(武大张楚富版生化原理)第七章.脂质和生物膜

生物膜的组成成分对比原理生物膜是生物体中一种重要的结构，它包裹和保护细胞，并参与细胞内外物质的运输和信号传递。

生物膜主要由脂质、蛋白质和糖类组成。

这些成分根据不同的组织、细胞类型和环境条件可能存在变化。

下面我将详细介绍生物膜组成成分的对比原理。

首先，生物膜的主要成分之一是脂质。

脂质是一类亲水性和亲脂性的有机化合物，其主要由甘油和脂肪酸组成。

生物膜中最常见的脂质是磷脂，它包含磷酸甘油酯和脂肪酸。

磷脂分子具有两个亲水性头部和一个亲脂性尾部，这使得它们能够组成双层结构，并形成生物膜的基本单元。

此外，脂质还可以通过调节膜的流动性和渗透性来影响细胞内外物质的运输和代谢。

其次，生物膜的另一个重要组成成分是蛋白质。

蛋白质是生物体中最重要的功能分子之一，它在生物膜中具有多种功能。

蛋白质可以通过与磷脂等膜成分的相互作用来稳定生物膜的结构，并参与细胞内外物质的传输和交流。

此外，蛋白质还能够嵌入膜内部形成通道和载体，以调节细胞内外物质的进出。

蛋白质的多样性和复杂性使得生物膜能够具有不同的功能和特性。

例如，有些蛋白质是受体，能够感知和转导外界的信号，而其他蛋白质则是酶，参与细胞内物质的代谢和合成。

最后，生物膜的第三个重要组成成分是糖类。

糖类主要以糖蛋白和糖脂的形式存在于生物膜上。

糖蛋白是一种具有糖基的蛋白质，它包含有机酸磷酸乙酰胆碱和糖基等。

糖脂是一种具有糖基的脂质，它通过脂性尾部与生物膜的脂质相互作用。

糖类在生物膜功能中起到多种重要作用，例如，它们可以通过糖基在生物膜的表面形成糖链，以识别和结合特定分子或其他细胞，从而参与细胞的黏附和识别。

综上所述，生物膜的组成成分主要包括脂质、蛋白质和糖类。

这三类成分通过相互作用和调控，共同维持和调节生物膜的结构和功能。

生物膜的组成成分对比原理主要是通过对比不同成分在生物膜中的相对含量、组织和分布的差异，来研究其对细胞生理过程以及疾病发生发展的影响。

在不同类型的细胞和组织中，生物膜的成分可能会有所不同，这也使得生物膜具有相应的特性和功能差异。

脂类与生物膜1．卵磷脂中含有的含氮化合物是（ C）A．磷酸吡哆醛 B．胆胺（脑磷脂） C．胆碱 D．谷氨酰胺2．胆汁酸来源于（ D ）A．胆色素 B．胆红素 C．胆内脂肪酸 D．胆固醇3．下列叙述正确的是（ C ）A．所有的磷脂分子中都含有甘油基(鞘磷脂)B．脂肪和胆固醇分子中都含有脂酰基（胆固醇是环戊烷多氢菲的衍生物）C．中性脂肪水解后变成脂肪酸和甘油D．碳链越长，脂肪酸越易溶解于水（碳链越长疏水性越强）4．脂肪的碱水解称为（ C ）A．酯化Ｂ．还原Ｃ．皂化Ｄ．水解5．下面脂蛋白密度最高的是（ C ）A．β-脂蛋白低密度B．前β-脂蛋白极低密度C．α-脂蛋白高密度D．乳糜微粒6．卵磷脂水解后不包括的产物是（D ）A．胆碱 B．磷酸 C．脂酸 D．乙酰乙酸7．人体中不能合成的脂肪酸为（A ）A．亚麻酸或亚油酸 B．硬脂酸 C．油酸 D．软脂酸8．下列脂质中，在生物膜中含量最高的是（C ）A．糖脂 B．胆固醇 C．磷脂 D．甘油三酯储能9．下列有关甘油三酯的叙述，不正确的是（B ）A．甘油三酯是由一分子甘油与三分子脂肪酸所组成的酯B．任何一个甘油三酯分子总是包含三个相同的脂酰基C．在室温下，甘油三酯可以是固体，也可以是液体D．甘油三酯可以制造肥皂10．糖蛋白中蛋白质与糖分子结合的键称（A ）A．糖肽键 B．肽键 C．二硫键 D．3,5-磷酸二酯键11．人体中不能合成的脂肪酸为（B ）A．月桂酸 B．亚油酸 C．硬脂酸 D．软脂酸12．可以反应油脂不饱和程度的一项是（ C ）A．皂化值相对分子量 B．酸值酸败 C．碘值 D．酸值和碘值二、填空题1、哺乳动物所需的必需脂肪酸为亚油酸、α-亚麻酸和γ-亚麻酸。

2、膜脂的主要成分是磷脂。

3、胆固醇是环戊烷多氢菲的衍生物。

4、脂类与蛋白质、糖类共价结合分别形成脂蛋白、糖脂。

5、萜类是异戊二烯的衍生物。

6、天然脂肪酸的碳原子数一般为偶数，双键构型为顺式。

7、脂肪是动物和植物主要的能源贮存形式，是由甘油与3分子脂肪酸酯化而成的。

生物膜的组成与功能机制的分子解析生物膜是由细胞膜、内皮细胞膜、细菌膜、真菌膜、植物膜等构成，是生物体内最常见的结构之一。

这些膜的组成和功能机制一直是生物科学研究的重点。

生物膜的主要成分包括脂质、蛋白质和糖类。

其中脂质是最基础的成分，占据了膜的主体。

对于细胞膜而言，磷脂是最重要的脂质成分。

它们是由磷酸、甘油和脂肪酸构成的。

这些分子往往是两个相当长的脂肪酸链和一个含磷酸的头部，这个头部常常带着一个较大的极性基团。

例如球形脂质就是由一个极性头部和两个非常长的脂肪酸链组成。

脂质能够组成双层结构，积聚在一起形成膜。

整个生物膜的结构大致呈现一个疏水的接触面和两个疏水的层。

除了脂质外，生物膜的成分还有多种蛋白质。

其中一些蛋白质可以穿过膜的疏水层，而另一些则定位在膜的一侧。

膜蛋白常常具有重要的功能，例如传递信号、物质运输等等。

通常情况下，脂质本身并不能完成许多重要的生物反应，需要有蛋白质的干预。

在这方面，膜蛋白起到了非常关键的作用。

最后是糖类成分。

在膜的外侧，许多细胞捆绑着糖类和蛋白质，形成一种糖蛋白的结构，被称为糖剂。

这些糖剂往往被参与细胞-细胞相互作用和免疫功能。

随着技术的发展，对生物膜的分子机制有了更为深入的理解。

过去，科学家难以直接研究生物膜，因为它们是薄膜状态的，许多表征方法难以适用。

但如今，现代生物化学手段提供了许多技术来研究生物膜的分子机制。

例如原子力显微镜、冷冻电镜、核磁共振技术等等。

对于细胞膜而言，研究人员已经证明，膜内部的物质可以发生大范围的旋转和平移。

这种动力学的变化主要是由热力学效应引起的。

而膜外侧的糖剂往往被认为参与细胞识别和免疫功能。

糖类的分子构成和排列方式很大程度上决定了细胞的相互作用性。

因此，研究糖剂的结构和分子机制对于探究细胞相互作用的本质具有重要的意义。

总结而言，膜的成分和结构是多样的。

磷脂和蛋白质是主要的成分，而糖类则要看具体的膜类型。

生物膜的动力学机制和其不同成分之间的相互作用具有极大的复杂性，深入探索它们的分子特性并理解其生物学意义是人类探索生命之谜的一部分。

七章脂质和生物膜第七章脂质和生物膜第一节三酰甘油脂肪酸的羧基与甘油的醇羟基脱水形成的化合物称脂酰甘油根据脂肪酸分子数目不同脂酰甘油又分为单脂酰甘油二脂酰甘油及三酰甘油ppt 生物体内存在的脂酰甘油大部分是三酰甘油一脂肪酸脂肪酸是许多脂质的组成成分见表7-1 脂肪酸分子一端为长的碳氢链一端为羧基碳氢链以线性为主分枝或环状的为数甚少根据碳氢链是否饱和可将脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸动物体内的脂肪酸多为饱和的植物及某些低等动物体内的脂肪酸多不饱和的微生物中则常有分枝的脂肪酸环丙烷的脂肪酸含羟基的脂肪酸等而且还常常有游离脂肪酸存在一脂肪酸高等动植物的脂肪酸有下列共性大多数脂肪酸的碳原子数在10～20之间且均为偶数18 碳最常见分子中只有一个双键的不饱和脂肪酸双键的位置一般在第910 位碳原子之间若双键数目多于 1 个则总有一个双键位于第910位碳原子之间另外的双键较第1个双键更远离羧基两双键之间往往隔着一个亚甲基少数植物的不饱和脂肪酸中含有共轭双键如双酮油酸不饱和脂肪酸的大多为顺反式结构只有极少数为反式结构饱和脂肪酸的熔点高于同等链长的不饱和脂肪酸二三酰甘油的结构和类型三分子脂肪酸与一分子甘油通过酯化作用形成的三酰甘油从构型上可有L－型及D－型若R1R2R3是相同的脂肪酸则为简单三酰甘油若部分不同或完全不同则为混合三酰甘油对混合型三酰甘油而言由于各脂酰基可与不同的碳原子连接故又可有多个同分异构体包括立体异构体大多数天然三酰甘油都是简单三酰甘油和混合三酰甘油的混合物三三酰甘油的理化性质一物理性质天然三酰甘油一般无色无嗅无味是中性的非极性分子有旋光性密度皆小于1其中常温下的固体三酰甘油密度约为08液体三酰甘油密度约为 0915094 不溶于水易溶于非极性有机溶剂三酰甘油由于分子中有一游离羟基故可形成高度分散的小颗粒称为微团micelles 动物中的三酰甘油饱和脂肪酸含量高熔点也高常温下呈固态俗称脂肪植物中的三酰甘油不饱和脂肪酸含量高熔点也低常温下呈液态俗称油三三酰甘油的理化性质二化学性质 1水解反应在酸碱或脂肪酸酶的作用下三酰甘油逐步可水解成二酰甘油单酰甘油最后彻底水解成甘油和脂肪酸酸水解可逆碱水解因生成脂肪酸盐而不可逆所用的碱如果为 NaOH 或 KOH生成的脂肪酸盐即为日用品―肥皂所以脂质的碱水解反应又称为皂化反应完全皂化 1 g 油脂所需的 KOH 的毫克数称为该油脂的皂化值油脂中脂酰基相对分子质量约小则每克油脂水解所需 KOH 的毫克数越大皂化值越大所以测定油脂的皂化值可以衡量油脂的平均相对分子质量的大小油脂的平均相对分子质量＝3×56×1 000皂化值三三酰甘油的理化性质二化学性质 2氢化和卤化对于脂酰基具不饱和双键的三酰甘油而言其不饱和双键可与 H2 和卤素等起加成反应称为三酰甘油的氢化和卤化作用氢化作用由金属 Ni 催化有防止油脂酸败的作用碘值100 g 油脂吸收碘的克数用于测定油脂的不饱和程度不饱和程度越高碘值越高三三酰甘油的理化性质二化学性质 3酰化作用脂肪酸含羟基的油脂可与乙酸酐或其他酰化剂反应生成乙酰化酯或相应的酰化酶 1 g 乙酰化的油脂分解出的乙酸用 KOH 中和时所需 KOH 毫克数称为乙酰化值用以确定分子中的羟基含量 4氧化与酸败作用油脂在空气中暴露过久可被氧化产生难闻的臭味称为油脂酸败作用第二节甘油磷脂甘油磷脂又称磷酸甘油酯是生物膜的主要成分一甘油磷脂的结构和种类一甘油磷脂的结构甘油磷脂分子中甘油的两个醇羟基与脂肪酸成酯第三个醇羟基与磷酸成酯或磷酸再与其他含羟基的物质如胆碱乙醇胺丝氨酸等醇类衍生物结合成酯将甘油的三个碳原子编为123 号甘油的一个羟基被磷酸化后中间的C2就成了手性原子若C2上的―OH在右边则为 D－型在左边则为 L－型由于天然存在的甘油磷脂都属 L－构型故用投影式表示甘油磷脂的结构时 C2 上的羟基及所结合的脂肪酸基应写在左边sn 称为立体专一序号故甘油衍生物的名称正规书写应冠以sn 第二节甘油磷脂甘油磷脂又称磷酸甘油酯是生物膜的主要成分一甘油磷脂的结构和种类二重要的甘油磷脂 1磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱又称胆碱磷脂或卵磷脂 2磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺又称脑磷脂 3磷脂酰丝氨酸 4磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇有磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇磷酸磷脂酰肌醇二磷酸等几种C1与磷脂酰相连若C2被磷酸化为肌醇磷酸C2C4 均被磷酸化则为肌醇二磷酸 5缩醛磷脂缩醛磷脂与其他甘油磷脂不同其 C1 上连接的是一个长链脂性醛而非脂肪酸 6二磷脂酰甘油又称心磷脂由两分子磷脂酸与一分子甘油结合而成第二节甘油磷脂二甘油磷脂的理化性质一物理性质甘油磷脂分子中含有 2 条疏水的脂酰基长链尾部及亲水的磷酸或其极性取代基团头部故甘油磷脂分子为两性化合物水溶液中的磷脂分子其亲水的头部趋向于水相而疏水尾部则相互聚集在水溶液中形成微团或自动排列成双分子层甘油磷脂都是白色腊状固体溶于含少量水的多数非极性溶液中用氯仿－甲醇混合溶剂很容易将甘油磷脂从组织中提取出来第二节甘油磷脂二甘油磷脂的理化性质二化学性质 1水解作用在弱碱溶液中甘油磷脂水解成脂肪酸的金属盐如磷脂酰乙醇胺的水解反应为在强碱溶液中甘油磷酸脂水解生成脂肪酸乙醇胺和磷酸甘油 2氧化作用与三酰甘油相似甘油磷脂中所含的不饱和脂肪酸在空气中被氧化生成过氧化物最终形成黑色过氧化物的聚合物 3酶解作用甘油磷脂可受各种磷脂酶的催化具体催化部位见图7－1 第三节鞘脂类鞘脂类是鞘氨醇的衍生物主要有鞘磷脂鞘糖脂等一鞘磷脂不含甘油而含鞘氨醇的磷脂统称为鞘磷脂鞘磷脂分子中脂肪酸与鞘氨醇的氨基之间形成酰胺键羟基与磷酸胆碱相连结构式如下鞘磷脂中的鞘氨醇约有 30 几种哺乳动物主要含鞘氨醇和二氢鞘氨醇植物鞘氨醇为4－羟基二氢鞘氨醇鞘氨醇通过酰胺键与脂肪酸相连的结构称为神经酰胺是构成鞘磷脂的母体结构在鞘磷脂中的脂肪酸有 16 碳18 碳24 碳及 24 碳烯Δ15酸鞘磷脂为白色晶体不溶于丙酮和乙醚而溶于热乙醇中具两性解离性质是高等动物组织中含量最丰富的鞘脂类第三节鞘脂类二鞘糖脂一中性鞘糖脂又称脑苷脂是由神经酰胺的 C1 上的羟基与一单糖分子半乳糖葡萄糖等以糖苷键结合而成由于分子中无磷酸基团因此是非极性的结构式如下根据 R 基团的不同中性鞘糖脂又可分为角苷脂烯脑苷脂和羟脑苷脂等中性糖鞘脂一般为白色粉状物不溶于水乙醚溶于热乙醇热丙酮吡啶及苯等性质稳定不被皂化第三节鞘脂类二鞘糖脂二酸性鞘糖脂又称神经节苷脂是最复杂的一类甘油鞘脂由神经酰胺与结构复杂的寡糖结合而成是大脑灰质细胞膜的组分之一组成神经节苷酯分子中的糖主要有 N－羟乙酰神经氨酸等根据寡糖中的唾液酸的数目不同神经节苷脂又可分为单唾液酸神经节苷脂GM1二唾液酸神经节苷脂GM2或三唾液酸神经节苷脂GM3等神经节苷脂不溶于乙醚丙酮微溶于氯仿和乙醇的混合液中第四节胆固醇胆固醇也称胆甾醇是一种重要的甾醇类物质所有固醇类化合物都是以环戊烷多氢菲为核心结构因羟基的构型不同可有α及β两型固醇类化合物在动植物中广泛存在主要有游离型及固醇酯两种形式动物固醇主要是胆固醇植物固醇则主要为豆固醇和麦角固醇第四节胆固醇一胆固醇的结构和性质一胆固醇的结构胆固醇是动物组织中含量最丰富的固醇类化合物有游离型及酯型两种形式胆固醇常与二氢胆固醇7－脱氢胆固醇和胆固醇酯同时存在结构如图7－3 第四节胆固醇一胆固醇的结构和性质二胆固醇的性质 1物理性质胆固醇为白色斜方晶体无味无嗅熔点为 1485 ℃高度真空条件下能被蒸馏胆固醇不溶于水易溶于乙醚氯仿苯丙酮热乙醇醋酸乙酯及胆汁酸盐溶液中介电常数高不导电 2化学性质胆固醇 C3 上的羟基易于高级脂肪酸结合形成胆固醇酯胆固醇的双键可与氢溴碘等发生加成反应胆固醇可被氧化成一系列衍生物胆固醇易于毛地黄糖苷结合而沉淀这一特性可以用于胆固醇的定量测定胆固醇的氯仿溶液与醋酸酐和浓硫酸反应产生蓝绿色这一反应可鉴定固醇类化合物第四节胆固醇二胆固醇在体内的转化一转化为胆汁酸 1初级胆汁酸初级胆汁酸是肝细胞以胆固醇为原料直接合成的胆汁酸主要有胆酸和鹅脱氧胆酸游离的胆酸鹅脱氧胆酸可分别与甘氨酸及牛磺酸结合形成结合型初级胆汁酸 2次级胆汁酸结合型初级胆汁酸随胆汁分泌进入肠道后在肠道细菌作用下生成的7－脱氢胆酸和石胆酸为次级胆汁酸胆酸盐是体内良好的乳化剂能使油脂乳化成微粒利于油脂的消化和吸收第四节胆固醇二胆固醇在体内的转化二转化为类固醇激素肾上腺皮质睾丸卵巢等分泌腺能以胆固醇为原料合成类固醇激素肾上腺皮质球状带束状带及网状带细胞可以合成睾丸酮皮质醇及雄激素睾丸间质细胞合成睾丸酮卵巢的卵泡内膜细胞及黄体可合成并分泌雌二醇及孕酮三转化为7－脱氢胆固醇皮肤细胞中的胆固醇可被氧化为7－脱氢胆固醇后者经紫外线照射可转变为维生素 D3 第五节生物膜将细胞或细胞器与其环境分开的膜系统统称为生物膜其中将细胞质与其环境分开的膜称为细胞膜或质膜生物膜具有多种功能生物学中许多重要过程如物质运送能量转换细胞识别细胞免疫神经传导代谢调控等以及激素和药物作用肿瘤发生等均与生物膜有关尽管生物膜种类繁多但都具有以下特性 1流动性 2选择性渗透作用 3 自我封闭修复性 4不对称性第五节生物膜一生物膜的化学组成生物膜的主要组分为脂质主要是磷脂蛋白质膜蛋白及酶多糖及水金属离子等不同的生物膜中其主要组分所占的百分比可以有很大差异表7－3 一脂质脂质约占细胞质的40％磷脂胆固醇和糖脂是大多数细胞膜的共有成分以磷脂为主细菌细胞 90％的磷脂位于细胞膜上磷脂有卵磷脂磷脂乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇及神经磷脂等糖脂以脑苷脂为主真核细胞的细胞膜还含有胆固醇图7－6 第五节生物膜一生物膜的化学组成二膜蛋白膜蛋白有多种形式有单纯蛋白质也有结合蛋白质其中结合蛋白质以糖蛋白为主脂蛋白次之根据膜蛋白在膜中的定位与膜脂的相互作用方式一般将膜蛋白分为膜周边蛋白质和膜内在蛋白质两种图7－7 不论何种膜蛋白它们在细胞膜上的位置都是可以移动的但各种蛋白质在细胞膜上的位置也相对固定而非随机漂移第五节生物膜二脂质双分子层是动态的结构一脂质双分子层的流动性具温度依赖性膜质的流动性主要决定于磷脂只由一种磷脂组成的双层分子显示急剧地特有地从液态转变为类似晶态地凝胶态的相变图 7－8 凝胶态的磷脂膜较液晶态的厚因为在低温下磷脂分子的碳水化合物尾巴会变硬这种凝胶态的膜流动性很小仅有较少侧向扩散相变温度Tm决定于磷脂头部基团的性质和脂酰链的长度以及不饱和程度链越短不饱和程度愈高 Tm 愈低各种膜脂由于组分不同而具有不同的相变温度组成成分复杂的生物膜其相变温度的范围很宽有时可宽达几十度在相变温度以上时磷脂可有以下几种运动方式①磷脂烃链围绕C-C 键旋转而导致异构化运动②磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴左右摆动③磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴的旋转运动④磷脂分子在膜内作侧向扩散或侧向移动图 7－9 ⑤磷脂分子在脂双分子层中作翻转运动图7-10 但这种情况较少见第五节生物膜二脂质双分子层是动态的结构二胆固醇对膜流动性的调节胆固醇本身并不能形成双层膜但它能降低膜的流动性因为它分子中刚性的类固醇环干扰了其他膜脂分子脂肪侧链的运动也使得膜的相变温度范围变宽了胆固醇通过固定在这些磷脂分子中间而抑制了膜的液晶态运动因此胆固醇是一种生物膜的硬化剂。