脂质与生物膜课件

1、第8章 脂质与生物膜第一节 引言（一）脂质的定义 脂质（lipid）是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。 化学本质：脂肪酸和醇所形成酯类及其衍生物。 元素组成：C、H、O，有些含N、P、S。（二）脂质的分类按化学组成可分为三大类1.单纯脂质(simple lipid) 是由脂肪酸和甘油形成的酯，可分为三酰甘油和蜡。2.复合脂质(compound lipid)3.衍生脂质(derived lipid) （一）三酰甘油是储备能源 三酰甘油主要分布在皮下、胸腔、腹腔、肌肉、骨髓等处的脂肪组织中，是储备能源的主要形式。 三酰甘油作为能源储备有以下优点： 1.可大量储存：体内糖原的储量少（不

2、到体重的1），储存期短（不到半天），而三酰甘油储量可高达体重的1020以上，并可长期储存。2.功能效率高：体内氧化三酰甘油的供能价值可高达37KJ/g，而氧化糖和蛋白质分别只有17和16KJ/g。3.占空间少：三酰甘油可以无水状态存在。而1克糖原可以结合2克水，所以1克无水的脂肪储存的能量是1克水合的糖原的6倍多。4.还有绝缘保温、缓冲压力、减轻摩擦振动等保护功能。 一种陆生候鸟从新英格兰迁飞到西印度群岛，要连续飞越2400公里海洋，以40公里的时速持续飞行60小时。在这个过程中，其体内的蛋白质几乎不分解，完全由脂肪水解提供能量和水。 留鸟一般很瘦，脂肪率（脂肪干重/非脂肪部分干重）约为0.3

3、，而候鸟在迁飞前脂肪率可达到3左右。假设其体重为4克，则脂肪为3克，如用糖原来储存这部分能量，则需增加体重15克，可能永远飞不起来。 （二）极性脂参与生物膜的构成 磷脂、糖脂、胆固醇等极性脂是构成人体生物膜的主要成分。 极性脂规定了生物膜的基本特性。膜的屏障、融合、绝缘、脂溶性分子的通透性等功能都是膜脂特性的表现膜脂还给各种膜蛋白提供功能所必须的微环境。脂类作为细胞表面物质，与细胞的识别、种特异性和组织免疫等有密切关系。 （四）有些脂类是生物表面活性剂 磷脂、胆汁酸等双溶性分子（或离子），能定向排列在水脂或水空气两相界面，有降低水的表面张力的功能，是良好的生物表面活性剂。 例如：肺泡细胞分泌的

4、磷脂覆盖在肺泡壁表面，能通过降低肺泡壁表面水膜的表面张力，防止肺泡在呼吸中萎陷。 缺少这些磷脂时，可造成呼吸窘迫综合征，患儿在呼吸后必须用力扩胸增大胸内负压，使肺泡重新充气。第二节 脂肪酸 （一）脂肪酸的种类 从动、植物和微生物中分离出来的脂肪酸已有百多种。 脂肪酸(fatty acid,FA)是由一条长的烃链和一个末端羧基组成的羧酸。 饱和脂肪酸 单不饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸 多不饱和脂肪酸2.双键的定位编号系统：按碳原子的系统序数（从羧基端数起），用双键羧基侧碳原子的序数给双键定位。18：19COOH（三）天然脂肪酸的结构特点 1. 动物中的脂肪酸比较简单，都是直链的，双键数目一般为1-4

5、个，少数脂肪酸多达6个。 2.细菌所含的脂肪酸绝大多数是饱和的，少数为单烯酸，多于一个双键的极少，有些含有分支的甲基，环丙烷环或环丙烯环。 3.植物界特别是高等植物中不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸丰富，除含烯键外，可含炔键、环氧基及环戊烯基等。 4. 天然脂肪酸骨架的碳原子数目几乎都是偶数，最多见的是C16、C18、C22等长链脂肪酸。 5. 奇数碳原子的脂肪酸在陆地生物中含量极少,但在某些海洋生物中有相当量存在。 6. 在大多数单不饱和脂肪酸中双键的位置在C9和C10之间(9 )，相邻双键之间都插入亚甲基，不构成共轭体系。 7. 天然脂肪酸中的双键多为顺式构型，少数是反式构型。（四）必需多不饱和脂

6、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、花生四烯酸等。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。（五）脂肪酸的物理和化学性质 脂肪酸和含脂肪酸化合物的物理性质很大程度上决定于脂肪酸烃链的长度和不饱和程度 烃链愈长，溶解度愈低，熔点越高。并且对相同链长的不饱和脂肪酸，双键愈多熔点愈低；顺式异构体的熔点又比反式异构体低。第三节 三酰甘油和蜡 动植物油脂的化学本质是酰基甘油，其中主要是三酰甘油或称甘油三酯，此外还有少量二酰甘油和单酰甘油。常温下呈液态的酰基甘油称油，呈固态的称脂。三酰甘油是甘油和脂肪酸形成的三脂，其

7、化学通式如下： 一、三酰甘油的类型 若三个脂肪酸相同，则称简单三酰甘油，命名时称三某脂酰甘油，如三硬脂酰甘油，三油酰甘油等。 如三个脂肪酸不同，则称为混合三酰甘油，命名时以、和分别表示不同脂肪酸的位置。 天然油脂多数是多种混合三酰甘油的混合物，简单三酰甘油极少，仅橄榄油中含三油酰甘油较多，约占70。 熔点 没有明确的熔点，只有一个大概范围。三酰甘油的熔点与其脂肪酸组成有关，一般随组分中不饱和脂肪酸（双键数目）和低相对分子质量脂肪酸的比例增高而降低。（二）、化学性质 油脂的化学性质与组成它的脂肪酸、甘油以及酯键有关。 1、水解和皂化 三酰甘油能在酸、碱、或脂酶的作用下水解为甘油和脂肪酸。当用碱水

8、解油脂时，生成甘油和脂肪酸盐。脂肪酸的钠盐和钾盐就是肥皂。因此把油脂的碱水解称为皂化。皂化1g油脂所需KOH的mg数称为皂化值。根据皂化值的大小可以判断油脂中所含脂肪酸的平均分子量。 肥皂是高级脂肪酸钠（或钾），既含有极性的COONa基团，易溶于水；又含有非极性的烃基，易溶于脂类，所以肥皂是乳化剂，可将油污分散在水中而被除去。 当用含较多钙、镁离子的硬水洗涤时，由于脂肪酸钠转变为不溶的钙盐或镁盐而沉淀，肥皂的去污能力就大大降低。 2、加成反应 含不饱和脂肪酸的油脂，分子中的碳碳双键可以与氢、卤素等进行加成反应。 氢化： 在催化剂如Ni的存在下油脂的双键与氢发生加成称氢化； 氢化的结果使液态的油

9、变成半固态的脂，所以常称为“油脂的硬化”。人造黄油的主要成分就是氢化的植物油。某些高级糕点的松脆油也是适当加氢硬化的植物油。棉籽油氢化后形成奶油。 油容易酸败，不利于运输，海产的油脂有臭味，氢化也可解决这些问题。 卤化： 不饱和油脂与卤素中的溴或碘发生加成而成饱和的卤化脂，此过程称卤化； 碘值指100克油脂卤化时所能吸收碘的克数。 碘值大，表示油脂中不饱和脂肪酸含量高，即不饱和程度高。 由于碘和碳碳双键的加成反应较慢，所以在实际测定中，常用溴化碘或氯化碘代替碘，其中的溴或氯原子能使碘活化。 碘值大于130的称为干性油，小于100的为非干性油，介于二者之间的称半干性油。 3.乙酰化 含羟脂肪酸（

10、如蓖麻油酸）的油脂可与乙酸酐或其他酰化剂作用形成乙酰化油脂或其他酰化油脂。 油脂的羟基化程度一般用乙酰值表示。 乙酰值指中和从1g乙酰化产物中释放的乙酸所需KOHmg数。 4、酸败 油脂在空气中放置过久，会腐败产生难闻的臭味，这种变化称为酸败。 酸败是由空气中氧、水分或霉菌的作用而引起的。阳光可加速这个反应。酸败的化学本质是油脂水解放出游离的脂肪酸，不饱和脂肪酸氧化产生过氧化物，再裂解成小分子的醛或酮。 脂肪酸-氧化时产生短链的-酮酸，再脱酸也可生成酮类物质。低分子量的脂肪酸（如丁酸）、醛和酮常有刺激性酸臭味。 酸败程度的大小用酸价（酸值）表示。酸价就是中和1克油脂中的游离脂肪酸所需的KOH毫

11、克数。酸价是衡量油脂质量的指标之一。 某些油在空气中放置，表面能生成一层干燥而有韧性的薄膜，这种现象叫做干化。具有这种性质的油称为干性油。一般认为，如果组成油脂的脂肪酸中含有较多的共轭双键，油的干性就好。 碘值大于130的称为干性油，小于100的为非干性油，介于二者之间的称半干性油。 桐油中含桐油酸（CH3(CH2)3CH=CH-CH=CH-CH=CH-(CH2)7COOH)达79，是最好的干性油，不但干化快，而且形成的薄膜韧性好，可耐冷、热和潮湿，在工业上有重要价值。 三、蜡 蜡是不溶于水的固体，由高级脂肪酸和长链脂肪族一元醇或固醇构成的酯。 蜡酸如月桂酸(C12)、豆蔻酸(C14)、蜡酸(

12、C26)蜂花酸(C30)等，通式为CH3(CH2)nCOOH。 蜡醇通式为CH3(CH2)nCH2OH，如C16、C30等。温度较高时，蜡是柔软的固体，温度低时变硬。蜡在皮肤、羽毛、果实表面及昆虫的外骨骼上起保护作用。蜂蜡是软脂酸(C16)和有2634个碳的蜡醇形成的酯。第四节、磷脂 磷脂（phospholipid) 包括甘油磷脂和鞘磷脂两类；它们主要参与细胞膜系统的组成，少量存在于细胞的其他部位。甘油磷脂是第一大类膜脂，包括鞘磷脂和鞘糖脂的鞘脂类是第二大类膜脂。磷脂通式磷脂酸一、甘油磷脂又称磷酸甘油酯，是磷脂酸的衍生物。甘油磷脂结构通式如下： 甘油磷脂中最常见的是卵磷脂和脑磷脂。动物的心、脑

13、、肾、肝、骨髓以及禽蛋的卵黄中，含量都很丰富。大豆磷脂是卵磷脂、脑磷脂和心磷脂等的混合物。 卵磷脂分子中与磷脂酸相连的是胆碱，所以称为磷脂酰胆碱。可控制肝脏脂肪代谢，防止脂肪肝的形成。 脑磷脂最先是从脑和神经组织中提取出来，所以称为脑磷脂。X是乙醇胺。脑磷脂的结构与卵磷脂相似，只是X基不同。与凝血有关。 磷脂中的脂肪酸常见的是软脂酸、硬脂酸、油酸以及少量不饱和程度高的脂肪酸。通常-位的脂肪酸是饱和脂肪酸，-位的是不饱和脂肪酸。天然磷脂常是含不同脂肪酸的几种磷脂的混合物。 磷脂是兼性离子，有多个可解离基团。在弱碱下可水解，生成脂肪酸盐，其余部分不水解。在强碱下则水解成脂肪酸、磷酸甘油和有机碱。磷

14、脂中的不饱和脂肪酸在空气中易氧化。 二、鞘氨醇磷脂 鞘磷脂由神经鞘氨醇（简称神经醇）、脂肪酸、磷酸与含氮碱基组成。 脂酰基与神经醇的氨基以酰胺键相连，所形成的脂酰鞘氨醇又称神经酰胺；神经醇的伯醇基与磷脂酰胆碱（或磷脂酰乙醇胺）以磷酸酯键相连。 在神经鞘磷脂中发现的脂肪酸有软脂酸、硬脂酸、掬焦油酸、神经烯酸（24：115）等。 鞘氨醇神经酰胺 神经鞘磷脂不溶于丙酮、乙醚，而溶于热乙醇。 磷脂能帮助不溶于水的脂类均匀扩散于体内的水溶液体系中。 三、磷脂与生物膜 生物膜主要由脂类和蛋白质组成，脂类约占40，蛋白质占60。 线粒体内膜只含2025的脂类，而有些神经细胞表面的髓磷脂膜含脂类高达75。 膜中的脂类主要是磷脂、胆固醇和糖脂（动物是糖鞘脂，植物和微生物是甘油酯）。 膜是不对称的，膜中的脂和蛋白的分布也是不对称的。 如人的红细胞，外层含卵磷脂和糖鞘脂较多，而内层含磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺较多。 两层的电荷、流动性不同，