第二章 脂類,細胞膜,lipid,脂類的概念、分類 單脂和復脂的結構與性質 固醇的結構、性質 萜類前列腺素脂蛋白,主要內容：,一、脂類的概念和類別,（一）分布,動物：皮下、胸腔、腹腔、肌肉、骨髓等處 的脂肪組織中 植物：種子等,（二）脂類的主要生理功能,1提供能量。體內氧化1g脂肪可得到38KJ熱能氧 化1g糖或蛋白質只能得到17KJ熱能,2保護作用和御寒作用,3為脂溶性物質提供溶劑，促進人及動物體吸收脂 溶性物質。,4提供必需脂酸。,5構建生物膜。,6脂類作為細胞表面的物質，與細胞識別、免疫等密切相關。,7有些脂類還具有維生素和激素的功能。,（三）脂類的化學概念和分類,1脂類的化學概念,脂類Lipid，也稱脂質。他們的共同特征是以長鏈或稠環脂肪烴分子為母體。,元素組成：C、H、O，有的還含有N、P等。,化學觀點: 脂肪酸+醇酯，酯的衍生物,脂類物質具有三個特征,（1）一般不溶于水而溶于脂溶劑。 （非極性溶劑如乙醚、氯仿、苯等）,（2）是脂酸與醇所組成的酯。,（3）一般能被生物體利用，作為構建、修補組織或供能。,2.脂質的分類,簡單脂,結合脂,（與脂肪酸 結合的脂）,（不與脂肪酸結合的脂）,單純脂（脂肪）（三酰甘油酯）,復合脂（單純脂衍生物）,糖脂,油脂蠟,脂蛋白,固醇類,（雜環大分子一元醇）,萜類,（多異戊二烯聚合醇）,前列腺素,（1五元環20碳脂肪酸）,磷脂,鞘脂（神經醇）,甘油醇,甘油醇,鞘脂（神經醇）,脂類的分類,1.單純脂 單純脂是脂肪酸與醇結合成的酯，沒有極性基團，是非極性脂，又稱中性脂。三酰甘油、膽固醇酯、蠟,2.復合脂 復合脂又稱類脂，是含有磷酸等非脂成分的脂類。復合脂含有極性基團，是極性脂。磷脂是主要的復合脂。,3.非皂化脂 包括類固醇、萜類和前列腺素類。 不含脂肪酸，不能被堿水解。,4.衍生脂 指上述物質的衍生產物。,5.結合脂類 脂與糖或蛋白質結合形成糖脂和脂蛋白。,二、單脂（simple lipid）,（一）脂肪（真脂）（fat）,1脂肪的組成和結構,脂肪：甘油三酯，三酰甘油，triglyceride（TG）,三酰甘油的DL構型,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（一）脂肪酸的特點（人體及高等動物體內的脂肪酸）1.由偶數碳原子構成的一元酸，最多見的是C16、C18、C22。2.碳鏈無分支。3.分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。不飽和脂肪酸的雙鍵都呈順式構型；有多個雙鍵的脂肪酸稱為高度不飽和脂肪酸或多不飽和脂肪酸。相鄰雙鍵之間都插入亞甲基，不構成共軛體系。,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（二）分類和命名俗 名：主要反映其來源和特點。系統名：反映其碳原子數目、雙鍵數和位置。如： 硬脂酸的系統名是十八烷酸，用18：0表示，其中“18”表示碳鏈長度，“0”表示無雙鍵；油酸是十八碳烯酸，用18：1表示，“1”表示有一個雙鍵。反油酸用18：19,trans表示。,雙鍵位置的表示方法有兩種：編號系統：從羧基端數起，雙鍵羧基側碳原子的序數給雙鍵定位。或(n)編號系統：從甲基端數起（倒數序數），用雙鍵甲基側碳原子的序數給雙鍵定位。這樣可將脂肪酸分為代謝相關的4組，即3、6、7、9在哺乳動物體內脂肪酸只能由該族母體衍生而來，各族母體分別是油酸（18：1，9） 、軟油酸（16：1，7） 、亞油酸（18：2，6）和亞麻酸（18：3，3） 。,2脂肪酸（fatty acid, FA）,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（三） 必須脂肪酸 哺乳動物體內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、亞麻酸等。 我們把維持哺乳動物正常生長所必需的而體內又不能合成的脂肪酸稱為必需脂肪酸。,2脂肪酸（fatty acid, FA）,（四）反應 脂肪酸常見的反應有兩個：活化硫酰化，生成脂酰輔酶A。這是脂肪酸的活性形式。不飽和脂肪酸的雙鍵可以氧化，生成過氧化物，最后產生自由基。對人體有害。（參考化學性質）, 脂酸的空間構象,3脂肪的性質,（1）物理性質,顏色和氣味 純的三酰甘油無色無嗅無味。天然油脂的顏色溶于其中的色素物質如類胡蘿卜素，氣味由揮發性短鏈脂肪酸所至。密度和溶解度熔點、旋光度,3脂肪的性質,（2）化學性質, 由酯鍵產生的性質水解和皂化,脂肪酸的堿水解,皂化值（價）saponification number or value 皂化1g脂肪所需KOH的mg數。, 由不飽和脂酸產生的性質,A氫化：,B鹵化：,碘值（價）（iodine number or value）: 100g脂肪能吸收碘的g數。,C氧化：,溫和條件下氧化（如空氣）,過氧化物,劇烈條件下氧化（如臭氧）,D酸敗（rancidity）,酸敗的概念 :,水解性酸敗：由于光、熱或微生物的作用，使油脂水解生成脂酸，低級脂酸有臭味，稱水解性酸敗。,氧化性酸敗：由于空氣中的氧使不飽和脂酸氧化，產生醛和酮等，稱氧化性酸敗。,酸值（價）（acid number or value）：中和1g油脂中的自由脂酸所需KOH的mg數。, 由羥基脂酸產生的性質,乙酰值（價）acetylation number or value中和1g乙酰酯經皂化釋放出的乙酸所需KOH的mg數。,（二）蠟（wax）,概念,主要的蠟 存在于分泌物中，起保護作用,（1）蜂蠟,（2）蟲蠟（白蠟）,（3）羊毛蠟（羊毛脂）,高級一元醇和高級脂肪酸形成的酯,這里的脂肪酸和長鏈醇一般均為含C(16)以上的偶數個碳原子的直鏈酸和醇。,注 意：,蠟和石蠟不能混淆。石蠟是石油中得到的含有26-30個碳原子的直鏈烷烴的混合物，與蠟的化學組成完全不同。,！,三、復脂complex lipid or compound lipid,（一）磷脂（phospholipid or phosphatide）,1甘油醇磷脂（glycerophosphatide）,甘油醇磷脂通式,甘油醇磷脂通式,亦稱磷脂酰甘油,X,非極性，不易溶于水稱非極性尾,極性，易溶于水稱極性頭,（1）甘油醇磷脂和甘油衍生物的命名,（International Union of Pure and Applied chemistry - International Union of Biochemistry）國際理論和應用化學協會以及國際生物化學協會建議采用立體專一編號,1967年 IUPAC-IUB,立體專一編號 Snstereospecific numbering,（2）重要的甘油醇磷脂的結構,磷脂酰膽堿（phosphatidyl Choline, PC） 也稱卵磷脂（lecithin）,膽堿（Choline）,膽堿具有堿性、醇性。,（2）防止脂肪肝。,膽堿的生物功能,（3）生物體內的甲基供體。,（1）乙酰膽堿是重要的神經遞質，傳導神經沖動。, 磷脂酰乙醇胺phosphatidyl ethanolamine 也稱腦磷脂（cephalin）,X: 乙醇胺, 磷脂酰絲氨酸phosphatidyl serine 也稱腦磷脂（cephalin）,X: 絲氨酸,卵磷脂與腦磷脂在體內可互變,絲氨酸,乙醇胺,膽堿, 磷脂酰肌醇 phosphatidyl inositol 也稱肌醇磷脂 inositol phosphatide,X: 肌醇,肌-肌醇（myo-inositol）,(IP3 ),(DG),IP3，DG是第二信使，與細胞內信號傳遞有關。, 縮醛磷脂（plasmalogen） 也稱生醛磷脂或磷脂酰縮醛,X: 膽堿，膽堿縮醛磷脂,乙醇胺，乙醇胺縮醛磷脂,絲氨酸，絲氨酸縮醛磷脂, 心磷脂（cardio lipid or cardiolipin） 也稱雙磷脂酰甘油（diphosphatidyl glycerol）, 磷脂酰甘油phosphatidyl glycerol,X: 甘油,磷脂結構總結,（3）甘油醇磷脂的性質, 容易氧化, 溶解度,不飽和脂酸 過氧化物 過氧化物聚合物,空氣,O,聚合, 可解離成兩性離子型或帶電荷的分子,以磷脂酰膽堿為例,pH7時，幾種常見的甘油醇磷脂的凈電荷, 磷脂分子中有極性頭和非極性尾,凡分子中含有極性基和非極性基的化合物稱兩性化合物（amphipathic compound）, 水解,甘油醇磷脂可被酸、堿或酶水解,酶水解：,2鞘氨醇磷脂（phosphosphingolipid）,（1）結構：,phospho-,以鞘磷脂（sphingomyelin）為例，鞘磷脂由鞘氨醇、脂酸、磷酸及膽堿組成。,（2）性質：,與甘油醇磷脂的不同點,對光及空氣皆穩定，可經久不變。,溶解度：不溶于丙酮、乙醚，而溶于熱乙醇,與甘油醇磷脂的相同點,可解離成兩性離子型或帶電荷的分子,兩親化合物,（二）糖脂（glycolipid）,1、甘油醇糖脂,是由二酰甘油與己糖（主要是Gal、Man、deoxy-Glc等）以糖苷鍵連接而成。,2N-酰基鞘氨醇糖脂（神經酰胺糖脂）,組成：醇（鞘氨醇）、脂酸、糖,根據糖基的不同，可分為兩大類,（1）腦苷脂：糖基為中性糖,（2）神經節苷脂：糖基中除中性糖基外，還含唾液酸。,（1）腦苷脂（腦糖脂）（cerebroside）,（2）神經節苷脂（神經節糖脂）（ganglioside）,糖脂的生物學功能,糖脂的功能還不十分清楚，有些動物細胞膜上的糖脂分子能與細菌毒素以及細菌細胞結合，起受體的作用。,（1）細胞結構的剛性,（2）抗原的化學標記 血型抗原 人的A、B、O血型差異在于糖鏈末端殘基。現在臨床上正研究用酶促降解B抗原或A抗原的末端殘基Gal或GalNAc，從而增加O抗原的血液來源。,（3）細胞分化階段可鑒定的化學標記 可能與糖鏈的長短有關,（4）調節細胞的正常生長 與正常細胞轉化成癌細胞有關。癌細胞的神經節苷脂糖鏈比正常細胞的短。,（5）授予細胞與其它生物活性物質的反應性傾向。,四、固醇（sterol）：也稱甾醇,（一）固醇的結構,1天然固醇的通式,固醇是環戊烷多氫菲的衍生物,2、-型異構體,-型固醇,-型固醇,（二）膽固醇（cholesterol）,1、分布：,2、結構：,Cholesterol,3、性質,（1）物理性質,（2）化學性質, 成酯反應, 加成反應, 氧化反應,膽固烯酮, 脫氫反應,7-脫氫膽固醇, 膽固醇可變為一些重要的化合物,膽固醇是合成膽汁酸、類固醇激素、維生素D等生理活性物質的前體。,膽汁酸（在肝中合成）參與腸道脂類吸收,腎上腺皮質激素、雌激素、雄激素, 顏色反應,Liebermann- Burchard反應（里伯曼-布卡德反應）,Salkowski 反應, 游離膽固醇和膽固醇酯的測定, 膽固醇也是兩親分子,（三）麥角固醇（ergosterol）,1、結構,ergosterol,2、性質,五、萜類化合物(terpenoids),定義:不嚴格的說，萜類化合物是從植物體取得的一系列有香味的物質的統稱。一般不含脂肪酸，屬不可皂化脂質。異戊二烯規則：從結構上來看，大多數萜類分子中的c原子數都是5的整數倍，而且可以看出都是由異戊二烯單位首尾相連而組成。,萜的分類,分為單萜、倍半萜、雙萜、異戊二烯可以連成鏈，也可連成環，按碳架種類可分為,開鏈：如月桂烯、橙花醇等,單環：如苧烯、薄荷醇等,雙環：如蒎烯，莰醇等,單萜,開鏈萜,開鏈萜中有很多是珍貴的香料，如橙花醇(玫瑰香氣)，檸檬醛等,橙花醇 香葉醇 檸檬醛a 檸檬醛b,其中香葉醇是一種蜜蜂的體外激素,單環萜,這一類化合物都含有一個六元碳環，他們以椅式構象存在。其中較重要的有： 對孟烷（香料中間體）骨架的薄荷醇與苧烯：,對孟烷 薄荷醇 苧烯,*,*,*,*,薄荷醇具有芳香清涼的氣味，并有殺菌防腐作用，廣泛的應用于醫藥，化妝品及食品工業。 苧烯(存在于柑橘類的果皮中,供制香料):左旋苧烯存在于松針油，薄荷油中，右旋苧烯存在于檸檬油中，都具有檸檬的香味。,薄荷醇與苧烯,薄荷醇 苧烯,雙環萜,雙環萜的骨架是由一個六元環分別和三，四，五元環共用兩個碳原子構成的，屬于橋環化合物，由于橋的限制，使得有些分子中的六元環只能以船式存在，以莰，蒎骨架最為常見。,蒎,莰,天然界存在較多的雙環萜有冰片、蒎烯等。 冰片是名貴的香料和珍貴的中藥材，香味清涼,嚼含溶化燒無煙,開竅消炎止痛癢。蒎烯松節油中提取，合成香料的中間體。, -蒎烯 -蒎烯,Pd,冰片 異冰片,倍半萜、二萜和三萜等倍半萜 倍半萜是由三個異戊二烯單位聚合而成，其結構可以是鏈狀或環狀結構的烴類、醇類、酮類或內酯等。環可以是單環、雙環、三環等。例如：,法尼醇(farnesol)(存在于玫瑰花油中，芳香味精油),OH,法尼醇為無色粘稠液體，沸點125 C/ 0.5mmHg,有鈴蘭氣味，存在于玫瑰油、茉莉油、橙花油及金合歡油等中，但含量都較低，是一種珍貴的香料，用于配制高級香精。 它具有保幼激素活性，使幼蟲最初幾次蛻皮仍能保持幼蟲特征。,紅沒藥烯（bisabolene),產自非洲一種叫commiphora kataj的樹，它可以分泌一種類似于沒藥的樹膠，沒藥烯由此得名。,二萜 二萜分子中含有20個碳原子。例如：葉綠醇（phytol) （存在于葉綠素中，可由后者水解得到，合成VA、VE的原料）。,維生素A,維生素A是二萜的一種，主要存在于魚肝油，蛋黃中，是哺乳動物正常生長發育所必需的物質,三萜 三萜分子中含有30個碳原子，存在于動植物體內。三萜常含有四個或五個稠合的碳環。許多三萜與甾族化合物在化學上或生物化學上有相似之處。,角鯊烯（squalene),法泥基溴,角鯊烯（squalene),類胡蘿卜素 類胡蘿卜素是一類四萜，它們在植物、動物和海洋生物中，分布甚廣。類胡蘿卜素可作為食用色素或作為動物和家禽的飼料添加劑。常見的類胡蘿卜素有番茄紅素和-胡蘿卜素。,四萜,番茄紅素(lycopene),-胡蘿卜素(-carotene),存在于動物和人體中的一類不飽和脂肪酸組成的具有多種生理作用的活性物質。最早發現存在于人的精液中，當時以為這一物質是由前列腺釋放的，因而定名為前列腺素。現已證明精液中的前列腺素主要來自精囊，除之全身許多組織細胞都能產生前列腺素。早期是從羊精囊提取，現可用生物合成法或全合成法制成。,六、前 列 腺 素,前列腺素的化學本質,是由一個五元環和兩條側鏈構成的20碳不飽和脂肪酸。按其結構，前列腺素分為A、B、C、D、E、F、G、H、I等類型。不同類型的前列腺素具有不同的功能，如前列腺素E能舒張支氣管平滑肌，降低通氣阻力；而前列腺素F的作用則相反。前列腺素的半衰期極短（12分鐘），除前列腺素I2外，其他的前列腺素經肺和肝迅速降解，故前列腺素不像典型的激素那樣，通過循環影響遠距離靶組織的活動，而是在局部產生和釋放，對產生前列腺素的細胞本身或對鄰近細胞的生理活動發揮調節作用。,生理和藥理作用,對心血管、呼吸、消化以及生殖系統等有廣泛的生理和藥理作用。目前研究較多并與生殖系統有關的前列腺素有前列腺素E2（PGE2）、前列腺素F2（PGF2）和15-甲基前列腺素F2等。,與縮宮素不同，上述幾種前列腺素對各期妊娠的人子宮都有顯著的興奮作用，僅對分娩前的子宮更敏感些。故除用于足月引產外，對早期或中期妊娠子宮也能引起足以導致流產的高頻率和大幅度的收縮。前列腺素也可能發展成為一種用于月經過期不久的早孕婦女的催經抗早孕藥物。除靜脈滴注外，陰道內、宮腔內或羊膜腔內給藥，也能有效。目前正從劑型、給藥途徑以及提高選擇性等方面進行研究。,七、脂蛋白,（一） 細胞脂蛋白,分布：生物膜,蛋白質部分: 主要是糖蛋白,脂質部分: 主要是磷脂，其次是糖脂,脂質與蛋白質以非共價鍵結合而成的復合物,組成,（二） 血漿脂蛋白,電泳法分類,超離心法分類,乳糜微粒（CM, chylomicron）,極低密度脂蛋白（VLDL，very low density lipoprotein）,低密度脂蛋白（LDL，low density lipoprotein）,高密度脂蛋白（HDL， high density lipoprotein）,（三）脂蛋白的功能,血漿脂蛋白的分類、組分及主要功能,八、 生物膜biological membrane,所有的細胞都以一層薄膜將它的內含物與外界環境分開。另外，大多數細胞中還含有許多內膜系統，組成具有各種特定功能的亞細胞結構和細胞器。例如，線粒體、細胞核、內質網、溶酶體和葉綠體等。細胞膜以及各種細胞器的外膜通稱為生物膜。,1、生物膜的組成,主要由：脂質（主要是磷脂和膽固醇）蛋白質（包括酶）和多糖類組成，水和金屬離子等。生物膜的組成，因膜的種類不同而有很大的差別。,2、生物膜的結構,生物膜是以磷脂、膽固醇和糖脂為主構成的雙層脂膜,單分子層膜,單分子層膜是由高度有序排列的雙親性分子形成的單分子層膜結構。單分子層可以在氣-液、氣-固、液-液和固-液等界面形成，其中，空氣-水界面形成的單層膜最重要。LB膜技術是制備單分子層膜的主要方法。LB膜技術是由Langmuir 和Blodgett發明的膜制備技術，所以稱為LB膜技術。,雙層類脂膜,這類膜是指具有雙分子厚度，能有效分隔水溶液的超薄類脂膜。雙層類脂膜的厚度小于10 nm，具有兩個界面，不透光。雙層類脂膜可以將溶液分隔成兩個部分，是模擬細胞膜內、外環境的理想模型，在生物化學體系研究中具有重要意義。,生物膜的模擬-人工膜,是指由雙親性分子高度有序排列形成的體系.是指由雙親性分子高度有序排列形成的體系，如膠束、微團、單分子層膜、雙分子層膜和脂質體等。 人工膜具有生物膜的基本結構特點和某些理化性質，是研究生物膜結構與功能關系的基本模型。最能代表生物膜結構特性的人工膜是單分子層膜、雙分子層膜和脂質體。,1935年Danielli等提出了脂蛋白結構模型以來，提出過各種其它模型；1972年由S.J.Singer等人提出的液態鑲嵌模型，是目前為大家所接受的模型。,該模型解釋了天然膜的許多特性，如：生物膜蛋白質含量的差異性，膜結構上的不對稱性，膜厚度的不均一性，膜的電性質及通透性等,液態鑲嵌模型,液態鑲嵌模型的要點,（1）膜磷脂排列成雙分子層，它構成膜的基質。（2）雙分子層的每一個磷脂分子都可以自由地橫向移動，其結果使雙分子層具有流動性、柔韌性、高電阻性及對高極性分子的不通透性。（3 ）磷脂分子的兩側不對稱性（4）外周蛋白主要以離子鍵與膜極性端結合，內嵌蛋白以不同的方式和深度插入或穿過膜脂雙分子層。（5）蛋白質在基質上的鑲嵌分布，并不限制蛋白質分子在基質上的橫向移動。,（1）脂質 Lipid,脂質是構成生物膜最基本的結構物質脂質包括磷脂、膽固醇和糖脂等，其中以磷脂為主要成分。,3、構成生物膜的主要物質, 磷脂Glycerophospholipids,主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子與脂肪酸酯基（主要是含16碳的軟脂酸和18碳的油酸）相連，第3位碳原子則與磷酸酯基相連。不同的磷脂，其磷酸酯基組成也不相同。, 膽固醇Sterols,膽固醇是一種類脂化合物, 在生物膜中含量較多。,膽固醇以中性脂的形式分布在雙層脂膜內，對生物膜中脂類的物理狀態有一定的調節作用，有利于保持膜的流動性和降低相變溫度。, （鞘）糖脂Glycosphingolipids,糖脂也是構成雙層脂膜的結構物質。糖脂主要分布在細胞膜外側的單分子層中。動物細胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。 結構為：,半乳糖,（2）膜蛋白質,生物膜中含有多種不同的蛋白質，通常稱為膜蛋白。根據它們在膜上的定位情況，可以分為外周蛋白和內在蛋白。膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜實施功能的基本場所。,外周蛋白peripheral protein,這類蛋白約占膜蛋白的2030%，分布于雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力或范德華力與膜結合。外周蛋白與膜的結合比較疏松，容易從膜上分離出來。外周蛋白能溶解于水。,內在蛋白integral protein,內在蛋白約占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。這類蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水鍵與膜脂相結合，而且不容易從膜中分離出來。內在蛋白與雙層脂膜疏水區接觸部分，由于沒有水分子的影響，