第二章 脂質(zhì)與生物膜課件

第二章脂質(zhì)與第二章脂質(zhì)與生物膜§1脂質(zhì)（Lipid）脂質(zhì)----不溶于水，但能溶于非極性有機溶劑。脂類三酰甘油磷脂糖脂固醇基本脂，不代謝按生物學(xué)功能分：貯存脂質(zhì)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)活性脂質(zhì)蠟前列腺素，脂溶性維生素等------海洋浮游生物的能量儲庫可代謝供能（膜脂）不因饑餓或者病理狀態(tài)發(fā)生較大的變化第二章脂質(zhì)與生物膜1.1脂肪酸脂肪酸飽和脂肪酸：軟脂酸（16C）、硬脂酸（18C）。不飽和脂肪酸含1個雙鍵（單不飽和脂肪酸）含2個及以上雙鍵（多不飽和脂肪酸）脂肪酸的名稱的簡寫注明烴鏈的長度，雙鍵的數(shù)目和位置。亞油酸18:2

9,12硬脂酸18:0第二章脂質(zhì)與生物膜生物脂肪酸的物理、化學(xué)性質(zhì)生物脂肪酸的結(jié)構(gòu)特點１.絕大多數(shù)含偶數(shù)的碳原子，直鏈；２.雙鍵多是順式結(jié)構(gòu)，且不共軛。２.飽和脂肪酸12:0~24:0，在常溫下是固體；同樣鏈長的不飽和脂肪酸則是液體。１.水溶性小，密度比水?。唬?雙鍵可以發(fā)生氫化而飽和；雙鍵間的-CH2-可以被氧化為自由基。第二章脂質(zhì)與生物膜AA（花生四烯酸）含4個雙鍵植物和細菌可以利用乙酰CoA合成所需的全部脂肪酸。哺乳動物既可以從食物中獲得大部分脂肪酸，也可以合成飽和脂肪酸和一些單不飽和脂肪酸（16:1，18:1）。必需脂肪酸但是，亞油酸(18:2)和亞麻酸(18:3)必須從植物中獲取，也稱為哺乳動物的必需脂肪酸。EPA（二十碳五烯酸）含５個雙鍵DHA（二十二碳六烯酸）含６個雙鍵利用它們在體內(nèi)合成：腦黃金第二章脂質(zhì)與生物膜一些常見油脂中高級脂肪酸含量第二章脂質(zhì)與生物膜1.2三酰甘油(TG)1分子甘油和3分子脂肪酸結(jié)合而成的酯。當(dāng)R1≠R3，C2有手性；Ｄ，Ｌ在室溫下呈液態(tài)的稱為油，如豆油、桐油和花生油等;固態(tài)或半固態(tài)的稱為脂肪，如：牛油、豬油等1.2.1三酰甘油的結(jié)構(gòu)第二章脂質(zhì)與生物膜1.2.2化學(xué)反應(yīng)1.皂化反應(yīng)與皂化值將油脂與NaOH溶液共熱，可水解生成甘油和高級脂肪酸的鈉鹽。如：油脂的化學(xué)反應(yīng)主要表現(xiàn)在酯和雙鍵結(jié)構(gòu)上。肥皂第二章脂質(zhì)與生物膜油脂的堿性水解稱為皂化。后將其推廣為酯的堿性水解反應(yīng)均稱為皂化反應(yīng)。皂化值：工業(yè)上把1g油脂完全皂化所需的KOH的質(zhì)量(單位：mg)，稱為皂化值。皂化值反映出油脂的平均相對分子質(zhì)量。顯然，皂化值↑，油脂的平均相對分子質(zhì)量↓。(為什么?)第二章脂質(zhì)與生物膜2.加成反應(yīng)與碘值含有不飽和酸的油脂，分子中的碳碳雙鍵可與H2或X2加成。如：將油在200℃以上、0.1~0.3MPa下，以Ni為催化劑進行催化加氫，稱為油的氫化或油的硬化。工業(yè)上常通過該反應(yīng)把液態(tài)的植物油轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗽炷逃停浠椭?，用于食品加工烹飪?？赡芎词浇Y(jié)構(gòu)第二章脂質(zhì)與生物膜碘值：100g油脂所能吸收的碘的質(zhì)量(單位：g)，稱為碘值(又稱碘價)

。碘值↑，說明油脂的不飽和程度↑。由于碘與碳碳雙鍵加成較為困難，測定時通常用ICl或IBr作試劑，再折算成碘的質(zhì)量。3.酸敗油脂和含油脂的食品，在貯存過程中經(jīng)微生物、酶、空氣中的氧的作用，而發(fā)生變色、氣味改變等變化，稱為油脂酸敗。?？稍斐刹涣嫉纳矸磻?yīng)或食物中毒。ICl

熔點：α型27.17℃，不吸潮。第二章脂質(zhì)與生物膜原因是：酸敗的結(jié)果導(dǎo)致油脂的酸性增加。酸值是評定油品酸敗程度的指標(biāo)之一，它是指中和1g油脂中游離脂肪酸所消耗的氫氧化鉀的質(zhì)量(mg)。

酸值與皂化值有何差異？第二章脂質(zhì)與生物膜（4）溫度：溫度升高，則油脂酸敗速度加快，溫度每升高10℃，酸敗速度一般加快一倍。因此，油脂應(yīng)盡量低溫保存。完全避免酸敗是不可能的，只能采取措施減慢：（1）水分：一般認(rèn)為油脂含水量超過0.2%，水解酸敗作用會加強。所以，在油脂的保管和調(diào)運中，要嚴(yán)格防止水分的浸入。（2）空氣：空氣中的氧氣是引起酸敗變質(zhì)的主要因素，因此，應(yīng)充氮及嚴(yán)格密封儲存。（3）光照：日光中的紫外線有利于氧的活化和油脂中游離基的生成，加快油脂氧化酸敗的速率，因此，油脂應(yīng)盡量避光保存。第二章脂質(zhì)與生物膜1.3蠟蠟的主要成分——C16以上的含偶數(shù)碳原子的高級脂肪酸的高級飽和一元醇酯。天然蠟中往往含有一定量的游離脂肪酸、脂肪醇及高級烷烴。也廣泛存在于自然界中，如植物的莖葉和果實的外部、昆蟲的外殼、動物的毛皮以及鳥類的羽毛中。在海洋浮游生物中，蠟是代謝燃料的主要貯存形式。第二章脂質(zhì)與生物膜用途：制造蠟?zāi)?、蠟紙、上光劑和軟膏的基質(zhì)等。注意：石蠟與蠟盡管其物態(tài)、物性相似，但其化學(xué)組成不同，石蠟是C20以上的高級烷烴的化合物。軟脂酸蜂蠟酯(蜂蠟)軟脂酸鯨蠟酯(鯨蠟)蠟酸蠟酯（蟲蠟）第二章脂質(zhì)與生物膜1.4甘油磷脂非極性尾極性頭不飽和脂肪酰鏈18:19,18:2,18:3飽和脂肪酰鏈16:0,18:0主要參與細胞膜的組成，是第一大類膜脂。不同的磷脂，其磷酸酯基組成也不相同。sn-甘油-3-磷酸的衍生物第二章脂質(zhì)與生物膜非極性尾極性頭1.4.1磷脂酸磷脂酸是甘油磷脂的母體化合物凈電荷為-2第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.2磷脂酰膽堿（卵磷脂）極性頭部膽堿卵磷脂和膽堿有防止脂肪肝形成的作用，在蛋黃和大豆中含量豐富。凈電荷為0第二章脂質(zhì)與生物膜二軟脂酰膽堿由Ⅱ型肺泡上皮細胞合成，可降低肺泡表面張力。R1、R2為軟脂酸X為膽堿CH2O-C-R1

R2C-O-CHCH2O-P-OX

OOO-

OOOO第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.3磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）乙醇胺極性頭部凈電荷為0腦磷脂和卵磷脂是細胞膜中最豐富的脂質(zhì)。第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.4磷脂酰絲氨酸絲氨酸極性頭部凈電荷為-1常見于血小板膜中，當(dāng)組織受損血小板被激活時，膜中的磷脂酰絲氨酸從內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向外側(cè)，作為催化劑與其他凝血因子一起促使凝血酶原的活化。第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.5磷脂酰肌醇PI肌醇極性頭部凈電荷為-1肌醇的多磷酸化產(chǎn)物PIP2是胞內(nèi)信使。第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.6磷脂酰甘油甘油極性頭部凈電荷為-1磷脂酰甘油在細菌的細胞膜中含量豐富。第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.7二磷脂酰甘油（心磷脂）二磷脂酰甘油最先在心肌線粒體膜中找到。極性頭部凈電荷為-2磷脂酸第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.8醚甘油磷脂醚鍵PAF，血小板激活因子縮醛磷脂，人中樞神經(jīng)中富含醚鍵特殊的磷脂第二章脂質(zhì)與生物膜1.4.9甘油磷脂的水解磷脂酶A2磷脂酶D磷脂酶C磷脂酶A1研究充分，可選擇性利用第二章脂質(zhì)與生物膜1.5鞘脂類——由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子極性頭基團組成。鞘脂類鞘磷脂類腦苷脂類神經(jīng)節(jié)苷脂類主要參與細胞膜的組成，是第二大類膜脂。（糖鞘脂）第二章脂質(zhì)與生物膜鞘氨醇神經(jīng)酰胺反式鞘脂前體第二章脂質(zhì)與生物膜極性頭非極性尾1.5.1鞘磷脂磷酸膽堿結(jié)構(gòu)與磷脂酰膽堿相似鞘磷脂存在于動物細胞的質(zhì)膜中，特別是髓鞘（包圍某些神經(jīng)元的軸突并使之絕緣）中。神經(jīng)酰胺凈電荷為0第二章脂質(zhì)與生物膜極性頭非極性尾β-D-半乳糖基1.5.2腦苷脂中性鞘糖脂半乳糖腦苷脂第二章脂質(zhì)與生物膜1.5.3神經(jīng)節(jié)苷脂N-乙酰神經(jīng)氨酸硬脂酸神經(jīng)酰胺GM1GM2GM3D-半乳糖N-乙酰-D-半乳糖胺D-半乳糖D-葡萄糖在神經(jīng)末梢中含量豐富酸性鞘糖脂Mono，Di，Tri第二章脂質(zhì)與生物膜1.6類固醇（甾醇）是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物，由于含有羥基故命名為“醇”。其性質(zhì)由固醇骨架的取代基團以及碳-碳鏈間飽和或不飽和的程度所決定。結(jié)構(gòu)及編號:環(huán)戊烷(D)多氫菲(ABC)甾四個環(huán)加三條側(cè)鏈第二章脂質(zhì)與生物膜膽固醇是動物質(zhì)膜的重要組分?？勺陨砗铣?，在腦、肝、腎、蛋黃中含量很高。由于其既疏水又親水，所以屬于兩親分子。剛性平面結(jié)構(gòu)對膜的流動性具有調(diào)節(jié)作用。1.6.1膽固醇極性頭非極性尾第二章脂質(zhì)與生物膜麥角固醇β-谷固醇

植物(29碳)酵母(28碳)可抑制膽固醇的吸收可轉(zhuǎn)化為維生素D2前體1.6.2植物固醇第二章脂質(zhì)與生物膜1.6.3

膽酸A/Bcis-5-系3,7,12-三羥基-5-膽烷-24-酸是膽固醇的代謝物之一，膽酸一面親水，另一面疏水，具有增溶作用。第二章脂質(zhì)與生物膜1.6.4?；悄懰崾歉鼜姷谋砻婊钚詣?，能溶于脂-水界面處，使油脂乳化，便于水溶性的脂酶發(fā)揮作用，促進油脂和脂溶性維生素的吸收。第二章脂質(zhì)與生物膜睪丸甾酮雌酮

-雌二醇黃體酮（孕甾酮）1.6.5固醇激素第二章脂質(zhì)與生物膜§2生物膜細胞膜以及各種細胞器的外膜通稱為生物膜。它是一個具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的選擇性通透膜，主要功能可歸納為：物質(zhì)運送、能量轉(zhuǎn)換、信號識別與傳導(dǎo)、細胞免疫等。

生物膜結(jié)構(gòu)是細胞結(jié)構(gòu)的基本形式，對細胞內(nèi)很多生物大分子的有序反應(yīng)和整個細胞的‘區(qū)室化’都提供了必需的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，使整個細胞活動有條不紊、協(xié)調(diào)一致地進行。第二章脂質(zhì)與生物膜2.1生物膜的組成和結(jié)構(gòu)

磷脂:甘油磷脂和鞘磷脂脂質(zhì)

膽固醇

糖脂

外周蛋白

內(nèi)在蛋白糖類:糖脂，糖蛋白水和金屬離子

生物膜的組成蛋白質(zhì)(包括酶)第二章脂質(zhì)與生物膜生物膜的組成，因膜的種類不同而有很大的差別。例如神經(jīng)髓鞘，蛋白質(zhì)只占18%，脂質(zhì)約占79%，而線粒體內(nèi)膜和細菌質(zhì)膜，蛋白質(zhì)占75%左右，脂質(zhì)僅占25%。一般講，功能復(fù)雜或多樣的膜，蛋白質(zhì)的比例較大。相反，膜功能愈簡單，其膜蛋白的種類和含量愈少。神經(jīng)髓鞘僅含3種蛋白線粒體內(nèi)膜達60多種第二章脂質(zhì)與生物膜磷脂分子在水溶液中存在的幾種結(jié)構(gòu)形式雙層微囊水空氣微團單體單分子層水2.1.1生物膜的結(jié)構(gòu)------流動鑲嵌模型脂質(zhì)分子的自裝配第二章脂質(zhì)與生物膜磷脂類的雙層結(jié)構(gòu)水5~6nm通過疏水相互作用聚集水疏水環(huán)境，極性分子、離子不能自由通過2003年美國科學(xué)家彼得·阿格雷因發(fā)現(xiàn)“水通道”，羅德里克·麥金農(nóng)研究“離子通道”榮獲諾貝爾化學(xué)獎。第二章脂質(zhì)與生物膜

流動鑲嵌模型

Singer和Nicolson1972認(rèn)為生物膜是一種流動的、嵌有各種蛋白質(zhì)的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，其中蛋白質(zhì)猶如一座座冰山漂移在流動脂質(zhì)的海洋中。第二章脂質(zhì)與生物膜生物膜外周膜蛋白、內(nèi)在膜蛋白示意圖a.b.c—內(nèi)在膜蛋白，d.e—外周膜蛋白2.1.2膜蛋白根據(jù)在膜上的定位情況，可以分為：外周蛋白和內(nèi)在蛋白。第二章脂質(zhì)與生物膜膜蛋白與膜脂雙脂層結(jié)合的主要形式通過離子鍵或氫鍵與膜的極性頭部或與內(nèi)在膜蛋白伸出膜表面的部位結(jié)合。外周蛋白特點：都能溶于水；易于分離，可在不破壞膜結(jié)構(gòu)的情況下，通過溫和方法（改變離子強度或pH）分離提取。約占膜蛋白的20-30%，分布于膜的脂雙層表面。第二章脂質(zhì)與生物膜內(nèi)在蛋白靠疏水相互作用與膜脂相結(jié)合。約占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。特點：不溶于水；不容易從膜中分離。只有在較劇烈的條件下，如用表面活性劑（SDS）、有機溶劑或超聲波等才能將它們解離下來。第二章脂質(zhì)與生物膜生物膜中含有一定的寡糖類物質(zhì)，大多與膜蛋白結(jié)合，少量與膜脂結(jié)合。2.1.3糖類功能：細胞表面的天線，在接受外界信息，以及細胞間相互識別方面具有重要作用。第二章脂質(zhì)與生物膜2.1.4生物膜特性生物膜具有兩個明顯的特性：2、膜的流動性1、膜的不對稱性細胞質(zhì)膜的不對稱性是指細胞質(zhì)膜脂雙層中各種成分不是均勻分布的，包括種類和數(shù)量的不均勻。2.1.4.1膜的不對稱性第二章脂質(zhì)與生物膜a.膜脂的不對稱分布占總量的百分比50255025外層膜脂總量鞘磷脂（0）磷脂酰膽堿（0）磷脂酰絲氨酸（-1）磷脂酰乙醇胺（0）電位更低內(nèi)層第二章脂質(zhì)與生物膜b.膜蛋白的分布也是不對稱的每種膜蛋白在膜中都有特定的排布方向和分布區(qū)域，與其功能相適應(yīng)，這是膜蛋白不對稱性的主要因素。膜蛋白的不對稱性還包括外周蛋白分布的不對稱以及整合蛋白內(nèi)外兩側(cè)氨基酸殘基數(shù)目的不對稱。第二章脂質(zhì)與生物膜糖類在膜上的分布是不對稱的，全部分布在非細胞質(zhì)的一側(cè)。c.糖類的分布也是不對稱的第二章脂質(zhì)與生物膜膜不對稱性的生物學(xué)意義：膜成分的不均勻分布，導(dǎo)致了膜功能的不對稱性和方向性；使膜兩側(cè)具有不同功能。保證了生命活動的高度有序性。第二章脂質(zhì)與生物膜2.1.4.2膜的流動性非常慢，需消耗能量速度快，主要形式側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)運動擺動運動伸縮震蕩翻轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)異構(gòu)磷脂分子運動的幾種方式包括膜脂分子和膜蛋白的運動第二章脂質(zhì)與生物膜2.1.4.3膜脂的相變（熱運動）變相溫度（Tc）凝膠態(tài)液晶態(tài)T<TcT>Tc加熱冷卻在生理狀態(tài)下，生物膜既不是有序的凝膠態(tài)，也不是液態(tài)，而是液晶態(tài)，即介于晶態(tài)與液態(tài)之間的過渡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，其既具有液態(tài)分子的流動性，又具有固態(tài)分子的有序排列。脂雙層變薄15%，流動性增加第二章脂質(zhì)與生物膜2.1.4.4通過細胞膜融合證明膜蛋白運動示意圖發(fā)綠光熒光素標(biāo)記的小鼠細胞膜蛋白抗體發(fā)紅光堿性蕊香紅標(biāo)記的人細胞膜蛋白抗體膜脂與膜蛋白處于不斷的運動狀態(tài)，它是保證正常膜功能的重要條件。膜蛋白可以發(fā)生側(cè)向運動和轉(zhuǎn)動（注意：膜蛋白不可以翻轉(zhuǎn)）第二章脂質(zhì)與生物膜(A)是考馬斯藍染色的膠;(B)表示凝膠上主要蛋白質(zhì)的位置。紅細胞膜蛋白電泳圖血影蛋白提取/分離細胞膜骨架成分第二章脂質(zhì)與生物膜紅細胞膜骨架示意圖肌動蛋白

(Actin)蛋白質(zhì)4.1

(Protein4.1)血影蛋白(Sectrin)帶3蛋白(Band3)糖蛋白(Ankyrin)血型蛋白(Glycophorin)糖鏈細胞膜骨架指細胞膜下由蛋白質(zhì)纖維組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，稱為細胞膜骨架。有些膜蛋白的運動受到限制第二章脂質(zhì)與生物膜1.膽固醇：T>Tc時，膽固醇會降低膜的流動性；T<Tc，膽固醇可緩解低溫所引起的膜流動性劇烈下降；2.脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動性增加。3.脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降低。4.卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動性增加，是因為鞘磷脂粘度高于卵磷脂。5.脂雙層中嵌入的蛋白質(zhì)越多，膜流動性越大。影響膜流動的因素（除溫度外）第二章脂質(zhì)與生物膜對于許多生物來說，膜的流動性是相對恒定的。膜的流動性的生物學(xué)意義：生物膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。1.有利于物質(zhì)運輸和交換,比如礦質(zhì)離子的主動運輸，內(nèi)吞外排作用等等；2.有助于能量流動和信息傳遞；3.有助于自我修復(fù)；4.它是細胞融合技術(shù)的基礎(chǔ)。第二章脂質(zhì)與生物膜細胞或細胞器通過生物膜，從膜外選擇性地吸收所需要的養(yǎng)料，同時也要排出不需要的廢物。2.2跨膜轉(zhuǎn)運除了一些非極性的小分子（如O2，N2，CO2，EtOH）可以自由地擴散通過細胞膜，但絕大多數(shù)帶電的和極性的分子是需要一些轉(zhuǎn)運途徑來通過細胞膜。第二章脂質(zhì)與生物膜水通道尿素通道第二章脂質(zhì)與生物膜按照轉(zhuǎn)運過程是否需要能量分為：被動轉(zhuǎn)運

主動轉(zhuǎn)運

簡單擴散（Diffusion）協(xié)助擴散（Facilitatedtransport）初級主動轉(zhuǎn)運(Primaryactivetransport)次級主動轉(zhuǎn)運(Secondryactivetransport)第二章脂質(zhì)與生物膜物質(zhì)沿著濃度梯度（膜兩邊的濃度差）的方向跨膜轉(zhuǎn)運的過程。這類轉(zhuǎn)運是通過被轉(zhuǎn)運物質(zhì)本身的擴散作用進行的，濃度梯度越大，擴散速度越大。是一個不需要外加能量的自發(fā)過程。2.2.1被動轉(zhuǎn)運特點：高低第二章脂質(zhì)與生物膜簡單擴散（Diffusion）：不需借助載體。只有小分子量的不帶電或疏水分子（O2、CO2、乙醇）以此方式過膜。協(xié)助擴散（Facilitatedtransport）：需借助特殊的孔道蛋白或載體蛋白的物質(zhì)運輸。包括極性分子如糖、氨基酸，水，尿素，無機離子等的運輸。第二章脂質(zhì)與生物膜a：通道或膜孔蛋白