生物化学2脂质

第二章 脂类,细胞膜,lipid,脂类的概念、分类 单脂和复脂的结构与性质 固醇的结构、性质 萜类前列腺素脂蛋白,主要内容：,一、脂类的概念和类别,（一）分布,动物：皮下、胸腔、腹腔、肌肉、骨髓等处 的脂肪组织中 植物：种子等,（二）脂类的主要生理功能,1提供能量。体内氧化1g脂肪可得到38KJ热能氧 化1g糖或蛋白质只能得到17KJ热能,2保护作用和御寒作用,3为脂溶性物质提供溶剂，促进人及动物体吸收脂 溶性物质。,4提供必需脂酸。,5构建生物膜。,6脂类作为细胞表面的物质，与细胞识别、免疫等密切相关。,7有些脂类还具有维生素和激素的功能。,（三）脂类的化学概念和分类,1脂类的化学概念,脂类Lipid，也称脂质。他们的共同特征是以长链或稠环脂肪烃分子为母体。,元素组成：C、H、O，有的还含有N、P等。,化学观点: 脂肪酸+醇酯，酯的衍生物,脂类物质具有三个特征,（1）一般不溶于水而溶于脂溶剂。 （非极性溶剂如乙醚、氯仿、苯等）,（2）是脂酸与醇所组成的酯。,（3）一般能被生物体利用，作为构建、修补组织或供能。,2.脂质的分类,简单脂,结合脂,（与脂肪酸 结合的脂）,（不与脂肪酸结合的脂）,单纯脂（脂肪）（三酰甘油酯）,复合脂（单纯脂衍生物）,糖脂,油脂蜡,脂蛋白,固醇类,（杂环大分子一元醇）,萜类,（多异戊二烯聚合醇）,前列腺素,（1五元环20碳脂肪酸）,磷脂,鞘脂（神经醇）,甘油醇,甘油醇,鞘脂（神经醇）,脂类的分类,1.单纯脂 单纯脂是脂肪酸与醇结合成的酯，没有极性基团，是非极性脂，又称中性脂。三酰甘油、胆固醇酯、蜡,2.复合脂 复合脂又称类脂，是含有磷酸等非脂成分的脂类。复合脂含有极性基团，是极性脂。磷脂是主要的复合脂。,3.非皂化脂 包括类固醇、萜类和前列腺素类。 不含脂肪酸，不能被碱水解。,4.衍生脂 指上述物质的衍生产物。,5.结合脂类 脂与糖或蛋白质结合形成糖脂和脂蛋白。,二、单脂（simple lipid）,（一）脂肪（真脂）（fat）,1脂肪的组成和结构,脂肪：甘油三酯，三酰甘油，triglyceride（TG）,三酰甘油的DL构型,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（一）脂肪酸的特点（人体及高等动物体内的脂肪酸）1.由偶数碳原子构成的一元酸，最多见的是C16、C18、C22。2.碳链无分支。3.分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的双键都呈顺式构型；有多个双键的脂肪酸称为高度不饱和脂肪酸或多不饱和脂肪酸。相邻双键之间都插入亚甲基，不构成共轭体系。,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（二）分类和命名俗 名：主要反映其来源和特点。系统名：反映其碳原子数目、双键数和位置。如： 硬脂酸的系统名是十八烷酸，用18：0表示，其中“18”表示碳链长度，“0”表示无双键；油酸是十八碳烯酸，用18：1表示，“1”表示有一个双键。反油酸用18：19,trans表示。,双键位置的表示方法有两种：编号系统：从羧基端数起，双键羧基侧碳原子的序数给双键定位。或(n)编号系统：从甲基端数起（倒数序数），用双键甲基侧碳原子的序数给双键定位。这样可将脂肪酸分为代谢相关的4组，即3、6、7、9在哺乳动物体内脂肪酸只能由该族母体衍生而来，各族母体分别是油酸（18：1，9） 、软油酸（16：1，7） 、亚油酸（18：2，6）和亚麻酸（18：3，3） 。,2脂肪酸（fatty acid, FA）,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（三） 必须脂肪酸 哺乳动物体内能合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，不能合成多不饱和脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸等。 我们把维持哺乳动物正常生长所必需的而体内又不能合成的脂肪酸称为必需脂肪酸。,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（四）反应 脂肪酸常见的反应有两个：活化硫酰化，生成脂酰辅酶A。这是脂肪酸的活性形式。不饱和脂肪酸的双键可以氧化，生成过氧化物，最后产生自由基。对人体有害。（参考化学性质）, 脂酸的空间构象,3脂肪的性质,（1）物理性质,颜色和气味 纯的三酰甘油无色无嗅无味。天然油脂的颜色溶于其中的色素物质如类胡萝卜素，气味由挥发性短链脂肪酸所至。密度和溶解度熔点、旋光度,3脂肪的性质,（2）化学性质, 由酯键产生的性质水解和皂化,脂肪酸的碱水解,皂化值（价）saponification number or value 皂化1g脂肪所需KOH的mg数。, 由不饱和脂酸产生的性质,A氢化：,B卤化：,碘值（价）（iodine number or value）: 100g脂肪能吸收碘的g数。,C氧化：,温和条件下氧化（如空气）,过氧化物,剧烈条件下氧化（如臭氧）,D酸败（rancidity）,酸败的概念 :,水解性酸败：由于光、热或微生物的作用，使油脂水解生成脂酸，低级脂酸有臭味，称水解性酸败。,氧化性酸败：由于空气中的氧使不饱和脂酸氧化，产生醛和酮等，称氧化性酸败。,酸值（价）（acid number or value）：中和1g油脂中的自由脂酸所需KOH的mg数。, 由羟基脂酸产生的性质,乙酰值（价）acetylation number or value中和1g乙酰酯经皂化释放出的乙酸所需KOH的mg数。,（二）蜡（wax）,概念,主要的蜡 存在于分泌物中，起保护作用,（1）蜂蜡,（2）虫蜡（白蜡）,（3）羊毛蜡（羊毛脂）,高级一元醇和高级脂肪酸形成的酯,这里的脂肪酸和长链醇一般均为含C(16)以上的偶数个碳原子的直链酸和醇。,注 意：,蜡和石蜡不能混淆。石蜡是石油中得到的含有26-30个碳原子的直链烷烃的混合物，与蜡的化学组成完全不同。,！,三、复脂complex lipid or compound lipid,（一）磷脂（phospholipid or phosphatide）,1甘油醇磷脂（glycerophosphatide）,甘油醇磷脂通式,甘油醇磷脂通式,亦称磷脂酰甘油,X,非极性，不易溶于水称非极性尾,极性，易溶于水称极性头,（1）甘油醇磷脂和甘油衍生物的命名,（International Union of Pure and Applied chemistry - International Union of Biochemistry）国际理论和应用化学协会以及国际生物化学协会建议采用立体专一编号,1967年 IUPAC-IUB,立体专一编号 Snstereospecific numbering,（2）重要的甘油醇磷脂的结构,磷脂酰胆碱（phosphatidyl Choline, PC） 也称卵磷脂（lecithin）,胆碱（Choline）,胆碱具有碱性、醇性。,（2）防止脂肪肝。,胆碱的生物功能,（3）生物体内的甲基供体。,（1）乙酰胆碱是重要的神经递质，传导神经冲动。, 磷脂酰乙醇胺phosphatidyl ethanolamine 也称脑磷脂（cephalin）,X: 乙醇胺, 磷脂酰丝氨酸phosphatidyl serine 也称脑磷脂（cephalin）,X: 丝氨酸,卵磷脂与脑磷脂在体内可互变,丝氨酸,乙醇胺,胆碱, 磷脂酰肌醇 phosphatidyl inositol 也称肌醇磷脂 inositol phosphatide,X: 肌醇,肌-肌醇（myo-inositol）,(IP3 ),(DG),IP3，DG是第二信使，与细胞内信号传递有关。, 缩醛磷脂（plasmalogen） 也称生醛磷脂或磷脂酰缩醛,X: 胆碱，胆碱缩醛磷脂,乙醇胺，乙醇胺缩醛磷脂,丝氨酸，丝氨酸缩醛磷脂, 心磷脂（cardio lipid or cardiolipin） 也称双磷脂酰甘油（diphosphatidyl glycerol）, 磷脂酰甘油phosphatidyl glycerol,X: 甘油,磷脂结构总结,（3）甘油醇磷脂的性质, 容易氧化, 溶解度,不饱和脂酸 过氧化物 过氧化物聚合物,空气,O,聚合, 可解离成两性离子型或带电荷的分子,以磷脂酰胆碱为例,pH7时，几种常见的甘油醇磷脂的净电荷, 磷脂分子中有极性头和非极性尾,凡分子中含有极性基和非极性基的化合物称两性化合物（amphipathic compound）, 水解,甘油醇磷脂可被酸、碱或酶水解,酶水解：,2鞘氨醇磷脂（phosphosphingolipid）,（1）结构：,phospho-,以鞘磷脂（sphingomyelin）为例，鞘磷脂由鞘氨醇、脂酸、磷酸及胆碱组成。,（2）性质：,与甘油醇磷脂的不同点,对光及空气皆稳定，可经久不变。,溶解度：不溶于丙酮、乙醚，而溶于热乙醇,与甘油醇磷脂的相同点,可解离成两性离子型或带电荷的分子,两亲化合物,（二）糖脂（glycolipid）,1、甘油醇糖脂,是由二酰甘油与己糖（主要是Gal、Man、deoxy-Glc等）以糖苷键连接而成。,2N-酰基鞘氨醇糖脂（神经酰胺糖脂）,组成：醇（鞘氨醇）、脂酸、糖,根据糖基的不同，可分为两大类,（1）脑苷脂：糖基为中性糖,（2）神经节苷脂：糖基中除中性糖基外，还含唾液酸。,（1）脑苷脂（脑糖脂）（cerebroside）,（2）神经节苷脂（神经节糖脂）（ganglioside）,糖脂的生物学功能,糖脂的功能还不十分清楚，有些动物细胞膜上的糖脂分子能与细菌毒素以及细菌细胞结合，起受体的作用。,（1）细胞结构的刚性,（2）抗原的化学标记 血型抗原 人的A、B、O血型差异在于糖链末端残基。现在临床上正研究用酶促降解B抗原或A抗原的末端残基Gal或GalNAc，从而增加O抗原的血液来源。,（3）细胞分化阶段可鉴定的化学标记 可能与糖链的长短有关,（4）调节细胞的正常生长 与正常细胞转化成癌细胞有关。癌细胞的神经节苷脂糖链比正常细胞的短。,（5）授予细胞与其它生物活性物质的反应性倾向。,四、固醇（sterol）：也称甾醇,（一）固醇的结构,1天然固醇的通式,固醇是环戊烷多氢菲的衍生物,2、-型异构体,-型固醇,-型固醇,（二）胆固醇（cholesterol）,1、分布：,2、结构：,Cholesterol,3、性质,（1）物理性质,（2）化学性质, 成酯反应, 加成反应, 氧化反应,胆固烯酮, 脱氢反应,7-脱氢胆固醇, 胆固醇可变为一些重要的化合物,胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D等生理活性物质的前体。,胆汁酸（在肝中合成）参与肠道脂类吸收,肾上腺皮质激素、雌激素、雄激素, 颜色反应,Liebermann- Burchard反应（里伯曼-布卡德反应）,Salkowski 反应, 游离胆固醇和胆固醇酯的测定, 胆固醇也是两亲分子,（三）麦角固醇（ergosterol）,1、结构,ergosterol,2、性质,五、萜类化合物(terpenoids),定义:不严格的说，萜类化合物是从植物体取得的一系列有香味的物质的统称。一般不含脂肪酸，属不可皂化脂质。异戊二烯规则：从结构上来看，大多数萜类分子中的c原子数都是5的整数倍，而且可以看出都是由异戊二烯单位首尾相连而组成。,萜的分类,分为单萜、倍半萜、双萜、异戊二烯可以连成链，也可连成环，按碳架种类可分为,开链：如月桂烯、橙花醇等,单环：如苧烯、薄荷醇等,双环：如蒎烯，莰醇等,单萜,开链萜,开链萜中有很多是珍贵的香料，如橙花醇(玫瑰香气)，柠檬醛等,橙花醇 香叶醇 柠檬醛a 柠檬醛b,其中香叶醇是一种蜜蜂的体外激素,单环萜,这一类化合物都含有一个六元碳环，他们以椅式构象存在。其中较重要的有： 对孟烷（香料中间体）骨架的薄荷醇与苧烯：,对孟烷 薄荷醇 苧烯,*,*,*,*,薄荷醇具有芳香清凉的气味，并有杀菌防腐作用，广泛的应用于医药，化妆品及食品工业。 苧烯(存在于柑橘类的果皮中,供制香料):左旋苧烯存在于松针油，薄荷油中，右旋苧烯存在于柠檬油中，都具有柠檬的香味。,薄荷醇与苧烯,薄荷醇 苧烯,双环萜,双环萜的骨架是由一个六元环分别和三，四，五元环共用两个碳原子构成的，属于桥环化合物，由于桥的限制，使得有些分子中的六元环只能以船式存在，以莰，蒎骨架最为常见。,蒎,莰,天然界存在较多的双环萜有冰片、蒎烯等。 冰片是名贵的香料和珍贵的中药材，香味清凉,嚼含溶化烧无烟,开窍消炎止痛痒。蒎烯松节油中提取，合成香料的中间体。, -蒎烯 -蒎烯,Pd,冰片 异冰片,倍半萜、二萜和三萜等倍半萜 倍半萜是由三个异戊二烯单位聚合而成，其结构可以是链状或环状结构的烃类、醇类、酮类或内酯等。环可以是单环、双环、三环等。例如：,法尼醇(farnesol)(存在于玫瑰花油中，芳香味精油),OH,法尼醇为无色粘稠液体，沸点125 C/ 0.5mmHg,有铃兰气味，存在于玫瑰油、茉莉油、橙花油及金合欢油等中，但含量都较低，是一种珍贵的香料，用于配制高级香精。 它具有保幼激素活性，使幼虫最初几次蜕皮仍能保持幼虫特征。,红没药烯（bisabolene),产自非洲一种叫commiphora kataj的树，它可以分泌一种类似于没药的树胶，没药烯由此得名。,二萜 二萜分子中含有20个碳原子。例如：叶绿醇（phytol) （存在于叶绿素中，可由后者水解得到，合成VA、VE的原料）。,维生素A,维生素A是二萜的一种，主要存在于鱼肝油，蛋黄中，是哺乳动物正常生长发育所必需的物质,三萜 三萜分子中含有30个碳原子，存在于动植物体内。三萜常含有四个或五个稠合的碳环。许多三萜与甾族化合物在化学上或生物化学上有相似之处。,角鲨烯（squalene),法泥基溴,角鲨烯（squalene),类胡萝卜素 类胡萝卜素是一类四萜，它们在植物、动物和海洋生物中，分布甚广。类胡萝卜素可作为食用色素或作为动物和家禽的饲料添加剂。常见的类胡萝卜素有番茄红素和-胡萝卜素。,四萜,番茄红素(lycopene),-胡萝卜素(-carotene),存在于动物和人体中的一类不饱和脂肪酸组成的具有多种生理作用的活性物质。最早发现存在于人的精液中，当时以为这一物质是由前列腺释放的，因而定名为前列腺素。现已证明精液中的前列腺素主要来自精囊，除之全身许多组织细胞都能产生前列腺素。早期是从羊精囊提取，现可用生物合成法或全合成法制成。,六、前 列 腺 素,前列腺素的化学本质,是由一个五元环和两条侧链构成的20碳不饱和脂肪酸。按其结构，前列腺素分为A、B、C、D、E、F、G、H、I等类型。不同类型的前列腺素具有不同的功能，如前列腺素E能舒张支气管平滑肌，降低通气阻力；而前列腺素F的作用则相反。前列腺素的半衰期极短（12分钟），除前列腺素I2外，其他的前列腺素经肺和肝迅速降解，故前列腺素不像典型的激素那样，通过循环影响远距离靶组织的活动，而是在局部产生和释放，对产生前列腺素的细胞本身或对邻近细胞的生理活动发挥调节作用。,生理和药理作用,对心血管、呼吸、消化以及生殖系统等有广泛的生理和药理作用。目前研究较多并与生殖系统有关的前列腺素有前列腺素E2（PGE2）、前列腺素F2（PGF2）和15-甲基前列腺素F2等。,与缩宫素不同，上述几种前列腺素对各期妊娠的人子宫都有显著的兴奋作用，仅对分娩前的子宫更敏感些。故除用于足月引产外，对早期或中期妊娠子宫也能引起足以导致流产的高频率和大幅度的收缩。前列腺素也可能发展成为一种用于月经过期不久的早孕妇女的催经抗早孕药物。除静脉滴注外，阴道内、宫腔内或羊膜腔内给药，也能有效。目前正从剂型、给药途径以及提高选择性等方面进行研究。,七、脂蛋白,（一） 细胞脂蛋白,分布：生物膜,蛋白质部分: 主要是糖蛋白,脂质部分: 主要是磷脂，其次是糖脂,脂质与蛋白质以非共价键结合而成的复合物,组成,（二） 血浆脂蛋白,电泳法分类,超离心法分类,乳糜微粒（CM, chylomicron）,极低密度脂蛋白（VLDL，very low density lipoprotein）,低密度脂蛋白（LDL，low density lipoprotein）,高密度脂蛋白（HDL， high density lipoprotein）,（三）脂蛋白的功能,血浆脂蛋白的分类、组分及主要功能,八、 生物膜biological membrane,所有的细胞都以一层薄膜将它的内含物与外界环境分开。另外，大多数细胞中还含有许多内膜系统，组成具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器。例如，线粒体、细胞核、内质网、溶酶体和叶绿体等。细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。,1、生物膜的组成,主要由：脂质（主要是磷脂和胆固醇）蛋白质（包括酶）和多糖类组成，水和金属离子等。生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的差别。,2、生物膜的结构,生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主构成的双层脂膜,单分子层膜,单分子层膜是由高度有序排列的双亲性分子形成的单分子层膜结构。单分子层可以在气-液、气-固、液-液和固-液等界面形成，其中，空气-水界面形成的单层膜最重要。LB膜技术是制备单分子层膜的主要方法。LB膜技术是由Langmuir 和Blodgett发明的膜制备技术，所以称为LB膜技术。,双层类脂膜,这类膜是指具有双分子厚度，能有效分隔水溶液的超薄类脂膜。双层类脂膜的厚度小于10 nm，具有两个界面，不透光。双层类脂膜可以将溶液分隔成两个部分，是模拟细胞膜内、外环境的理想模型，在生物化学体系研究中具有重要意义。,生物膜的模拟-人工膜,是指由双亲性分子高度有序排列形成的体系.是指由双亲性分子高度有序排列形成的体系，如胶束、微团、单分子层膜、双分子层膜和脂质体等。 人工膜具有生物膜的基本结构特点和某些理化性质，是研究生物膜结构与功能关系的基本模型。最能代表生物膜结构特性的人工膜是单分子层膜、双分子层膜和脂质体。,1935年Danielli等提出了脂蛋白结构模型以来，提出过各种其它模型；1972年由S.J.Singer等人提出的液态镶嵌模型，是目前为大家所接受的模型。,该模型解释了天然膜的许多特性，如：生物膜蛋白质含量的差异性，膜结构上的不对称性，膜厚度的不均一性，膜的电性质及通透性等,液态镶嵌模型,液态镶嵌模型的要点,（1）膜磷脂排列成双分子层，它构成膜的基质。（2）双分子层的每一个磷脂分子都可以自由地横向移动，其结果使双分子层具有流动性、柔韧性、高电阻性及对高极性分子的不通透性。（3 ）磷脂分子的两侧不对称性（4）外周蛋白主要以离子键与膜极性端结合，内嵌蛋白以不同的方式和深度插入或穿过膜脂双分子层。（5）蛋白质在基质上的镶嵌分布，并不限制蛋白质分子在基质上的横向移动。,（1）脂质 Lipid,脂质是构成生物膜最基本的结构物质脂质包括磷脂、胆固醇和糖脂等，其中以磷脂为主要成分。,3、构成生物膜的主要物质, 磷脂Glycerophospholipids,主要是磷酸甘油二脂。甘油中第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。, 胆固醇Sterols,胆固醇是一种类脂化合物, 在生物膜中含量较多。,胆固醇以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂类的物理状态有一定的调节作用，有利于保持膜的流动性和降低相变温度。, （鞘）糖脂Glycosphingolipids,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。 结构为：,半乳糖,（2）膜蛋白质,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。膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所。,外周蛋白peripheral protein,这类蛋白约占膜蛋白的2030%，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。外周蛋白能溶解于水。,内在蛋白integral protein,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，由于没有水分子的影响，