《脂质和生物膜》课件.ppt

第第4章章 脂质和生物膜脂质和生物膜教学目的：教学目的：1.掌掌握握脂脂类类化化合合物物的的概概念念、主主要要类类别别、分分布布和和生理功能。生理功能。2.掌握生物膜的化学组成、结构模型和功能。掌握生物膜的化学组成、结构模型和功能。教学重点：教学重点：油脂及脂肪酸的结构特点。油脂及脂肪酸的结构特点。1 1 脂脂类类是是生生物物体体内内所所有有能能溶溶于于有有机机溶溶剂剂的的多多种种化化合合物物的的总总称称。在在化化学学结结构构上上不不属属于于一一类类化化合合物物，只只因因其其溶溶解解性性质质相相似似，都都不不溶溶于于水水而而溶溶于于有有机机溶溶剂剂，并且在代谢和生理功能上存在着密切的联系。并且在代谢和生理功能上存在着密切的联系。脂类化合物有如下共性：脂类化合物有如下共性：都都是是由由生生物物体体产产生生，并并能能被被生生物物体体所所利利用用；在在分分子子组组成成上上大大多多是是脂脂肪肪酸酸与与醇醇所所组组成成的的酯酯，有有些些不不含含脂脂肪肪酸酸的的脂脂类类化化合合物物是是异异戊戊二二烯烯的的聚聚合合物物；有有些些脂类分子具有亲水的极性端和疏水的脂链结构。脂类分子具有亲水的极性端和疏水的脂链结构。2 21 油脂的分布及生物学功能油脂的分布及生物学功能一一 油脂油脂 油油脂脂广广泛泛地地存存在在于于动动植植物物、微微生生物物体体内内，是是生生物物体体的的重重要要成成分分，以以结结构构脂脂肪肪和和贮贮存存脂脂肪肪这这两两种种形形式式存存在在。结结构构脂脂肪肪处处于于细细胞胞内内，是是构构成成原原生生质质体体的的组组成成成成分；贮存脂肪主要存在于脂肪组织或脂肪细胞中。分；贮存脂肪主要存在于脂肪组织或脂肪细胞中。高高等等动动物物体体内内的的脂脂肪肪主主要要存存在在于于皮皮下下结结缔缔组组织织、大大网网膜膜、肠肠系系膜膜等等，起起润润滑滑、防防震震、防防寒寒的的作作用用，并并通通过过分分解解为为机机体体提提供供能能量量。植植物物体体内内的的油油脂脂主主要要存存在在于果实和种子中。有些微生脂肪的含量较高。于果实和种子中。有些微生脂肪的含量较高。3 32 油脂的结构油脂的结构 油油脂脂是是由由3个个脂脂肪肪酸酸分分别别与与甘甘油油的的3个个醇醇羟羟基基缩缩合合脱水所成的酯，其结构通式如下。脱水所成的酯，其结构通式如下。天天然然脂脂肪肪酸酸多多达达百百余余种种，不不同同脂脂肪肪酸酸之之间间的的区区别别主主要要在在碳碳链链的的长长度度、饱饱和和度度、双双键键的的数数目目和和位位置置(见见P113表表8-1)。大大多多数数甘甘油油三三酯酯是是由由两两种种或或三三种种不不同同的的脂脂肪肪酸酸组组成成的的，称称为为混混合合甘甘油油酯酯。由由同同一一种种脂脂肪肪酸组成称为单纯甘油酯。酸组成称为单纯甘油酯。4 4天然脂肪酸的共同规律：天然脂肪酸的共同规律：都都是是偶偶数数碳碳原原子子，多多为为1420个个，常常见见1618个个。在动物乳脂中存在在动物乳脂中存在12碳以下的饱和脂肪酸。碳以下的饱和脂肪酸。不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸一一般般为为顺顺式式(cis)结结构构，少少数数为为反反式式(trans)。不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的第第1个个双双键键大大多多在在第第9和和第第10位位碳碳原子之间。很少有共轭双键。原子之间。很少有共轭双键。动物脂肪中含饱和脂肪酸较多。动物脂肪中含饱和脂肪酸较多。5 5油酸油酸 (Cis)18 1亚油酸亚油酸 (Cis)18 2亚麻酸亚麻酸 (Cis)18 3花生四烯酸花生四烯酸 (Cis)20 46 63 油脂的性质油脂的性质物理性质物理性质脂脂肪肪一一般般不不溶溶于于水水，而而溶溶于于乙乙醚醚，丙丙酮酮、氯氯仿仿、石油醚、四氯化碳等有溶剂中。石油醚、四氯化碳等有溶剂中。在在室室温温下下呈呈液液态态者者称称为为油油，呈呈固固态态者者称称为为脂脂。前前者者含含不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸和和短短链链脂脂肪肪酸酸较较多多，后后者者含含饱饱和脂肪酸多。和脂肪酸多。油脂在乳化剂的作用下，能形成稳定的乳状液。油脂在乳化剂的作用下，能形成稳定的乳状液。7 7化学性质化学性质化学性质化学性质水解作用：水解作用：水解作用：水解作用：油油脂脂能能被被酸酸、碱碱、脂脂肪肪酶酶所所水水解解，生生成成甘甘油油和和高高级级脂脂肪肪酸酸。油油脂脂在在碱碱性性溶溶液液(NaOH或或KOH)中中发发生生不不可可逆逆水水解解反反应应，生生成成脂脂肪肪酸酸钠钠盐盐(肥肥皂皂)或或钾盐。脂肪的碱水解反应称为钾盐。脂肪的碱水解反应称为皂化反应皂化反应。8 8 水水解解1克克油油脂脂所所需需KOH的的毫毫克克数数称称为为该该油油脂脂的的皂皂化化值值。油油脂脂中中脂脂酰酰基基分分子子量量越越小小，则则每每克克油油脂脂水水解解所所需需KOH的的毫毫克克数数越越大大，即即皂皂化化值值越越大大。所所以以测测定油脂的皂化值，可衡量该油脂的平均分子量。定油脂的皂化值，可衡量该油脂的平均分子量。油脂的平均分子量油脂的平均分子量=9 9 油油脂脂分分子子中中的的不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的双双键键在在适适当当条条件件下下，可可与与氢氢或或卤卤素素起起加加成成反反应应，分分别别称称为为氢氢化化作作用用和和卤卤化化作作用用。加加成成的的结结果果使使不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸转转变变为为饱饱和和脂脂肪肪酸酸。氢氢化化作作用用常常用用于于油油脂脂的的硬硬化化。人造奶油是将精炼棉子油适当氢化而成的。人造奶油是将精炼棉子油适当氢化而成的。加成作用：加成作用：加成作用：加成作用：1010 在在油油脂脂的的卤卤化化作作用用中中，100克克油油脂脂能能吸吸收收碘碘的的克克数数称称为为该该油油脂脂的的碘碘值值。根根据据碘碘值值，可可知知道道油油脂脂的的脂脂肪肪酸酸的的不不饱饱和和程程度度，碘碘值值越越大大，不不饱饱和和程程度越高。度越高。碘碘值值大大于于130的的油油脂脂称称为为干干性性油油，在在100130时为半干性油，小于时为半干性油，小于100时为非干性油。时为非干性油。1111 油油脂脂长长时时间间暴暴露露在在空空气气中中，容容易易产产生生酸酸败败。不不饱饱和和双双键键被被空空气气中中的的O2所所氧氧化化分分解解产产生生低低级级醛醛、酮酮、羟羟酸酸以以及及醛醛酮酮的的衍衍生生物物。另另外外，微微生生物物能能将将脂脂酰酰基基分解成低级脂肪酸。分解成低级脂肪酸。含含高高度度不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的脂脂类类(如如桐桐油油)经经空空气气氧氧化化后后，可可形形成成一一层层坚坚固固的的不不溶溶而而具具弹弹性性的的膜膜。如如工工业上所用干性油和半干性油。业上所用干性油和半干性油。酸酸值值是是指指中中和和1克克油油脂脂中中游游离离脂脂肪肪酸酸所所需需KOH的毫克数。酸值可用来表示油脂的品质。的毫克数。酸值可用来表示油脂的品质。氧化作用：氧化作用：氧化作用：氧化作用：1212二二 磷脂磷脂 磷磷脂脂是是含含磷磷酸酸的的脂脂质质，是是构构成成生生物物膜膜的的重重要要成成分分。根根据据磷磷脂脂分分子子中中所所含含醇醇的的不不同同，将将磷磷脂脂分分为为甘甘油磷脂和神经鞘磷脂。油磷脂和神经鞘磷脂。1 甘油磷脂甘油磷脂 甘甘油油磷磷脂脂是是一一类类含含有有甘甘油油的的磷磷脂脂，其其C1羟羟基基与与饱饱和和脂脂肪肪酸酸酯酯化化，C2羟羟基基与与不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸酯酯化化，C3羟羟基基通通过过磷磷酸酸酯酯键键与与磷磷酸酸连连接接，磷磷酸酸通通过过酯酯键键与与含含氮碱基或非含氮物连接构成各种磷脂。氮碱基或非含氮物连接构成各种磷脂。1313甘油磷脂的结构通式：甘油磷脂的结构通式：1414a a-卵磷脂卵磷脂1515a a-脑磷脂脑磷脂1616a a-磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸1717心心磷脂磷脂1818神经鞘氨醇磷脂的结构通式：神经鞘氨醇磷脂的结构通式：脂酰基脂酰基鞘氨醇基鞘氨醇基磷酰基磷酰基胆碱基或胆胺基胆碱基或胆胺基2 神经鞘磷脂神经鞘磷脂1919三三 类固醇和萜类固醇和萜 固固醇醇及及其其酯酯是是类类脂脂中中一一类类重重要要化化合合物物。固固醇醇是是环环戊戊烷烷多多氢氢菲菲的的衍衍生生物物。固固醇醇的的衍衍生生物物称称为为类类固固醇醇，主主要要包包括括胆胆酸酸及及胆胆汁汁酸酸、固固醇醇激激素素、植植物物固固醇醇衍衍生生物。物。环戊烷多氢菲环戊烷多氢菲2020胆固醇胆固醇1 动物固醇动物固醇 动动物物固固醇醇包包括括胆胆固固醇醇、胆胆固固醇醇酯酯、7-脱脱氢氢胆胆固固醇醇和和粪粪固固醇醇。动动物物细细胞胞和和组组织织中中都都含含有有胆胆固固醇醇，其其结结构构如下：如下：2121 胆胆固固醇醇是是生生物物膜膜的的结结构构成成分分，与与血血浆浆脂脂蛋蛋白白合成及脂质代谢有关，是合成多种激素的原料。合成及脂质代谢有关，是合成多种激素的原料。7-脱脱氢氢胆胆固固醇醇与与胆胆固固醇醇相相比比，在在B环环的的C7-C8位多一个双键，经紫外线照射后可转变为位多一个双键，经紫外线照射后可转变为VD3。粪粪固固醇醇是是胆胆固固醇醇经经肠肠道道微微生生物物作作用用转转变变形形成成的，与胆固醇相比，在的，与胆固醇相比，在C3-C4间没有双键。间没有双键。22222 植物固醇植物固醇 植植物物固固醇醇为为植植物物细细胞胞组组分分，不不能能被被人人体体肠肠道道吸收，其结构与胆固醇相似。吸收，其结构与胆固醇相似。谷固醇谷固醇豆固醇豆固醇23233 酵母固醇酵母固醇 酵酵母母固固醇醇的的典典型型代代表表麦麦角角固固醇醇，在在紫紫外外线线照照射下可转变为射下可转变为VD2。其结构如下：。其结构如下：麦角固醇麦角固醇2424 (1)萜萜类类 萜萜类类是是异异戊戊二二烯烯的的衍衍生生物物，如如叶叶绿绿醇、醇、VA、VK等。等。(2)蜡蜡 蜡蜡是是由由高高级级一一元元醇醇与与高高级级脂脂肪肪酸酸形形成成的酯，可分为动物蜡和植物蜡。的酯，可分为动物蜡和植物蜡。(3)糖糖脂脂 糖糖脂脂是是含含有有糖糖成成分分的的结结合合脂脂质质，包包括鞘糖脂和甘油糖脂。括鞘糖脂和甘油糖脂。4 萜类和其他的酯类萜类和其他的酯类2525四四 生物膜化学生物膜化学 所所有有细细胞胞原原生生质质团团的的外外面面都都有有一一层层由由脂脂类类和和蛋蛋白白质质为为主主要要成成分分组组成成的的薄薄膜膜，将将内内含含物物与与外外界界环环境境隔隔开开，这这层层膜膜称称为为细细胞胞膜膜。真真核核细细胞胞除除细细胞胞膜膜外外，还还有有广广泛泛的的内内膜膜系系统统，将将细细胞胞原原生生质质分分隔隔成成许许多多特特殊殊的的区区域域，组组成成具具有有各各种种特特定定功功能能的的细细胞胞器器，如如细细胞胞核核、线线粒粒体体、内内质质网网、高高尔尔基基体体、溶溶酶酶体体、过过氧氧化化物物酶酶体体、叶叶绿绿体体、液液泡泡等等，构构成成这这些些细细胞胞器器的的膜膜称称为为胞胞内内膜膜，细细胞胞膜膜和和胞胞内内膜膜统统称称为为生生物物膜膜。细细胞胞膜及这些膜性细胞器都属于细胞的膜结构。膜及这些膜性细胞器都属于细胞的膜结构。26261 生物膜的化学组成生物膜的化学组成膜膜脂脂 膜膜脂脂以以磷磷脂脂为为主主，其其次次是是糖糖脂脂，还还有有胆胆固固醇醇。磷磷脂脂主主要要为为甘甘油油磷磷脂脂和和鞘鞘氨氨醇醇磷磷脂脂。糖糖脂脂主主要要为为甘甘油油醇醇糖糖脂脂和和鞘鞘氨氨醇醇糖糖脂脂。生生物物膜膜中中还还含含有有少少量量胆胆固固醇醇，动动物物细细胞胞膜膜中中的的胆胆固固醇醇比比植植物物高高，质质膜膜中中的的含量比胞内膜高。含量比胞内膜高。膜膜蛋蛋白白 不不同同的的生生物物膜膜，膜膜蛋蛋白白含含量量相相差差较较大大。功功能能越越复复杂杂多多样样的的膜膜，膜膜蛋蛋白白含含量量越越高高，种种类类也也越越多多。根根据据膜膜蛋蛋白白在在膜膜上上的的位位置置可可分分为为外外周周蛋蛋白白和和内内在在蛋蛋白。膜蛋白都是功能蛋白。白。膜蛋白都是功能蛋白。2727膜膜糖糖 质质膜膜和和胞胞内内膜膜都都含含有有糖糖类类物物质质，这这些些糖糖类类物物质质大大多多与与膜膜蛋蛋白白结结合合，以以糖糖蛋蛋白白的的形形式式存存在在，少少量量与与膜膜脂脂结结合合，组组成成糖糖脂脂。在在质质膜膜和和胞胞内内膜膜中中，糖糖基基链链都都分分布布于于非非细细胞胞质质一一侧侧，即即质质膜膜中中的的糖糖脂脂、糖糖蛋蛋白白的的糖糖残残基基分分布布于于细细胞胞的的外外表表面面，胞胞内内膜膜侧侧面面向向膜膜系系内内腔腔。分分布布于于细细胞胞膜膜外外侧侧的的糖糖链链在在细细胞胞识识别别，细细胞免疫，信息传递等功能中起重要作用。胞免疫，信息传递等功能中起重要作用。28282 生物膜的结构模型生物膜的结构模型Singer和和Nicolson(1972)的生物膜的生物膜“流体镶嵌流体镶嵌”模型模型:脂脂质质分分子子呈呈双双分分子子层层排排列列，脂脂双双层层既既是是内内在在蛋蛋白白的的溶溶剂剂，又又是是物物质质通通透透的的屏屏障障。在在生生理理条条件件下下，膜膜脂脂处处于于流动状态，脂肪酸的组成可调节流动性。流动状态，脂肪酸的组成可调节流动性。外外周周蛋蛋白白分分子子表表面面的的极极性性R基基，通通过过静静电电与与膜膜脂脂的的极极性性头头部部亲亲合合附附着着于于膜膜两两侧侧表表面面。内内在在蛋蛋白白以以不不同同深深度度镶镶嵌嵌在在脂脂双双层层中中，有有的的贯贯穿穿整整个个膜膜，其其分分子子中中的的疏疏水水结构域埋在脂双层中心，亲水结构域朝向膜的表面。结构域埋在脂双层中心，亲水结构域朝向膜的表面。膜膜蛋蛋白白在在脂脂双双层层中中可可自自由由地地侧侧向向扩扩散散，但但不不能能从从膜膜的的一侧翻转到另一侧。一侧翻转到另一侧。2929Singer和和Nicolson(1972)提出的提出的“流动镶嵌流动镶嵌”模型模型30303 生物膜的功能生物膜的功能 生生物物膜膜在在生生物物的的生生命命活活动动中中担担负负着着多多种种重重要要的的生生理理功功能能，如如物物质质运运输输、能能量量转转换换、信信号号传传递递等等。生生物物膜膜对对物物质质的的通通透透有有高高度度的的选选择择性性，担担负负着着活活细细胞胞与与环环境境进进行行物物质质交交换换的的功功能能，从从环环境境中中吸吸收收并并富富集集有有用用的的营营养养物物质质，排排出出代代谢谢废废物物，使使细细胞胞内内pH及及各各种种离离子子浓浓度度维维持持在在需需要要的狭窄范围内。的狭窄范围内。3131提 要脂脂类类是是生生物物体体内内所所有有能能溶溶于于有有机机溶溶剂剂的的多多种种化化合合物物的的总总称称。在在化化学学结结构构上上不不属属于于一一类类化化合合物物，在在代谢和生理功能上存在着密切的联系。代谢和生理功能上存在着密切的联系。脂脂类类化化合合物物的的共共性性：都都是是由由生生物物体体产产生生，并并能能被被生生物物体体所所利利用用；在在分分子子组组成成上上大大多多是是脂脂肪肪酸酸与与醇醇所所组组成成的的酯酯，有有些些不不含含脂脂肪肪酸酸的的脂脂类类化化合合物物是是异异戊戊二二烯烯的的聚聚合合物物；有有些些脂脂类类分分子子具具有有亲亲水水的的极极性性端和疏水的脂链结构。端和疏水的脂链结构。3232天然脂肪酸的共同规律：天然脂肪酸的共同规律：都是偶数碳原子都是偶数碳原子,多为多为1420个个,常见常见1618个。个。在动物乳脂中存在在动物乳脂中存在12碳以下的饱和脂肪酸。碳以下的饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸一般为顺式不饱和脂肪酸一般为顺式(cis)结构结构,少数为反少数为反式式(trans)。不饱和脂肪酸的不饱和脂肪酸的1个双键大多在第个双键大多在第9和第和第10位碳位碳原子之间。很少有共轭双键。原子之间。很少有共轭双键。动物脂肪中含饱和脂肪酸较多。动物脂肪中含饱和脂肪酸较多。3333生物膜主要是由膜脂质、膜蛋白、糖类组成。生物膜主要是由膜脂质、膜蛋白、糖类组成。生物膜的生物膜的“流体镶嵌流体镶嵌”模型要点模型要点:膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动。膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动。膜膜蛋蛋白白分分布布的的不不对对称称性性，有有的的镶镶在在膜膜表表面面，有有的嵌入或横跨脂双分子层。的嵌入或横跨脂双分子层。生生物物膜膜的的生生理理功功能能主主要要有有物物质质运运输输、能能量量转转换换、信号传递等。信号传递等。3434习习 题题1.天然脂肪酸有何共同规律？天然脂肪酸有何共同规律？2.组成生物膜的主要成分是什么？组成生物膜的主要成分是什么？3.指出生物膜指出生物膜“流体镶嵌流体镶嵌”模型的要点。模型的要点。3535