生物化学讲义7-脂类和生物膜.pdf

2008-9-301第七节 脂类和生物膜第七节 脂类和生物膜第一部分 结构和催化作用By Dr.Wang2008.08By Wang ZifengBy Wang Zifeng第七节 脂类和生物膜第七节 脂类和生物膜第一部分 结构和催化作用脂类脂类7.1 脂类脂类7.2 生物膜生物膜By Wang ZifengBy Wang Zifeng7.1 脂类脂类第一部分 结构和催化作用1.脂肪酸及其衍生物脂肪酸及其衍生物2 脂酰甘油脂酰甘油2.脂酰甘油脂酰甘油3.磷脂磷脂4.结合脂结合脂5.固醇类化合物固醇类化合物By Wang ZifengBy Wang Zifeng1.脂肪酸及其衍生物（1）1.脂肪酸及其衍生物（1）?脂肪酸：脂肪酸：绝大多数的脂肪酸含有绝大多数的脂肪酸含有偶数偶数个碳原子。生物体内大多数是个碳原子。生物体内大多数是顺式顺式结构。脂肪酸(主要是结构。脂肪酸(主要是豆蔻酸与棕榈酸豆蔻酸与棕榈酸)可以与蛋白质共价相连，形成脂酰蛋白，脂酰基团能促进膜蛋白与疏水环境间的相互)可以与蛋白质共价相连，形成脂酰蛋白，脂酰基团能促进膜蛋白与疏水环境间的相互第一部分 结构和催化作用作用。作用。?必需脂肪：必需脂肪：植物和细菌植物和细菌可以利用可以利用乙酰CoA乙酰CoA合成所需的全部脂肪酸。合成所需的全部脂肪酸。哺乳动物不能合成多不饱和脂肪酸哺乳动物不能合成多不饱和脂肪酸（如（如亚油酸和亚麻酸亚油酸和亚麻酸），称为），称为必需脂肪酸。花生四烯酸必需脂肪酸。花生四烯酸可由可由亚油酸在亚油酸在体内合成。体内合成。By Wang ZifengBy Wang Zifeng?类二十烷酸（类花生酸）：类二十烷酸（类花生酸）：包括包括前列腺素类，凝血恶烷类和白细胞三烯类，是花生四烯酸的衍生物。前列腺素类，凝血恶烷类和白细胞三烯类，是花生四烯酸的衍生物。?前列腺素类：前列腺素类：前列腺素类是花生四烯的衍生物。前列腺素类是花生四烯的衍生物。第一部分 结构和催化作用1.脂肪酸及其衍生物（2）1.脂肪酸及其衍生物（2）阿司匹林阿司匹林抑制前列腺素合成酶的环加氧酶活性，从而抑抑制前列腺素合成酶的环加氧酶活性，从而抑制前列腺素的合成。制前列腺素的合成。?白细胞三烯：白细胞三烯：是花生四烯酸的羟基脂肪酸衍生物，最初是在白细胞中发现的，并且有三烯结构，故名白细胞三烯。LTC4、LTD4和LTE4是过敏性反应的慢反应物质的组分，在炎症反应起积极作用，促进白细胞趋向破坏组织。是花生四烯酸的羟基脂肪酸衍生物，最初是在白细胞中发现的，并且有三烯结构，故名白细胞三烯。LTC4、LTD4和LTE4是过敏性反应的慢反应物质的组分，在炎症反应起积极作用，促进白细胞趋向破坏组织。By Wang ZifengBy Wang Zifeng7.1 脂类脂类第一部分 结构和催化作用1.脂肪酸及其衍生物脂肪酸及其衍生物2.脂酰甘油脂酰甘油脂酰甘油脂酰甘油3.磷脂磷脂4.结合脂结合脂5.固醇类化合物固醇类化合物By Wang ZifengBy Wang Zifeng2008-9-302第一部分 结构和催化作用2.脂酰甘油2.脂酰甘油因为不带电荷，有时也称因为不带电荷，有时也称中性脂。中性脂。By Wang ZifengBy Wang Zifeng7.1 脂类脂类第一部分 结构和催化作用1.脂肪酸及其衍生物脂肪酸及其衍生物2.脂酰甘油脂酰甘油3.磷脂磷脂4.结合脂结合脂5.固醇类化合物固醇类化合物By Wang ZifengBy Wang Zifeng?磷脂有两类：磷脂有两类：甘油磷脂和鞘氨醇磷脂甘油磷脂和鞘氨醇磷脂。?甘油磷脂由甘油、脂肪酸、磷酸和一分子氨基醇(如胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇)组成。甘油磷脂由甘油、脂肪酸、磷酸和一分子氨基醇(如胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇)组成。?鞘氨醇磷脂只是以鞘氨醇代替了甘油鞘氨醇磷脂只是以鞘氨醇代替了甘油。第一部分 结构和催化作用3.磷脂(1)3.磷脂(1)?鞘氨醇磷脂只是以鞘氨醇代替了甘油鞘氨醇磷脂只是以鞘氨醇代替了甘油。By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用3.磷脂(2)3.磷脂(2)?天然存在的甘油磷脂都是天然存在的甘油磷脂都是L构型L构型。?包括磷脂酰胆碱(卵磷脂)(PC)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)(PE)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰甘油(PG)、二磷脂酰甘油(心磷脂)包括磷脂酰胆碱(卵磷脂)(PC)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)(PE)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰甘油(PG)、二磷脂酰甘油(心磷脂)甘油磷脂甘油磷脂第一部分 结构和催化作用磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺,PE磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱,PC,又称卵磷脂磷脂酰丝氨酸，又称卵磷脂磷脂酰丝氨酸，PS磷脂酰甘油，磷脂酰甘油，PG磷脂酰肌醇（磷脂酰肌醇（PI）心磷脂双磷脂酰甘油）心磷脂双磷脂酰甘油By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用3.磷脂(3)3.磷脂(3)一个一个鞘氨醇鞘氨醇一个一个脂肪酸脂肪酸一个一个磷酸磷酸一个一个胆碱或乙醇胺胆碱或乙醇胺鞘氨醇磷脂鞘氨醇磷脂By Wang ZifengBy Wang Zifeng2008-9-303一、填空题一、填空题历年真题讲解18、有些磷脂和糖脂的骨架不是甘油而是、有些磷脂和糖脂的骨架不是甘油而是_，因此它们又被称为鞘脂。（，因此它们又被称为鞘脂。（08）答案：鞘氨醇答案：鞘氨醇By Wang ZifengBy Wang Zifeng7.1 脂类脂类第一部分 结构和催化作用1.脂肪酸及其衍生物脂肪酸及其衍生物2 脂酰甘油脂酰甘油2.脂酰甘油脂酰甘油3.磷脂磷脂4.结合脂结合脂5.固醇类化合物固醇类化合物By Wang ZifengBy Wang Zifeng?糖脂糖脂脑苷脂脑苷脂（中性糖鞘脂类中性糖鞘脂类）第一部分 结构和催化作用4.结合脂4.结合脂脑苷脂脑苷脂中性糖鞘脂类中性糖鞘脂类）神经节苷酯（酸性糖鞘脂类）神经节苷酯（酸性糖鞘脂类）?脂蛋白脂蛋白血浆脂蛋白血浆脂蛋白By Wang ZifengBy Wang Zifeng糖脂：糖脂：鞘糖脂鞘糖脂中，单糖、双糖或寡糖通过中，单糖、双糖或寡糖通过O-糖苷键O-糖苷键与与神经酰胺神经酰胺相连，重要的鞘糖脂有脑苷脂、硫脑苷脂和神经节苷脂。相连，重要的鞘糖脂有脑苷脂、硫脑苷脂和神经节苷脂。脑苷脂脑苷脂是单糖与神经酰胺形成的糖脂，是非离子型的,属是单糖与神经酰胺形成的糖脂，是非离子型的,属于于中性糖鞘脂类中性糖鞘脂类半乳糖脑苷脂几乎全部存在于脑的细胞半乳糖脑苷脂几乎全部存在于脑的细胞第一部分 结构和催化作用4.结合脂（1）4.结合脂（1）于于中性糖鞘脂类中性糖鞘脂类。半乳糖脑苷脂几乎全部存在于脑的细胞半乳糖脑苷脂几乎全部存在于脑的细胞膜中。寡糖链(带有一个或多个唾液酸残基)与神经酰胺形成的鞘糖脂称为膜中。寡糖链(带有一个或多个唾液酸残基)与神经酰胺形成的鞘糖脂称为神经节苷脂神经节苷脂，最初是从神经组织中分离到的，在其它组织中也有分布。属于，最初是从神经组织中分离到的，在其它组织中也有分布。属于酸性糖鞘脂类酸性糖鞘脂类。By Wang ZifengBy Wang Zifeng血浆脂蛋白：血浆脂蛋白：（1）（1）乳糜微粒乳糜微粒，运输，运输甘油三酯和胆固醇脂甘油三酯和胆固醇脂，从小肠到组织肌肉和脂肪组织。（2），从小肠到组织肌肉和脂肪组织。（2）极低密度脂蛋白VLDL极低密度脂蛋白VLDL，在肝脏中生成，将，在肝脏中生成，将脂类运输到组织中脂类运输到组织中，当VLDL被运输到全身组织时，被分解为三酰甘油、，当VLDL被运输到全身组织时，被分解为三酰甘油、第一部分 结构和催化作用4.结合脂（1）4.结合脂（1）脱辅基蛋白和磷脂，最后，VLDL被转变为低密度脂蛋白。（3）脱辅基蛋白和磷脂，最后，VLDL被转变为低密度脂蛋白。（3）低密度脂蛋白LDL低密度脂蛋白LDL，把胆，把胆固醇运输到组织固醇运输到组织，经过一系列复杂的过程，LDL与LDL受体结合并被细胞吞食。（4），经过一系列复杂的过程，LDL与LDL受体结合并被细胞吞食。（4）高密度脂蛋白HDL，高密度脂蛋白HDL，也是在肝脏中生成，可能负责也是在肝脏中生成，可能负责清除细胞膜上过量的胆固醇清除细胞膜上过量的胆固醇。By Wang ZifengBy Wang Zifeng7.1 脂类脂类第一部分 结构和催化作用1.脂肪酸及其衍生物脂肪酸及其衍生物2.脂酰甘油脂酰甘油2.脂酰甘油脂酰甘油3.磷脂磷脂4.结合脂结合脂5.固醇类化合物固醇类化合物By Wang ZifengBy Wang Zifeng2008-9-304?固醇类固醇类含有环戊烷多氢菲母核的一类醇、酸及其衍生物。包括：固醇、固醇衍生物。含有环戊烷多氢菲母核的一类醇、酸及其衍生物。包括：固醇、固醇衍生物。?胆固醇胆固醇胆固醇是生物膜的重要成分，羟基极性端分布于膜的亲水界面，母胆固醇是生物膜的重要成分，羟基极性端分布于膜的亲水界面，母核及侧链深入膜双层核及侧链深入膜双层控制膜的流动性控制膜的流动性阻止磷脂在相变温度以下时阻止磷脂在相变温度以下时第一部分 结构和催化作用5.固醇类化合物5.固醇类化合物核及侧链深入膜双层核及侧链深入膜双层，控制膜的流动性控制膜的流动性，阻止磷脂在相变温度以下时阻止磷脂在相变温度以下时转变成结晶状态，保证膜在低温时的流动性及正常功能。胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D等生理活性物质的前体。转变成结晶状态，保证膜在低温时的流动性及正常功能。胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D等生理活性物质的前体。?类固醇激素类固醇激素（1）肾上腺皮质激素（2）性激素（1）肾上腺皮质激素（2）性激素By Wang ZifengBy Wang Zifeng第七节 脂类和生物膜第七节 脂类和生物膜第一部分 结构和催化作用脂类脂类7.1 脂类脂类7.2 生物膜生物膜By Wang ZifengBy Wang Zifeng7.2 生物膜生物膜第一部分 结构和催化作用1.生物膜生物膜2.物质的转运物质的转运By Wang ZifengBy Wang Zifeng1.生物膜1.生物膜生物膜的组成：生物膜的组成：膜脂（磷脂、糖脂、胆固醇）、膜蛋白、膜脂（磷脂、糖脂、胆固醇）、膜蛋白、糖类糖类、无机盐无机盐、金属离子金属离子、水水第一部分 结构和催化作用糖类糖类、无机盐无机盐、金属离子金属离子、水水生物膜的结构：生物膜的结构：流动镶嵌模型流动镶嵌模型By Wang ZifengBy Wang Zifeng?磷脂甘油磷脂磷脂甘油磷脂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。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。第一部分 结构和催化作用1.生物膜的组成（1）膜脂1.生物膜的组成（1）膜脂鞘磷脂鞘磷脂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。两者都是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。两者都是两性分子两性分子。By Wang ZifengBy Wang Zifeng?糖脂：糖脂：是糖通过半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接而成的化合物。是糖通过半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接而成的化合物。膜脂中糖脂主要有鞘糖脂膜脂中糖脂主要有鞘糖脂、甘油糖脂甘油糖脂。第一部分 结构和催化作用1.生物膜的组成（1）膜脂1.生物膜的组成（1）膜脂膜脂中糖脂主要有鞘糖脂膜脂中糖脂主要有鞘糖脂、甘油糖脂甘油糖脂。?胆固醇胆固醇变相温度以上，降低膜的流动性；变相温度以下，保持膜的流动性。变相温度以上，降低膜的流动性；变相温度以下，保持膜的流动性。By Wang ZifengBy Wang Zifeng2008-9-305根据在膜上的定位：根据在膜上的定位：?外周膜蛋白外周膜蛋白分布于膜的脂双层分布于膜的脂双层内外表面内外表面，通过极性氨基酸残基以离子键、氢键、范德华力等，通过极性氨基酸残基以离子键、氢键、范德华力等次级键次级键与膜脂极性头部或与内在蛋白的亲水部分结合。比较与膜脂极性头部或与内在蛋白的亲水部分结合。比较易于分离易于分离，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、高pH、）分离提取。，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、高pH、）分离提取。内在膜蛋白内在膜蛋白第一部分 结构和催化作用1.生物膜的组成（2）膜蛋白1.生物膜的组成（2）膜蛋白?内在膜蛋白内在膜蛋白靠靠疏水作用疏水作用通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。只有用破坏膜结构的试剂如有机溶剂（通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。只有用破坏膜结构的试剂如有机溶剂（氯仿氯仿）或去污剂（）或去污剂（TritonX-100）TritonX-100）才能把它们从膜中提取出来。才能把它们从膜中提取出来。By Wang ZifengBy Wang Zifeng?生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合形成生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合形成糖蛋白糖蛋白（信息识别）。（信息识别）。?少数与膜脂结合形成少数与膜脂结合形成糖脂糖脂。?非对称非对称的的，全部分布在膜的全部分布在膜的非细胞质一侧非细胞质一侧。第一部分 结构和催化作用1.生物膜的组成（3）糖类1.生物膜的组成（3）糖类?非对称非对称的的，全部分布在膜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By Wang ZifengBy Wang Zifeng2.生物膜的结构2.生物膜的结构第一部分 结构和催化作用流动镶嵌模型流动镶嵌模型细胞膜具有细胞膜具有流动性流动性和和不对称性。不对称性。By Wang ZifengBy Wang Zifeng膜分子结构的不对称性：膜分子结构的不对称性：?膜脂膜脂的分布不对称，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：膜的外层卵磷脂、鞘磷脂较多膜的内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多的分布不对称，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：膜的外层卵磷脂、鞘磷脂较多膜的内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多?膜蛋白膜蛋白的分布不对称，如线粒体内膜中的NADH电子传递链的分布不对称，如线粒体内膜中的NADH电子传递链各组分各组分第一部分 结构和催化作用各组分各组分：Cyt氧化酶、琥珀酸脱氢酶在线粒体内膜内侧Cytc在线粒体内膜外侧的内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多：Cyt氧化酶、琥珀酸脱氢酶在线粒体内膜内侧Cytc在线粒体内膜外侧的内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多?糖蛋白和糖脂糖蛋白和糖脂中的多糖只分布在膜的非细胞质一侧中的多糖只分布在膜的非细胞质一侧By Wang ZifengBy Wang Zifeng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膜脂及及膜蛋白膜蛋白流动性。流动性。?合适的流动性对生物膜表现其正常功能十分合适的流动性对生物膜表现其正常功能十分重要重要。第一部分 结构和催化作用重要重要影响流动性的三个重要因素：影响流动性的三个重要因素：脂肪酸碳链长短、脂肪酸的饱和程度、胆固醇的含量脂肪酸碳链长短、脂肪酸的饱和程度、胆固醇的含量By Wang ZifengBy Wang Zifeng?膜脂的膜脂的流动性流动性主要主要决定于磷脂分子决定于磷脂分子。?在生理条件下，磷脂大多呈流动的液晶态，磷脂在膜内可作旋转运动，翻转运动，侧向运动等。当温度降至一定值时，膜脂从流动的液晶态转变为类似晶体的凝胶态，这个温度称为在生理条件下，磷脂大多呈流动的液晶态，磷脂在膜内可作旋转运动，翻转运动，侧向运动等。当温度降至一定值时，膜脂从流动的液晶态转变为类似晶体的凝胶态，这个温度称为相变温度。相变温度。凝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。凝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。?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短及不饱和磷脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和第一部分 结构和催化作用程度程度密切相关。链越短，不饱和程度越高，流动性越大。密切相关。链越短，不饱和程度越高，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，因为胆固醇的闭合环状结构干扰了脂肪酸的侧向运动。,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。?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,有的膜脂处于凝胶态,有的则呈液晶态,处于液晶态的各膜脂的流动性也不完全相同.,在一定温度下,有的膜脂处于凝胶态,有的则呈液晶态,处于液晶态的各膜脂的流动性也不完全相同.By Wang ZifengBy Wang Zifeng2008-9-3067.2 生物膜生物膜第一部分 结构和催化作用1.生物膜生物膜2.物质的转运物质的转运By Wang ZifengBy Wang Zifeng2.物质转运2.物质转运第一部分 结构和催化作用转运转运被动运输被动运输协助扩散协助扩散通道通道自由扩散自由扩散Passive-transporters?顺浓度梯度或顺浓度梯度或?电荷梯度电荷梯度转运转运主动运输主动运输?消耗能量消耗能量?逆浓度梯度逆浓度梯度初级主动运输初级主动运输二级主动运输二级主动运输离子泵离子泵?ATP/光 依赖型光 依赖型?离子离子 梯度依赖型梯度依赖型,间接依赖间接依赖ATP型。型。协同运输协同运输By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用自由扩散自由扩散协助扩散协助扩散By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用初级主动运输初级主动运输二级主动运输二级主动运输By Wang ZifengBy Wang Zifeng二、判断题二、判断题历年真题讲解12、二级主动运输消耗的能量直接来自于另一被运输物质的浓度梯度。（、二级主动运输消耗的能量直接来自于另一被运输物质的浓度梯度。（08）答案：对答案：对15、离子泵维持细胞膜两侧离子浓度梯度，而离子通道则消除离子浓度梯度。（、离子泵维持细胞膜两侧离子浓度梯度，而离子通道则消除离子浓度梯度。（08）答案：对答案：对By Wang ZifengBy Wang Zifeng（1）水通道（1）水通道第一部分 结构和催化作用AQPs 是一个四聚体，是一个四聚体，每个亚基都能转运水每个亚基都能转运水,在某些情况下，也能运输其它小分子溶质。在某些情况下，也能运输其它小分子溶质。By Wang ZifengBy Wang Zifeng2008-9-307一、填空题一、填空题历年真题讲解19、水通道蛋白以四聚体形式存在，这个四聚体中包含、水通道蛋白以四聚体形式存在，这个四聚体中包含_个水通道。（个水通道。（08）答案：四答案：四By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用（2）Na+-K+ATPase?水解水解一个一个ATP，泵，泵进两个钾进两个钾离子，泵离子，泵出三个钠出三个钠离子。离子。?乌本乌本(箭毒箭毒)苷是其抑制剂。苷是其抑制剂。By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用（3）Ca2+ATPase 水解水解一个一个ATP，运输运输两个两个C2+运输运输两个两个Ca2+。By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用四种类型的四种类型的ATP依赖型的转运蛋白依赖型的转运蛋白P型、型、V型、型、F型、型、ABC型型By Wang ZifengBy Wang Zifeng第一部分 结构和催化作用（4）葡萄糖和）葡萄糖和Na+的协同转运的协同转运By Wang ZifengBy Wang Zifeng（5）ATP/ADP交换体（5）ATP/ADP交换体?位于线粒体内膜上，是二聚体蛋白。位于线粒体内膜上，是二聚体蛋白。?仅有一个核苷酸结合位点，面向对膜的外表面时，结合位点对ADP有高的亲和力；而面对内表面时，结合位点对ATP有高的亲和力。仅有一个核苷酸结合位点，面向对膜的外表面时，结合位点对ADP有高的亲和力；而面对内表面时，结合位点对ATP有高的亲和力。第一部分 结构和催化作用By Wang ZifengBy Wang Zifeng2008-9-308第一部分 结构和催化作用liguofuBy Wang ZifengBy Wang Zifeng