5章 脂质和生物膜

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1、第4章 脂质和生物膜 一、引言(一)脂质的定义 脂质是低溶于水,高溶于非极性溶剂的有机分子. (二)脂质的分类 按照化学组成可分为: 1.单纯脂质:由脂肪酸和甘油形成的酯，主要有甘油三酯和蜡; 2.复合脂质:含有非脂分子的成分，主要有磷脂和糖脂; 3.衍生脂质:主要有取代烃,固醇类,萜和其他脂质.(三)脂质的生物学作用 1.贮存能量;甘油三酯和蜡 2.构成体质;生物膜 3.生物活性物质.固醇类、萜类化合物。二、脂肪酸（一） 脂肪酸的种类见表5-1 （二）天然脂肪酸的结构特点1.碳原子数多为偶数;2.单不饱和脂肪酸的双键多在第9位,第2和 第3个双键多在第12和第15位;3.双键多为顺式,少数为

2、反式. 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 ）脂肪酸的种类(三)脂肪酸的理化性质链长则在水中的溶解度低;双键多则熔点低;顺式异构体的 熔点比反式异构体低;可以发生氧化,加 成等化学反应.(四)脂肪酸盐和乳化作用脂肪酸盐（钠皂、钾皂）有亲水部分和疏水部分,可以使脂 类形成小滴,分散到水中,可以作为去污剂使用,也可以用于 生化实验,分离膜蛋白或使蛋白质变性失活.(五)多不饱和脂肪酸（PUFA）亚油酸是-6家族PUFA的原初成员,也是二十碳烷化合物的 前体,-亚麻酸是-3家族PUFA的原

3、初成员, -6家族PUFA 可降低血清胆固醇, -3家族PUFA可显著降低血清甘油三酯 ,防治神经、视觉和心脏疾病，人类可能缺乏-3家族PUFA。（六）类二十碳烷类二十碳烷是由20碳PUFA衍生而成的，包括前列腺素、 凝血恶烷和白三烯合成的前体主要是花生四烯酸。前列腺素存在广泛，种类较多，不同的前列腺素或同一前 列腺素作用于不同的细胞，产生不同的生理效应，如升高体温 ，促进炎症，控制跨膜转运，调整突触传递，诱导睡眠，扩张 血管等。凝血恶烷最早从血小板分离获得，能引起动脉收缩，诱发 血小板聚集，促进血拴形成。白三烯最早从白细胞分离获得，能促进趋化性，炎症和变 态反应。阿司匹林消炎、镇痛、退热的原

4、因是抑制前列腺素的合成 ，前列腺素也抑制凝血恶烷合成，因而有抗凝血作用。三、三酰甘油和蜡三酰甘油的类型及二酰甘油、单酰甘油三酰甘油的R1，R2，R3相同时，为简单三酰甘油 ， 若R1，R2，R3不同则为混合三酰甘油，大多数 天然油脂是简单三酰甘油和混合三酰甘油的混合 物。 二酰甘油和单酰甘油在自然间存在不多，是合成 反应的中间物，单酰甘油在食品工业中可用作乳 化剂。（三）烷醚酰基甘油其分子结构与三酰甘油相似，在自然间存在不多，但 分布广泛，其中一个-羟基以醚键与长链烷基相连。（四）三酰甘油的物理和化学性质三酰甘油能在酸、碱或酶作用下水解成脂肪酸和甘 油，碱水解称作皂化，皂化1g油脂所需的KOH

5、mg数称作皂 化价；油脂中的双键氢化可制造人造黄油；油脂中的双键 还可与碘反应，100g油脂所能吸收的碘的克数称作碘值 ；油脂中的羟基可被乙酰化，中和1g油脂中乙酰基释 放的乙酸所需的KOHmg数称作乙酰价；油脂自动氧化生成挥发性醛、酮、酸称作酸败，中 和1g油脂中游离脂肪酸所需的KOHmg数称作酸价；在油脂中加入抗氧化剂，可以防止油脂酸败。 （五）蜡蜡是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯 ，天然蜡是多种蜡酯的混合物。蜡分子含一个很弱的极性头和一个非极性尾， 因此完全不溶于水，蜡的硬度由烃链的长度和饱和 度决定。蜂蜡存在于蜂巢；白蜡是白蜡虫的分泌物，可 用作涂料、润滑剂和其他化工原料；鲸蜡是

6、抹香鲸 头部鲸油冷却时析出的白色晶体；洗涤羊毛得到的 羊毛蜡可用作药品和化妆品的底料；来源于棕榈数 叶片的巴西棕榈蜡可用作高基抛光剂。四、脂质过氧化作用(一）自由基、活性氧和自由基链反应 1.自由基 定义：含有奇数价电子并因此在一个轨道上有一个 未成对电子的原子或原子团。 特征：有顺磁性；反应性强；寿命短。 产生：辐射诱导；热诱导；单电子氧化还原。 2.活性氧概念：含氧的高反应活性分子。几种重要的活性氧：普通氧：氧分子有顺磁性是一种双自由基。基态氧反应活性较低。超氧阴离子：有一个未成对电子，有顺磁性可由酶促反应和非酶促反 应如电离辐射生成，既是氧化剂，又是还原剂，可发生歧化反应，引起 引起脂质

7、过氧化，寿命较长，可促进其他氧自由基的生成。羟自由基：是以知最强的氧化剂，几乎能与所有的细胞成分进行抽氢 、加成、电子转移等反应，反应速度极高。羟自由基寿命短，可由辐射 和氧自由基转化生成，过度金属对羟自由基生成有促进作用。 过氧化氢：过氧键不稳定，见光均裂成羟自由基。可由超氧阴离子自 由基歧化生成，也可由酶促反应直接生成。过氧化氢通过生成羟自由基 对细胞造成伤害。 单线态氧：是普通氧的激发态，无顺磁性，虽不是自由基，但反应活 性高，可在自由基反应中生成。3.自由基链反应引发：反应性足够强的起始自由基抽去脂质分子的氢原子，或高能辐射使脂质分子均裂，可生成起始脂质自由 基。增长：起始脂质自由基通

8、过加成、抽氢、断裂等一种或几种方式生成更多的脂质自由基，这种反应反复进行， 即成为链式反应。终止：两各自由基之间可发生偶联或歧化反应，消除自由基，使链式反应终止。（二）脂 质过氧化 的化学过 程生物膜脂质中的多不饱和脂肪酸两个双键 之间的亚甲基氢比较活泼，容易在自由基 或辐射作用下被抽去，形成脂质自由基， 有氧情况下还可生成脂质过氧自由基，进 而引发链式反应，脂质过氧自由基可转化 为丙二醛（malondialdechyde,MDA)等醛类 ，MDA可用于测定脂质过氧化的程度。（三）脂质过氧化作用对机体的损伤脂质过氧化的中间产物脂质自由基、脂质过氧自由基作为引发剂通过抽氢使蛋白质分子变成自由基引

9、起链式反应，导致蛋白质聚合。丙二醛导致蛋白质交联。脂质过氧化导致生物膜功能异常。脂质过氧化导致动脉粥样硬化。脂质过氧化导致衰老，使脂褐素含量增加。 (四)抗氧化剂的保护作用 1.基本概念具有还原性，能抑制自由基链式反应的物质 称抗氧化剂。 能将自由基还原为非自由基的抗氧化剂称自由基 清除剂。 可消除链式反应引发剂的称预防型抗氧化剂。 可消除链式反应产生的自由基，中断或延缓链式 反应的称阻断型抗氧化剂。 有一些抗氧化剂为酶类，另一些为小分子，有一 些是天然的，另一些是人工合成的。2.常见的抗氧化剂超氧化物歧化酶(superoxide dismutase ,SOD)： 存在广泛，可清除超氧阴离子；

10、 过氧化氢酶(catalase)：存在于过氧化物酶体， 可将过氧化氢转化为水和氧； 谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-PX)：存在广泛，可将过氧化氢 转化为水，谷胱甘肽转化为氧化型； 维生素E：可清除生物膜中活性氧自由基，是 生物体内最重要的自由基清除剂。五、磷脂（一）甘油磷脂的结构甘油磷脂是由sn-甘油-3-磷酸衍生而来的,甘油 骨架的C1和C2被脂肪酸酯化,胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、肌醇、甘油、磷脂磷脂酰甘油等极性 头与磷酸连接。(二)甘油磷脂的一般性质属于两亲分子，在水中能形成 双分子微囊，可构成生物膜。 用碱或酶可水解成脂肪酸、甘 油和含氮碱，酶水

11、解的一些中间 物如溶血甘油磷脂是强表面活性 剂，可使细胞膜溶解。磷脂酶作为工具酶与薄层层析一起用于磷脂的结构分析。 （二）甘油磷酸酯类CH2OCOR1R2OCOCHCH2OH PO O-OH X非极性尾非极 性尾极性头（三)几种常见的甘油磷脂磷脂酰胆碱：又称卵磷脂，在细胞膜中含量高，胆碱属季胺 盐，碱性极强，是甲基供体，可防止脂肪肝，乙酰胆碱是神 经递质。磷脂酰胆碱在蛋黄和大豆中含量丰富。 磷脂酰乙醇胺：又称脑磷脂，在细胞膜中含量高。 磷脂酰丝氨酸：在血小板膜中含量高，在血小板被激活时， 磷脂酰丝氨酸转向膜外侧，参与凝血酶原活化。 磷脂酰肌醇：存在于哺乳动物细胞膜，细胞膜含有磷脂酰乙 醇-4-

12、单磷酸和-4,5-双磷酸，后者可转化为细胞内信使肌醇- 1,4,5-磷酸和1,2-二酰甘油。 磷脂酰甘油：在细菌细胞膜中含量高，是心磷脂的头基部分 。 双磷脂酰甘油：由两个磷脂分子通过一个甘油分子共价连接 而成。在心线粒体中含量丰富。磷脂酰胆碱（卵磷脂 ）磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂）磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇磷脂酰甘油双磷脂酰甘油（心磷脂）（四）醚甘油磷脂其甘油骨架sn-1位碳是烃基而不是酰基。主要有： 缩醛磷脂：其头基分别是胆碱、乙醇胺、丝氨酸，脊椎动物的心脏富 含缩醛磷脂。 血小板活化因子：甘油骨架sn-2位碳被乙酰化，典型的烷基是十六烷 基，头基部分是胆碱(五)鞘磷脂即鞘氨醇磷脂，在脑髓鞘和红细

13、胞膜中含量丰富。由鞘氨醇、脂肪酸和 磷酰胆碱组成。鞘氨醇：已发现六十多种。神经酰胺：脂肪酸通过酰胺键与鞘氨醇相连，即为神经酰胺。鞘磷脂：即神经酰胺的1-位羟基被磷酰胆碱或磷酰乙醇胺酯化形成的 化合物，结构如p129所示。六、糖脂即半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化 合物。(一)鞘糖脂即神经酰胺的1-位羟基被糖基化形成 的化合物，主要分两类：中性鞘糖脂：最先从脑中获得，又称 脑苷脂。糖基为半乳糖、葡萄糖等，其 糖基在细胞表面，参与细胞识别。酸性鞘糖脂：糖基被硫酸化的称硫酸 鞘糖脂或硫苷脂，有几十种，在脑中含 量丰富。糖基为唾液酸的称唾液酸鞘糖 脂，又称神经节苷脂，在神经系统特别 是神经末梢中含量丰

14、富。可能与神经冲 动传递有关。(二)甘油糖脂由二酰甘油sn-3位的羟 基被糖基化形成的化合 物，主要存在于植物和 微生物，在动物的睾丸 、精子和神经系统也含 量丰富 。七、萜和类固醇由两个以上异戊二烯单位构成， 可头尾相连，亦可尾尾相连。两个 异戊二烯单位构成的称单萜，许多 是植物精油的成分；三个异戊二烯 单位构成的倍半萜存在于某些中草 药；双萜是叶绿素分子的成分；三 萜是固醇类的前体；四萜可形成多 种色素；多萜可形成天然橡胶。（一）萜(二) 类固醇由环戊烷多氢菲为基础的化合物，分子为扁平状，平面上的取 代基直立较稳定，但也有平伏状的。（三）胆固醇 和非动物固醇胆固醇在脑、 肝、肾和蛋黄中 含

15、量很高，主要 存在于细胞膜， 属于两性分子， 可转化为多种活 性物质，血液中 含量过高会导致 动脉粥样硬化。植物固醇存在 于谷物中，能抑 制胆固醇吸收。微生物固醇如 麦角固醇可转化 为维生素D2。 （四）固醇衍生物胆固醇可转化为雄激 素、雌激素、糖皮质激 素、盐皮质激素和维生 素D。胆固醇在肝脏中可转 化为胆汁酸，能使油脂 乳化，以促进吸收。八、脂蛋白（一）血浆脂蛋白的分类各类血浆脂蛋白的组成如表2-7所示.(二) 血浆脂蛋白的结构与功能血浆脂蛋白的功能乳糜微粒由小肠上皮细胞合成，主要功能是从小肠 转运三酰甘油、胆固醇基其它脂质到血浆和其他组织 ； VLDL在肝细胞的内质网中合成，主要功能是从

16、肝 脏运在内源性三酰甘油和胆固醇至各组织； LDL的主要功能是转运胆固醇至外围组织，并调 节这些部位胆固醇的从头合成； HDL新生的前体形式在肝和小肠中合成，改型中 吸收死细胞和其它脂蛋白，将胆固醇酯化后快速往复 地转送到VLDL或LDL； 血浆中LDL水平高而HDL水平低的个体容易患心血 管疾病。九、脂质的提取、分离与分析（一）脂质的有机溶剂提取脂质可用有机溶剂提取，离心或过滤除去不溶物。（二）脂质的色谱分离脂质可用各种色谱法分离。（三）混合脂肪酸的气液色谱分析混合脂肪酸转化为其甲酯混合物，降低沸点后，可 用气液色谱分析其成分。 （四）脂质结构的测定 脂质结构可用专一性水解和色谱法研究。二、生物膜的 组成与结构生物膜和运输 （Biological Membrane and Transport）生物膜的形成对于生物能量的贮存及细胞间的通讯起着中心作用。膜的生物活性来自于膜自身显著的特性：膜连接紧密但有弹性；膜自我封闭，