简明生物教程 脂类和生物膜#优选资料

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1、第四章第四章 脂类和生物膜脂类和生物膜4.1脂类的概念和类别脂类的概念和类别 脂类的化学概念 脂类是脂肪酸(C4以上的)和醇包括甘油醇、鞘氨醇(成称神经醇)、高级一元醇和固醇等所组成的酯类及其衍生物。是不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂（如氯仿、乙醚、丙酮、苯等）中的有机化合物。生物体含有的脂类主要有脂肪（三酰甘油）、磷脂、糖脂、固醇等。脂类不但化学结构有差异，而且具有不同的生物功能。脂质的分类单脂：为脂酸与醇(甘油醇、高级一元醇)所组成的酯类。l 脂：一般在室温时为固态，是甘油与3分子脂酸结合所成的三酰甘油，称脂肪或真脂，也称中性脂。l 油：指一般在空温时为液态的脂肪，脂性油。就化学本质来说，

2、脂含较多饱和脂酸，油含较多不饱和脂酸和低分子脂酸。l 蜡：高级脂酸与高级一元醇所生成的酯，如虫蜡、蜂始等。复脂：脂酸与醇(甘油醇，鞘氨醉2)所生成的酯，同时含有其他非脂性物质，如糖、磷、酸及氮碱。l 磷脂：含磷酸与氮碱的脂类，分甘油醇磷脂和鞘氨醇磷脂两类。鞘氨醇磷脂不含甘油醇而含鞘氨醇。l 糖脂：含糖分子的脂类，由鞘氨醇或甘油醇与脂酸和糖所组成，如脑苷脂和神经节苷脂。4.1三酰甘油（脂肪、真脂）三酰甘油（脂肪、真脂）上式中R1、R2及R3是脂肪酸的烃链，若相同则称单纯甘油酯；若不同则称为混合甘油酯。脂肪酸的种类及命名脂肪酸的种类及命名 1、种类 饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸2、命名甘油醇磷酯甘油醇

3、磷酯 结构为：甘油取代物的构型2.3.1.2 鞘氨醇磷酯鞘氨醇磷酯 鞘脂类具有一个极性头和两个非极性尾，但不含有甘油。由脂肪酸，鞘氨醇和磷酰胆碱（或磷酰乙醇胺）组成。鞘氨醇鞘氨醇神经酰胺鞘鞘氨氨醇醇磷磷酯酯甘油醇磷酯甘油醇磷酯鞘磷脂脑苷脂脑苷脂神经节苷脂 含有由几个糖基组成的巨大极性头。神经节苷脂的一个或多个末端糖基是N-乙酰基神经酸即唾液酸。4.4固醇固醇 固醇类都是环戊烷多氢菲的衍生物，由于含有醇基故命名为固醇。胆固醇非动物固醇脂质及固醇的生物功能脂质及固醇的生物功能储备能源储备能源极性脂参与生物膜的构成极性脂参与生物膜的构成有些脂类具有重要生物活性（激素）有些脂类具有重要生物活性（激素）

4、有些脂类是生物表面活性剂有些脂类是生物表面活性剂作为溶剂（脂溶性的维生素和激素）作为溶剂（脂溶性的维生素和激素）参与生物的代谢参与生物的代谢 生物膜生物膜1 1生物膜的组成生物膜的组成主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、蛋白质（包括酶）和多糖类组成，蛋白质（包括酶）和多糖类组成，水和金属离子等。水和金属离子等。生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的差别。生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的差别。2 2生物膜的结构生物膜的结构生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主构成的双层脂膜生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主构成的双层脂膜生物膜的结构生物膜的结构膜的构造膜的构造（1

5、1）脂质）脂质 LipidLipid脂质是构成生物膜最基本的结构脂质是构成生物膜最基本的结构物质物质脂质包括磷脂、胆固醇和糖脂等，脂质包括磷脂、胆固醇和糖脂等，其中以磷脂为主要成分。其中以磷脂为主要成分。3.构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质 磷脂磷脂GlycerophospholipidsGlycerophospholipids主主要要是是磷磷酸酸甘甘油油二二脂脂。甘甘油油中中第第1 1，2 2位位碳碳原原子子与与脂脂肪肪酸酸酯酯基基（主主要要是是含含1616碳碳的的软软脂脂酸酸和和1818碳碳的的油油酸酸）相相连连，第第3 3位位碳碳原原子子则则与与磷磷酸酸酯酯基基相相连连。不不同同

6、的的磷磷脂脂，其其磷磷酸酸酯酯基组成也不相同。基组成也不相同。磷脂的特点磷脂的特点磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂性磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂性的脂肪酸链，是优良的两亲性分子。的脂肪酸链，是优良的两亲性分子。磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作用，磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作用，能够形成双层脂膜结构或微团结构。能够形成双层脂膜结构或微团结构。磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂膜。膜。磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双层脂膜）的特性。层脂膜）的特性。磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链

7、，是磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链，是优良的两亲性分子优良的两亲性分子磷脂的两亲性结构磷脂的两亲性结构极性端非极性端 胆固醇胆固醇SterolsSterols胆固醇是一种类脂胆固醇是一种类脂化合物化合物,在生物膜在生物膜中含量较多。中含量较多。胆固醇以中性脂的形式分布在胆固醇以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂类的双层脂膜内，对生物膜中脂类的物理状态有一定的调节作用，物理状态有一定的调节作用，有有利于保持膜的流动性和降低相变利于保持膜的流动性和降低相变温度温度。糖脂糖脂GlycosphingolipidsGlycosphingolipids糖脂也是构成双层脂膜的结构物质

8、。糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。结构为：结构为：半乳糖（2 2）膜蛋白质）膜蛋白质生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白。生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白。根根据据它它们们在在膜膜上上的的定定位位情情况况，可可以以分分为为外外周周蛋蛋白白和和内在蛋白。内在蛋白。膜膜蛋蛋白白具具有有重重要要的的生生物物功功能能，是是生生物物膜膜实实施施功功能能的的基本场所。基本场所。外周蛋白外周蛋白peripheral proteinperipher

9、al protein这这类类蛋蛋白白约约占占膜膜蛋蛋白白的的202030%30%，分分布布于于双双层层脂脂膜膜的的外外表表层层，主主要要通通过过静静电电引引力力或或范范德华力与膜结合。德华力与膜结合。外外周周蛋蛋白白与与膜膜的的结结合合比比较较疏疏松松，容容易易从从膜膜上分离出来。上分离出来。外周蛋白能溶解于水。外周蛋白能溶解于水。内在蛋白内在蛋白integral proteinintegral protein内内在在蛋蛋白白约约占占膜膜蛋蛋白白的的70-80%70-80%，蛋蛋白白的的部部分分或或全全部嵌在双层脂膜的疏水层中。部嵌在双层脂膜的疏水层中。这这类类蛋蛋白白的的特特征征是是不不溶溶

10、于于水水，主主要要靠靠疏疏水水键键与与膜膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。内内在在蛋蛋白白与与双双层层脂脂膜膜疏疏水水区区接接触触部部分分，由由于于没没有有水水分分子子的的影影响响，多多肽肽链链内内形形成成氢氢键键趋趋向向大大大大增增加加，因因此此，它它们们主主要要以以-螺螺旋旋和和-折折叠叠形形式式存存在在，其其中又以中又以-螺旋更普遍。螺旋更普遍。内在蛋白内在蛋白（3 3）糖类）糖类生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露

11、糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重要作用。生物膜的功能生物膜的功能生生物物膜膜具具有有保保护、转运运、能能量量转换、信信息息传递、运运动和免疫等生物功能。和免疫等生物功能。1 1保护功能保护功能在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用是将其内含物质与外界环境分隔开来，用是将其内含物质与外界环境分隔开来，使之成为具有特殊功能的独立体。使之成为具有特殊功能的独立体。生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外界环境因素改变的影响，保持它们原有外界环境因素改变的影响，保持它们原有的形状和完整结构的

12、形状和完整结构。2 2转运功能转运功能细细胞胞或或细细胞胞器器需需要要经经常常与与外外界界进进行行物物质质交交换换以以维维持持其其正正常常的的功功能。能。细细胞胞或或细细胞胞器器通通过过生生物物膜膜，从从膜膜外外选选择择性性地地吸吸收收所所需需要要的的养养料料，同同时时也也要要排排出出不不需需要要的物质。的物质。在在各各种种物物质质跨跨膜膜转转运运过过程程中中，细细胞胞膜膜起起着着重要的调控作用。重要的调控作用。（1 1）被动转运）被动转运(passive transport)(passive transport)物物质质从从高高浓浓度度的的一一侧侧，通通过过膜膜转转运运到到低低浓浓度度的的另

13、另一一侧侧，即即沿沿着着浓浓度度梯梯度度（膜膜两两边边的的浓浓度度差差）的的方方向向跨跨膜膜转转运运的的过程。过程。这这类类转转运运是是通通过过被被转转运运物物质质本本身身的的扩扩散散作作用用进进行行的的，是是一一个个不不需需要要外外加加能能量量的的自自发发过程。过程。许多物质的被动转运过程需许多物质的被动转运过程需要特殊的蛋白载体帮助。要特殊的蛋白载体帮助。转运通道转运通道（2 2）主动转运）主动转运(active transport)(active transport)主主动动转转运运是是在在外外加加能能量量驱驱动动下下进进行行的的物物质质跨膜转运过程。跨膜转运过程。主主动动转转运运的的物

14、物质质，可可以以是是离离子子、小小分分子子化化合合物物，也也可可以以是是复复杂杂的的大大分分子子物物质质，如如某某些蛋白或酶等。些蛋白或酶等。这这一一过过程程一一般般都都与与ATPATP的的释释能能反反应应相相偶偶联。联。大分子物质的跨膜转运 3 3信息传递信息传递 （细胞信号转导）（细胞信号转导）（Cell signal transductionCell signal transduction）生物体内的信息传递，例如激素的刺激、神经传导生物体内的信息传递，例如激素的刺激、神经传导和遗传信息的传递等，主要是在细胞膜上进行的。和遗传信息的传递等，主要是在细胞膜上进行的。细胞膜上有接受不同信息的

15、专一性细胞膜上有接受不同信息的专一性受体受体，这些受体，这些受体能识别和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分能识别和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分别传递给有关的靶细胞并产生相应的效应以调节代别传递给有关的靶细胞并产生相应的效应以调节代谢、控制遗传和其它生理活动。谢、控制遗传和其它生理活动。4 4能量转换能量转换氧氧化化磷磷酸酸化化：通通过过生生物物氧氧化化作作用用，将将食食物物分分子子中中存存储储的的化化学学能能转转变变成成生生物物能能，即即将将化化学学能能转转换换成成ATPATP分分子子的的高高能能磷磷酸酸键键。然然后后再再通通过过ATPATP分分子子磷磷酸酸键键的的分分解解释释放放能

16、能量量，为生物体提供所需的能量。为生物体提供所需的能量。光光合合磷磷酸酸化化：通通过过光光合合作作用用，将将光光能能（主主要要是是太太阳阳能能）转转换换成成ATPATP的的高高能能磷磷酸酸键键。再再利利用用ATPATP的的能能量量合合成成糖糖类类物物质。质。真核细胞的氧化磷酸化主要在真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜线粒体膜上进行。上进行。原核细胞的氧化磷酸化则是在原核细胞的氧化磷酸化则是在细胞质膜细胞质膜上进行。上进行。光合磷酸化主要在叶绿体膜上进行光合磷酸化主要在叶绿体膜上进行。5免疫功能免疫功能细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体，细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原

17、受体，当抗原受体被抗原激活后，即产生相应的抗体。当抗原受体被抗原激活后，即产生相应的抗体。抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）结合并吞噬消灭。等）结合并吞噬消灭。另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些够识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。外源物质吞噬消灭。6运动功能运动功能 许多原生动物及单许多原生动物及单细胞动物主要是通细胞动物主要是通过其细胞膜表面的过其细胞膜表面的纤毛或鞭毛的摆动纤毛或鞭毛的摆

18、动而移动。而移动。淋巴细胞的吞噬作淋巴细胞的吞噬作用和某些细胞利用用和某些细胞利用质膜内折叠将外源质膜内折叠将外源物质包围入细胞的物质包围入细胞的作用等都是靠细胞作用等都是靠细胞膜的运动实现的。膜的运动实现的。细胞的功能细胞的功能细胞的细胞膜、细胞质和细胞器是细胞的功能机构。生命现象中的许多重要过程，例如细胞的进化，遗传信息的传递，生物的生殖、发育和衰老，生物代谢和调节，能量的产生和转换，激素的作用机制，神经信息的传递等，都与生物膜和细胞器功能密切相关。1 1细胞膜细胞膜Cell membrane细胞膜是真核细细胞膜是真核细胞表层的一层薄胞表层的一层薄膜，是活细胞的膜，是活细胞的重要组成部分。

19、重要组成部分。它具有保护细胞、它具有保护细胞、进行物质交换、进行物质交换、传递信息、能量传递信息、能量转换、运动和免转换、运动和免疫等生理功能。疫等生理功能。2 2细胞质细胞质cell plasma 细胞质是非常复杂的生物胶体。细胞质是非常复杂的生物胶体。细胞质所含的有形物质为各种细胞器，细胞器之间细胞质所含的有形物质为各种细胞器，细胞器之间为胞液。为胞液。细胞胞液主要由酶、激素、脂类、糖类以及多种无细胞胞液主要由酶、激素、脂类、糖类以及多种无机盐和水组成。机盐和水组成。胞液是细胞内各种细胞器之间相互联系的介质。胞液是细胞内各种细胞器之间相互联系的介质。3 3细胞器细胞器细胞质内含有一些具有独

20、立形态的结构，称为细胞细胞质内含有一些具有独立形态的结构，称为细胞器。器。细胞器通过膜（细胞内膜）与周围环境分开，具有细胞器通过膜（细胞内膜）与周围环境分开，具有特定的生理功能。特定的生理功能。（1 1）细胞核）细胞核cell nucleuscell nucleus原核细胞的原始核无核膜和核仁，没有固定的形状，原核细胞的原始核无核膜和核仁，没有固定的形状，只有一个含有只有一个含有DNADNA遗传信息的区域。遗传信息的区域。真核细胞含有固定形状的细胞核，它有核膜、核仁真核细胞含有固定形状的细胞核，它有核膜、核仁和组蛋白等，主要成分是和组蛋白等，主要成分是DNADNA、RNARNA和有关的合成和有

21、关的合成酶。酶。细胞核具有遗传信息的存储、复制和转录等功能。细胞核具有遗传信息的存储、复制和转录等功能。细胞核的结构细胞核的结构（2 2）线粒体）线粒体mitochondrionmitochondrion原核细胞不含线粒体，大多数动原核细胞不含线粒体，大多数动植物真核细胞都含有线粒体。植物真核细胞都含有线粒体。线粒体为棒状小粒，由内外膜和线粒体为棒状小粒，由内外膜和基质组成。基质组成。外膜包围着内膜，内膜部分曲折外膜包围着内膜，内膜部分曲折伸入基质使内外膜之间形成孔穴。伸入基质使内外膜之间形成孔穴。内膜为半透膜，只有部分小分子内膜为半透膜，只有部分小分子物质可以通过。外膜通透性较大，物质可以通

22、过。外膜通透性较大，分子量小于一万的分子都可以通分子量小于一万的分子都可以通过。过。线粒体功能线粒体功能线粒体含有多种酶系。线粒体含有多种酶系。主要是呼吸链电子传递酶系、糖类分解氧化主要是呼吸链电子传递酶系、糖类分解氧化酶系、脂酸的氧化酶系、氧化磷酸化酶系、酶系、脂酸的氧化酶系、氧化磷酸化酶系、核酸合成酶系和蛋白质合成酶系等。核酸合成酶系和蛋白质合成酶系等。线粒体是进行生物代谢和能量转换最重要的线粒体是进行生物代谢和能量转换最重要的场所。场所。（3 3）核糖核蛋白体）核糖核蛋白体ribosomesribosomes核糖核蛋白体又称为核糖体，由核糖核酸与多种核糖核蛋白体又称为核糖体，由核糖核酸与

23、多种结合蛋白构成。结合蛋白构成。是蛋白质生物合成的主要场所。是蛋白质生物合成的主要场所。（4 4）内质网）内质网endoplasmic reticulumendoplasmic reticulum内质网是由细胞膜引伸形成的小管和小胞构成的网状结构。内质网是由细胞膜引伸形成的小管和小胞构成的网状结构。原核细胞无内质网，而所有的真核细胞都有内质网。不同原核细胞无内质网，而所有的真核细胞都有内质网。不同细胞的内质网的大小、形状和数目都不相同。细胞的内质网的大小、形状和数目都不相同。内质网上附着有核糖核蛋白体的部分，表面粗糙，称为粗内质网上附着有核糖核蛋白体的部分，表面粗糙，称为粗面内质网。不附有核糖

24、核蛋白体的部分，表面光滑，称为面内质网。不附有核糖核蛋白体的部分，表面光滑，称为滑面内质网。滑面内质网。内质网上含有多种重要酶系，参与有关蛋白质、甘油酯和内质网上含有多种重要酶系，参与有关蛋白质、甘油酯和磷脂的合成及解毒等。磷脂的合成及解毒等。内内质质网网的的结结构构（5 5）高尔基体）高尔基体GolgiGolgi高尔基体是真核细高尔基体是真核细胞内一种由网状小胞内一种由网状小管或泡组成的复杂管或泡组成的复杂结构。结构。其功能可能与细胞其功能可能与细胞内物质的转运和细内物质的转运和细胞膜更新有关胞膜更新有关（6 6）溶酶体）溶酶体LysosomesLysosomes溶酶体是由溶酶体是由30-4030-40种种水解酶和膜基质组成水解酶和膜基质组成的一种细胞器。的一种细胞器。溶酶体主要含有溶酶体主要含有RNARNA水解酶、水解酶、DNADNA水解酶、水解酶、蛋白酶、酸性糖苷酶、蛋白酶、酸性糖苷酶、酸性磷酸酯酶、脂酶酸性磷酸酯酶、脂酶和磷脂酶等。和磷脂酶等。是细胞内代谢物质的是细胞内代谢物质的分解、清除的主要场分解、清除的主要场所。所。（7 7）叶绿体）叶绿体ChloroplastChloroplast叶绿体存在叶绿体存在于绿色植物于绿色植物和藻类的细和藻类的细胞中。胞中。叶绿体主要叶绿体主要含有叶绿素，含有叶绿素，是进行光合是进行光合作用的场所。作用的场所。