脂类和生物膜课件

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1、1,脂类和生物膜,第四章,2,脂类的共性 不溶于水，易溶于乙醚、氯仿、苯等有机极性溶剂中。 此特性由构成脂的碳氢结构成分所决定。,一、脂类,脂肪细胞,细胞膜,3,主要功能 机体代谢燃料和储能形式（脂肪和油）：脂肪酸是生物体的重要代谢燃料，脂肪是贮存能量的主要形式，每克脂肪完全氧化时释放的能量是每克糖类释放能量的两倍； 磷脂、糖脂和固醇是生物膜的重要组分； 保护作用：在机体表面的脂肪有防止机械损伤和防止热量散发等保护作用； 具营养、代谢及调节功能； 与细胞识别、种特异性、组织免疫等密切相关。,4,脂类分类,根据化学结构及脂的组成，脂类可分为： 1单纯脂类(质)(Simple lipids）,包括

2、: 三酰甘油（脂、油）和蜡； 2复合脂类（Lipid complex），包括: 磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂） 糖脂（甘油糖脂和鞘糖脂）； 3衍生脂类（Derived Lipid),包括: 多萜类、类固醇、脂溶性维生素、 类廿碳烷、脂多糖及脂蛋白等。,5,1.脂肪酸,碳链为4-36碳的碳氢化合物的羧酸. （1）种类： 饱和脂肪酸（saturated FA ）: 如：软脂酸(16:O)、 硬脂酸(18:0)。 不饱和脂肪酸(unsaturated FA ) 如:油酸 18:19,6,（2）结构特点 1、骨架为线形，碳原子数几乎都是偶数。 2、不饱和脂肪酸双键数目一般为14个； 位置多在C9和C10间，

3、 表示为9；其他多在 12和15。 结构多为顺式。 构象双键不能旋转， 双键处有30，刚性弯曲。,7,脂肪酸组装为稳定聚集体 饱和FA以范德华力排列紧密，呈蜡状固体； 不饱和FA排列不紧密，呈油状液体； 熔点大小：饱和FA反式不饱和FA顺式不饱和FA,8,（3）必需脂肪酸 概念：维持生长所需的，体内又不能合成的脂肪酸，必须由膳食提供。 种类： 亚油酸（ 18:29,12 ， Linoleic acid） -亚麻酸(18:39,12,15 ， Linolenic) ： -亚麻酸（ 18:3 6,9,12 )：体内可由亚油酸合成 花生四烯酸(20 :4 ,5,8,11,14 Arachidonic

4、) ： 体内可由亚油酸合成,9,两类多不饱和脂肪酸 （polyunsaturated FA, PUFA) 分类依据:根据第一个双键距甲基末端在C3或C6而分。 两类PUFA在体内不能互相转换，但同类可以。 两类PUFA的种类和特点 -6系列 -3系列 亚油酸(原初成员) -亚麻酸(原初成员) -亚麻酸 廿碳五烯酸（EPA） 花生四烯酸 廿二碳六烯酸（DHA） 明显降低血清胆固醇 明显降低甘油三酯 膳食中易获得 膳食中可能不够,10,2. 三酰甘油,1分子甘油和3分子脂肪酸结合成的酯，亦称脂肪。 其降解产物为： 二酰甘油； 单酰甘油；,11,（1）种类： 1、简单甘油三酯： R1=R2=R3时，

5、称 。 如：油酸甘油酯、硬脂酸甘油酯等。 2、混合甘油三酯： R有两或两种以上的。 如图：1-硬脂酰-2-亚油酰-3-棕榈酰-甘油。,12,（2）按熔点分： 常温下为固态脂（Fat ）: 含饱和脂肪酸；如：动物脂肪； 常温下为液态油（Oil）： 含不饱和脂肪酸；如：大多数植物油。,13,3. 磷脂,(一) 甘油磷脂类： 极性的磷酸与甘油C3的-OH 通过磷酸二酯键相连。 所有的甘油磷脂都是甘油-3-磷酸的衍生物；,14,1、基本结构磷脂酸： 甘油骨架的C1、C2位被两个脂肪酸酯化，酯键连接的可以是饱和FA（C1），也可以是不饱和FA（C2）。,极性头,非极性尾,15,主要是磷酸甘油二脂。甘油中

6、第1，2位碳原子与脂肪酸酯基（主要是含16碳的软脂酸和18碳的油酸）相连，第3位碳原子则与磷酸酯基相连。 不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同。,16,2. 组成： 磷酸化的头部 + 三碳的甘油骨架 + 两条脂肪酸链 甘油磷脂是生物膜 的主要组分。,17,磷脂的组成与结构,18,重要的磷脂 磷脂酰胆碱卵磷脂 磷脂酰乙醇胺脑磷脂 磷脂酰丝氨酸 双磷脂酰甘油心磷脂 磷脂酰肌醇,19,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰胆碱,20,性质 磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂性的脂肪酸链，是优良的两亲性分子。 磷脂分子在水溶液，能够形成双层脂膜结构或微团结构。磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双层脂膜）

7、的特性。,21,22,磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作用，极性基团指向水相，非极性烃长链由于对水的排斥而聚集在一起形成双分子层的中心疏水区。,23,生物膜构成了极性分子及离子的通透屏障,24,应用 脂质体：当磷脂分散于水相时，分子的疏水尾部倾向于聚集在一起，避开水相，而亲水头部暴露在水相，形成具有双分子层结构的封闭囊泡，通称为脂质体(liposome)。 脂质体+单克隆抗体 用于临床抗癌药物 导入、酶疗法、体内 基因直接导入等。,25,（二）鞘脂类 鞘脂类是植物和动物细胞膜重要组分，在神经组织和脑内（髓鞘）含量较高； 鞘脂类也具有一个极性头和两个非极性尾，但不含有甘油。,26,鞘磷脂的基本骨

8、架是神经酰胺： 1）鞘氨醇： 2-氨基-十八碳烯 2，3 - 二元醇。 2）神经酰胺： 鞘氨醇与脂肪酸以酰胺键相连而成。 鞘磷脂组成：磷酸化头部+神经酰胺 1）磷酸化的极性头部： 胆碱或乙醇胺； 2）碳氢链疏水尾部：一条来自鞘氨醇；另一条来源于脂肪酸。,27,鞘氨醇,神经酰胺,鞘磷脂,（1）鞘磷脂类,28,（2）鞘糖脂 神经酰胺的伯醇基与糖的半缩醛羟基以糖苷键连接而成,半乳糖苷脂,29,中性鞘糖脂 呈中性，极性头部有一个或多个糖分子与神经酰胺C1的-OH相连。 例如，存在于神经组织细胞膜中的半乳糖神经酰胺（脑苷脂cerebroside）； 非神经组织的质膜中的葡萄糖脑苷脂。,脑苷脂类,30,酸

9、性鞘糖脂： 硫酸鞘糖脂：糖基被硫酸化，也称：硫酸脑苷脂,31,唾液酸鞘糖脂 神经节苷脂寡糖链中含1或多个唾液酸，是细胞膜表面特异受体的重要组分，人脑灰质中超过6%，而大部分非神经动物组织含量极少。,32,磷脂和鞘脂在溶酶体中的水解,磷脂酶（phospholipase)的特异位点 仅含一个FA的产物为溶血甘油磷脂极强的表面活性剂，可使细胞膜溶解。,33,四 、萜类和类固醇,萜（terpene) 为异戊二烯的衍生物。 按异戊二烯的数目分： 半萜：1个异戊二烯 单萜：2个异戊二烯 倍半萜：3个异戊二烯 双、三、四萜 结构有： 直链、环及多环等。,34,（二）类固醇 （甾类，steroid)： 1.

10、主要功能 膜的组分； 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； 维生素的组分；,35,2、基本结构：,环戊烷多氢菲为基本结构； 带角甲基的环戊烷多氢菲为甾核。 固醇类都是环戊烷多氢菲的衍生物，由于含有醇基而命名为固醇；,36,3.胆固醇 胆固醇分子的一端有一极性头部基团羟基因而亲水，分子的另一端具有烃链及固醇的环状结构而疏水，因此也是两性分子。,37,胆固醇的生物学功能：,参与膜的的组成 胆汁酸的前体 维生素D3的前体 类固醇激素的前体 血中脂蛋白的成分。 与动脉粥样硬化有关； 形成胆结石。,38,二、生物膜,3

11、9,（一）膜组成与结构 细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。 外周膜（细胞膜） 生物膜 内膜系统 （亚细胞结构和细胞器的膜系统）,三、生物膜,40,细胞膜的主要成分： 主要由脂质(主要是磷脂和胆固醇)、蛋白质(包括酶)、多糖类和金属离子组成。 生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的差别。,41,1、膜脂 组成： 甘油磷脂； 鞘脂（鞘磷脂、鞘糖脂）； 胆固醇组成。 性质： 具两亲性、 不对称性、 流动性。,42,43,侧向运动,翻转运动,膜脂在不断地流动,44,2、膜蛋白 生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白。 根据它们在膜上的定位情况，可以分为外周蛋白和内在蛋白。,冰冻蚀刻撕开膜双

12、层,45,1）膜外周蛋白： 这类蛋白约占膜蛋白的2030%，分布于双层脂膜的外表层，能溶解于水。 与膜脂的极性头部或膜蛋白的亲水结构域通过以静电力或非共价键连接在膜上。外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。,46,2）膜内在蛋白： 内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。 这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。 内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，富含疏水氨基酸的区域，由于水分子的排除，多肽链内形成氢键的趋向大大增加，易形成-螺旋。 内在蛋白在膜内不对称分布，只能作旋转和侧向运动。,47,细菌视紫红质具有七个强疏

13、水的内部序列形成的跨膜螺旋,48,3）锚定蛋白： 有些膜外周蛋白与膜脂有一个或多个共价结合， 连接的膜脂提供了一个疏水的锚，插入脂双分子层， 锚定蛋白限制自由扩散。,49,膜蛋白特性 不同功能的膜含有不同的蛋白质； 膜蛋白分布是不对称的； 膜蛋白的运动:可侧向扩散运动。,50,3、膜糖类 生物膜中含有一定的寡糖类物质，覆盖在膜外表面，它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂如鞘糖脂结合。糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。 功能: 接受外界信息； 起保护作用； 细胞间的识别； 维持膜的不对称。,51,52,（二）膜结构模型流动镶嵌模型 1972年，美Singer 和Nicolson提出

14、，其要点： 1）膜的基质是脂质双分子层，蛋白质镶嵌分布； 2）膜的流动性（膜脂、膜蛋白）； 3）脂双层中膜蛋白的不对称分布。,53,流动镶嵌学说,单位膜的中间以磷脂双分子层为基本骨架；磷脂的亲水端面向膜的两侧，疏水端面向膜的中间。,单位膜的蛋白质一般都是球蛋白，有的附于脂双分子层表面，有的蛋白质分子镶嵌在磷脂双分子层表面，其疏水部分填入脂类双分子层内，亲水部分露在表面；有的蛋白质分子全部嵌入内部；有的贯穿整个膜，在膜的内外两侧露出一部分。,组成膜的物质分子排布是不对称的。 1)蛋白质在脂双层中不对称地镶嵌分布。2)脂分子分布的不对称性。在脂双层中，各种类型脂分子的分布是不均匀的。一般来说，不饱

15、和脂肪酸和类固醇在膜的外侧较多 。3)糖类的不对称分布。,膜结构成分具有流动性。在正常生理状况下，膜脂分子处于运动状态。膜脂的运动方式主要有侧向扩散、旋转运动、左右摆动以及翻转运动等。膜蛋白的运动可侧向扩散运动。,54,（二）膜功能 物质运输； 能量转换； 保护作用； 信息传递； 细胞识别。,55,1.物质运输； 细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。 细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。 在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。,56,物质运输,57,被动转运： 物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，即沿

16、着浓度梯度（膜两边的浓度差）的方向跨膜转运的过程。 这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是一个不需要外加能量的自发过程。 许多物质的被动转运过程需要特殊的蛋白载体帮助。 主动转运： 主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。这一过程一般都与ATP的释能反应相偶联。,能量,能量,58,2.能量转换 光合磷酸化：通过光合作用，将光能（主要是太阳能）转换成ATP的高能磷酸键。再利用ATP的能量合成糖类物质。 氧化磷酸化：通过生物氧化作用，将食物分子中存储的化学能转变成生物能，即将化学能转换成ATP分子的高能磷酸键。然后再通过ATP分子磷酸键的分解释放能量，为生物体提供所需的能量。