第七章脂质和细胞膜课件.ppt
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1、生物化学,脂质和细胞膜,生物化学,1.了解脂的性质、分类和命名 2.记住两种必需脂肪酸的名称;能够正确判断一种脂是否属于两性分子 3.能够区分甘油磷脂、鞘磷脂和糖脂的头部基团和尾部基团 4.了解几种常见的磷脂的结构和功能,掌握胆固醇对动物细胞膜的重要性 5.了解生物膜的流动镶嵌模型,掌握膜的流动性和不对称性对膜功能的影响 7.掌握生物膜的主要功能,生物化学,第一节 脂质的概念和类别,一、概念 脂类是脂肪和类脂的总称,它是由脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物,统称为脂质或脂类。特点:不溶于水而溶于乙醚、氯仿、丙酮等有机溶剂;与脂肪酸有联系,他们或为脂肪酸的酯(如中性脂肪、磷脂、糖脂等),或能与脂肪
2、酸形成脂类化合物(如胆固醇);他们通常存在与机体中,并能为机体所利用,作为构造、修补组织或供给机体能量;,生物化学,二、脂类的生物功能1.膜功能:构成生物膜的重要物质。2.能量来源:燃料的贮存形式和运输形式。3.对动物来讲,是必需脂肪酸和脂溶性的维生素的溶剂。4.与细胞识别、种特异性、组织免疫等密切相关。5.另外此类物质有防止机械损伤和热量散发等保护作用6.具营养、代谢及调节功能,生物化学,三、分类(1)简单脂质:脂肪酸与醇类形成的酯。脂肪、蜡(2)复合脂质:磷脂:甘油磷脂、鞘磷脂 糖脂:甘油糖脂、鞘糖脂 硫脂:(3)衍生脂质:脂肪酸及其衍生物 甘油、鞘氨醇、高级醇等 固醇类 萜类 脂溶性维生
3、素,生物化学,第二节 单酯一、脂肪(一)定义 脂肪是脂肪酸的甘油三元酯,称三酰甘油(triglyceride)或中性脂肪(neutral fats)。(二)类型 简单三脂酰甘油:三个脂肪酸都是相同的。混合三酯酰甘油:含有两个或两个以上不同的脂肪酸的甘油三酯。,生物化学,(三)结构,1.脂肪酸(fatty acid,FA)(1)脂肪酸的种类 脂肪酸是由一条长的烃链(“尾”)和一个末端羧基(“头”)组成的羧酸。,生物化学,烃链不含双键(和三键)的为饱和脂肪酸 含一个或多个双键的为不饱和脂肪酸只含一个双键的脂肪酸为单不饱和脂肪酸;含有两个或两个以上双键的称多不饱和脂肪酸。不同脂肪酸之间的主要区别在于
4、烃链的长度(碳原子数目)、双键数目和位置。(2)脂肪酸的写法:软脂酸:16:0表示软脂酸含有16个碳原子、无双键;油酸:18:1或18:19,表示油酸含有18个碳原子,在第910位之间又一个不饱和键的脂肪酸;花生四烯酸:20:4(5、8、11、14)或20:45,8,11,14,生物化学,生物化学,天然脂肪酸的结构特点 目前,从动、植物及微生物中分离处数百种脂肪酸。它们都有一定的共性:脂肪酸链长1224个碳原子占多数;饱和脂肪酸最普遍为:软脂酸和硬脂酸(16和18个碳原子);不饱和脂肪酸为油酸和亚油酸。天然脂肪酸骨架的碳原子数目几乎都是偶数。高等植物和低等动物中,不饱和脂肪酸含量大于饱和脂肪酸
5、;植物脂肪酸除含烯键外,可含炔键、羟基、酮基、环氧基等。,生物化学,不饱和脂肪酸的熔点比同等碳链的饱和脂肪酸的熔点低,且构象十分不同。高等动植物的单不饱和脂肪酸的双键位置一般在第910个碳原子之间,多不饱和脂肪酸的第一个双键也位于第910个碳原子之间,而且两个双键之间往往隔着一个亚甲基。不饱和脂肪酸几乎都具有几何异构型,而且都是顺式(cis)。细菌中脂肪酸种类比高等动植物多,大多数是饱和的,少数为单烯酸。,生物化学,生物化学,*必需脂肪酸(essential FA):是指维持哺乳动物正常生长所需的,而体内又不能合成的脂肪酸,必须由膳食提供的脂肪酸;以亚油酸居多,还有亚麻酸、花生四烯酸等。,生物
6、化学,(3)脂肪酸的物理和化学性质脂肪酸和含脂肪酸化合物的物理性质很大程度上决定于脂肪酸烃链的长度与不饱和程度。溶解度:非极性烃链是造成脂肪酸在水中溶解度降低的原因;烃链越长,溶解度越低。熔点:脂肪酸和含脂肪酸化合物的熔点也受烃链长度和不饱和程度的影响。对于相同长度的不饱和脂肪酸,双键越多熔点越低。脂肪酸可以发生氧化和过氧化,不饱和脂肪酸在双键处可以发生加成反应(如卤化和氢化)。脂肪酸盐属类极性脂类,具有亲水基和疏水基,是典型的两亲化合物,是一种离子型去污剂。,生物化学,2.甘油 甘油味甜,和水以任意比例互溶,但不溶于乙醚、氯仿及苯。,生物化学,(四)甘油三酯的物理和化学性质 1.物理性质(1
7、)溶解度和密度 甘油三酯不溶于水,由于它们具有羟基,因而有形成高度分散的倾向;其密度都小于1。(2)熔点 甘油三酯的熔点由其脂肪酸决定的,一般随饱和脂肪酸数目和链长的增加而升高。猪的脂肪固化点为30.5。(3)颜色和气味 纯的三脂酰甘油是无色、无味、无嗅的稠状液体或蜡状固体。,生物化学,2.化学性质(1)水解和皂化 将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶作用时,都可以发生水解。酸水解可逆,碱水解不可逆。当用碱水解脂酰甘油时,由于产物之一为脂肪酸的盐类,即肥皂,此反应称为皂化作用(saponification)。皂化值:完全皂化一克油或脂所消耗的KOH毫克数。,根据此性质可将脂类分为可皂化脂类和不可皂化
8、脂类。,生物化学,(2)酸败和自动氧化 油脂在空气中暴露过久即产生难闻的臭味,这种现象称为“酸败”(rancidity)。酸败的原因主要是油脂的不饱和成分发生自动氧化,产生过氧化物并进而降解成挥发性醛、酮、酸的复杂混合物。酸值(acid number):中和1克油脂中的游离脂肪酸所消耗的 KOH的毫克数。(3)氢化(hydrogenation)油脂中的不饱和键可以在金属镍催化下发生氢化反应。氢化可防止酸败作用。,生物化学,(4)卤化和碘值 油脂中不饱和键可与卤素发生加成作用,生成卤代脂肪酸,这一作用称为卤化作用(halogenation)。碘值(iodine number)指100克油脂所能吸
9、受的碘的克数。(5)乙酰化值(acetylation number)油脂中含羟基的脂肪酸可与乙酸酐或其他酰化剂作用形成相应的酯。乙酰化值指1g乙酰化的油脂所分解出的乙酸用KOH中和时,所需KOH的毫克数。,生物化学,二、蜡(wax)蜡是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯。简单蜡酯的通式为RCOOR。实际上天然的蜡是多种蜡酯的混合物,还含有烃类、二元酸、羟基酸和二元醇的酯。1.蜡酸 蜂花酸(二十八碳酸)2.蜡醇 CH3(CH2)nCH2OH3.蜂蜡4.白蜡,生物化学,生物化学,第三节 复 脂,磷脂(phospholipids),一、甘油磷脂(glycerophospholipid)甘油的第三个
10、羟基被磷酸,另外两个羟基被脂肪酸酯化。,(一)甘油磷脂的结构:分子中磷酸基与这些酯化的醇部分一起构成极性头基,两条长的烃链组成非极性尾部。,生物化学,甘油磷脂的结构通式,X基团是含有羟基的有机功能基团,它是可变的。如果X=H,则为最简单的甘油磷脂磷脂酸,生物化学,生物化学,1、磷脂酰胆碱俗称卵磷脂(lecithin)卵磷脂的结构中极性部分是胆碱,二、常见的甘油磷脂,。,卵磷脂的功能:1)是生物膜的主要成分之一;2)在生物控制有机体代谢中,脂肪的代谢中起重要作用。3)防止脂肪肝的形成,临床上是一种很好的乳化剂。,生物化学,2、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸,动物中植物中含量丰富,参与血液的凝固过程,
11、生物化学,3、肌醇磷脂,肌醇替代胆碱主要存在于肝脏和心肌中,生物化学,4、双磷脂酰甘油(心磷脂cardiolipin),主要存在于细菌细胞膜、真核细胞线粒体内膜等,生物化学,三、甘油磷脂的一般性质,1.纯的甘油磷脂都是白色蜡状固体。2.电荷和极性 所有的甘油磷脂在pH=7时,其磷酸基团带负电荷。其中磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油和磷脂酰糖类头部不带电荷。而磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺的极性头部在pH=7.0时带正电荷。3.水解作用 弱碱可以使甘油磷脂发生水解。水解产物:脂肪酸、磷酸甘油。,生物化学,二、鞘氨醇磷脂类 简称鞘磷脂类,它是长的、不饱和的氨基醇,鞘氨醇,而非甘油的衍生物。在鞘脂类中,鞘氨醇氨基以
12、酰胺键连接到一脂肪酸上,其羟基以酯键与磷酰胆碱相连。,生物化学,鞘磷脂的结构通式,生物化学,鞘磷脂极性头部是磷酯酰胆碱或磷酰乙醇氨,生物化学,糖脂,一个或多个单糖残基与脂类部分、单脂酰或二脂酰甘油,或鞘氨醇长链上的碱基或神经酰胺上的氨基以糖苷键相连所形成的化合物,称为糖脂。(glycolipids)。,糖脂是糖通过它的半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接而成的化合物。它的非脂部分为糖基,脂部分的醇是神经鞘氨醇或甘油,由神经鞘氨醇构成鞘糖脂,甘油醇构成甘油糖脂。,生物化学,生物化学,第四节 萜类、类固醇,一、萜类(terpenes)萜类属于非皂化性物质,是异戊二烯的衍生物。,萜类的分类是根据异戊二烯的个
13、数。由两个异戊二烯构成的萜类称为单萜;由三个异戊二烯构成的萜类称倍半萜;由四个异戊二烯构成的萜称为二萜。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。,生物化学,(一)连接方式 异戊二烯的连接方式一般是头尾相连,但也有尾尾相接的。,生物化学,生物化学,二、类固醇,类固醇广泛分布于生物界,其功能多样,作为激素,起到某种代谢调节作用。作为乳化剂有助于脂肪的消化和吸收;有抗炎症的作用。固醇类可分为固醇(sterols)和固醇衍生物两大类,其中固醇类占相当大的比例。类固醇也称甾类,其结构以由3个六元环和1个五元环融合在一起的环戊烷多氢菲为核心。其中胆固醇为最重要和最常见的成员,其它
14、甾类几乎都是由它衍生而来。,生物化学,胆固醇,睾酮雄性激素,雌激素,生物化学,1.甾核的C3上常为羟基或酮基;2.C17上可以是羟基、酮基或其它各种形式的侧链;3.C4-C5和C5-C6之间常是双键;4.A环在某些化合物中是苯环,如雌酮,这类类固醇无 C19-角甲基。,R,生物化学,(一)胆固醇(cholesterol)一种动物固醇细胞膜的成分之一,与膜的通透性有关胆固醇是神经髓鞘的绝缘物质;可以解除某种毒素对细胞的毒害作用。胆固醇是个两亲分子,但它的极性头部(C3 上的羟基)弱小,而非极性部分(甾核和C17上的烷烃侧链)大而刚性。,生物化学,生物化学,(二)植物固醇(phytosterol)
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