第08章-脂质与生物膜.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,第08章,脂 质,Lipid,生 物 化 学,Biochemistry,生命科学与技术学院,陈吉宝,脂类,单纯脂类,（,指脂肪酸与醇类形成的酯）,复合脂类,（,除含脂肪酸与醇类外，还含有其他非脂类分子的成分）,衍生脂类,（,由单纯脂类和复合脂质衍生而来,）,萜 类,甾醇类,三酰甘油,蜡,糖脂,磷脂,硫脂,生物体内的脂类,油脂,类脂,三酰甘油,一、三酰甘油与蜡（单纯脂）,FA,FA,FA,甘油,是一条由4-36个碳的,烃链,和一个末端,羧基,组成的羧酸。,一）脂肪酸（Fatty acids,FA）,饱和脂肪酸,（碳链中不含双键和三键）不饱和脂肪酸,（碳链中含双键和三键）,俗名：主要反映其来源和特点,系统名：反映其碳原子数目、双键数和位置。,脂肪酸的命名,饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸,规定：羧基碳为第一碳原子,18:1,9,18:2,6,规定：羧基碳为最末碳原子,脂肪酸的结构特征,1、生物体内的FA一般为,偶数碳原子（4-36）,2、动物体内的脂肪酸主要为饱和直链脂肪酸，多不饱和脂肪酸含量较多,3、细菌的中主要为饱和的，还含有支链的、羟基的和环丙基的脂肪酸；,4、植物脂肪酸多为不饱和直连脂肪酸。,5、不饱和脂肪酸的第一个双键位置多在C9-C10之间,6、分子中相邻两个双键多为不共轭型,7、绝大多数单不饱和脂肪酸中的,双键为顺式DHA和EPA的来源,DHA和EPA的最主要的来源是深海鱼油，石斑鱼、左口鱼、如鲣鱼、沙丁鱼、乌贼、鳕鱼等都含有较多数量的DHA和EPA。但由于鱼油脂肪酸成分复杂，提纯与精制困难，使得价格居高不下。,反式脂肪酸,反式脂肪酸的危害,联合国粮食及农业组织与世界卫生组织建议，若一个成人每日消耗2000卡热量，则每天饮食中摄取的反式脂肪不应超过2g。,吃一份炸薯条大约摄取34g反式脂肪酸。,反式脂肪可令引致血管梗塞的“坏”的,低密度脂蛋白胆固醇上升,，并使有助防止血管硬化的“好”的,高密度脂蛋白胆固醇下降,，最终提高罹患冠状动脉心脏病的机率，,三酰甘油,(TG)是脂类中含量最丰富的一类油脂，通常所说的油脂就是指三酰甘油，也称为,脂肪,（fats），由一分子甘油与一至三分子脂肪酸所形成的酯。,二）甘油三酯（三酰甘油）,甘油单酯,（单脂酰甘油）,甘油二酯,（二脂酰甘油）,甘油三酯,（三酰甘油）,单纯甘油酯,(simple glycerides),混合甘油酯,脂肪和油（,Fats and Oils,）,Fats,Oils,三酰甘油的物理性质,（1）颜色和气味,纯的三酰甘油是无色、无嗅、无味的稠性液体或蜡状固体。,（2）密度和溶解度,密度皆小于1（固体脂类的比重约为0.8，液体脂类的比重为0.910.94）。不溶于水，易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等非极性有机溶剂（称脂溶剂）。,（3）熔点,天然油脂无明确熔点，因为它们多是几种脂肪的混合物。三酰甘油的熔点一般随组分中不饱和脂肪酸（双键数目）和低相对分子质量脂肪酸的比例增高而降低。,（1）皂化反应（Saponification）,甘油三酯的化学性质,皂化值（价）：,皂化 1g 油脂所需的KOH mg数。度量三酰甘油中脂肪酸链长的，,皂化价大小与脂肪（或脂酸）的相对分子质量成反比。,（2）卤化（Halogenation）,油脂中,不饱和双键与卤素发生加成反应,（卤素中的溴、碘加入不饱和脂肪的双键上）,产生饱和的卤代脂肪酸,称为卤化作用。,CH,3,COOH,I,2,100g油脂所能吸收的碘的克数碘值,（Iodine Number）,，,碘价可以代表油脂中不饱和双键的多少,，故可以表示油脂的不饱和度程度。,（3）氢化（Hydrogenation）,在有催化剂如Ni的影响下，油酯中的,不饱和双键可以与H,2,发生加成反应而成饱和脂,，油脂由液态变为固态，这个作用称,氢化，,又叫,油脂的硬化,，,这样制得的油脂叫人造脂肪也叫硬化油，可防止酸败，便于运输。,+,6H,2,Ni,三亚油酰甘油,（液态）,三硬脂酰甘油,（固态）,干化,：,某些不饱和油类（如桐油、亚麻油等）暴露在空气中被氧化而逐渐变成有韧性的固态薄膜，这种现象称为油的,干化,。工业上利用这种性质作油漆，如桐油暴露在空气中，可得一层坚硬而有弹性的固体薄膜，可作为防雨防腐膜。,脂质过氧化,：生活细胞内的不饱和脂酸被活性氧氧化产生的过氧化物可破坏细胞结构。,（4）氧化,酸败,：,脂肪长期暴露于潮湿闷热的空气中，受到空气的作用，,游离脂肪酸被氧化、断裂生成醛、酮及低分子量脂肪酸，产生难闻的恶臭味,，称之酸败（Racidity）。中和1g油脂中游离脂肪酸所消耗KOH的mg数称为,酸值,，可,表示酸败的程度,。,三）蜡（Waxes）,通式：RCOOR,多为饱和脂肪酸,饱和或不饱和醇/固醇,由长链脂肪酸（14-16C）与长链一元醇（16-30C）形成的酯。动物蜡：如蜂蜡、虫蜡、川蜡、鲸蜡等。植物蜡：如棕榈蜡、椰子蜡等。,蜂蜡,为许多高级一元醇酯的混合物，但主要成分是三十醇的棕榈酸酯。,鲸蜡,的主要成分为十六醇棕榈酸酯,二、磷脂、鞘脂和糖脂,磷脂,甘油醇磷脂,鞘磷脂,鞘脂,鞘糖脂,糖脂,甘油糖脂,1、甘油磷脂,磷脂酰化,脂肪酸酯化,醇（XOH）酯化,一）磷脂,磷脂的两亲性结构,亲水结构：磷酸酯基；,亲脂结构：脂肪酸链,极性头部,非极性尾部,甘油磷脂的重要性质,醚键,酯键,2、醚甘油磷脂,缩醛磷脂,(Plasmalogen)，,也称生醛磷脂或磷脂酰缩醛；含脂性醛基或称、一不饱和醚基）。,X:乙醇胺，乙醇胺缩醛磷脂,丝氨酸，丝氨酸缩醛磷脂,胆碱，胆碱缩醛磷脂,血小板促进因子,（platelet activating factor）是一种重要的激素，也是一种醚脂，由白血细胞释放，引起血小板凝聚和释放血清素（5-羟色胺，serotonin），对炎症和过敏反应起重要作用。,二）鞘脂,1分子鞘氨醇（或衍生物）,+,1分子长链脂肪酸,+,1分子极性头部,鞘脂,磷脂,鞘脂同甘油醇磷脂的组分差异主要是醇，前者是甘油醇，而后者是鞘氨醇，另外脂酸是与氨基相连。,神经酰胺,鞘氨醇,鞘脂的形成,鞘糖脂,鞘磷脂,羟基被磷酸胆碱酯化,羟基被糖基化,脂肪酸,神经酰胺,神经酰胺的1位,羟基被磷酸胆碱酯化就生成,鞘磷脂,：,中性鞘糖脂,存在神经细胞质膜,存在非神经细胞质膜,1,2,3,1,2,3,神经酰胺的1位,羟基被,羟基被糖基化,就生成,鞘糖脂,神经节苷脂,酸性鞘糖脂,硫酸脑苷脂,1,23,1 2 3,鞘脂也具有双亲性,极性,非极性,1、鞘糖脂,三）糖脂,糖脂：糖通过半缩醛羟基与脂质以糖苷键连接的化合物。,2、甘油糖脂,是由,二酰甘油,与,己糖,(主要为半乳糖或甘露糖)或,脱氧葡萄糖,结合而成的化合物。,植物的叶绿体和微生物的质膜富含甘油糖脂,，又称植物糖脂。,异戊二烯的连接方式一般是头尾相连，也有尾尾相接的。,形成的萜类可以是直链的，也可以是环状分子（单环、双环和多环）。,一）萜类,：萜类的碳架可看成由两个或两个以上,异戊二烯,单位连接而成。,三、萜类(Terpenes)和类固醇(Steroid),根据所含的异戊二烯的数目，萜类可分为单萜（2个异戊二烯分子）、倍半萜、双萜三萜和多萜等。,二）类固醇,：,含有,环戊烷多氢菲,母核的一类醇、酸及其衍生物，包括,固醇,和,固醇衍生物,。,天然类固醇的结构通式,-型固醇,-型固醇,是在甾核的C3位上有一个,取向的羟基，在C17位上含有一烃链分支的类固醇类化合物。,1、固醇,(Sterol),：,1）动物固醇,胆固醇的分布及功能,（1）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,，控制膜的流动性，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。,（2）血液中过高胆固醇则会引起血管都塞。,2、植物中的固醇,酵母固醇,经紫外光照射可转化成维生素D2,不能被动物吸收和利用,大豆中,麦芽中,由固醇类物质衍生出来的物质称为固醇衍生物,。动物胆固醇是体内其它各种固醇衍生物的合成原料。,二）固醇衍生物,甘氨胆酸,牛黄胆酸,糖皮质激素,（调节糖代谢）,盐皮质激素,（调节水盐代谢）,脂质与蛋白质以非共价键结合而成的复合物称为脂蛋白,。,脂蛋白分布,血浆脂蛋白,:,血浆中（占绝大部分）,细胞脂蛋白,:,生物膜系统（属于膜蛋白）,组成,蛋白质部分,:,称为载脂蛋白,脂质部分,:,主要是磷脂，其次是糖脂,五、脂蛋白,（lipoprotein),一般都是以不溶于水的,三酰甘油酯,和,胆固醇酯,为核心，表面覆盖有少量,蛋白质,和极性的,磷酯、游离脂肪酸,，它们的亲水基因暴露在表面突入周围水相，从而使脂蛋白颗粒能稳定地分散在水相血浆中，可以把脂类(三酰甘油、磷脂、胆固醇)从一个器官运输到另一个器官。,血浆脂蛋白的结构,血浆脂蛋白的种类,不同的脂蛋白组成不一样（表8-4）,脂蛋白的功能,（一）乳糜微粒（,CM,）,功能：转运外源性,TG,及胆固醇的主要形式。,CM,颗粒大能使光散射，密度小。饭后血清，,4,过夜形成奶油层。,来源：小肠合成,成分：小肠合成的,TG,和合成及吸收的,磷脂,、,胆固醇,+载脂蛋白,(二）极低密度脂蛋白（,VLDL,）,功能：是内源性,TG,由肝脏运往全身的主要形式。,来源,：,以肝脏合成为主，小肠亦可合成少量。,成分：肝细胞合成的,TG,、,磷脂,、,胆固醇,+载脂蛋白,(三）低密度脂蛋白（,LDL,）,功能：转运,内源性胆固醇,（肝脏肝外组织）的主要形式,来源：在血浆中由,VLDL,转变而来,(四）高密度脂蛋白（,HDL,）,功能：参与,胆固醇,的逆向转运（肝外组织肝脏）,来源：主要是肝脏,降低LDL、VLDL，,提高HDL,低密度脂蛋白胆固醇过高，可引致血管梗塞,高密度脂蛋白胆固醇高，有助防止血管硬化,项目名称,参考范围,检查结果,单位,总胆固醇,3.606.50,5.91,mmol/L,甘油三酯,0.451.18,1.12,mmol/L,高密度脂蛋白,0.901.68,1.35,mmol/L,低密度脂蛋白,2.844.10,390,mmol/L,血脂检验报告单,六、生物膜的分子组成和超分子结构,所有的细胞都以一层薄膜将它的内含物与外界环境分开，此即为,细胞膜,。,另外，大多数细胞中还含有许多,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的外膜通称为,生物膜,。,构成生物膜的分子主要是,脂质,（磷脂、胆固醇、糖脂）；,蛋白质,（内在膜蛋白70，外周膜蛋白30）和,糖类,（大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合）。,（一）生 物 膜 的 分子组成,亲水头端,疏水尾端,膜脂分子的存在方式,：膜中的脂类分子为,双性分子,（分为亲水头端和疏水尾端）：头端朝向水相，疏水尾端埋藏在膜的内部呈双分子层排列，构成了膜的结构骨架。,（二）脂双层的自组装,1）膜脂的不对称性,质膜的内外两侧分布的磷脂种类和比例不同。,（三）生物膜的成分具有不对称性(asymmetry),2）膜蛋白的不对称性,膜蛋白分子在细胞膜上具有明确的方向性（外在蛋白）和分布的区域性（外在蛋白和内在蛋白）。,某些膜蛋白只有在特定膜脂存在时才能发挥其功能，如：线粒体内膜的细胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才具活性。,无论在任何情况下，糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，这些成分可能是细胞表面受体，并且与细胞的抗原性有关。,3）糖基均分布在非胞质面：绝对的不对称,（四）生物膜具有流动性（fluidity）,1）膜质的流动性,膜脂分子的热运动,膜质分子的热运动：是指由于,脂酰链的,C-C,键的旋转,，使得脂肪酸的烃链处于不断地运动之中。,生物膜的流动性是构成膜的膜脂和膜蛋白不断的运动的综合结果。,膜脂（磷脂酰胆碱）,横向扩散,双层中的某一层内的脂分子缓慢过渡到另一层,侧向扩散,在双层中的每层平面内脂分子的快运动,膜脂分子的扩散运动,膜脂分子运动的表现：,膜相变,生理条件下膜居于晶态和液态之间的液晶态。温度的改变可以使膜脂在晶态和液态之间转换，膜的这种构象上的变化称为,膜相变,，能是膜脂发生相变的温度称为,相变温度,。,2）膜蛋白的运动性,主要有,侧向扩散,和,旋转扩散,两种方式，其中膜蛋白的旋转扩散一般慢于侧向扩散，而膜蛋白的侧向扩散又显著慢于膜脂的侧向扩散。,*,光致漂白荧光恢复法实验,*,细胞融合技术,检测,膜蛋白分子的侧向运动实验,：,1970年Larry Frye等人将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，经过一段时间后检测发现，人和鼠膜蛋白的分布发生变化。,3）细胞膜的流动性的证明,变形虫在吞噬草履虫,要点:,生物膜的基本结构是脂质双层,蛋白质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。,膜上的成分是运动的,随温度变化,脂质双层呈液晶态或凝胶态.膜的相变温度与膜上脂肪酸烃链的长度和饱和程度有关。,脂质双层的组成成分呈不对称分布。,（五）流动镶嵌模型（,Mosaic fluid model）,S.J.Singer&G.Nicolson于1972 根据,免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术,的研究结果，在”单位膜”模型的基础上提出“,流动镶嵌模型,”。,荣获1972年诺贝尔奖！,本章重点知识,单纯脂单纯脂类、复合脂类和衍生脂类的概念和分类。,脂肪酸分子组成、种类、命名、天然脂肪酸的特点、必需氨基酸的概念。,描述甘油三酯、油、脂的分子组成、甘油三酯的溶解性。,皂化值、碘值、酸败的概念。,磷脂的种类、甘油磷脂的结构通式和极性、举出几个甘油磷脂的例子。,鞘磷脂和甘油磷脂分子构成的区别。,萜分子的碳骨架是什么？,类固醇的结构特征。,脂蛋白的概念和种类。,