生物化學(xué)與分子生物脂質(zhì)

關(guān)于生物化學(xué)與分子生物脂質(zhì)一、引言(一)脂質(zhì)的定義脂質(zhì)是低溶于水，高溶于非極性溶劑的有機分子。(二)脂質(zhì)的分類按照化學(xué)組成可分為:1.單純脂質(zhì):主要有甘油三酯和蠟；2.復(fù)合脂質(zhì):主要有磷脂和糖脂；3.衍生脂質(zhì):主要有取代烴,固醇類,萜和其他脂質(zhì)。按照極性可分為非極性脂質(zhì)和4類極性脂質(zhì)(參見表2-1)非極性脂質(zhì)：水不溶，不能形成單分子層。如膽甾烷、長鏈脂肪酸和長鏈一元醇形成的酯等。Ⅰ類極性脂質(zhì)：能參入膜，但自身不能形成膜，如三酰甘油、膽固醇等；Ⅱ類極性脂質(zhì)：能形成膜，如磷脂和鞘糖脂；Ⅲ類極性脂質(zhì)：具可溶性，如脂肪酸鹽、膽質(zhì)酸鹽、皂苷等。ⅢA類有長鏈脂肪酸的鹽；陰離子、陽離子和非離子去污劑；溶血磷脂酸；脂酰CoA等。ⅢB類有膽汁酸、皂苷等。(三)脂質(zhì)的生物學(xué)作用1.貯存能量；2.構(gòu)成體質(zhì)；3.生物活性物質(zhì)。第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天二、脂肪酸（一）脂肪酸的種類(見表2-2)

其中棕櫚酸（16：0）、硬脂酸（18：0）、棕櫚油酸（16：1，△9

）、油酸（18：1，△9

）、芥子酸（22：1,△13

）、亞油酸（18：2）、α-亞麻酸（18：3，△9，12，15

）、γ-亞麻酸（18：3，△6，9，12）、花生四稀酸（18：3，△5，8，11，14）、EPA(20：5，△5，8，11，14，17）和DHA(22：6,△4，7，10，13，16，19）等較重要。（二）天然脂肪酸的結(jié)構(gòu)特點1.碳原子數(shù)多為偶數(shù)；2.單不飽和脂肪酸的雙鍵多在第9位,第2和第3個雙鍵多在第12和第15位；3.雙鍵多為順式,少數(shù)為反式。第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天(三)脂肪酸的理化性質(zhì)

鏈長則在水中的溶解度低；雙鍵多則熔點低；順式異構(gòu)體的熔點比反式異構(gòu)體低；可以發(fā)生氧化,加成等化學(xué)反應(yīng)。第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天(四)脂肪酸鹽和乳化作用脂肪酸鹽有親水部分和疏水部分，可以使脂類形成小滴，分散到水中，可以作為去污劑使用，也可以用于生化實驗，分離膜蛋白會使蛋白質(zhì)變性失活。(五)多不飽和脂肪酸（PUFA）

亞油酸是ω-6家族PUFA的原初成員,也是二十碳烷化合物的前體,α-亞麻酸是ω-3家族PUFA的原初成員,ω-6家族PUFA可降低血清膽固醇,ω-3家族PUFA可顯著降低血清甘油三酯，防治神經(jīng)、視覺和心臟疾病，人類可能缺乏ω-3家族PUFA。EPA(20碳五稀酸）和DHA（22碳六稀酸）有保健價值。第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（六）類二十碳烷

類二十碳烷是由20碳PUFA衍生而成的，包括前列腺素、凝血烷和白三烯等，合成的前體主要是花生四烯酸。

前列腺素存在廣泛，種類較多，不同的前列腺素或同一前列腺素作用于不同的細胞，產(chǎn)生不同的生理效應(yīng)，如升高體溫，促進炎癥，控制跨膜轉(zhuǎn)運，調(diào)整突觸傳遞，誘導(dǎo)睡眠，擴張血管等。

凝血烷最早從血小板分離獲得，能引起動脈收縮，誘發(fā)血小板聚集，促進血拴形成。

白三烯最早從白細胞分離獲得，能促進趨化性，炎癥和變態(tài)反應(yīng)。

阿司匹林消炎、鎮(zhèn)痛、退熱的原因是抑制前列腺素的合成，也抑制凝血烷合成，因而有抗凝血作用。前列腺素凝血烷白三烯第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天三、三酰甘油和蠟第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（一）甘油取代物的構(gòu)型以手性碳原子為中心，S（反時針）-原羥甲基（增加該基團優(yōu)先性時，手性原中心為S-構(gòu)型）為1位，R（順時針）-原羥甲基（增加該基團優(yōu)先性時，手性原中心為R-構(gòu)型）為3位，稱作立體專一編號系統(tǒng)（sn-系統(tǒng)）。第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（二）三酰甘油的類型及二酰甘油、單酰甘油三酰甘油的R1，R2，R3相同時，為簡單三酰甘油，若R1，R2，R3不同則為混合三酰甘油，大多數(shù)天然油脂是簡單三酰甘油和混合三酰甘油的混合物。二酰甘油和單酰甘油在自然界存在不多，是合成反應(yīng)的中間物，單酰甘油在食品工業(yè)中可用作乳化劑。（三）烷醚?；视推浞肿咏Y(jié)構(gòu)與三酰甘油相似，但其中一個-羥基以醚鍵與長鏈烷基相連。在自然界存在不多，但分布廣泛。第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（四）三酰甘油的物理和化學(xué)性質(zhì)

三酰甘油能在酸、堿或酶作用下水解成脂肪酸和甘油，堿水解稱作皂化，皂化1g油脂所需的KOHmg數(shù)稱作皂化價；油脂中的雙鍵氫化可制造人造黃油；油脂中的雙鍵還可與碘反應(yīng)，100g油脂所能吸收的碘的克數(shù)稱作碘值；油脂中的羥基可被乙?；?，中和1g油脂中乙酰基釋放的乙酸所需的KOHmg數(shù)稱作乙酰價；油脂自動氧化生成揮發(fā)性醛、酮、酸稱作酸敗,中和1g油脂中游離脂肪酸所需的KOHmg數(shù)稱作酸價；在油脂中加入抗氧化劑，可以防止油脂酸敗。第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（五）蠟蠟是長鏈脂肪酸和長鏈一元醇或固醇形成的酯，天然蠟是多種蠟酯的混合物。蠟分子含一個很弱的極性頭和一個非極性尾，因此完全不溶于水，蠟的硬度由烴鏈的長度和飽和度決定。

蜂蠟存在于蜂巢；白蠟是白蠟蟲的分泌物，可用作涂料、潤滑劑和其他化工原料；鯨蠟是抹香鯨頭部鯨油冷卻時析出的白色晶體；洗滌羊毛得到的羊毛蠟可用作藥品和化妝品的底料；來源于棕櫚樹葉片的巴西棕櫚蠟可用作高級拋光劑。第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天四、脂質(zhì)過氧化作用(一）自由基、活性氧和自由基鏈反應(yīng)1.自由基定義：含有奇數(shù)價電子并因此在一個軌道上有一個未成對電子的原子或原子團。特征：有順磁性；反應(yīng)性強；壽命短。產(chǎn)生：輻射誘導(dǎo)；熱誘導(dǎo)；單電子氧化還原。第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.活性氧概念：含氧的高反應(yīng)活性分子。幾種重要的活性氧：（1）普通氧：氧分子有順磁性，是一種雙自由基?；鶓B(tài)氧反應(yīng)活性較低。（2）超氧陰離子：有一個未成對電子，有順磁性，可由酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)如電離輻射生成，既是氧化劑，又是還原劑，可發(fā)生歧化反應(yīng)，引起脂質(zhì)過氧化，壽命較長，可促進其他氧自由基的生成。（3）羥自由基：是已知最強的氧化劑，幾乎能與所有的細胞成分進行抽氫、加成、電子轉(zhuǎn)移等反應(yīng)，反應(yīng)速度極高。羥自由基壽命短，可由輻射和氧自由基轉(zhuǎn)化生成，過渡金屬對羥自由基生成有促進作用。（4）過氧化氫：過氧鍵不穩(wěn)定，見光均裂成羥自由基?？捎沙蹶庪x子自由基歧化生成，也可由酶促反應(yīng)直接生成。過氧化氫通過生成羥自由基對細胞造成傷害。（5）單線態(tài)氧：是普通氧的激發(fā)態(tài)，無順磁性，雖不是自由基，但反應(yīng)活性高，可在自由基反應(yīng)中生成。第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3.自由基鏈反應(yīng)引發(fā)：反應(yīng)性足夠強的起始自由基抽去脂質(zhì)分子的氫原子，或高能輻射使脂質(zhì)分子均裂，可生成起始脂質(zhì)自由基。增長：起始脂質(zhì)自由基通過加成、抽氫、斷裂等一種或幾種方式生成更多的脂質(zhì)自由基，這種反應(yīng)反復(fù)進行，即成為鏈式反應(yīng)。終止：兩個自由基之間可發(fā)生偶聯(lián)或歧化反應(yīng)，消除自由基，使鏈式反應(yīng)終止。第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（二）脂質(zhì)過氧化的化學(xué)過程生物膜脂質(zhì)中的多不飽和脂肪酸兩個雙鍵之間的亞甲基氫比較活潑，容易在自由基或輻射作用下被抽去，形成脂質(zhì)自由基，有氧情況下還可生成脂質(zhì)過氧自由基，進而引發(fā)鏈式反應(yīng)，脂質(zhì)過氧自由基可轉(zhuǎn)化為丙二醛（malondialdechyde,MDA)等醛類，MDA可用于測定脂質(zhì)過氧化的程度。**第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（三）脂質(zhì)過氧化作用對機體的損傷1.脂質(zhì)過氧化的中間產(chǎn)物脂質(zhì)自由基、脂質(zhì)過氧自由基作為引發(fā)劑通過抽氫使蛋白質(zhì)分子變成自由基，引起鏈式反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚合。2.丙二醛導(dǎo)致蛋白質(zhì)交聯(lián)。3.脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致生物膜功能異常。4.脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致動脈粥樣硬化。

5.脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致衰老，使脂褐素含量增加。

6.脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致DNA損傷。

但一定量的自由基對某些疾病有一定的預(yù)防作用。第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天(四)抗氧化劑的保護作用

1.基本概念具有還原性，能抑制自由基鏈式反應(yīng)的物質(zhì)稱抗氧化劑。能將自由基還原為非自由基的抗氧化劑稱自由基清除劑?？上準椒磻?yīng)引發(fā)劑的稱預(yù)防型抗氧化劑。可消除鏈式反應(yīng)產(chǎn)生的自由基，中斷或延緩鏈式反應(yīng)的稱阻斷型抗氧化劑。有一些抗氧化劑為酶類，另一些為小分子，有一些是天然的，另一些是人工合成的。第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.常見的抗氧化劑（1）超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)：存在廣泛，可清除超氧陰離子；（2）過氧化氫酶(catalase)：存在于過氧化物酶體，可將過氧化氫轉(zhuǎn)化為水和氧；（3）谷胱甘肽過氧化物酶(glutathioneperoxidase,GSH-PX)：存在廣泛，可還原脂質(zhì)氫過氧化物或?qū)⑦^氧化氫轉(zhuǎn)化為水，同時將谷胱甘肽轉(zhuǎn)化為氧化型；（4）維生素E：可清除生物膜中活性氧自由基，是生物體內(nèi)最重要的自由基清除劑。（5）某些中藥活性成分：如黃酮類和某些苷類化合物。

（6）人工合成的抗氧化劑：主要有丁基羥基茴香醚(ButylHydroxyAnisol,BHA)、二丁基羥基甲苯(DibutylHydroxyToleuene,BHT)和沒食子酸丙酯(PropylGallate,PG),主要用于防止油脂的腐敗。在規(guī)定的劑量范圍內(nèi)使用是安全的。第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天五、磷脂（一）甘油磷脂的結(jié)構(gòu)甘油磷脂是由sn-甘油-3-磷酸衍生而來的，甘油骨架的C1和C2被脂肪酸酯化，膽堿、乙醇胺、絲氨酸、肌醇、甘油、磷脂磷脂酰甘油等極性頭與磷酸連接。第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天(二)甘油磷脂的一般性質(zhì)

屬于兩親分子，在水中能形成雙分子微囊，可構(gòu)成生物膜。用堿或酶可水解成脂肪酸、甘油和含氮堿，酶水解的一些中間物如溶血甘油磷脂是強表面活性劑，可使細胞膜溶解。磷脂酶作為工具酶與薄層層析一起用于磷脂的結(jié)構(gòu)分析。第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（三)幾種常見的甘油磷脂1.磷脂酰膽堿：又稱卵磷脂，在細胞膜中含量高，膽堿屬季胺鹽，堿性極強，是甲基供體，可防止脂肪肝，乙酰膽堿是神經(jīng)遞質(zhì)。磷脂酰膽堿在蛋黃和大豆中含量豐富。第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.磷脂酰乙醇胺：又稱腦磷脂，在細胞膜中含量高。3.磷脂酰絲氨酸：在血小板膜中含量高，血小板被激活時，磷脂酰絲氨酸轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，參與凝血酶原活化。4.磷脂酰肌醇：存在于哺乳動物細胞膜，細胞膜含有磷脂酰肌醇-4-單磷酸和-4,5-雙磷酸，后者可轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)信使肌醇-1,4,5-三磷酸和1,2-二酰甘油。5.磷脂酰甘油：在細菌細胞膜中含量高，是心磷脂的頭基部分。6.雙磷脂酰甘油：由兩個磷脂分子通過一個甘油分子共價連接而成。在心線粒體中含量豐富。第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（四）醚甘油磷脂其甘油骨架sn-1位碳連接的是烴基而不是酰基。血小板活化因子：甘油骨架sn-2位碳被乙?；湫偷耐榛鞘榛?，頭基部分是膽堿縮醛磷脂：其頭基分別是膽堿、乙醇胺、絲氨酸，脊椎動物的心臟富含縮醛磷脂。第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天**(五)鞘磷脂

即鞘氨醇磷脂，在腦髓鞘和紅細胞膜中含量豐富。由鞘氨醇、脂肪酸和磷脂酰膽堿組成。鞘氨醇：已發(fā)現(xiàn)六十多種，結(jié)構(gòu)如p107所示。神經(jīng)酰胺：脂肪酸通過酰胺鍵與鞘氨醇相連，即為神經(jīng)酰胺。鞘磷脂：即神經(jīng)酰胺的1-位羥基被磷酰膽堿或磷酰乙醇胺酯化形成的化合物。*第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天六、糖脂即半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接的化合物。(一)鞘糖脂即神經(jīng)酰胺的1-位羥基被糖基化形成的化合物，主要分兩類：中性鞘糖脂：最先從腦中獲得，又稱腦苷脂。糖基為半乳糖、葡萄糖等，其糖基在細胞表面，參與細胞識別。酸性鞘糖脂：糖基被硫酸化的稱硫酸鞘糖脂或硫苷脂，有幾十種，在腦中含量豐富。糖基含唾液酸的稱唾液酸鞘糖脂，又稱神經(jīng)節(jié)苷脂，在神經(jīng)系統(tǒng)特別是神經(jīng)末梢中含量豐富?？赡芘c神經(jīng)沖動傳遞有關(guān)。腦苷脂第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)節(jié)苷脂第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天(二)甘油糖脂由二酰甘油sn-3位的羥基被糖基化形成的化合物（結(jié)構(gòu)式見p110)，主要存在于植物和微生物，在動物的睪丸、精子和神經(jīng)系統(tǒng)也含量豐富。第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天七、萜和類固醇

由兩個以上異戊二烯單位構(gòu)成，可頭尾相連，亦可尾尾相連。兩個異戊二烯單位構(gòu)成的稱單萜，許多是植物精油的成分；三個異戊二烯單位構(gòu)成的倍半萜存在于某些中草藥；雙萜是葉綠素分子的成分；三萜是固醇類的前體；四萜可形成多種色素；多萜可形成天然橡膠。（一）萜第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天檸檬烯香茅醛薄荷醇防風(fēng)根烯葉綠醇赤霉酸莰烯蒎烯視黃醛鯊烯羊毛固醇番茄紅素第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天多萜醇磷酸酯十一萜醇（細菌萜醇）第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天(二)類固醇由環(huán)戊烷多氫菲為基礎(chǔ)的化合物，分子為扁平狀，平面上的取代基直立時較穩(wěn)定，但也有平伏狀的。（三）膽固醇和非動物固醇

膽固醇在腦、肝、腎和蛋黃中含量很高，主要存在于細胞膜，屬于兩性分子，可轉(zhuǎn)化為多種活性物質(zhì)，血液中含量過高會導(dǎo)致動脈粥樣硬化。

植物固醇存在于谷物中，能抑制膽固醇吸收。

微生物固醇如麥角固醇可轉(zhuǎn)化為維生素D2。第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天（四）固醇衍生物膽固醇可轉(zhuǎn)化為雄激素、雌激素、糖皮質(zhì)激素、鹽皮質(zhì)激素和維生素D。

膽固醇在肝臟中可轉(zhuǎn)化為膽汁酸，能使油脂乳化，以促進吸收。皮質(zhì)醇睪酮黃體酮雌二醇膽汁酸脫氧膽汁酸第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天八、脂蛋白（一）血漿脂蛋白的分類各類血漿脂蛋白的組成如表2-7所示.第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天(二)

血漿脂蛋白的結(jié)構(gòu)與功能第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共45頁，2024年2月25日，星期天血漿脂蛋白的功能1.乳糜微粒由小腸上皮細胞合成，主要功能是從小腸轉(zhuǎn)運三酰甘油、膽固醇及其它脂質(zhì)到血漿和其他組織；2.VLDL在肝細胞的內(nèi)