8章 脂與生物膜-教學用.ppt

第8章 脂質與生物膜 脂質的定義低溶于水 高溶于有機溶劑脂質的分類按結構 簡單脂質 復合脂質 衍生脂質按生物學功能 貯存脂質 結構脂質 活性脂質 一 三酰甘油和蠟二 磷脂和鞘脂三 萜和類固醇四 血漿脂蛋白五 膜的分子組成和超分子結構六 脂質的提取與分析 教學內容 一 脂肪酸 二 酰基甘油 三 蠟 一 三酰甘油和蠟 一 脂肪酸 脂肪酸的結構與命名脂肪酸的結構特點脂肪酸的物理化學性質多不飽和脂肪酸和必需脂肪酸 天然脂肪酸的種類見表8 1書寫 碳原子數 雙鍵數 雙鍵位置用 右上角數字表示 并在數字后面用c cis t trans 指明構型 如棕櫚酸 16 0 硬脂酸 18 0 棕櫚油酸 16 1 9 油酸 18 1 9 脂肪酸的結構與命名 多為偶數 一般4 36 多24 36 雙鍵位置 鍵數目一般 1 4 少數多大6 雙鍵多在第9位 第2 第3雙鍵多在第12和第15位 非共軛系統(tǒng) 雙鍵多為順式 少數為反式 動物脂肪酸直鏈 雙鍵可多達6個 細菌還含支鏈的 羥基的和環(huán)丙基的脂肪酸 植物中有含炔基 環(huán)氧基 酮基等 2 結構特點 某些天然存在的脂肪酸 幾種脂肪酸的立體結構 空間填充模型 4 多不飽和脂肪酸和必需脂肪酸 棕櫚酸 16 0 硬脂酸 18 0 棕櫚油酸 16 1 9 油酸 18 1 9 主要存在于三酰甘油中 芥子酸 22 1 13有害 菜籽油中含量高導致心臟肥大 心臟功能衰竭 不能迷信植物油 魚類脂肪反而有保健 人和哺乳動物能制造多種脂肪酸 但不能向脂肪酸引入超過 9的雙鍵 因此亞油酸 18 2 9 12 豆油 芝麻油 亞麻酸 18 3 9 12 15 為必須脂肪酸 哺乳動物 油酸 亞麻酸 18 3 6 9 12 花生四稀酸 18 3 5 8 11 14 維持膜結構必須 也使類二十烷酸的前體 供給亞麻酸 人體可合成EPA 20 5 5 8 11 14 17 和DHA 22 6 4 7 10 13 16 19 等 3家族成員 近年引起關注 魚類尤其深海魚中含量高 亞油酸 6家族PUFA原初成員 二十碳烷化合物前體 亞麻酸 3家族PUFA原初成員 6家族PUFA可降低血清膽固醇 3家族PUFA可顯著降低血清甘油三酯 防治神經 視覺和心臟疾病 人類可能缺乏 3家族PUFA 后面的數字表示雙鍵后面碳的個數EPA 20碳五稀酸 和DHA 22碳六稀酸 有保健價值 深海魚油比較好 類二十碳烷 或類二十碳烷酸 20碳PUFA衍生而成 因含20個碳原子而得名 包括幾類信號分子 前列腺素 凝血烷和白三烯等 其前體主要是花生四烯酸 六 類二十碳烷 前列腺素廣泛存在 很多器官都能合成 男女都有 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 產生不同的生理效應 如升高體溫 促進炎癥 控制跨膜轉運 調整突觸傳遞 誘導睡眠 擴張血管等 凝血烷最早從血小板獲得 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 炎癥反應 對付外來感染的一種表現 前列腺素誘導白細胞對付外來病原體反應 同時誘導血管擴張 導致炎癥 阿司匹林 乙酰水楊酸 屬于非甾體消炎藥 NSAIDs 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 二 三酰甘油和蠟 甘油取代物的構型三酰甘油的類型及其他?；视腿８视偷奈锢砗突瘜W性質 1 甘油取代物的構型 甘油 手性原分子 前手性分子 以手性碳為中心 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 構型 為3位 稱作立體專一編號系統(tǒng) sn 系統(tǒng) 2 三酰甘油的類型及其他酰基甘油 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 是合成反應的中間物 單酰甘油在食品工業(yè)中可用作乳化劑 Amixedtriacylglycerol Tristearin asimpletriacylglycerol 水解與皂化酸 堿或酶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數稱作皂化價 皂化價比較高 說明脂肪酸的平均分子量比較小 鏈短 氫化與鹵化雙鍵氫化可制造人造黃油 雙鍵還可與碘反應 100g油脂所能吸收的碘的克數稱作碘值 飽和態(tài)高的油脂 室溫下可以是固體狀態(tài) 牛油 羊油等 魚類的可以是半固態(tài)的 植物油液態(tài)的 3 三酰甘油的物理和化學性質 乙?；椭械牧u基可被乙酰化 中和1g油脂中乙?；尫诺囊宜崴璧腒OHmg數 乙酰價 油脂的乙酰價高 說明羥基含量高 通常雙鍵被氧化了 就會有羥基加上去的 因此 乙酰價高說明油脂的新鮮程度比較差的 酸敗與自動氧化油脂自動氧化生成揮發(fā)性醛 酮 酸稱作酸敗 是雙鍵被打斷后形成的 有怪味的 中和1g油脂中游離脂肪酸所需的KOHmg數稱作酸價 羰基價的測定更能反應酸敗的程度 在油脂中加入抗氧化劑 可以防止油脂酸敗 3 三酰甘油的物理和化學性質 三 蠟 蠟 長鏈脂肪酸 C14 C16 和長鏈一元醇 C16 C30 或固醇形成的酯 天然蠟是多種蠟酯的混合物 常含有烴類 二元酸等 蠟含一很弱的極性頭 酯基 和一個非極性尾 兩條長的烴鏈 完全不溶于水 蠟的硬度由烴鏈的長度和飽和度決定 C Cerifera 蜂蠟存在于蜂巢 白蠟是白蠟蟲 胭脂蟲屬 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 C Cerifera 一 三酰甘油和蠟二 磷脂和鞘脂三 萜和類固醇四 血漿脂蛋白五 膜的分子組成和超分子結構六 脂質的提取與分析 教學內容 磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂兩大類 主要參與膜的組成 甘油磷脂 第一大類膜脂 鞘脂類包括鞘磷脂和鞘糖脂 第二大類膜脂 二 磷脂和鞘脂 一 甘油磷脂的結構 二 甘油磷脂的一般性質 三 幾種常見的甘油磷脂 四 醚甘油磷脂 五 鞘磷脂 一 甘油磷脂的結構 甘油磷脂 由sn 甘油 3 磷酸衍生而來 甘油骨架C1和C2被脂肪酸酯化X 膽堿 乙醇胺 絲氨酸 肌醇 甘油 磷脂酰甘油等極性頭與磷酸連接 PhosphatidicacidPhosphatidylethanolaminePhosphatidylcholinePhosphatidylserinePhosphatidylglycerolPhosphatidylinositol4 5 bisphosphateCardiolipin EthanolamineCholineSerineGlycerolmyo Inositol4 5 bisphosphatePhosphatidyl glycerol 白色蠟狀固體 兩親分子 水中能形成雙分子微囊 可構成生物膜 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構分析 二 甘油磷脂的一般性質 溶血磷酸甘油 Indiancobra Easterndiamondbackrattlesnake PhospholipaseA2 Thephospholipidbreakdownproductofthisreaction lysolecithin actsasadetergentanddissolvesthemembranesofredbloodcells causingthemtorupture Indiancobraskillseveralthousandpeopleeachyear 酶解作用 磷脂酰膽堿 蛋黃和大豆中含量豐富 卵磷脂 膽堿堿性極強 甲基供體 可防止脂肪肝 乙酰膽堿是神經遞質 磷脂酰乙醇胺 又稱腦磷脂 在細胞膜中含量高 磷脂酰絲氨酸 在血小板膜中含量高 血小板被激活時 磷脂酰絲氨酸轉向膜外側 參與凝血酶原活化 對血栓的治療提供線索的 磷脂酰肌醇 哺乳動物含有磷脂酰肌醇 4 單磷酸和 4 5 雙磷酸 后者可轉化為細胞內信使肌醇 1 4 5 三磷酸和1 2 二酰甘油 磷脂酰甘油 細菌細胞膜含量高 是心磷脂的頭基部分 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 三 幾種常見的甘油磷脂 四 醚甘油磷脂 Plasmalogen縮醛磷脂 兩個烴鏈一個以醚鍵相連 醚鍵相連的烴可以是飽和的或不飽和的 如縮醛磷脂 C C 之間有雙鍵 頭部 膽堿 乙醇胺或絲氨酸 Plateletactivatingfactor PAF wasfirstidentifiedbyitsability atlowlevels tocauseplateletaggregationanddilationofbloodvessels butitisnowknowntobeapotentmediatorininflammation allergicresponses 變態(tài)反應 andshock PAFeffectsareobservedattissueconcentrationsaslowas10 12M PAFcausesadramaticinflammationofairpassagesandinducesasthma likesymptoms 哮喘樣綜合癥 inlaboratoryanimals Toxic shocksyndrome 中毒性休克綜合征 occurswhenfragmentsofdestroyedbacteriaactastoxinsandinducethesynthesisofPAF Thisresultsinadropinbloodpressureandareducedvolumeofbloodpumpedbytheheart whichleadstoshockand inseverecases death BeneficialeffectshavealsobeenattributedtoPAF Inreproduction PAFsecretedbythefertilizedeggisinstrumentalintheimplantationoftheeggintheuterinewall PAFisproducedinsignificantquantitiesinthelungsofthefetuslateinpregnancyandmaystimulatetheproductionoffetallungsurfactant aprotein lipidcomplexthatpreventscollapseofthelungs 肺萎陷 inanewborninfant PlateletActivatingFactor APotentGlyceroetherMediator 五 鞘脂 鞘脂的結構通式 鞘胺醇 脂肪酸鏈 極性頭部 鞘脂 鞘磷脂和鞘糖脂 1 鞘磷脂 鞘磷脂的形成 2 鞘糖脂 糖脂 糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質連接的化合物 分為鞘糖脂 甘油糖脂和固醇類衍生的糖脂 膜脂的主要是前兩類 鞘糖脂 即神經酰胺的1 位羥基被糖基化的化合物 主要分兩類 中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂 1 中性鞘糖脂 不含唾液酸 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 不僅是血型抗原 而且與組織器官特異性 細胞識別有關 腦苷脂 泛指半乳糖基神經酰胺 神經細胞特有 和葡萄糖基神經酰胺 非神經細胞 Thehumanbloodgroups O A B aredeterminedinpartbytheoligosaccharideheadgroups blue oftheseglycosphingolipids ThesamethreeoligosaccharidesarealsofoundattachedtocertainbloodproteinsofindividualsofbloodtypesO A andB respectively Fucrepresentsthesugarfucose Glycosphingolipidsasdeterminantsofbloodgroups 因都含有巖藻糖 也稱為巖藻糖脂 2 酸性鞘糖脂 糖基被硫酸化 有幾十種 在腦中含量豐富 包括硫苷脂和神經節(jié)苷脂 硫酸鞘糖脂或硫苷脂 糖基含唾液酸 在神經系統(tǒng)特別是神經末梢中含量豐富 可能與神經沖動傳遞有關 神經節(jié)苷脂 又稱唾液酸鞘糖脂 3 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 主要存在于植物和微生物 在動物的睪丸 精子和神經系統(tǒng)也含量豐富 三 萜 Terpenes 和類固醇 steroid 一 萜 二 類固醇 三 膽固醇和其他固醇 萜 兩個以上異戊二烯單位構成 可頭尾相連或尾尾相連 兩個異戊二烯單位的 單萜 植物精油的成分 有香味的 三個異戊二烯單位的 倍半萜 某些中草藥 雙萜 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 萜由 萜類舉例 環(huán)戊烷菲多氫菲環(huán)戊烷多氫菲 角甲基 編號從A環(huán)開始 羥基或酮基 羥基 酮基或其他各種形式的側鏈 C4和C5或C5和C6之間經常是雙鍵 由環(huán)戊烷多氫菲為基礎的化合物 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 可以看作固醇類化合物的衍生物 二 類固醇 腦 肝 腎和蛋黃含量很高 主要存在于細胞膜 屬于兩性分子 可轉化為多種活性物質 生理必須 但血液中含量過高會導致動脈粥樣硬化 很多臟器膽固醇含量都是很高的 肝臟多種維生素量很高 很多的代謝廢物 膽固醇的含量也很高的 腦中的膽固醇含量更高 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化為維生素D2 三 膽固醇和其他固醇 Cholesterol Stigmastanol 1 Sitosterol Sitosterol Campesterol Stigmasterol PlantSterols NaturalCholesterolFighters Despitetheirstructuralsimilaritytocholesterol minorisomericdifferencesand orthepresenceofmethylandethylgroupsinthesidechainsofthesesubstancesresultintheirpoorabsorptionbyintestinalmucosalcells Interestingly althoughplantsterolsarenoteffectivelyabsorbedbythebody theynonethelessarehighlyeffectiveinblockingtheabsorptionofcholesterolitselfbyintestinalcells 豆甾醇 菜油甾醇 菜油固醇 谷甾醇 谷甾醇 豆甾烷醇 四 固醇衍生物 膽酸 3 7 12 三羥基脫氧膽酸 1 12 二羥基鵝脫氧膽酸 3 7 二羥基 膽汁酸 游離型三種 結合型膽汁酸 兩種 膽汁酸鹽是結合物的鈉鹽或鉀鹽 Desmolase Mitochondria Endoplasmicreticulum 17 Hydroxylase 17 Hydroxysteroiddehydrogenase 17 20 Lyase Gonads Isocaproicaldehyde Cholesterol Pregnenolone Progesterone 17 Hydroxyprogesterone 4 Androstenedione Testosterone 17 HydroxysteroidDehydrogenase3Deficiency Defectsinthesynthesisoractionoftestosteronecanimpairthedevelopmentofthemalephenotypeduringembryogenesisandcausethedisordersofhumansexualitytermedmalepseudohermaphroditism 雄 甾 烯二酮 睪丸激素 碳鏈 裂解 酶 孕烯醇酮 孕酮 黃體酮 性腺 生殖腺 一 血漿脂蛋白的分類 脂蛋白 脂質和蛋白質通過非共價鍵相連 其中的蛋白質部分稱為脫輔基脂蛋白或載脂蛋白 四 血漿脂蛋白 一 血漿脂蛋白的分類 二 血漿脂蛋白的結構與功能 載脂蛋白的主要作用是 作為疏水脂質的增溶劑 在脂蛋白轉化方面起重要作用 作為細胞膜上的脂蛋白受體的識別部位 細胞導向信號 載脂蛋白由兩親的 螺旋區(qū)構成 其疏水區(qū)可以與脂質很好結合 親水區(qū)與溶劑水相互作用 乳糜微粒 小腸上皮細胞合成 從小腸轉運被吸收的膳食三酰甘油及其他少量脂質到血漿和其他組織 三酰甘油在那里被分解和利用 VLDL 肝細胞內質網中合成 從肝轉運內源的三酰甘油和將在肝包裝的膽固醇運至各靶組織 IDL 由VLDL除去 一部分 三酰甘油 如被脂肪組織貯存 后產生 密度介于VLDL和LDL之間 一部分IDL被肝直接吸收 其余部分轉變?yōu)長DL LDL 血液中總膽固醇的主要載體 核心約含1500個膽固醇酯分子 LDL可能與慢性心臟病和動脈粥樣硬化有關 特別是在血管壁受到氧化性損傷時 LDL容易使膽固醇在受傷處沉積 但在大多數情況下 肝和其他器官會通過專一的受體將LDL除去 LDL的功能是轉運膽固醇到外周組織 也即把膽固醇分送到不能合成它的器官中去 HDL 以它的前體形式在肝中合成的 這種脂蛋白含有極高的蛋白質 可達50 HDL是除肝之外的其他地方的膽固醇清除劑 甚至能除去已形成斑塊的膽固醇 臨床研究證明 脂蛋白代謝不正常是造成動脈粥樣硬化的主要原因 血漿中LDL高而HDL低的個體容易患心血管疾病 五 膜的分子組成和超分子結構 質膜 plasmamembrane 真核細胞中還有內膜系統(tǒng) systemofinternalmembrane 生物膜具有多種功能 生命活動中許多重要過程 如物質運輸 能量轉換 細胞識別 細胞免疫 神經傳導 代謝調控等都與膜有關 一 生物膜的分子組成 自學 二 脂雙層的自裝配 三 膜組分的不對稱分布 自學 四 生物膜的流動性 五 生物膜的流動向前模型 自學 一 生物膜的分子組成 生物膜含一定量的糖類 占真核細胞質膜質量的2 10 這些糖類多數與膜蛋白結合 在質膜外表面形成一層多糖 蛋白質復合體 稱糖萼或細胞外殼 寡糖鏈可能與細胞識別 細胞粘著和細胞免疫有關 二 脂雙層的自裝配 頭基橫切面大于尾部橫切面者如脂肪酸 溶血磷脂 只有一條?；?和去污劑SDS等傾向于形成微團 頭基橫切面等于尾部橫切面者如甘油磷脂和鞘磷脂 則容易形成脂雙層片 然后形成微囊 四 生物膜的流動性 膜的流動性 膜脂和膜蛋白的運動狀態(tài) 膜蛋白的運動狀態(tài)也稱為運動性 流動性是生物膜結構的主要特征 1 膜脂的流動性2 膜蛋白的流動性 膜脂的脂酰鏈在脂雙層內作熱運動繞脂酰鏈C C鍵的旋轉 脂肪酸烴鏈不斷運動 在某一溫度之上膜脂快速運動 由類晶態(tài) 固體 轉變?yōu)榱黧w 此溫度稱為相變溫度 phase tran