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第四章(1) 脂类和生物膜_图文


第四章 脂类和生物膜

本章重点和难点

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各种脂类的结构及性质

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生物膜的组成以及生物膜的流动镶嵌模型

第一节 概述
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一、脂质(Lipids)的概念:
1、定义: 脂质即脂类,是脂肪酸与醇的缩合物及其衍生物。 2、性质: 脂质分子中碳氢化比例较高,使其呈现脂溶性,即易 溶于乙醚、氯仿、苯等有机溶剂,而不易溶于水。一 般在高温高压下,脂质能大量溶于水。

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二、脂质的分类
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1、单(纯)脂:脂肪酸+醇 油脂 2、复(合)脂:除油脂+其它成分 含有糖分子的叫糖脂; 结合磷酸为磷脂; 结合蛋白为脂蛋白等。 一般复合脂兼有两种不同化合物的理化性质

三、脂类的生理功能
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1、充当结构组分:
磷脂即磷酸甘油脂,是生物膜的主要成分,具有降低表面张力的特性。

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2、是机体的储存燃料:
机体摄取的营养物质如超过正常需要量,则转变为脂肪存于组织中,当营养不 够时,再分解释放能量供机体所需。

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3、脂质是一些活性物质的溶剂:
一些生物活性物质必须溶解于脂质中,才能在机体中运输并被利用。如 VA

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4、脂质是润滑剂和防寒剂:
脂质起润滑剂作用,能防止机械损伤;皮下脂肪能防止热量散失,起防寒作用。

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5、参与机体代谢调节:
胆固醇可转化为多种激素---肾上腺皮质激素和性激素;甘油二脂、三磷酸肌醇 等脂类代谢中间产物起细胞内信号传导作用。

第二节、油脂的结构和性质
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油脂广泛存在于动植物中,是油和脂的总 称。 常温呈液态是油,呈固态或半固态的叫脂。 其化学结构都是甘油和脂肪酸所构成的酯。

1、油脂的结构
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油脂的结构
FA FA FA

甘 油

(fatty acid)

式中R是脂肪酸的烃链,若相同则称为单纯甘 油酯;若不同则称为混合甘油酯。

脂肪酸通常都是以中性脂三脂酰甘油形式贮存的。就象三脂 酰甘油名称表示的那样,它是由3个脂酰基与甘油形成的酯。

甘油

甘 油 三 酯

脂肪酸 (fatty acid)
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C 原子的数目一般是双数的。
大多数含16个或18个C原子。 饱和脂肪酸:软脂酸(16C)、硬脂酸(18C)

脂肪酸 不饱和脂肪酸

含1个双键(油酸) 含2个双键(亚油酸) 必需FA 含3个双键(亚麻酸) 含4个双键(花生四烯酸)

在通常的命名中,常使
用希腊字母标记碳原子,与 羧基毗邻的碳被指定为?碳,

其余的碳依次用?、?、?、?
等字母表示。希腊字母?常 用于特指离羧基最远的碳原 子,无论烃链有多长,实际 上就是代表脂肪酸的末端碳。

CO O H CO O H

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脂肪酸之间的差别:

⑴碳氢链的长度

⑵饱和与否:①不饱和双键的个数 ②不饱和双键所在位置。

碳链长度及不饱和程度决定了不同脂肪酸的物理性 质差异
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自然界常见的脂肪酸

不饱和脂肪酸表示:
饱和脂肪酸无双键,硬脂酸表示,18:0;软脂酸,16:0。 不饱和脂肪酸有双键,必须表示双键的个数和位置。 如油酸,18:1 △9;亚麻酸,18:3 △9,12,15。
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一个双键,位置在9和10碳之间,用△9表示; 多个双键者常有一个△9,其余双键在10位碳与碳链末 端甲基之间。

硬 脂 酸

油酸

亚麻酸

卤化作用
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测量不饱和脂肪酸的方法,利用卤素与不饱和FA的加成反应。

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碘值:在油脂的卤化作用中,100g油脂与碘作用所需的碘的 克数。碘值越大,说明油脂的不饱和FA越多。

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碘值 ?
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NV ?

127 1000 ? 100 m

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其中:V/mL:滴定时耗用的硫代硫酸钠的体积; N:硫代硫酸钠的浓度; 127为I2的相对原子质量;
m/mg:样品油脂质量

二、油脂的性质
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油脂的性质主要决定于FA。

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1、溶解性:不溶于水,可溶于非极性有机溶剂。 2、皂化作用(碱解):油脂的碱水解过程
油脂与过量的碱作用生成甘油和FA的盐(Na+、K+),后 者即肥皂。 皂化值:完全皂化1g油脂所需KOH的毫克数 56.1VN 皂化值 ? m

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其中V是HCL滴定碱的ml数(空白一样品),N为HCL的浓 度,56.1为KOH的分子量,m为测定的油质质量。 油脂的皂化值与脂肪中的FA的平均分子量M成反比。

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3、乳化作用
不溶于水的油脂,在乳化剂的作用下,油脂变成细小的颗粒,均匀 地分散在水里面形成稳定的乳状液。 肥皂去污,就是以肥皂为乳化剂,将衣物上的油污变为小颗粒分散 于水中,达到去污的目的。

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4、自动氧化——酸败
油脂中含有不饱和脂肪酸,暴露与空气中可被空气中的氧氧化为过 氧化物,进一步分解为低级醛、酮、羧酸及其衍生物,或被霉菌或 脂酶,将油脂水解成低级FA,FA经β—酮酸,在脱羧的形成低级 酮类。从而造成油脂的酸败产生难闻的臭味。 铜、铁等金属盐,光、热、湿气等都是可加速油脂的自动氧化。 油脂酸败的应用程度一般用酸值表示 酸值是指中和1g油脂中的游离FA所需要的KOH的毫克数,油脂的 酸败度越高,酸值越大,用酸值可以监测油脂的品质。

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第三节 磷脂和固醇类
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一、磷脂 含有磷酸的复合脂质,广泛存在与动植物 与微生物中,是细胞膜特有的结构组分。 1、甘油磷脂:即磷酸甘油脂
含有甘油、脂肪酸、磷酸及含碱 性化合物(胆碱或胆胺)
R1——通常为饱和脂肪酸基 R2——通常为不饱和脂肪酸基 X——胆碱、胆胺、Ser、肌醇等

一些甘油磷酸酯

磷脂的分子结构
极性头部
非极性尾部
非极性尾部 极性头部

亲水 头部
头部 尾部


水 尾 部

磷脂的两亲性结构
?亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪

酸链,是优良的两亲性分子

磷脂在水相中自发形成脂质双分子层,是细胞膜的 主要结构成分。

2、鞘磷脂

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存在于神经组织和脑内,是动植物细胞膜 的重要组分。 神经鞘磷脂由磷酸、FA、胆碱及(神经) 鞘氨醇或三氢(神经)鞘氨醇组成,不含 甘油。

(了解)

糖 脂
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糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。 糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。 动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。
O

CH2OH OH OH O O

NH

C

R

R:脂肪酸

CH2 CH CH CH=CH OH 神经鞘氨醇

(CH2)12 CH3

OH

半乳糖

一些常见的磷脂
他们都是在磷脂 酸结构的基础上, 一些取代基团与 磷酸结合形成的

磷脂酸衍生物。

二、固醇类
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严格讲,固醇类不应属 于脂质类化合物,但其 常与油脂共存而将其列 为脂类。 其结构为环戊烷多氢菲 的衍生物 异戊二烯

植物油或酵母中含麦角固醇,经UV激活转化为VitD2

动物皮下的7-脱氢胆固醇,经UV照射转化为VitD3,
故麦角固醇和7-脱氢胆固醇常被称作VitD原。

固醇类物质的生物学意义
麦角固醇可变为维生素D2 动物固醇有下列功能: ①7-脱氢胆固醇经紫外光照射可得维生素D3,所以也称 维生素D原。 ②胆固醇可变为性激素和肾上腺皮质激素,胆汁酸也由 胆固醇转变而来,促进肠壁细胞对脂肪的吸收 。 ③胆固醇与某些疾病有关。胆管阻塞或胆石等都可因胆 固醇结晶而成。此外,动脉硬化也可能与固醇的代谢失 常有关,患动脉粥样硬化的病人,血管内壁上常有显著 的胆固醇沉着。

因胆固醇过多而造成的血管壁过厚

第四节 生物膜
一、生物膜的化学组成 二、生物膜的结构
三、生物膜的功能

微囊

脂双层

一、生物膜的化学组成
电镜下,厚度6~9nm左右的3片层结构,即蛋白质 镶嵌在流体状的脂质双层中。
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外周膜蛋白

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膜蛋白
(40-60%) 内在膜蛋白(主要,>70%) 磷脂(脑磷脂、卵磷脂)、

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膜脂质:

糖脂 胆固醇

磷脂分子 内嵌蛋白

膜蛋白分布不对称

跨膜 蛋白 膜表面 蛋白

脂质双层 镶嵌蛋白

内在蛋白

组成生物膜的分子特征:
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磷脂

具有一个极性头和两个非极性尾(脂肪酸链) (心磷脂除外,有四个非极性尾) ? 含有饱和及不饱和FA,其中不饱和FA使膜具有流动性。 (低温时,不饱和FA形成半晶体凝胶状,不能移动;在高温时则可以 移动)
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胆固醇
调节膜的流动性,增加膜的稳定性,降低水溶性物质的通透性。

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糖脂
一般占膜总量的2~10%,主要是神经糖脂,与细胞的抗原结构、 受体、细胞免疫反应、细胞识别血型及细胞癌变均有关系。

二、膜结构---液态(流动)镶嵌模型

液态(流动)镶嵌模型的结构要点
①磷脂双分子层构成生物膜的基本结构。
磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质。其疏水尾部 相对位于膜的内侧,极性头位于膜的内、外表面。

②磷脂双分子层具有一定的流动性
由于磷脂疏水尾部含有不饱和FA,在细胞正 常的温度下呈液体状态。

③膜蛋白质分子以不同的方式镶嵌在这种流动 的膜结构中。
内嵌蛋白:全部镶嵌在脂双层的内部。 部分镶嵌蛋白:其亲水残基暴露于膜的表面。 通道蛋白和动载蛋白:该类蛋白横穿过膜,两 头位于膜两侧的水介质中。

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④膜蛋白可以侧向运动,但不能翻转运动。 ⑤由于膜蛋白、膜脂以及膜两侧其它生物大分子 的复杂相互作用,限制了膜蛋白和膜脂的流动性。 ⑥膜功能具有方向性: 由于膜两侧结构具有不对称性,使得物质运输、 信息传递等膜功能具有一定的方向性。

生物膜的流动性

侧 向 扩 散

横 向 扩 散

三、生物膜的分离

冷冻断裂电子显 微技术是一种特 别用于膜研究的 技术。一滴膜样 品被快速冷冻到 液氮温度,然后 用刀切,膜沿着 脂双层的层界面 裂开,界面处的 分子内相互作用 是很弱的。

三、生物膜的功能
1. 物质传递功能 2. 保护作用

3. 信息传递作用
4. 能量转换作用

5. 细胞的识别作用

1、物质传送功能
细胞在生命活动过程中,不断地与外界进行物质交换,需 要依赖细胞膜上专一性的传递载体蛋白或通道蛋白实现细 胞内外物质的传送。 一般小分子物质进出细胞方式有三种:

协助

转运通道
载体蛋白和通道蛋白

小分子物质的运送
运送蛋白;单向运送和协同运送(同向运送和反向运送)

小分子运送主要通过运送蛋白体系来实现:

(一)“Na+—K+泵”与“Na+,K+—ATP 酶”
是一个四聚体膜蛋白,乌本苷是特异性抑制剂。

(二)“Ca+泵”与“Ca+—ATP 酶”
是一个四聚体膜。

其活性受钙调蛋白影响,因此调蛋白可刺激细胞对Ca+的吸收。

运送蛋白;单向运送和协同运送(同向运送和反向运送)

阴离子的运送、糖和氨基酸的运送、基团运送

ATP/ADP交换体(线粒体膜上) 是一个分子量为30000的多肽,在膜上是以二 聚体的形式存在——“两态闸门—孔道机制假说”
ATP/ADP交换体易 于向外运输ATP, 向内运输ADP。

生物大分子的跨膜运送
(1)胞吐作用(endocytosis)
囊泡的 形成 与细胞 膜融合 释放外 排物质

(2) 胞吞作用(exocytosis)
摄入大 分子物 质 细胞膜 内陷 囊泡的 形成

作用:完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输,又称膜泡运输或

批量运输(bulk transport)。属于主动运输。

质膜代谢的一种重要方式

移动性载体模型和孔道或通道模型——构象变化假说

2、保护作用
细胞膜具有自我封闭的特点,作为细胞 的外周,对保持细胞内环境稳定起主要 作用

3、信息传递作用
细胞可以接受外界的刺激或某种信息,并通 过结合膜上的受体(膜蛋白)将其传入胞内, 启动一系列过程,最终表现为生物学效应。
eg、肝脏和肌肉细胞的细胞膜上含有识别并结合胰岛 素、肾上腺素、胰高血糖素等激素的受体,二者一旦 结合,就将信号跨膜传向细胞内的酶系产生特定的生 理效应。

4、能量转换作用
线粒体膜是能量转换的主要装置,在线 粒体内,糖、脂类等营养物质大部分经过氧 化分解释放化学能,通过线粒体内膜存在的 电子传递体系,最终将这些化学能转变为生 物能ATP(腺苷三磷酸)参与机体的生理活 动。

5、细胞的识别作用
细胞识别是指细胞有识别异己的能力。由细胞 膜上特定的膜受体或膜抗原与外来信号物质的特 异结合。 Eg、淋巴细胞依赖细胞膜上的特异抗原受体,识 别并结合外来抗原,产生相应的抗体引起免疫反 应。 这些特定的膜受体和膜抗原的化学本质都是糖蛋 白或糖脂。

四、膜工程
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(了解)



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