4脂质与生物膜

4脂质与生物膜4.1生物体内的脂类4.2生物膜4.1生物体内的脂类脂类（lipids）:是一类不溶于水而易溶于非极性溶剂的生物有机分子。脂类的生物功能1.能量物质属于这一类的是三酰甘油和蜡。三酰甘油脂又称油脂，每克的发热值比同质量的糖、蛋白质高2.3倍，并且不溶于水，在细胞内易于聚集，储存，故而被普遍作为细胞的能量储备物质。2.细胞膜的主要成份磷脂、鞘磷脂是构成生物膜的重要物质，几乎细胞所含有的磷脂都集中在生物膜中。3.保护作用

在机体表面的脂类物质有防止机械损失与防止热量散发等保护作用。4.生物活性物质脂类物质可为动物机体提供必需脂肪酸和脂溶性维生素。脂类作为细胞的表面物质，与细胞识别，种特异性和组织免疫等有密切关系。简单脂是构成某些维生素与激素的成份（维生素A、D.E、K、性激素、前列腺素等）具有营养和代谢调节功能。牛肉牛奶椰子玉米橄榄棕榈红花大豆向日葵月桂酸和豆蔻酸棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸总不饱和脂肪酸总饱和脂肪酸生物体内的各种脂类，按其组成可分为:单纯脂类复合脂类非皂化脂类三酰甘油＝3脂肪酸＋1甘油蜡＝长链脂肪酸＋长链醇/固醇磷脂糖脂萜类甾醇类:胆固醇不含脂肪酸含有脂肪酸甘油磷脂鞘磷脂（脂肪酸+醇）（脂肪酸+醇+非脂性物质）鞘糖脂甘油糖脂鞘脂类1.脂肪酸具有长的碳氢链和一个羧基末端的有机化合物的总称。⑴定义两性分子羧基烃链⑵高等动、植物的脂肪酸共性C原子数多在10～20，偶数，16.18常见双键＝1，在第9、10C之间；双键＞1，另外的双键更远离羧基，中间隔－CH2-不饱和脂肪酸多为顺式熔点：饱和＞不饱和（同长）⑶脂肪酸常用简写法表示

一般先写出碳原子的数目,再写出双键的数目,最后用符号Δ或括号（）表明双键的位置。CommonBiologicalFattyAcidsNumberofCarbonsCommonName习惯名SystematicName系统名SymbolStructure结构Saturatedfattyacids饱和脂肪酸12Lauricacid月桂酸Dodecanoicacid12:0CH3(CH2)10COOH14Myristicacid豆蔻酸Tetradecanoicacid14:0CH3(CH2)12COOH16Palmiticacid软脂酸Hexadecanoicacid16:0CH3(CH2)14COOH18Stearicacid硬脂酸Octadecanoicacid18:0CH3(CH2)16COOH20Arachidicacid花生酸Eicosanoicacid20:0CH3(CH2)18COOH22Behenicacid山萮酸Docosanoicacid22:0CH3(CH2)20COOH24Lignocericacid木蜡酸Tetracosanoicacid24:0CH3(CH2)22COOHUnsaturatedfattyacids不饱和脂肪酸(alldoublebondsarecis)16Palmitoleicacid棕榈油酸9-Hexadecenoicacid16:1CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH18Oleicacid油酸9-Octadecenoicacid18:1CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH18Linoleicacid亚油酸9,12-Octadecadienoicacid18:2CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH18a-Linolenicacida-亚麻酸9,12,15-Octadecatrienoicacid18:3CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH18g-Linolenicacidg-亚麻酸6,9,12-Octadecatrienoicacid18:3CH3(CH2)4(CH=CHCH2)3(CH2)3COOH20Arachidonicacid花生四烯酸5,8,11,14-Eicosatetraenoicacid20:4CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH24

Nervonicacid神经酸15-Tetracosenoicacid24:1CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOHα-亚麻酸软脂酸硬脂酸油酸亚油酸花生四烯酸2.三酰甘油（triglyceride）

三分子脂肪酸与一分子甘油通过酯化作用形成三酰甘油。⑴定义硬脂酸甘油酯

硬脂酸豆蔻酸棕榈油酸⑵脂肪的化学结构通式CH2O-C-R1OCHO

-C-R2OCH2O-C-R3O◆式中R1、R2.R3为各种脂肪酸的烃基。◆R1＝R2＝R3时，称为单纯甘油脂◆R1、R2.R3有两个或三个不同者，称为混合甘油脂油:大多数植物脂肪；不饱和脂肪酸＞70％；具有较低的凝固点；常温时为液体脂:动物脂肪；不饱和脂肪酸含量低；凝固点比较高；常温下呈固态

大多数天然油脂都是简单甘油三酰（单纯甘油酯）和混合甘油酯的复杂混合物。3.蜡⑴定义

蜡（waxes）是由高级脂肪酸与脂肪醇或者是高级脂肪酸与甾醇所形成的酯。⑵性质蜡分子含有一个很弱的极性头（酯基部分）和一个非极性尾（一般为两条长烃链）,因此完全不溶于水；硬度由烃链的长度和饱和度决定；即不被脂肪酶所水解,也不易皂化；常温下是固体,能溶于醚、苯、三氯甲烷等有机溶剂。硬脂酸油酰醇⑶分类天然蜡按其来源分为动物蜡植物蜡蜂蜡白蜡鲸蜡（spermaceti）羊毛脂（Lanolin）巴西棕榈蜡（Carnaubawax)蜂蜡主要成分棕榈酸三十烷醇

左图:不成熟:两龄

(白色)和三龄(粉红)右图:雌性成虫白蜡虫鲸蜡:蜡烛和油都来自抹香鲸的鲸油CH3(CH2)14—COO—(CH2)15CH3

鲸蜡主要组成—十六(烷)酸鲸蜡(醇)酯

巴西棕榈4.磷脂磷脂是分子中含磷酸的复合脂。⑴定义⑵分类甘油磷脂（Glycerophospholipids）鞘磷脂（Sphingomyelins

）磷脂主要参与细胞膜系统的组成,少量存在于细胞的其它部位。⑶作用甘油磷脂是第一大类膜脂鞘脂类（包括鞘磷脂和鞘糖脂）是第二大类膜脂5.甘油磷脂

由甘油、脂肪酸、磷酸及含氮碱性化合物或其它成分组成。⑵结构通式⑴组成饱和脂酰基不饱和脂酰基R1通常为饱和脂酰基R2为不饱和脂酰基X

为有羟基的含氮碱和其他醇类衍生物（胆碱、胆胺（乙醇胺）、丝氨酸、肌醇等）甘油磷脂的命名原则三个C原子编为1,2,3号（顺序不能随便颠倒）甘油的一个羟基磷酸化后,中间的C2就成为手性于原子C2上的-OH在右边,为D-型；在左边,则为L-型天然存在的甘油磷脂都属L-构型◆甘油分子中两个碳原子上羟基被脂肪酸基酯化,成疏水性非极性尾；◆第三个碳原子上羟基被磷酸酯化,并带有一个亲水性的胆碱或胆胺等基团,成为亲水性的极性头。磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇二磷脂酰甘油（心磷脂）磷脂酰甘油

东部菱形背纹响尾蛇印度眼镜蛇蛇毒的作用之一——甘油磷脂的降解磷脂酶A2溶血磷脂溶血磷脂能使红细胞膜和其他细胞膜破坏,引起溶血和细胞坏死6.鞘磷脂

鞘磷脂由鞘氨醇、脂肪酸、磷酰胆碱（少数是磷酰乙醇胺）组成。同甘油磷脂的组分差异主要是醇基,甘油磷脂是甘油醇,而鞘磷脂是鞘氨醇。⑴鞘氨醇⑵神经酰胺脂肪酸通过酰胺键与鞘氨醇的-NH2相连,则成神经酰胺（具有两个非极性尾部的化合物）鞘氨醇神经酰胺⑶鞘磷脂

鞘氨醇第一碳原子上的羟基被磷酰胆碱或磷酰乙醇胺酯化形成鞘磷脂

具有两条烃链（一条是鞘氨醇组成的14～18碳的碳氢链；另一条为连接在氨基上的脂肪酸）和一个极性头基。神经酰胺(Ceramide)脂肪酸部分鞘氨醇(Sphingosine)鞘磷脂(Sphingomyelin)磷酸胆碱神经酰胺部分7、鞘糖脂

鞘糖脂是神经酰胺的1－位羟基（鞘氨醇C1上的羟基）被糖基化形成的糖苷化合物。⑴组成（神经酰胺是构成鞘脂类的母体结构）动物鞘糖脂中的单糖成分主要是D-葡萄糖、D-半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖胺、岩藻糖和唾液酸。脂肪酸成分以16～24碳的饱和与低不饱和脂肪酸居多。脑苷脂⑵分类根据糖基是否含有唾液酸或硫酸基成分,分为中性鞘糖脂酸性鞘糖脂N-乙酰神经氨酸(唾液酸),NAN,神经氨酸与乙酰基结合而成。——单糖衍生物乙酰基唾液酸:英文又称sialiacid，最初是从牛颚下腺粘液质中提纯的，是神经氨酸衍生物之通称。N-酰基（N-乙酰或N-羟乙酰）神经氨酸，以及N-酰基-0-乙酰神经氨酸是天然存在的，虽然也有游离状态存在的，但大部分是以粘液质等粘多糖、糖蛋白质、糖肽，或糖脂类（神经节苷脂）分子中结合形态（α酮苷键）存在的。作为唾液酸分子的聚合体，已知有大肠杆菌产生的多聚乙酰神经氨酸。在动物细胞的细胞膜表面有大量存在，并使膜表面呈现负电荷。又因它作为提高关节液的粘度的润滑剂，并和细胞膜机能有关而受到重视，也因它作为红血球表面对流行性感冒病毒的感受器的存在而著名，（因流行性感冒病毒引起的红血球凝集—一Hirst现象）。①中性鞘糖脂中性鞘糖脂的糖基不含唾液酸成分。常见的糖基有半乳糖、葡萄糖等单糖,此外还有二糖、三糖等寡糖。葡糖脑苷脂例②酸性鞘糖脂指糖基部分被硫酸化的鞘糖脂,也称硫苷脂（可能与血液凝固和细胞粘着有关）指糖基部分含有唾液酸残基的鞘糖脂类，常称神经节苷脂。神经节苷脂的糖基都是寡糖链，含有一个或多个唾液酸唾液酸鞘糖脂硫酸鞘糖脂神经节苷脂的结构D-半乳糖N-乙酰-D-半乳糖D-半乳糖D-葡萄糖N-乙酰神经氨酸(唾液酸)神经酰胺G：神经节苷脂右下标（M、D.T）：唾液酸数下标1、2、3：与神经酰胺相连的糖链顺序（左→右）1:Gal-GalNAc-Gal-Glc-Cer；2:GalNAc-Gal-Glc-Cer；3:Gal-Glc-Cer葡糖脑苷脂

鞘氨醇葡萄糖油酸⑶功能①神经节苷脂是最重要的鞘糖脂,在神经系统特别是神经末梢中含量丰富,种类很多。它们可能在神经冲动传递中起重要作用。许多遗传性疾病涉及特异鞘糖脂的积累。②鞘糖脂也是动物细胞膜的组成成分,虽然在细胞膜中含量很少,但是它在行使生物膜的功能方面具有重要的意义。8、胆固醇（甾醇族中最重要的一类固醇类化合物）⑴存在部位胆固醇在神经组织中含量较多,在血液、胆汁、肝、肾及皮肤组织中也含有相当多的这类物质。存在于动物细胞膜及少数微生物中例:

血清胆固醇含量过高是引起动脉硬化及心肌梗塞的一种危险因素。甾体化合物也叫类固醇化合物,一类来源于动物或植物的杂环化合物。基本核是由三个六元环（氢化菲）及一个五元环并合生成的环戊烷多氢菲。类固醇代表多种化合物,包括固醇类、胆酸、肾上腺皮质激素等。胆酸胆固醇胆固醇与长链脂肪酸形成的胆固醇酯是血浆蛋白及细胞外膜的重要组分。⑵存在形式有的以游离形式存在有的与脂肪酸结合而以胆固醇酯的形式存在⑶

特点胆固醇也是两性分子一端有一极性头部基团羟基而呈现亲水性另一端具有烃链及固醇的环状结构而表现为疏水性胆固醇在体内的转化胆固醇7-脱氢胆固醇类固醇激素胆汁酸VD3胆酸

甘氨胆酸

7-脱氧胆酸鹅脱氧胆酸

牛磺鹅脱氧胆酸

石胆酸极性头（亲水性）甾核烷烃侧链（疏水性）胆固醇结构（两性分子）9、萜类⑴定义:是异戊二烯的衍生物。⑵

组成碳架可看成是由两个或多个异戊二烯单位（一种五碳单位）连接而成。连接方式一般是头尾相连,但也有尾尾相接的。形成的萜类可以是直链的,也可以是环状分子；可以是单环、双环和多环化合物。异戊二烯香叶醇根据异戊二烯的数目，可将萜类化合物分为:单萜，倍半萜、二萜、三萜、四萜等。单萜：由2个异戊二烯构成倍半萜：由3个异戊二烯构成二萜：由4个异戊二烯构成⑶分类柠檬油精单萜香茅醛松萜薄荷醇莰烯叶绿醇赤霉素番茄红素（类胡萝卜素）三萜羊毛甾醇二萜桉叶油醇红没药烯鲨烯倍半萜四萜视黄醛4.2生物膜内表面冰外表面生物膜:是细胞质膜和细胞内膜系统的总称。冰冻断裂和冰冻蚀刻Menoidium,aprotozoan;Gram-negativeenvelopeofAquaspirillum

serpens;Golgiapparatus;pancreaticacinarcell几种不同的膜结构的电子显微照片

一、生物膜的化学组成1.膜脂（membranelipids）2.膜蛋白（membraneproteins）外周蛋白内在蛋白磷脂（＞50％）糖脂（＞5％）胆固醇磷脂和双层膜脂

胆固醇的两亲性特点对生物膜中脂质的物理状态有一定调节作用在相变温度以上时，胆固醇阻挠分子脂酰链的旋转异构化运动，从而降低膜的流动性在相变温度以下时，胆固醇的存在又会阻止磷脂脂酰链的有序排列，从而降低其相变温度，从而防止向凝胶态的转化，保持了膜的流动性相变温度:物质从一种状态转变成另一种状态的温度。液态凝胶态⑴外周蛋白分布于膜的脂双层（外层或内层）的表面,它们通过静电力或非共价键与其他膜蛋白相互作用连接在膜上。（20％～30％）蛋白与膜的结合方式①、②内在蛋白；③、④锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白⑵内在蛋白整合进入到细胞膜结构中的一类蛋白,它们可部分地或完全地穿过膜的磷脂双层,通常只有用剧烈的条件将膜破坏才能将这些蛋白质从膜上分离下来。蛋白与膜的结合方式①、②内在蛋白；③、④锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白

以单－α螺旋跨膜

以多段α螺旋跨膜

以蛋白质分子末端片段插膜

通过共价键结合的脂插膜（锚定在膜上）内在蛋白与膜结合的主要形式

内在蛋白以单－α螺旋跨膜以多段α螺旋跨膜以蛋白质分子末端片段插膜脂质–锚定蛋白糖基磷脂酰肌醇连接蛋白豆蔻酸锚定蛋白法尼基锚定蛋白棕榈酸锚定蛋白固醇内在蛋白（以单一a螺旋跨膜）内在蛋白（以多段a螺旋跨膜）外周蛋白磷脂分子极性头糖脂寡糖外周蛋白二、生物膜的结构流动的脂质双分子层是构成膜的主体,而蛋白质分子则象“冰山”一样分布在脂质双分子的“海洋”之中。流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）1.膜的不对称性

构成膜组分的膜脂、膜蛋白和膜糖在膜两侧的分布都是不对称的。2.膜的流动性

质膜的流动性由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。

影响因素（5条）人红细胞膜主要磷脂在膜内、外两层的分布占总量的百分比50255025外层内层膜脂总量鞘磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺膜脂的分子运动（1－侧向扩散；2－旋转运动；3－摆动运动；4－伸缩震荡；5－翻转运动；6－旋转异构）⑴膜脂分子的运动⑵膜蛋白的运动指膜蛋白在生物膜二维流体的侧向移动膜蛋白的侧向扩散膜蛋白的旋转扩散围绕与膜平面相垂直的轴进行旋转运动膜蛋白的侧向扩散的实例TheFrye–Edidinexperiment影响膜流动的因素主要来自膜本身的组分，遗传因子及环境因子等。包括:①胆固醇:胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。②脂肪酸链的饱和度:脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。③脂肪酸链的链长:长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。④卵磷脂/鞘磷脂:该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。⑤其他因素:膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。⑶影响膜流动性的因素

三、生物膜与物质运输能量转换物质运输

信息识别与传递生物膜的主要功能根据物质运输自由能变化被动运输主动运输根据运输物质的分子大小小分子物质的运输生物大分子的运输胞吐作用胞吞作用吞噬作用胞饮作用受体介导的胞吞作用简单扩散协助扩散简单扩散、协助扩散、主动运输、基团转移等由ATP直接提供能量的主动运输协同运输同向协同反向协同⑴被动运输(PassiveDiffusion)特点:物质的运输速率既依赖于膜两侧运输物质的浓度差，又与被运输物质的分子大小，电荷和在脂双层中的溶解性有关。简单扩散协助扩散物质从高浓度的一侧,通过膜运输到低浓度的一侧,即顺浓度梯度的方向跨膜运输的过程。例:人红细胞膜葡萄糖的运送①简单扩散（simplediffusion）简单扩散指没有电荷或水溶性的小分子以自由扩散的方式从膜的一侧通过细胞质膜进入膜另一侧的过程,其结果是分子由浓度高的一侧向浓度低的一侧转运。◆不需要细胞提供能量◆没有膜蛋白的协助◆不同分子的通透性差异很大◆物质在质膜上的通透性主要取决于分子大小和分子极性（小分子比大分子容易穿过膜,非极性分子比极性分子容易穿过膜）特点:乙醇葡萄糖氨基酸葡萄糖-6-磷酸气体尿素②协助扩散（facilitateddiffusion）协助扩散也是小分子物质沿其浓度梯度（或电化学梯度）减小方向的跨膜运动,不需要能量。特异的膜蛋白“协助”物质转运使其转运速率大大增加,转运特异性也增强。在膜上存在两类转运蛋白相当于结合在细胞膜上的酶,可同特异的底物结合在膜上可形成亲水通道,允许一定大小和一定电荷的离子通过(离子通道)通道蛋白:载体蛋白:载体蛋白(CarrierProteins)通道蛋白(Channelproteins)红细胞依靠葡萄糖转运蛋白吸收葡萄糖葡萄糖转运蛋白葡萄糖结合转运蛋白发生构象变化葡萄糖扩散到胞质溶胶中转运蛋白恢复起始构象胞内胞外疏水带电荷两性⑵主动运输主动运输是物质逆浓度梯度或电化学梯度运输的跨膜运送方式,是一个耗能的过程。参与运输的传递体(多肽或蛋白质构成的载体或通道)由酶或酶系组成的能量传递系统专一性“饱和”状态方向性选择性抑制需要提供能量特点:需要两个体系根据物质在跨膜运输过程中能量利用的方式分类由ATP直接提供能量的主动运输协同运输同向协同反向协同①由ATP直接提供能量的主动运输Na+和K+的运输Ca2+的运输

生物细胞质膜的两侧存在很大的离子浓度差例highaffinityforNa+highaffinityforK+乌本苷(箭毒):Na+,K+ATP酶的专一性抑制剂乌本苷和洋地黄毒苷配基都是洋地黄的有效成分,洋地黄被用作于心脏病的治疗药物乌本苷洋地黄毒苷配基TheNobelPrizeinchemistryin1997"forhisdiscoveryofNa+K+

ATPase"JensSkou丹麦

1918-Na+,K+-ATP酶的生理意义维持细胞的膜电位兴奋细胞（神经、肌细胞等的活动）调节细胞体积驱动某些细胞中的糖和氨基酸的运送MechanismofSR（肌质网）Ca2+

ATPaseAction②协同运输

一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子浓度梯度动物细胞：Na+浓度梯度驱动植物细胞：H+浓度梯度驱动反向协同同向协同单向转运

根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为:物质运输方向与离子转移方向相同物质运输方向与离子转移方向相反同向协同：反向协同：葡萄糖伴随Na+协同运输进入上皮细胞Primarytransport