脂質(zhì)與生物膜課件

1、第8章 脂質(zhì)與生物膜第一節(jié) 引言（一）脂質(zhì)的定義 脂質(zhì)（lipid）是一類低溶于水而高溶于非極性溶劑的生物有機分子。 化學本質(zhì)：脂肪酸和醇所形成酯類及其衍生物。 元素組成：C、H、O，有些含N、P、S。（二）脂質(zhì)的分類按化學組成可分為三大類1.單純脂質(zhì)(simple lipid) 是由脂肪酸和甘油形成的酯，可分為三酰甘油和蠟。2.復合脂質(zhì)(compound lipid)3.衍生脂質(zhì)(derived lipid) （一）三酰甘油是儲備能源 三酰甘油主要分布在皮下、胸腔、腹腔、肌肉、骨髓等處的脂肪組織中，是儲備能源的主要形式。 三酰甘油作為能源儲備有以下優(yōu)點： 1.可大量儲存：體內(nèi)糖原的儲量少（不

2、到體重的1），儲存期短（不到半天），而三酰甘油儲量可高達體重的1020以上，并可長期儲存。2.功能效率高：體內(nèi)氧化三酰甘油的供能價值可高達37KJ/g，而氧化糖和蛋白質(zhì)分別只有17和16KJ/g。3.占空間少：三酰甘油可以無水狀態(tài)存在。而1克糖原可以結(jié)合2克水，所以1克無水的脂肪儲存的能量是1克水合的糖原的6倍多。4.還有絕緣保溫、緩沖壓力、減輕摩擦振動等保護功能。 一種陸生候鳥從新英格蘭遷飛到西印度群島，要連續(xù)飛越2400公里海洋，以40公里的時速持續(xù)飛行60小時。在這個過程中，其體內(nèi)的蛋白質(zhì)幾乎不分解，完全由脂肪水解提供能量和水。 留鳥一般很瘦，脂肪率（脂肪干重/非脂肪部分干重）約為0.3

3、，而候鳥在遷飛前脂肪率可達到3左右。假設(shè)其體重為4克，則脂肪為3克，如用糖原來儲存這部分能量，則需增加體重15克，可能永遠飛不起來。 （二）極性脂參與生物膜的構(gòu)成 磷脂、糖脂、膽固醇等極性脂是構(gòu)成人體生物膜的主要成分。 極性脂規(guī)定了生物膜的基本特性。膜的屏障、融合、絕緣、脂溶性分子的通透性等功能都是膜脂特性的表現(xiàn)膜脂還給各種膜蛋白提供功能所必須的微環(huán)境。脂類作為細胞表面物質(zhì)，與細胞的識別、種特異性和組織免疫等有密切關(guān)系。 （四）有些脂類是生物表面活性劑 磷脂、膽汁酸等雙溶性分子（或離子），能定向排列在水脂或水空氣兩相界面，有降低水的表面張力的功能，是良好的生物表面活性劑。 例如：肺泡細胞分泌的

4、磷脂覆蓋在肺泡壁表面，能通過降低肺泡壁表面水膜的表面張力，防止肺泡在呼吸中萎陷。 缺少這些磷脂時，可造成呼吸窘迫綜合征，患兒在呼吸后必須用力擴胸增大胸內(nèi)負壓，使肺泡重新充氣。第二節(jié) 脂肪酸 （一）脂肪酸的種類 從動、植物和微生物中分離出來的脂肪酸已有百多種。 脂肪酸(fatty acid,FA)是由一條長的烴鏈和一個末端羧基組成的羧酸。 飽和脂肪酸 單不飽和脂肪酸 不飽和脂肪酸 多不飽和脂肪酸2.雙鍵的定位編號系統(tǒng)：按碳原子的系統(tǒng)序數(shù)（從羧基端數(shù)起），用雙鍵羧基側(cè)碳原子的序數(shù)給雙鍵定位。18：19COOH（三）天然脂肪酸的結(jié)構(gòu)特點 1. 動物中的脂肪酸比較簡單，都是直鏈的，雙鍵數(shù)目一般為1-4

5、個，少數(shù)脂肪酸多達6個。 2.細菌所含的脂肪酸絕大多數(shù)是飽和的，少數(shù)為單烯酸，多于一個雙鍵的極少，有些含有分支的甲基，環(huán)丙烷環(huán)或環(huán)丙烯環(huán)。 3.植物界特別是高等植物中不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸豐富，除含烯鍵外，可含炔鍵、環(huán)氧基及環(huán)戊烯基等。 4. 天然脂肪酸骨架的碳原子數(shù)目幾乎都是偶數(shù)，最多見的是C16、C18、C22等長鏈脂肪酸。 5. 奇數(shù)碳原子的脂肪酸在陸地生物中含量極少,但在某些海洋生物中有相當量存在。 6. 在大多數(shù)單不飽和脂肪酸中雙鍵的位置在C9和C10之間(9 )，相鄰雙鍵之間都插入亞甲基，不構(gòu)成共軛體系。 7. 天然脂肪酸中的雙鍵多為順式構(gòu)型，少數(shù)是反式構(gòu)型。（四）必需多不飽和脂

6、肪酸 哺乳動物體內(nèi)能合成飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸，不能合成多不飽和脂肪酸，如亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸等。我們把維持哺乳動物正常生長所必需的而體內(nèi)又不能合成的脂肪酸稱為必需脂肪酸。（五）脂肪酸的物理和化學性質(zhì) 脂肪酸和含脂肪酸化合物的物理性質(zhì)很大程度上決定于脂肪酸烴鏈的長度和不飽和程度 烴鏈愈長，溶解度愈低，熔點越高。并且對相同鏈長的不飽和脂肪酸，雙鍵愈多熔點愈低；順式異構(gòu)體的熔點又比反式異構(gòu)體低。第三節(jié) 三酰甘油和蠟 動植物油脂的化學本質(zhì)是酰基甘油，其中主要是三酰甘油或稱甘油三酯，此外還有少量二酰甘油和單酰甘油。常溫下呈液態(tài)的酰基甘油稱油，呈固態(tài)的稱脂。三酰甘油是甘油和脂肪酸形成的三脂，其

7、化學通式如下： 一、三酰甘油的類型 若三個脂肪酸相同，則稱簡單三酰甘油，命名時稱三某脂酰甘油，如三硬脂酰甘油，三油酰甘油等。 如三個脂肪酸不同，則稱為混合三酰甘油，命名時以、和分別表示不同脂肪酸的位置。 天然油脂多數(shù)是多種混合三酰甘油的混合物，簡單三酰甘油極少，僅橄欖油中含三油酰甘油較多，約占70。 熔點 沒有明確的熔點，只有一個大概范圍。三酰甘油的熔點與其脂肪酸組成有關(guān)，一般隨組分中不飽和脂肪酸（雙鍵數(shù)目）和低相對分子質(zhì)量脂肪酸的比例增高而降低。（二）、化學性質(zhì) 油脂的化學性質(zhì)與組成它的脂肪酸、甘油以及酯鍵有關(guān)。 1、水解和皂化 三酰甘油能在酸、堿、或脂酶的作用下水解為甘油和脂肪酸。當用堿水

8、解油脂時，生成甘油和脂肪酸鹽。脂肪酸的鈉鹽和鉀鹽就是肥皂。因此把油脂的堿水解稱為皂化。皂化1g油脂所需KOH的mg數(shù)稱為皂化值。根據(jù)皂化值的大小可以判斷油脂中所含脂肪酸的平均分子量。 肥皂是高級脂肪酸鈉（或鉀），既含有極性的COONa基團，易溶于水；又含有非極性的烴基，易溶于脂類，所以肥皂是乳化劑，可將油污分散在水中而被除去。 當用含較多鈣、鎂離子的硬水洗滌時，由于脂肪酸鈉轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿拟}鹽或鎂鹽而沉淀，肥皂的去污能力就大大降低。 2、加成反應 含不飽和脂肪酸的油脂，分子中的碳碳雙鍵可以與氫、鹵素等進行加成反應。 氫化： 在催化劑如Ni的存在下油脂的雙鍵與氫發(fā)生加成稱氫化； 氫化的結(jié)果使液態(tài)的油

9、變成半固態(tài)的脂，所以常稱為“油脂的硬化”。人造黃油的主要成分就是氫化的植物油。某些高級糕點的松脆油也是適當加氫硬化的植物油。棉籽油氫化后形成奶油。 油容易酸敗，不利于運輸，海產(chǎn)的油脂有臭味，氫化也可解決這些問題。 鹵化： 不飽和油脂與鹵素中的溴或碘發(fā)生加成而成飽和的鹵化脂，此過程稱鹵化； 碘值指100克油脂鹵化時所能吸收碘的克數(shù)。 碘值大，表示油脂中不飽和脂肪酸含量高，即不飽和程度高。 由于碘和碳碳雙鍵的加成反應較慢，所以在實際測定中，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的稱為干性油，小于100的為非干性油，介于二者之間的稱半干性油。 3.乙?；?含羥脂肪酸（

10、如蓖麻油酸）的油脂可與乙酸酐或其他?；瘎┳饔眯纬梢阴；椭蚱渌；椭?。 油脂的羥基化程度一般用乙酰值表示。 乙酰值指中和從1g乙酰化產(chǎn)物中釋放的乙酸所需KOHmg數(shù)。 4、酸敗 油脂在空氣中放置過久，會腐敗產(chǎn)生難聞的臭味，這種變化稱為酸敗。 酸敗是由空氣中氧、水分或霉菌的作用而引起的。陽光可加速這個反應。酸敗的化學本質(zhì)是油脂水解放出游離的脂肪酸，不飽和脂肪酸氧化產(chǎn)生過氧化物，再裂解成小分子的醛或酮。 脂肪酸-氧化時產(chǎn)生短鏈的-酮酸，再脫酸也可生成酮類物質(zhì)。低分子量的脂肪酸（如丁酸）、醛和酮常有刺激性酸臭味。 酸敗程度的大小用酸價（酸值）表示。酸價就是中和1克油脂中的游離脂肪酸所需的KOH毫

11、克數(shù)。酸價是衡量油脂質(zhì)量的指標之一。 某些油在空氣中放置，表面能生成一層干燥而有韌性的薄膜，這種現(xiàn)象叫做干化。具有這種性質(zhì)的油稱為干性油。一般認為，如果組成油脂的脂肪酸中含有較多的共軛雙鍵，油的干性就好。 碘值大于130的稱為干性油，小于100的為非干性油，介于二者之間的稱半干性油。 桐油中含桐油酸（CH3(CH2)3CH=CH-CH=CH-CH=CH-(CH2)7COOH)達79，是最好的干性油，不但干化快，而且形成的薄膜韌性好，可耐冷、熱和潮濕，在工業(yè)上有重要價值。 三、蠟 蠟是不溶于水的固體，由高級脂肪酸和長鏈脂肪族一元醇或固醇構(gòu)成的酯。 蠟酸如月桂酸(C12)、豆蔻酸(C14)、蠟酸(

12、C26)蜂花酸(C30)等，通式為CH3(CH2)nCOOH。 蠟醇通式為CH3(CH2)nCH2OH，如C16、C30等。溫度較高時，蠟是柔軟的固體，溫度低時變硬。蠟在皮膚、羽毛、果實表面及昆蟲的外骨骼上起保護作用。蜂蠟是軟脂酸(C16)和有2634個碳的蠟醇形成的酯。第四節(jié)、磷脂 磷脂（phospholipid) 包括甘油磷脂和鞘磷脂兩類；它們主要參與細胞膜系統(tǒng)的組成，少量存在于細胞的其他部位。甘油磷脂是第一大類膜脂，包括鞘磷脂和鞘糖脂的鞘脂類是第二大類膜脂。磷脂通式磷脂酸一、甘油磷脂又稱磷酸甘油酯，是磷脂酸的衍生物。甘油磷脂結(jié)構(gòu)通式如下： 甘油磷脂中最常見的是卵磷脂和腦磷脂。動物的心、腦

13、、腎、肝、骨髓以及禽蛋的卵黃中，含量都很豐富。大豆磷脂是卵磷脂、腦磷脂和心磷脂等的混合物。 卵磷脂分子中與磷脂酸相連的是膽堿，所以稱為磷脂酰膽堿?？煽刂聘闻K脂肪代謝，防止脂肪肝的形成。 腦磷脂最先是從腦和神經(jīng)組織中提取出來，所以稱為腦磷脂。X是乙醇胺。腦磷脂的結(jié)構(gòu)與卵磷脂相似，只是X基不同。與凝血有關(guān)。 磷脂中的脂肪酸常見的是軟脂酸、硬脂酸、油酸以及少量不飽和程度高的脂肪酸。通常-位的脂肪酸是飽和脂肪酸，-位的是不飽和脂肪酸。天然磷脂常是含不同脂肪酸的幾種磷脂的混合物。 磷脂是兼性離子，有多個可解離基團。在弱堿下可水解，生成脂肪酸鹽，其余部分不水解。在強堿下則水解成脂肪酸、磷酸甘油和有機堿。磷

14、脂中的不飽和脂肪酸在空氣中易氧化。 二、鞘氨醇磷脂 鞘磷脂由神經(jīng)鞘氨醇（簡稱神經(jīng)醇）、脂肪酸、磷酸與含氮堿基組成。 脂?；c神經(jīng)醇的氨基以酰胺鍵相連，所形成的脂酰鞘氨醇又稱神經(jīng)酰胺；神經(jīng)醇的伯醇基與磷脂酰膽堿（或磷脂酰乙醇胺）以磷酸酯鍵相連。 在神經(jīng)鞘磷脂中發(fā)現(xiàn)的脂肪酸有軟脂酸、硬脂酸、掬焦油酸、神經(jīng)烯酸（24：115）等。 鞘氨醇神經(jīng)酰胺 神經(jīng)鞘磷脂不溶于丙酮、乙醚，而溶于熱乙醇。 磷脂能幫助不溶于水的脂類均勻擴散于體內(nèi)的水溶液體系中。 三、磷脂與生物膜 生物膜主要由脂類和蛋白質(zhì)組成，脂類約占40，蛋白質(zhì)占60。 線粒體內(nèi)膜只含2025的脂類，而有些神經(jīng)細胞表面的髓磷脂膜含脂類高達75。 膜中的脂類主要是磷脂、膽固醇和糖脂（動物是糖鞘脂，植物和微生物是甘油酯）。 膜是不對稱的，膜中的脂和蛋白的分布也是不對稱的。 如人的紅細胞，外層含卵磷脂和糖鞘脂較多，而內(nèi)層含磷脂酰絲氨酸和磷脂酰乙醇胺較多。 兩層的電荷、流動性不同，