1、第2章 脂类与生物膜化学,Lipid,本章学习要求,掌握脂肪酸、三酰甘油、磷脂的结构特征和性质，掌握生物膜的化学组成与结构特征，了解脂质过氧机制，熟悉脂质过氧化作用对机体的损伤，抗氧化剂的保护作用。,第一节 引言,（一）脂质（lipid）的基本概念,脂肪酸与醇脱水反应形成的酯及其衍生物共性：低溶于水，而易溶于非极性溶剂如乙醚、氯仿、苯等。能被生物所利用，可作为构造组织、修补组织或者供给能量之用。,单纯脂类：甘油三酯、蜡 复合脂类：磷脂、糖脂 衍生脂类：取代烃、固醇类（甾类）、萜、其他脂质（维生素A、D、E、K，酯酰CoA,类二十碳烷，脂多糖，脂蛋白等）,(二)脂质的分类,I、按化学组成分类,或
2、者分为可皂化脂质和不可皂化脂质,单纯脂质,由脂肪酸和醇类所形成的酯,脂酰甘油酯 （最丰富的为甘油三酯)蜡 （含14-36C个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30C个碳原子的一元醇所形成的酯）,单纯脂类的衍生物：除了含有脂肪酸和醇外，还含有非脂分子的成分,复合脂质,磷脂（磷酸和含氮碱）糖脂（糖）硫脂（硫酸）,由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。,萜类：天然色素、香精油、天然橡胶 固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素） 其他脂类：维生素A、D、E、K等。,衍生脂质,非极性：形成油滴 极性： 类极性脂质：单分子层 类极性脂质：双分子层和微囊 类极性脂质（ 去污剂，分A B)：微团
3、, 脂质在水中和水界面上的行为不同,微团,微团,微囊,疏水性增加,亲水性增加,蜡或长链烃,脂肪酸,磷脂,鞘糖脂,电离脂肪酸,（三）脂质的生理功能,1.结构脂质：生物膜（磷脂）,2.贮存脂质：三酰甘油和蜡 3.溶剂：促进脂溶性维生素的吸收 4、保温和保护 5、活性脂质：类固醇和萜类，小量，但具有专一的重要的生物活性。,结构脂质：细胞膜,贮存脂质：皮下脂肪细胞（黄、白色）,脊椎动物细胞中的脂肪滴,贮存脂质：蜡,第二节、脂酰甘油（三酰甘油）,（一）脂酰甘油（油脂)（acylglycerol）,呈液态：油（oil）,呈固态：脂（fat）,常温下,油脂,中性脂/真脂,1分子甘油和3分子脂肪酸形成的酯,脂
4、肪酸,饱和 ： 16C软脂酸、 18C硬脂酸,不饱和,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）,三酰甘油(triacylglycerol, TG),甘油（丙三醇）,单脂酰甘油,二脂酰甘油,H2O,H2O,三脂酰甘油,脂肪酸1,脂肪酸2,三酰甘油通式,R1=R2=R3 简单三酰甘油,混合三酰甘油,甘油,硬脂酸,亚油酸,棕榈酸,混合三酰甘油,烷醚酰基甘油,烷基烯基,醚键,三酰甘油的物理性质,颜色气味：纯品无色无味 密度和溶解度：小于1g/cm3,不溶于水，易溶于非极性有机溶剂 熔点：天然油脂为三酰甘油的混合物，没有明确的熔点，只有一个大概范围。一般随
5、组分中不饱和脂肪酸（双键数目）和低相对分子量脂肪酸的比例增高而降低。表2-4,（二）脂肪酸（fatty acid）,1、结构特点,软脂酸（十六烷酸,棕榈酸）,硬脂酸（十八烷酸）,油酸（十八烯酸）,简写18：0,简写16：0,简写 18：1 9c,饱和脂肪酸,组成油脂的天然脂肪酸的共同特点是：（1）绝大多数是含偶数碳原子的直链羧酸，其中以c16和c18为多；（2）大多数含有一个、两个或三个双键，其中以c18不饱和酸为主；大多数单不饱和脂肪酸中双键的位置在9c；（3）几乎所有的不饱和脂肪酸都是顺式结构,Ps: 反式脂肪酸导致心脏病、冠心病、糖尿病、诱发肿瘤（乳腺癌等）、哮喘、过敏等疾病，对胎儿体重
6、、青少年发育都有很大影响,硬脂酸,油酸（液态）,饱和脂肪酸（固态）,饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸混合物,不饱和脂肪酸的双键：,-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2- 非共轭双键（容易形成自由基） -CH2-CH=CH-CH=CH-CH=CH2- 共轭双键（容易聚合）：桐油（含桐油酸）,2、脂肪酸的理化性质,溶解度 与烃链的长度有关 熔 点 与双键数目、顺反有关 皂化反应 动植物油脂在氢氧化钠或氢氧化钾作用 下水解生成的脂肪酸盐。 乳化作用 脂肪酸盐、胆汁酸盐、SDS、Triton X-100 腐败和过氧化,水,油,极性亲水部分,非极性疏水部分,搅拌,去,乳化作用,3、必需脂肪酸（ess
7、ential fatty acid),人体不能合成，必需由膳食提供的对人体功能必不可少的多不饱和脂肪酸。,亚油酸(6 PUFA）亚麻酸花生四烯酸,亚麻酸（3 PUFA）二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）,DHA是人的大脑发育、成长的重要物质之一。人群流行病学研究发现，体内DHA含量高的人的心理承受力较强、智力发育指数也高。,4、类二十碳烷（eicosanoid）,由20碳的多不饱和脂肪酸（20碳PUFA） 衍生而来 前列腺素 凝血恶烷 白三烯,局部激素,花生四烯酸,前列腺素PGE,凝血噁烷A2,白三烯A4,长链脂肪酸与长链一元醇/固醇形成的酯 脂肪醇中的碳原子在16以上 分布在生
8、物体表面起保护作用,植物蜡防虫蛀、防辐射、降低水分蒸发 动物蜡防水、保温、筑巢,（三）蜡（wax),巴西棕榈蜡,通式,RCOOR 多为饱和脂肪酸 醇饱和或不饱和/固醇,蜂蜡完全不透水,30烷醇,棕榈酸,鲸蜡,抹香鲸头部鲸油,二、油脂（三酰甘油）的化学性质,1、水解和皂化皂化值：皂化1g油脂所需的KOH mg数,三酰甘油的相对分子量与皂化值成反比！,2、氢化和卤化（加成反应）碘值（碘价）：100g油脂卤化时所能吸收的碘的克数，表示油脂的不饱和程度。 3、乙酰化乙酰化价（值）：中和从1g乙酰化产物中释放的乙酸所需的KOH mg数。 4、酸败和自动氧化酸值：中和1g油脂中的游离脂肪酸所需的KOH m
9、g 数。,5、脂质过氧化（peroxidation）（选学内容）,多不饱和脂肪酸的氧化变质。,典型的活性氧参与的自由基链式反应,（1）自由基、活性氧和自由基链反应,1)自由基（free radical） 分子/原子/基团中有未配对电子的 一类物质。很活泼，具有很强的掠夺性很容易形成稳定的分子状态,一种是异裂反应 一种是均裂反应：两电子均分给两个产物。 此过程中产生的分裂物称为自由基。,共价键由双电子形成断裂时：,均裂（homolysis）,A ：B A. + B.,自由基的形成：,辐射诱导,自由基的形成：,热诱导,单电子氧化还原,H2Ohv HOHeaq-,(C6H5COO)22C6H5COO
10、 C6H5+CO2,Fe2+H2O2 Fe3+ OH+OH-（Fenton反应）,2)、活性氧,O2 ， OH ， H2O2 ， 1O2 LO . ， LOO . ， LOOH（脂质过氧化中间物） 臭氧 NO,氧或含氧的高反应活性分子。,3)自由基链式反应,引发：由辐射或其它自由基引发初始自由基的形成 增长：新生自由基导致新的抽氢反应再形成新的自由基 终止：两自由基偶联或歧化或在抗氧化剂作用下使自由基链式反应停止,（2）脂质过氧化过程,链的发生,链的增长,丙二醛,（3）脂质过氧化对机体的损伤,脂质过氧化,中间产物自由基 终产物丙二醛,膜流动性通透性受影响,动脉粥样硬化,老年色素斑形成,蛋白质聚
11、合交联,（3）抗氧化剂的保护作用,抗氧化剂： SOD（超氧化物歧化酶） 过氧化氢酶（谷胱甘肽过氧化物酶） 维生素E/维生素C 胡萝卜素,具有还原性、能抑制靶分子自动氧化的物质。,SOD：2O2 + 2H+ H2O2 + O2,- ,预防型抗氧化剂,过氧化氢酶（catalase）：2H2O2 2H2O + O2谷胱甘肽过氧化物酶：H2O2 + 2GSH 2H2O + 2GSSG,谷胱甘肽过氧化物酶：ROOH + 2GSH ROH + 2GSSG,脂质氢过氧化物的还原,第三节 磷脂（phospholipid）,磷脂,甘油磷脂,鞘脂类,鞘磷脂,鞘糖脂,X,非极性，不易溶于水 称非极性尾,极性，易溶于
12、水称极性头,（一）甘油磷脂(glycerophospholipid),极性醇,基本结构,磷脂,常见的甘油磷脂,磷脂酸,磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）,磷脂酰胆碱（卵磷脂）,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰甘油,4,5-磷酸磷脂酰肌醇,心磷脂（双磷脂酰甘油） 显示有梅毒患者血清诊断的特异性抗原,常见甘油磷脂的性质与生物学功能,磷脂酰胆碱（卵磷脂）：生物体内分布最广，以卵黄、脑、精液、肾上腺中含量最高。白色蜡状物，在低温下可结晶，易吸水变成棕黑色胶状物，不溶于丙酮，溶于乙醚和乙醇。 控制动物体代谢，防止脂肪肝形成。是肝脏的保护神 对心脏健康的积极作用 促进大脑发育，增强记忆力 是血管的“清道夫” 是糖尿病患者的营养品
13、 能有效地化解胆结石 是胎、婴儿神经发育的必需品 可消除青春痘、雀斑并滋润皮肤 可预防老年痴呆症的发生 是良好的心理调和剂,磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）：主要存在于脑组织和神经组织中，心脏、肝脏亦有。与凝血有关，被生物毒素的特殊酶水解时失去一个脂肪酸形成溶血性磷脂酰乙醇胺，引起溶血现象。例如：蛇毒中含有磷脂酶A2,该酶催化甘油磷脂水解成一分子脂肪酸和一分子的溶血卵磷脂。溶血卵磷脂的中极两性性质使其成为破坏红细胞细胞膜结构的变性剂，引起细胞破裂。主要作用： 大脑和神经发育的基础物质，增强脑细胞活化程度及智力水平，促进大脑发育，发展智力，促进神经组织内部结构生长，用于改善记忆和认知能力，提高智力。 缺乏
14、时可引起的症状： 细胞生物膜受损，细胞功能发生紊乱导致脑功能障碍,影响记忆和思维等高级认知机能。 获取来源： 由食物供给补充和在体内由其它营养物质转化生成。动物的脑都含有大量的脑磷脂，其中又以鱼脑髓为最佳。,（二）鞘磷脂（sphingomyelin）,鞘磷脂一般结构,组成与结构,神经鞘氨醇,脂肪酸,神经酰胺,鞘磷脂,磷酰胆碱,鞘磷脂性质与生物学功能： 白色晶体，不溶于丙酮与乙醚，溶于热乙醇中，具有两性解离性质。鞘磷脂主要位于细胞膜、脂蛋白（尤其是低密度脂蛋白）和其他富含脂类的组织结构上。 鞘磷脂对于维持细胞膜结构尤其是细胞膜的微控功能（如膜内陷）十分重要。它可调节生长因子受体和超细胞基质蛋白的
15、活动，并为一些微生物、微生物毒素、病毒提供结合位点。,磷脂酰胆碱,胆碱鞘磷脂,+,环戊烷多氢菲,菲,环戊烷,第四节 固醇（steroid）及其衍生物 (类脂质) 环戊烷多氢菲的一元醇及其衍生物,1、结构特点,甾 核,A环,B环,C环,D环,角甲基,固醇，基本碳架相同，所含侧链的位置往往也相同。如C3的羟基，C10, C13 的角甲基，C17有侧链,HO,雄性激素,可的松（激素）,维生素D,胆固醇,非极性尾,极性头,胆固醇,2、胆固醇和非动物固醇特点：C3核有一取向的羟基C17上有烃链 功能：构成生物膜、形成类固醇,胆固醇、豆固醇、麦角固醇、酵母固醇,cholesterol,胆固醇,胆固醇是动物
16、组织细胞所不可缺少的重要物质，它不仅参与形成细胞膜，而且是合成胆汁酸，维生素D以及甾体激素的原料。,胆固醇又分为高密度胆固醇和低密度胆固醇两种，前者对心血管有保护作用，通常称之为“好胆固醇”，后者偏高，冠心病的危险性就会增加，通常称之为“坏胆固醇”。血液中胆固醇含量每单位在140199毫克之间，是比较正常的胆固醇水平。,7-脱氢胆固醇,7-脱氢胆固醇主要位于皮肤和毛发中，经阳光或紫外线照射后，能转变为维生素D3.,3、固醇衍生物(类固醇),胆汁酸盐,胆汁酸盐为水溶性的，是一种表面活性物质，能将肠道中的脂肪、胆固醇和脂溶性维生素入画，促进肠壁细胞对脂肪的吸收。此外，还可以激活脂肪酶，所以对脂肪的
17、消化和吸收具有重要的生理意义,（二）萜与类固醇,不含脂肪酸，属于不可皂化脂质,（一）萜（terpene）,Isoprene unit,萜分子的碳架可看成是由两个或多个异戊二烯单位，连接而成,四萜 （tetraterpene）,-胡萝卜素,荷尔蒙信号至上皮细胞,泛醌,质体醌,长醇,糖脂,氨基醇,糖脂是糖通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。,第五节 其他脂类,非极性尾,极性头,磷酸胆碱（或磷酸胆胺）,糖 脂,鞘磷脂,单糖及单糖聚合物,(一)鞘糖脂（glycosphingolipid）,以神经酰胺为母体,1、酸性鞘糖脂,含有唾液酸或硫酸基,硫酸鞘糖脂（硫苷脂） 唾液酸鞘糖脂（神经节苷脂）：参
18、与乙酰胆碱和其他神经递质的受体组成，可能在神经传导中起到重要作用。,2、中性鞘糖脂,Gal1 1Cer,半乳糖基神经酰胺 （脑苷脂）,二酰甘油sn-3上羟基与糖基以糖苷键相连。 又被称为糖基甘油脂,(二)甘油糖脂(glyceroglycolipid）,血浆脂蛋白(lipoprotein）,脂质和蛋白质以非共价键（次级键：疏水键、范德华引力等）结合形成的复合物。,载脂蛋白（apolipoprotein，apo） 脱辅基脂蛋白,与脂的运输有关,（一）血浆脂蛋白的分类,乳糜微粒 （chylomicron） 极低密度脂蛋白 VLDL 中间密度脂蛋白 IDL 低密度脂蛋白 LDL 高密度脂蛋白 HDL,
19、蛋白质,高,脂,低,P117表2-7,功能载运甘油三酯和胆固醇,脂蛋白模式图,甘油三酯和胆固醇核心,低密度脂蛋白高心肌梗塞的先兆,（二）血浆脂蛋白的结构与功能,乳糜微粒的结构,第六节、生物膜化学 （一）膜功能：,物质运输； 保护作用； 信息传递； 细胞识别。,膜的生化特性,膜不仅仅是被动的屏障，膜上含有一系列的特化蛋白质启动或催化一定的分子事件；膜上的泵可以逆跨膜梯度移动（运送）特定的有机物和无机离子；能量转化器可以把一种形式的能量转化为另一种形式的能量；质膜上的受体能够感受胞外信号，并转化为细胞内的分子事件。,（二）膜组成与结构：,生物膜的液态镶嵌模型,糖脂,多糖,糖蛋白,固醇,细胞骨架蛋白
20、纤维网,甘油磷脂； 鞘脂； 胆固醇组成。 具两亲性、 不对称性、 流动性。,1、膜脂主要由：,2、膜蛋白,1）膜内在蛋白：与脂双层的疏水核心紧密相连；跨膜或不跨膜；在膜内不对称分布。内在蛋白只能作旋转和侧向运动。2）膜周边蛋白：分布在膜内或外表面。在膜内表面，形成网状的细胞骨架。,3、膜糖类：,覆盖在膜外表面，有些可连在脂质上如鞘糖脂，也可连在膜蛋白的多肽链上。 功能:起保护作用；细胞间的识别；维持膜的不对称。硫酸脑苷脂,脂双分子层是基本的结构,脂类与水相共存时会迅速形成一种脂双分子层结构而避开水的作用，生物膜的厚度（电镜测定为5-8 nm）是由3 nm的脂双分子层和蛋白的厚度决定的，所有证据
21、都支持生物膜由脂双分子层构成。 膜脂对于脂双分子层两面是不对称的，但尽管不对称，也不象蛋白质，脂的不对称不是绝对的。,膜脂在不断地流动,虽然脂双层结构的本身是稳定的，但单个的磷脂和固醇可在脂质平面内有很大的运动自由，它们的横向运动很快，几秒之内单个脂分子就可环绕红细胞的一周。双分子的内部也是流动的，脂肪酸的碳氢链可通过碳碳旋转而不断地运动。另外一种运动就是跨双分子层运动，即flip-flop。 膜流动的程度以来于脂的组成及温度，低温下的运动相对较少，脂双分子层几乎呈晶态（类晶体、半晶体）排列；温度升到一定高度时，运动增加，膜由晶态向液态转变。,有些外周膜蛋白 共价泊锚在膜脂上,有些膜外周蛋白与
22、膜脂有一个或多个共价结合位点，如长链脂肪酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生物。连接的脂提供了一个疏水的锚以插入脂双分子层。,跨膜运输,所有生物细胞都要从环境获得原材料为其生物合成和能量消耗，同时还需释放其代谢物到环境中去。质膜可以识别并允许细胞所需物如糖、氨基酸、无机离子等进入细胞，有时这些成分进入细胞是逆浓度梯度的，即它们是被“泵”入细胞的，同样一些分子是被“泵”出细胞的。很少有例外小分子物质的跨膜是直接通过蛋白的，而是通过跨膜的通道（channels）、载体(carriers)或泵（pumps）。,被动运输是由膜蛋白促进的 顺浓度梯度的扩散,生物体内的简单扩散，膜把胞内和胞外环境所阻止，膜是一种选
23、择性通透屏障，要通过脂双分子层，极性分子或带电溶质必需解除水化膜的水的作用，然后透过约3nm 的介质（膜）。 水是一种例外，可很快透过生物膜，机制尚不清楚，膜两侧溶质浓度差异大时，渗透压的不平衡引起膜两侧水的流动，直至两侧的渗透压相等。 极性溶质或离子的过膜运输由膜上的蛋白降低活化能而对特异的物质提供过膜路径而过膜的双分子层，引起促进扩散。,主动运输（Active Transport）引起物质的逆浓度梯度运输,被动运输总是顺浓度梯度运输，不会引起物质的积累，相反，主动运输总是逆浓度梯度运输，引起物质的积累。主动运输直接或间接地依赖于一些放能过程，非热力学自动发生，往往伴随有光的吸收、氧化作用、ATP水解或其他顺浓度梯度的运输。在初级主动运输中，物质的积累直接与放能反应（如ATPADP+Pi）相连接；次级主动运输发生于由初级主动运输引起的逆浓度积累的顺浓度梯度运输。,思考题及作业,思考题：书p60 ,1作业：3，7 练习题：第二章，脂质练习题,
