脂类化学

2. 分类（根据化学结构及脂的组成）：
单纯脂类(质) ，包括脂肪、油和蜡
脂类 复合脂类，包括磷脂和糖脂
衍生脂类，包括多萜类及固醇和 类固醇类
脂类的功能
脂肪和油是生物主要的能量贮存形式；
磷脂及固醇组成了生物膜约一半的部分；
脂类是一些活性物质的溶剂； 还有些脂类有防止机械损伤及防止热量 散发的保护作用； 其他-参与机体的代谢调节 甘油二脂、3磷酸肌醇
花生四烯酸：全顺-二十碳-5，8，11，14四烯酸， 20：4 △5，8，11，14
脂肪酸与甘油形成的最简单的脂类是 甘油三酯，也称为三脂酰甘油、脂肪 O O 天然甘油酯多为混合甘油酯，形成甘油 或中性脂肪。甘油与单个脂肪酸所形 CH2 OH CH2 O C R1 R1 C OH 酯的脂肪酸种类很多，可以是饱和的， 成的脂称为甘油单酯（单脂酰甘油）， O O 也可以是不饱和的，含不饱和脂肪酸较 与2 个脂肪酸形成的酯称为甘油二酯 CH OH CH O C R2 R1 C OH O O （二脂酰甘油）。 多的甘油酯室温下为液体，被称为油 CH2 OH CH2 O C R3 R1 C OH （ oil），含饱和脂肪酸较多的甘油酯室 甘油酯中脂肪酸为同一脂肪酸的为单 glycerol fatty acids triacylglycerol or triglyceride 温下为固体，被称为脂肪（ fat ），前者 纯甘油酯，脂肪酸有两种或两种以上 a fat or an oil 多见于植物体，后者多见于动物体。 的为混合甘油酯。
◆是膜蛋白的溶剂，一些蛋白通过疏水端同膜脂作 用，使蛋白镶嵌在膜上，得以执行特殊的功能; ◆膜脂为某些膜蛋白 ( 酶 ) 维持构象、表现活性提供 环境, 一般膜脂本身不参与反应 (细菌的膜脂参与反 应); ◆膜上有很多酶的活性依赖于膜脂的存在。有些膜 蛋白只有在特异的磷脂头部基团存在时才有功能。
（二）、膜蛋白（Membrane Proteins）
Proteins are located entirely outside of the lipid bilayer, on the cytoplasmic or extracellular side, yet are associated with the surface of the membrane by noncovalent bonds. 外周蛋白为水溶性; 占膜蛋白总量的20%～30%,在红细胞中占 50%, 如红细胞的血影蛋白和锚蛋白都是 外周蛋白。
生物膜的结构:
（1）磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分。 具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自 发形成封闭膜系统的性质。磷脂分子以疏水性非极性尾部相 对，极性头部朝向水相。 （2）蛋白质分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合 在其表面。 蛋白质的类型、蛋白质分布的不对称性及其与脂分子的 协同作用赋予生物膜具有各自的特性和功能。
甘油三酯的贮存能量和保温作用：
真核细胞中，甘油三酯在水相介质 一些动物中，皮下贮存的甘油酯不仅是 中成微小油滴状独立结构，作为代 甘油三酯因碳链长且还原度高较糖贮 一种能量，还可对于极低温度对生物体 谢燃料的贮藏库，脊椎动物中这些 藏的能量更多（二倍），再者，甘油 产生保温作用，海豹、海象、企鹅及热 特化的细胞被称为脂肪细胞甘油三 三酯的疏水性保证了运输中不必运送 血的极地动物都被非常丰厚的甘油酯所 酯还贮藏在多种植物的种子中，提 额外的水化物的重量。人体脂肪组织 覆盖，冬眠的动物（如熊）在冬眠前要 供种子萌发时所需能量及生物合成 约有 15-20 kg甘油酯，足够数月的能量 积累大量的脂肪，及时贮能、又是保温。 的前体物质。 供应，相反人体可能只贮存少于一天 人体需要能量的糖元。
◆磷脂(phospholipids)
■ ■ ■
动、植物细胞膜上都有磷脂,约占膜脂的50%以上；
磷脂分子的亲水端是磷酸基团，称为头部(1个)； 磷脂分子的疏水端是两条长短不一的烃链, 称为尾部,一
般含有 16/18/20个偶数碳原子；
■
其中一烃链常含有一个或数个双键,双键的存在造成这条不 饱和链有一定角度的扭转，顺式。
第三章 脂类与生物膜化学
第一节 概述
1.脂质定义 生物脂类 : 酸包括长链一元羧酸。醇包括 甘油、鞘氨醇、固醇等。化学成分及结构 Lipids, 脂类。是由脂肪酸和醇 差异极大
作用生成的酯及其衍生物。
脂类特点:水不溶性(water insoluble) （即脂溶性，fat-soluble），因此，多 数脂类都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等 有机溶剂，而不溶于水。
甘油三酯的若干重要性质：
皂化反应 酸败和酸值（酸价） 卤化和碘价（碘化值）
氢化作用 甘油三酯的物理性质
甘油三酯的酯键对酸碱敏感，可被 CH2 OH O 水解，脂肪在KOH或NaOH 条件下 glycerol CH OH H2C O C (CH2)16CH3 加热，可产生甘油和脂肪酸的钠或 CH2 OH O heat HC O C (CH2)16CH3 + 3NaOH 钾盐，这种盐被称为皂。水解 1g 甘 + H2O O O 油三酯所需 KOH 的 mg 数为皂化值。 + H C O C (CH ) CH
■
◆ 脂质体的类型
(a)水溶液中的磷脂分子团；
(b)球形脂质体； (c)平面脂质体膜；
(d）用于疾病治疗的脂质体的示意图
◆ 脂质体的应用
■ ■
研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质； 脂质体中裹入DNA可用于基因转移； 在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体
■
◆膜脂的功能
◆构成膜的基本骨架,去除膜脂，则使膜解体;
第一节 细胞膜与细胞表面特化结构
细胞质膜(plasma membrane)或细胞膜(cell membrane)：
围绕在细胞最外层的由脂质和蛋白质组成的生物膜
生物膜(biomembrane)：
细胞的所有膜结构的统称，包括细胞膜和细胞内膜。
细 胞 的 生 物 膜 体 系
膜作用：
结构上的边界； 参与细胞与环境 之间的物质、能 量的交换和信息 的交流。
◆生物膜的特定功能主要是由蛋白质完成的; ◆膜蛋白约占膜的40%～50%, 有50余种膜蛋白; ◆在不同细胞中膜蛋白的种类及含量有很大差异。 有的含量不到25%, 有的达到75%; ◆一般来说,功能越复杂的膜, 其上的蛋白质含量 越多。
◆膜蛋白的种类
■整合蛋白(Integral
● ●
整合蛋白、膜周边蛋白
● ●
FUNCTIONS OF MEMBRANE PROTEINS
◆ FUNCTIONS OF MEMBRANE PROTEINS
■
运输蛋白：膜蛋白中有些是运输蛋白,转运特
殊的分子和离子进出细胞;
■ ■ ■
酶：பைடு நூலகம்些是酶，催化相关的代谢反应; 连接蛋白：起连接作用； 受体：起信号接收和传递作用。
第四节 生物膜
内膜系统：大多数细胞中还有许多内 细胞中的多种膜性结构统称为生物 细胞膜：生物的基本结构和功能单 膜系统，它们组成具有各种特定功能 膜（biological membranes 位是细胞（ cell），任何细胞都以一 的亚细胞结构和细胞器，这些细胞内 ﹠biomembranes ）。 细胞膜和内膜 层薄膜（厚度约 6～ 10nm ）将其内 膜主要包括组成细胞核的核膜、组成 系统称为生物膜 。 含物与环境分开，这层薄膜称细胞 线粒体的线粒体膜以及内质网膜、高 膜或原生质膜或质膜（plasma 尔基体膜、溶酶体膜、过氧化酶体膜、 membrane）。 植物和某些藻类细胞的叶绿体膜等。 与真核细胞相比，原核细胞内膜系统 不很丰富，只有少量的膜结构。
（3）生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。 膜蛋白与膜脂之间、膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜两侧 其他生物大分子的复杂的相互作用，或多或少限制了膜蛋白 和膜脂的流动性。
Typical plasma Membrane
糖基链 蛋白链
膜蛋白的非极性区
磷脂
胆固醇
二、生物膜的化学组成
（一）、膜脂（Membrane Lipids）
第二节 脂肪
1.脂肪酸 2.甘油三酯
碳链为4-36碳的碳氢化合物的羧酸， 这些碳链在一些脂肪酸中为饱和的 不分支脂肪酸，而其他的则含有一 个或多个双键，也有一些含有三碳 的环或含有羟基。 其中的亚油酸（Linoleic acid）、亚 麻酸（Linolenic acid）和花生四烯 酸（Arachidonic acid）为人体必需 脂肪酸（Essential fatty acids）。
Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。
■ 某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结
合脂肪酸分子,插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂 双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。
膜周边蛋白
Peripheral Proteins
■ 膜周边蛋白(peripheral
●
proteins)
● ●
大多数高等植物细胞膜中没有胆固醇
酵母细胞膜中是麦角固醇
■
胆固醇分子包括三部分:
● ● ●
极性的头部：羟基 非极性的类固醇环结构
■
一个非极性的碳氢尾部 双性分子的功能较弱，在调节膜的流动性，增加膜的 稳定性、降低水溶性物质的通透性等方面起重要作用
◆膜脂的运动
■
沿膜平面的侧向运动
(基本运动方式）,其扩散
Proteins)
部分或全部镶嵌在细胞膜中的蛋白质； 整合蛋白约占膜蛋白的70-80%。
Integral Proteins
++ --
◆内在膜蛋白与膜脂结合的方式
■跨膜结构域与脂双分子层的疏水核心相互作用
■ 跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带
负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过
自然界一些常见的脂肪酸 不饱和脂肪酸： 1-6个双键 饱和脂肪酸： 9， 油酸：顺 十八碳 -9烯酸， 18 ： 1 △ 软脂酸（棕榈酸），n-十六酸，16:0 亚油酸：顺，顺-十八碳-9，12-二烯酸，18：2△9，12 硬脂酸， n-十八酸，18:0 α-亚麻酸： 花生酸， n二十酸， 20 ： 0 9 ， 12 ， 15 全顺-十八碳-9，12，15-三烯酸，18：3△
一、生物膜的结构模型
双层脂分子模型：1925年，Gorter和Grendel
“三明治式”结构模型：Davision & Danielli (1935) 单位膜模型(unit membrane model）： “蛋 白质(2.5nm) -脂质(3nm) -蛋白质(2.5nm) ” 的单位膜构成. Robertson（1959） 流动镶嵌模型(fluid mosaic model) ： Singer和Nicolson（1972） 脂筏模型（lipid rafts model）：脂分子与两 端的胆固醇形成如同脂筏结构，装载各种蛋 白质。
Phospholipids
糖脂(Glycolipid)
糖脂普遍存在于原核和真核细胞膜上,含量约 占膜脂的5%以下;
●
最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂 , 它仅有一个半 乳糖作为极性头部;
●
变化最多、最复杂的是神经节苷脂 , 它是神经 原质膜具特征性的成分。
●
◆胆固醇(Cholesterol)
■
胆固醇存在于真核细胞膜中： ●动物细胞膜胆固醇的含量较高
系数为10-8cm/s；
■ ■ ■
脂分子围绕轴心的自旋运动； 脂分子尾部的摆动； 双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到脂分子侧向
交换频率的10－10。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转 运动发生频率很高。
◆脂质体(Liposome)
脂质体的形成过程
的是 脂根 双据 层磷 膜脂 的分 趋子 势可 而在 制水 备相 的中 人形 工成 膜稳 。定
2 2 16 3
从皂化值的数量可略知混合脂肪酸或 混合脂肪的平均相对分子量，平均相 对分子量=3561000/皂化值。
tristearin, a fat
3Na O C (CH2)16CH3 sodium stearate, a soap
甘油三酯的物理性质
溶解度：水不溶性，也无形成高度分散 的倾向，甘油二酯和甘油单酯含-OH， 光学性质：甘油本身无光学活性， C 1 熔点：由脂肪酸组成决定，随饱和脂 可形成高度分散态。 及 C 3的脂肪酸不同时，C2为不对称碳 肪酸数目及碳链长度的增加而增加。 有光学活性。