0,生物脂肪酸的,物理、化学,性质,生物脂肪酸的构造特点,.,绝大,多,数,含,偶数,的,碳原子,，,直链,；,.双键多是顺式构造，且不共轭。,.,饱和,脂肪酸,12:024:0,，在,常温,下是,固体,；,同样,链长,的,不饱和,脂肪酸则是,液体,。,.,水溶性,小,，,密度,比,水,小,；,.,双键,可以发生,氢化,而饱和；,双键间,的,-CH,2,-,可以,被氧化,为,自由基,。,AA,（花生四烯酸）含,4,个双键,植物和细菌可以运用乙酰CoA合成所需的所有脂肪酸。,哺乳动物既可以从食物中获得大部分脂肪酸，也可以合成饱和脂肪酸和某些单不饱和脂肪酸（16:1，18:1）。,必需脂肪酸,不过，亚油酸(18:2)和亚麻酸(18:3)必须从植物中获取，也称为哺乳动物的必需脂肪酸。,EPA,（二十碳五烯酸）含,个双键,DHA,（二十二碳六烯酸）含,个双键,运用它们在体内合成：,脑黄金,某些常见油脂中高级脂肪酸含量,1.2,三酰甘油(TG),1,分子,甘油,和,3,分子,脂肪酸,结合而成的,酯,。,当,R,1,R,3,，,C,2,有手性；,，,在室温下呈,液态,的称为,油，,如,豆,油、,桐,油和,花生,油等,;,固态,或,半固态,的称为,脂肪,，如：,牛油、猪油,等,1.2.1 三酰甘油的构造,1.2.2 化学反应,1.,皂化反应,与,皂化值,将油脂与,NaOH,溶液,共热,，可水解生成,甘油,和高级脂肪酸的,钠盐,。如：,油脂的化学反应重要表目前酯和双键构造上。,肥皂,油脂的碱性水解称为,皂化,。后将其,推广为,酯,的,碱性水解,反应均称为,皂化反应,。,皂化值,：,工业上把,1g,油脂,完全皂化所需的,KOH,的质量,(,单位：,mg,),，称为,皂化值,。,皂化值反应出油脂的平均相对分子质量。显然，皂化值，油脂的平均相对分子质量。,(为何?),2.,加成反应,与,碘值,具有不饱和酸的油脂，分子中的碳碳双键可与H2或X2加成。,如：将油在,200,以上,、,0.10.3MPa,下，以,Ni,为催化剂进行,催化加氢,，称为油的,氢化,或油的,硬化,。,工业上常通过该反应把,液态,的植物油转变为,人造奶油,（,氢化油脂,），用于食品加工,烹饪,。,也许含反式构造,碘值：100g油脂所能吸取的碘的质量(单位：g)，称为碘值(又称碘价)。碘值，阐明油脂的不饱和程度。,由于碘与碳碳双键加成较为困难，测定期一般用ICl或IBr作试剂，再折算成碘的质量。,3.,酸败,油脂和含油脂的食品，在贮存过程中经微生物、酶、空气中的氧的作用，而发生变色、气味变化等变化，称为油脂酸败。,常可导致不良的生理反应或食物中毒。,ICl,熔点：,型,27.17,，不吸潮。,原因是：,酸败的成果导致油脂的酸性增长。,酸值是评估油品酸败程度的指标之一，它是指中和,1 g油脂中游离脂肪酸所消耗的氢氧化钾的质量(mg)。,酸值,与,皂化值,有,何差异,？,（4）温度：温度升高，则油脂酸败速度加紧，温度每升高10，酸败速度一般加紧一倍。因此，油脂应尽量低温保留。,完全防止酸败是不也许的，只能采用措施减慢：,（1）水分：一般认为油脂含水量超过0.2%，水解酸败作用会加强。因此，在油脂的保管和调运中，要严格防止水分的浸入。,（2）空气：空气中的氧气是引起酸败变质的重要原因，因此，应充氮及严格密封储存。,（3）光照：日光中的紫外线有助于氧的活化和油脂中游离基的生成，加紧油脂氧化酸败的速率，因此，油脂应尽量避光保留。,1.3 蜡,蜡的重要成分C16以上的含偶数碳原子的高级脂肪酸的高级饱和一元醇酯。天然蜡中往往具有一定量的游离脂肪酸、脂肪醇及高级烷烃。,也广泛存在于自然界中，如,植物,的,茎叶,和,果实,的外部、,昆虫,的,外壳,、,动物,的,毛皮,以及,鸟类,的,羽毛,中。,在海洋浮游生物中，蜡是代谢燃料的重要贮存形式。,用途,：制造,蜡模,、,蜡纸,、,上光剂,和,软膏的基质,等。,注意：石蜡与蜡尽管其物态、物性相似，但其化学构成不一样，石蜡是C20以上的高级烷烃的化合物。,软脂酸蜂蜡酯,(,蜂蜡,),软脂酸鲸蜡酯,(,鲸蜡,),蜡酸蜡酯,（虫 蜡）,1.4,甘油磷脂,非极性尾,极性头,不饱和脂肪酰链18:1,9,18:2,18:3,饱和脂肪酰链16:0,18:0,重要参与细胞膜的构成，是第一大类膜脂。不一样的磷脂，其磷酸酯基构成也不相似。,sn-甘油-3-磷酸,的衍生物,非极性尾,极性头,1.4.1,磷脂酸,磷脂酸,是,甘油磷脂,的,母体,化合物,净电荷,为-2,1.4.2,磷脂酰,胆碱,（卵磷脂）,极性头部,胆 碱,卵磷脂,和,胆碱,有,防止,脂肪肝,形成的作用，在,蛋黄,和,大豆,中含量,丰富,。,净电荷,为 0,二,软脂酰,胆碱,由型肺泡上皮细胞合成，可减少肺泡表面张力。,R,1,、,R,2,为软脂酸,X,为胆碱,CH,2,O,-,C,-,R,1,R,2,C,-,O,-,CH,CH,2,O,-,P,-,O,X,O,O,O,-,O,O,O,O,1.4.3,磷脂酰,乙醇胺,（,脑磷脂,）,乙醇胺,极性头部,净电荷,为 0,脑磷脂,和,卵磷脂,是,细胞膜,中,最丰富,的,脂质,。,1.4.4,磷脂酰丝氨酸,丝氨酸,极性头部,净电荷,为-1,常见于血小板膜中，当,组织受损,血小板,被激活,时，膜中的,磷脂酰丝氨酸,从,内侧,转向,外侧,，作为,催化剂,与其他凝血因子一起,促使,凝血酶原,的,活化,。,1.4.5,磷脂酰肌醇 PI,肌 醇,极性头部,净电荷,为-1,肌醇,的,多磷酸化,产物PIP,2,是,胞内,信使,。,1.4.6,磷脂酰甘油,甘 油,极性头部,净电荷,为-1,磷脂酰甘油,在,细菌,的,细胞膜,中含量,丰富,。,1.4.7,二磷脂酰甘油（心磷脂）,二磷脂酰甘油,最先,在,心肌线粒体膜,中找到。,极性头部,净电荷,为-2,磷脂酸,1.4.8,醚,甘油磷脂,醚键,PAF,，,血小板激活因子,缩醛磷脂,，人,中枢神经,中,富含,醚键,特殊的磷脂,1.4.9,甘油磷脂的水解,磷脂酶A,2,磷脂酶D,磷脂酶C,磷脂酶A,1,研究充足，可选择性运用,1.5,鞘脂类,由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子极性头基团构成。,鞘脂类,鞘磷脂,类,脑苷脂,类,神经节苷脂,类,重要参与细胞膜的构成，是第二大类膜脂。,（,糖,鞘脂,）,鞘氨醇,神经酰胺,反式,鞘脂前体,极性头,非极性尾,1.5.1 鞘磷脂,磷酸胆碱,构造与磷脂酰胆碱相似,鞘磷脂存在于动物细胞的质膜中，尤其是髓鞘（包围某些神经元的轴突并使之绝缘）中。,神经酰胺,净电荷,为 0,极性头,非极性尾,-D-,半乳糖基,1.5.2 脑苷脂,中性鞘糖脂,半乳糖脑苷脂,1.5.3 神经节苷脂,N-,乙酰神经氨酸,硬脂酸,神经酰胺,G,M1,G,M2,G,M3,D-,半乳糖,N-乙酰-D-半乳糖胺,D-,半乳糖,D-,葡萄糖,在,神经末梢,中含量,丰富,酸性鞘糖脂,M,ono，,D,i，,T,ri,1.6,类固醇,（,甾醇,）,是环戊烷多氢菲的衍生物，由于具有羟基故命名为“醇”。其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。,构造及编号:,环戊烷,(D),多氢菲(,ABC,),甾,四个环加三条侧链,胆固醇是动物质膜的重要组分。可自身合成，在脑、肝、肾、蛋黄中含量很高。由于其既疏水又亲水，因此属于两亲分子。刚性平面构造对膜的流动性具有调整作用。,1.6.1,胆固醇,极性头,非极性尾,麦角固醇,-谷固醇,植物,(29,碳,),酵母,(28,碳,),可克制胆固醇的吸取,可转化为,维生素D,2,前体,1.6.2,植物固醇,1.6.3,胆酸,A/B cis-,5,-,系,3,7,12-,三羟基,-5-,胆烷,-24-,酸,是,胆固醇,的,代谢物,之一,，胆酸,一面,亲,水,，,另一面,疏,水,，具有,增溶,作用。,1.6.4,牛磺胆酸,是更强的表面活性剂，能溶于脂-水界面处，使油脂乳化，便于水溶性的脂酶发挥作用，增进油脂和脂溶性维生素的吸取。,睾丸甾酮,雌酮,-,雌二醇,黄体酮（孕甾酮）,1.6.5,固醇激素,2 生物膜,细胞膜以及多种细胞器的外膜通称为生物膜。,它是一种具有特殊构造和功能的选择性通透膜，,重要功能可归纳为：,物质运送、能量转换、信号识别与传导、细胞免疫等。,生物膜构造是细胞构造的基本形式，对细胞内诸多生物大分子的有序反应和整个细胞的区室化都提供了必需的构造基础，使整个细胞活动有条不紊、协调一致地进行。,2.1 生物膜的构成和构造,磷脂:,甘油磷脂,和,鞘磷脂,脂质,胆固醇,糖脂,外周,蛋白,内在,蛋白,糖类,:糖脂，糖蛋白,水,和,金属离子,生物膜的构成,蛋白质,(,包括酶,),生物膜的构成，因膜的种类不一样而有很大的差异。,例如神经髓鞘，蛋白质只占18%，脂质约占79%，而线粒体内膜和细菌质膜，蛋白质占75%左右，脂质仅占25%。,一般讲，功能复杂或多样的膜，蛋白质的比例较大。相反，膜功能愈简朴，其膜蛋白的种类和含量愈少。,神经髓鞘,仅含,3种,蛋白,线粒体内膜,达,60,多种,磷脂分子在水溶液中存在的几种构造形式,双层微囊,水,空气,微团,单体,单分子层,水,2.1.1 生物膜的构造-流动镶嵌模型,脂质分子,的,自装配,磷脂类的双层构造,水,56nm,通过疏水互相作用汇集,水,疏水环境,，,极性,分子、,离子,不能,自由通过,美国科学家彼得阿格雷因发现“水通道”，罗德里克麦金农研究“离子通道”荣获诺贝尔化学奖。,流动,镶嵌,模型,Singer,和,Nicolson,1972,认为生物膜是一种流动的、嵌有多种蛋白质的脂质双分子层构造，其中蛋白质如同一座座冰山漂移在流动脂质的海洋中。,生物膜,外周,膜蛋白,、,内在,膜蛋白,示意图,a.b.c,内在,膜,蛋白，,d.e,外周,膜,蛋白,2.1.2,膜蛋白,根据在膜上的定位状况，可以分为：外周蛋白和内在蛋白。,膜蛋白与膜脂双脂层结合的重要形式,通过,离子键,或,氢键,与,膜的,极性头部,或,与,内在膜蛋白,伸出,膜表面,的,部位,结合,。,外周,蛋白,特点：都能溶于水；易于分离，可在不破坏膜构造的状况下，通过温和措施（变化离子强度或pH）分离提取。,约占膜蛋白的,20-30%,，,分布于膜的,脂双层,表面,。,内在蛋白,靠疏水互相作用与膜脂相结合。,约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或所有嵌在双层脂膜的疏水层中。,特点：不溶于水；不轻易从膜中分离。只有在较剧烈的条件下，如用表面活性剂（SDS）、有机溶剂或超声波等才能将它们解离下来。,生物膜中具有一定的寡糖类物质，大多与膜蛋白结合，少许与膜脂结合。,2.1.3,糖类,功能：细胞表面的天线，在接受外界信息，以及细胞间互相识别方面具有重要作用。,2.1.4 生物膜,特性,生物膜,具有,两个明显,的,特性：,2、膜的,流动性,1、膜的,不对称性,细胞质膜的不对称性是指细胞质膜脂双层中多种成分不是均匀分布的，包括种类和数量的不均匀。,2.1.4.1 膜的,不对称性,a.膜脂,的,不对称,分布,占总量的比例,50,25,50,25,外 层,膜脂,总量,鞘磷脂（,0,）,磷脂酰胆碱（,0,）,磷脂酰丝氨酸（,-1,）,磷脂酰乙醇胺（,0,）,电位更低,内 层,b.膜蛋白,的,分布,也是,不对称,的,每种膜蛋白在膜中均有特定的排布方向和分布区域，与其功能相适应，这是膜蛋白不对称性的重要原因。,膜蛋白的不对称性还,包括,外周蛋白,分布,的,不,对称,以及,整合蛋白,内外两侧,氨基酸残基,数目,的不对称。,糖类在膜上的分布是不对称的，所有分布在非细胞质的一侧。,c.糖类,的,分布,也是,不对称,的,膜不对称性的生物学意义：膜成分的不均匀分布，导致了膜功能的不对称性和方向性；使膜两侧具有不一样功能。保证了生命活动的高度有序性。,2.1.4.2 膜的,流动性,非常,慢,，需,消耗,能量,速度快，重要形式,侧向扩散,旋转运动,摆动运动,伸缩震荡,翻转运动,旋转异构,磷脂分子,运动,的,几种,方式,包括,膜脂分子,和,膜蛋白,的,运动,2.1.4.3 膜脂的,相变,（,热运动,）,变相温度（,Tc,）,凝胶态,液晶态,T,Tc,加热,冷却,在,生理状态,下，,生物膜,既不是,有序,的,凝胶态,，,也不是,液态,，而是,液晶态,，即介于晶态与液态之间的,过渡状态,。,在这种状态下，其,既具有,液态分子的,流动性,，,又具有,固态分子的,有序,排列,。,脂双层变薄15%，流动性增长,2.1.4.4 通过,细胞膜融合,证明,膜蛋白,运动,示意图,发绿光荧光素标识的小鼠细胞膜蛋白抗体,发红光碱性蕊香红标识的人细胞膜蛋白抗体,膜脂与膜蛋白处在不停的运动状态，它是保证正常膜功能的重要条件。,膜蛋白,可以发生,侧向运动,和,转动,（注意：,膜蛋白,不可以,翻转,）,(A)是考马斯蓝染色的胶;,(B)表达凝胶上重要蛋白质的位置。,红细胞,膜蛋白电泳图,血影,蛋白提取/分离,细胞膜骨架成分,红细胞,膜骨架,示意图,肌动蛋白,(Actin),蛋白质,4.1,(Protein,4.1,),血影蛋白,(Sectrin),带,3,蛋白,(Band 3),糖蛋白,(Ankyrin),血型蛋白,(Glycophorin),糖链,细胞膜骨架指细胞膜下由蛋白质纤维构成的网架构造，称为细胞膜骨架。,有些,膜蛋白,的,运动,受到限制,1.胆固醇：TTc时，胆固醇会减少膜的流动性；,TTc，胆固醇可缓和低温所引起的膜流动性剧烈下降；,2.脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增长。,3.脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性减少。,4.卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增长，是由于鞘磷脂粘度高于卵磷脂。,5.脂双层中嵌入的蛋白质越多，膜流动性越大。,影响膜流动的原因（除温度外）,对于,许多,生物,来说，膜的,流动性,是,相对恒定,的。,膜的流动性的生物学意义：生物膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。,1.有助于物质运送和互换,例如矿质离子的积极运送，内吞外排作用等等；,2.有助于能量流动和信息传递；,3.有助于自我修复；,4.它是细胞融合技术的基础。,细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸取所需要的养料，同步也要排出不需要的废物。,2.2,跨膜转运,除了某些非极性的小分子（如O2，N2，CO2，EtOH）可以自由地扩散通过细胞膜，但绝大多数带电的和极性的分子是需要某些转运途径来通过细胞膜。,水通道,尿素通道,按照转运过程与否需要能量分为：,被动转运,积极转运,简朴扩散（Diffusion）,协助扩散（Facilitated transport）,初级积极转运(Primary active transport),次级积极转运(Secondry active transport),物质沿着浓度梯度（膜两边的浓度差）的方向跨膜转运的过程。,此类转运是通过被转运物质自身的扩散作用进行的，浓度梯度越大，扩散速度越大。,是一种不需要外加能量的自发过程。,2.2.1,被动,转运,特点：,高 低,简朴扩散（Diffusion）：不需借助载体。,只有小分子量的不带电或疏水分子（O2、CO2、乙醇）以此方式过膜。,协助扩散（Facilitated transport）：需借助特殊的孔道蛋白或载体蛋白的物质运送。包括极性分子如糖、氨基酸，水，尿素，无机离子等的运送。,a：通道,或,膜孔蛋白,模型,短杆菌肽A,在,微生物,中可以作为,K,+,，,Na,+,，,H,+,的跨膜通道，能使膜内外,阳离子浓度,趋于平衡,，使微生物细胞不能维持,正常,的离子,浓度梯度,，,无法,进行,代谢,而,死亡,。,是由短芽孢杆产生的一种,抗生素,是在通过蛋白质自身的变构作用而在其内部形成一种亲水孔洞或沟道，使被转运的物质得以通过。,两种类型门控离子通道,红细胞膜通过阴离子互换蛋白转运HCO3-和Cl-,CO,2,+H,2,O,在组织中,在肺部,血液,血液,碳酸酐酶,呼吸排出,高浓度,高浓度,低浓度,低浓度,高浓度,低浓度,互换非常快,b:,载体蛋白,模型,缬氨霉素,载体蛋白则是通过其自身的移动或构象的变化，完毕对对应物质在膜两侧的移动运送。,高浓度,低浓度,红细胞,葡糖,转运蛋白,转运葡萄糖,的示意图,结合葡萄糖,释放葡萄糖,构象转换,构象转换,高浓度,低浓度,2.2.2 积极转运（Actic transport）,凡物质逆浓度梯度的运送称积极转运，这一过程进行需供应能量。,积极运送的特点：,1.专一性；,2.饱和性；,3.方向性；,4.可被选择性克制；,5.需提供能量,a:初级积极转运-Na+-K+-ATPase的作用模型,ATP,ADP,细胞外,细胞质,1,2,5,4,3,6,H,2,O,构象转换,构象转换,脂双层,细胞外,细胞内,b:次级积极转运-葡萄糖的协同运送系统,葡萄糖向小肠上皮细胞中的转运,2.3,生物大分子,的进出方式,73,课后作业,：,请查阅,1、水通道蛋白研究进展/杨宝学/,2、尿素通道蛋白作为药靶筛选新型利尿剂/杨宝学/,课后习题：,1,(1.2g),，,4,5,