《生物化学》3生物膜

第三章脂类与生物膜LipidsandLipidComplex第四节磷脂和糖脂PhospholipidandGlycolipid一、含磷酸的脂类被称为磷脂磷脂(phospholipids)主要由甘油或鞘氨醇、脂酸、磷酸和含氮化合物等组成。分类：甘油磷脂——由甘油构成的磷酯（体内含量最多的磷脂）鞘磷脂——由鞘氨醇构成的磷脂FAFAPiX甘油X=胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等FAPiX鞘氨醇两类磷脂的分子组成胆碱鞘氨醇11鞘磷脂胆碱、乙醇胺、丝氨酸、肌醇等甘油21甘油磷脂其他成分醇类脂酸磷　酸不同或不尽相同的组成成分相同的组成成分(分子数)（一）由甘油构成的磷脂统称为甘油磷脂甘油磷脂又称为磷酸甘油酯(phosphoglycerides)，其结构特点是甘油的两个羟基被脂酸酯化，3位羟基被磷酸酯化成为磷脂酸(phosphatidicacid;PA)。R1常为饱和脂酸R2常为不饱和脂酸体内几种重要的甘油磷脂二磷脂酰甘油(心磷脂)磷脂酰甘油磷脂酰甘油甘油磷脂酰肌醇肌醇磷脂酰丝氨酸丝氨酸磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)乙醇胺磷脂酰胆碱(卵磷脂)胆碱磷脂酸－H水甘油磷脂名称X取代基团HO-XCH2CH2N(CH3)3+CH2CHOHCH2OHCH2CH2NH3+CH2CH-COONH3+-HHHHHOHOHOHOOHOHHCH2CHOHCH2O-POOCH2R2OCOCHCH2OCOR1O-（二）由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成的复合脂称为鞘酯1．鞘脂是鞘氨醇的衍生物鞘氨醇的氨基通过酰胺键与1分子长链脂酸相连形成神经酰胺(ceramide)，为鞘脂的母体结构。鞘氨醇的羟基通过酯键与取代基团结合而成为不含甘油、仅含鞘氨醇或二氢鞘氨醇的脂类被称为鞘脂(sphingolipids)。鞘氨醇以18碳最多，分子中含有双键，有顺反异构体，但自然界均为反式构形。鞘氨醇或二氢鞘氨醇是具有脂肪族长链的氨基二元醇，具有2个羟基及一个氨基的极性头和疏水的长链脂肪烃尾。极性头疏水尾X----磷脂胆碱、磷脂乙醇胺单糖或寡糖m多为12，n多在12～222．鞘脂包括鞘磷脂和鞘糖脂两类按取代基X的不同鞘磷酯X=磷酸胆碱或磷酸乙醇胺鞘糖脂(sphingoglycolipid)X=葡萄糖、半乳糖、以及唾液酸神经组织各种膜结构的重要成分磷脂的特点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。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。磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂膜。磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双层脂膜）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，是优良的两亲性分子磷脂的两亲性结构极性端非极性端膜的构造二、甘油磷脂在体内具有重要的生理功能（一）磷脂是构成生物膜的重要成分脂质双层是构成生物膜的重要成分和结构基础。几乎所有类型的磷脂在细胞膜中均有发现，其中甘油磷脂中以磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)含量最高，鞘磷酯中以神经鞘磷酯为主。1.卵磷脂存在于细胞膜中卵磷脂即磷脂酰胆碱是组成细胞膜最丰富的磷脂之一，其甘油2位含多不饱和脂酸，被水解后生成溶血卵磷脂。卵磷脂也储存着体内大部分胆碱。2.心磷脂是线粒体膜的主要脂质心磷脂（二磷脂酰甘油）与大量的线粒体内膜蛋白质，如细胞色素C氧化酶、细胞色素CNADH:泛醌等相互作用，激活某些酶，特别与氧化磷酸化和ATP的产生密切相关。（二）磷脂酰肌醇是第二信使的前体磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol4,5-bisphosphate，PIP2)甘油二酯三磷酸肌醇(inositoltriphosphate，IP3)（三）缩醛磷脂存在于脑和心肌组织中缩醛磷脂(plasmalogens)结构与磷脂酰乙醇胺相似，其甘油的１位以缩醛方式与脂酸结合，但乙醇胺可被胆碱、丝氨酸或肌醇取代，其在脑、心肌组织、红细胞和血小板等中含量较高。当缩醛磷脂缺乏时，可导致罕见的康-亨综合征(rhizomelicchondrodysplasiapunctata,RCDP)，又称点状软骨发育不良(常染色体显性型)等疾病的发生。（四）神经鞘磷脂和卵磷脂在神经髓鞘中含量较高神经鞘磷酯是构成生物膜的重要磷脂，常与卵磷脂共同存在于细胞膜的外侧。构成神经髓鞘的脂质种类众多，约占神经髓鞘干重的97%，其中卵磷脂为11%，神经鞘磷酯为5%。第五节胆固醇Cholesterol一.胆固醇是含环戊烷多氢菲的脂类类固醇(steroids)以环戊烷多氢菲为母体结构。环戊烷多氢菲不同类固醇的区别在于C3羟基和C17连接的侧链碳原子数(一般为8~10个碳原子)及取代基团的不同，生理功能各异。分子组成中含大量的碳氢、无氧或少氧而为非极性化合物。动物胆固醇(27碳)胆固醇仅存在于动物体内。植物以β-谷固醇(β-sitosterol)为最多。酵母含麦角固醇(ergosterol)。（一）胆固醇是含有羟基的固体醇类化合物胆固醇仅含一个亲水性的羟基，疏水性极强，不溶于水而溶于非极性溶剂。胆固醇熔点较高(149℃)，在常温下以固态形式存在。（二）胆固醇的羟基酯化为胆固醇酯二、胆固醇是细胞膜的基本结构成分胆固醇是动物细胞膜的基本结构成分之一，但亚细胞细胞器(subcellularorganelle)膜含量较少。胆固醇因含环戊烷多氢菲环使得其比细胞膜中其他脂质成分更强直(rigidity)。因此，胆固醇是决定细胞膜性质的一种重要分子。三、胆固醇可转化为一些具有重要生物学活性的固醇类化合物（一）胆固醇可转化为类固醇激素人体内利用胆固醇为原料合成的主要类固醇激素黄体雌二醇、孕酮卵泡内膜细胞卵巢睾丸酮间质细胞睾丸雄激素皮质网状带皮质醇皮质束状带醛固酮皮质球状带肾上腺合成的类固醇激素器　　官（二）胆固醇可转变为胆汁酸胆固醇在体内代谢的主要去路是在肝细胞中转化成胆汁酸(bileacid)，随胆汁经胆管排入十二指肠。胆汁酸具有促进脂类消化与吸收、抑制胆汁中胆固醇的析出等作用。（三）胆固醇可转化为一些具有重要生物学活性的固醇类化合物胆固醇7-脱氢胆固醇皮肤维生素D3紫外线胆钙化[甾]醇(cholecalciferol)第六节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。根据它们在膜上的定位情况，可以分为外周蛋白和内在蛋白。膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所。膜蛋白外周蛋白peripheralprotein这类蛋白约占膜蛋白的20－30%，分布于双层脂膜的外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。外周蛋白能溶解于水。内在蛋白integralprotein内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以-螺旋和-折叠形式存在，其中又以-螺旋更普遍。内在蛋白第七节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。膜蛋白中的糖类第八节生物膜的功能生物膜具有保护、转运、能量转换、信息传递、运动和免疫等生物功能。1．保护功能在细胞或细胞器中，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，使之成为具有特殊功能的独立个体。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，保持它们原有的形状和完整结构。2．转运功能细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。（1）被动转运物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，即沿着浓度梯度（膜两边的浓度差）的方向跨膜转运的过程。这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是一个不需要外加能量的自发过程。许多物质的被动转运过程需要特殊的蛋白载体帮助。转运通道被动转运的实验（2）主动转运主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。这一过程一般都与ATP的释能反应相偶联。主动转运过程钠、钾离子泵K:140mMNa:12mMK:4mMNa:145mM主动转运的特点膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只能转运一种或一类物质。方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行转运。如细胞为了保持膜内、外的K+和Na+离子的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过主动转运方式，向内泵入K+，而向外泵出Na+。主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。主动转运所需的能量一般由ATP提供。3．能量转换氧化磷酸化：通过生物氧化作用，将食物分子中存储的化学能转变成生物能，即将化学能转换成ATP分子的高能磷酸键。然后再通过ATP分子磷酸键的分解释放能量，为生物体提供所需的能量。光合磷酸化：通过光合作用，将光能（主要是太阳能）转换成ATP的高能磷酸键。再利用ATP的能量合成糖类物质。真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜上进行。原核细胞的氧化磷酸化则是在细胞质膜上进行。光合磷酸化主要在叶绿体膜上进行。光合磷酸化氧化磷酸化4．信息传递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。细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，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。激素作用过程胰岛素、糖原合成酶5．运动功能许多原生动物及单细胞动物主要是通过其细胞膜表面的纤毛或鞭毛的摆动而移动。淋巴细胞的吞噬作用和某些细胞利用质膜内折叠将外源物质包围入细胞的作用等都是靠细胞膜的运动实现的。6．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，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。第九节生物膜的模拟-人工膜是指由双亲性分子高度有序排列形成的体系.是指由双亲性分子高度有序排列形成的体系，如胶束、微团、单分子层膜、双分子层膜和脂质体等。人工膜具有生物膜的基本结构特点和某些理化性质，是研究生物膜结构与功能关系的基本模型。最能代表生物膜结构特性的人工膜是单分子层膜、双分子层膜和脂质体。1．单分子层膜单分子层膜是由高度有序排列的双亲性分子形成的单分子层膜结构。单分子层可以在气-液、气-固、液-液和固-液等界面形成，其中，空气-水界面形成的单层膜最重要。LB膜技术是制备单分子层膜的主要方法。LB膜技术是由Langmuir和Blodgett发明的膜制备技术，所以称为LB膜技术。2．双层类脂膜这类膜是指具有双分子厚度，能有效分隔水溶液的超薄类脂膜。双层类脂膜的厚度小于10nm，具有两个界面，不透光。双层类脂膜可以将溶液分隔成两个部分，是模拟细胞膜内、外环境的理想模型，在生物化学体系研究中具有重要意义。人工膜3．脂质体是指由磷脂形成的封闭的双分子层球形或椭圆形的囊泡结构。由于脂质体在结构上与细胞相似，因此，是研究细胞膜的结构与功能的理想模型。高分子聚合物脂质体同位素荧光标记脂质体脂质体在生物技术方面的应用