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2013年生物化学辅导班讲义第二章脂类


2013 年生物化学辅导班讲义

如果你有问题可以发邮件到 wopop123@163.com 我们免费给你答疑 第二章 脂 质
一、本章结构简图
饱和度:饱和/不饱和 营养角度:必需/非必需

基本概念 脂肪酸 三酰甘油 单纯脂质 (甘油三酯) 甘油 脂质

分类

结构特点 理化性质:溶解度、熔点;皂化、乳化

蜡:长链脂肪酸+长链醇(固醇) 分类 复合脂质:脂肪酸+醇+非脂分子 衍生脂质:萜,类固醇及其衍生物 生物学作用:供能贮能;构成体质;生物活性物质 化学组成:蛋白质(包括酶)+ 脂质(主要磷脂)+ 糖及少量水金属离子 膜分子间作用力:静电力,疏水作用,范德华力。 结 生 物 结 构 特 磷脂双层 膜组分不对称分 生物膜流动 结构模型:流动镶嵌模型 功能:物质运输;能量转换;信息识别与传递 磷脂:甘油磷脂和鞘磷脂 糖脂:鞘糖脂

脂 类 与 生 物 膜

二、学习内容及考点分析

第一节 概述
一、 脂类(lipids) 脂类:泛指不溶于水,易溶于有机溶剂的各类生物分子。 组成:脂类都含有碳、氢、氧元素,有的还含有氮和磷。 化学本质:脂肪酸+醇 形成的酯及其衍生物。母体--长链或稠环脂肪烃分子。脂类分子 中没有极性基团的称为非极性脂;有极性基团的称为极性脂。极性脂的主体是脂溶性的,其 中的部分结构是水溶性的。 共性:不溶于水,而易溶于非极性溶剂如乙醚、氯仿、苯等。 二、分类 1. 单纯脂 单纯脂是脂肪酸与醇结合成的酯,没有极性基团,是非极性脂,又称中性脂。 三酰甘油、胆固醇酯、蜡等都是单纯脂。蜡是由长链脂肪酸和长链一元醇形成的酯。 2. 复合脂 复合脂又称类脂,是除脂肪酸和醇外还含有磷酸等非脂成分的脂类。复合脂含 有极性基团,是极性脂。磷脂和糖脂属于主要的复合脂。 3. 衍生脂 单纯脂和复合脂的衍生产物。 (1)取代烃:脂肪酸及其碱性盐

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(2)萜类:天然色素、香精油、天然橡胶 (3)固醇类:固醇(甾醇、性激素、肾上腺皮质激素) (4)其他脂类:维生素 A、D、E、K,脂多糖,脂蛋白等 非皂化脂 不能被碱水解生成皂,称为非皂化脂。包括类固醇和萜类(二者一般不含脂肪 酸) 。 类固醇又称甾醇,是以环戊烷多氢菲为母核的一种脂类。胆固醇是人体内最重要的类固 醇,它因有羟基而属于极性脂。 萜类是异戊二烯聚合物,前列腺素是二十碳酸衍生物。 4.结合脂类 脂与糖或蛋白质结合,形成糖脂和脂蛋白。 三、生物学功能 (一)供能贮能:三酰甘油是储备能源 三酰甘油主要分布在皮下、胸腔、腹腔、肌肉、骨髓等处的脂肪组织中,是储备能源的 主要形式。三酰甘油作为能源储备有以下优点: 1.可大量储存 在三大类能源物质中,只有三酰甘油能大量储备。体内糖原的储量少(不 到体重的 1%) ,储存期短(不到半天) ,而三酰甘油储量可高达体重的 10-20%以上,并可 长期储存。 2.功能效率高 由于脂肪酸的还原态远高于其他燃料分子, 所以体内氧化三酰甘油功能价 值可高达 37kJ/g,而氧化糖和蛋白质分别只有 17 kJ/g。 3.占空间少 可以无水状态存在。 1 克糖原可以结合 2 克水, 而 所以 1 克无水的脂肪储存 的能量是 1 克水合的糖原的 6 倍多。 4.还有绝缘保温、缓冲压力、减轻摩擦振动等保护功能。 (二)构成体质:生物膜骨架;主要是磷脂和胆固醇具有此功用。 极性脂参与生物膜的构成, 磷脂、 糖脂、 胆固醇等极性脂是构成人体生物膜的主要成分。 他们构成生物膜的水不溶性液态基质,规定了生物膜的基本特性。膜的屏障、融合、绝缘、 脂溶性分子的通透性等功能都是膜脂特性的表现, 膜脂还给各种膜蛋白提供功能所必须的微 环境。脂类作为细胞表面物质,与细胞的识别、种特异性和组织免疫等有密切关系。 (三)生物活性物质: 协助脂溶性维生素的吸收,提供必需脂肪酸。 1.有些脂类及其衍生物具有重要生物活性 肾上腺皮质激素和性激素的本质是类固醇; 各种脂溶性维生素也是不可皂化脂; 介导激 素调节作用的第二信使有的也是脂类,如二酰甘油、肌醇磷脂等;前列腺素、血栓素、白三 烯等具有广泛调节活性的分子是 20 碳酸衍生物。 2.有些脂类是生物表面活性剂 磷脂、胆汁酸等双溶性分子(或离子) ,能定向排列在水-脂或水-空气两相界面,有 降低水的表面张力的功能,是良好的生物表面活性剂。例如:肺泡细胞分泌的磷脂覆盖在肺 泡壁表面,能通过降低肺泡壁表面水膜的表面张力,防止肺泡在呼吸中萎陷。缺少这些磷脂 时,可造成呼吸窘迫综合征,患儿在呼吸后必须用力扩胸增大胸内负压,使肺泡重新充气。 胆汁酸作为表面活性剂,可乳化食物中脂类,促进脂类的消化吸收。 3.作为溶剂 一些脂溶性的维生素和激素都是溶解在脂类物质中才能被吸收, 他们在体内的运输也需 要溶解在脂类中。如维生素 A、E、K、性激素等都是如此。

第二节 单纯脂
一、脂肪酸

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(一)特性 长烃链(尾)+ 羧基(头) 动植物中的脂肪酸比较简单,都是直链的,可含有多至六个双键,而细菌的脂肪酸最多 只有一个双键。细菌的脂肪酸比较复杂,可有支链或含有环丙烷环,如结核酸就是饱和支链 脂肪酸。植物中可能含有三键、环氧基及环丙烯基等。 1.人体及高等动物体内的脂肪酸有以下特点: (1)由偶数碳原子构成的一元酸,最多见的是 C16、C18、C22 等长链脂肪酸。单不饱 和脂肪酸的双键多在第 9 位,第 2 和第 3 个双键多在第 12 和第 15 位; (2)碳链无分支。 (3)分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的双键都呈顺式构型,有多个双 键的脂肪酸称为高度不饱和脂肪酸或多不饱和脂肪酸。 相邻双键之间都插入亚甲基, 不构成 共轭体系。 (二)分类和命名 1.脂肪酸的俗名、系统名和缩写 脂肪酸的俗名主要反映其来源和特点。系统名反映其碳原子数目、双键数和位置。如: 硬脂酸的系统名是十八烷酸,用 18:0 表示,其中“18”表示碳链长度, “0”表示无双键; 油酸是十八碳烯酸,用 18:1 表示, “1”表示有一个双键。反油酸用 18:1Δ 9,trans 表示。 2.双键的定位 双键位置的表示方法有两种,原来用Δ 编号系统,近来又规定了ω 或(n)编号系统。前者 按碳原子的系统序数(从羧基端数起) ,用双键羧基侧碳原子的序数给双键定位。后者采用 碳原子的倒数序数(从甲基端数起) ,用双键甲基侧碳原子的(倒数)序数给双键定位。这 样可将脂肪酸分为代谢相关的 4 组,即ω 3、ω 6、ω 7、ω 9,在哺乳动物体内脂肪酸只能由 该族母体衍生而来, 各族母体分别是软油酸(16:1,ω 7) 油酸 、 (18:1, 9) ω 、亚油酸 (18: 2,ω 6)和α 亚麻酸(18:3,ω 3) 3.必需脂肪酸 哺乳动物体内能合成饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸,不能合成多不饱和脂肪酸,如亚油 酸、 亚麻酸等。 习惯上把维持哺乳动物正常生长所必需的而体内又不能合成的脂肪酸称为必 需脂肪酸。 ω 3 和ω 6 是两个不同的多不饱和脂肪酸。 (1)ω 6 家族:亚油酸(ω -6PUFA)→γ 亚麻酸→花生四烯酸 ω -6 家族可降低 血清胆固醇, (2)ω -3 家族:PUFA α -亚麻酸(ω -3PUFA)→二 十碳五烯酸(EPA) 、二十二碳六烯酸(DHA) ω -3 家族 可显著降低血清甘油三酯,防治神经、视觉和心脏疾病, 人类可能缺乏ω -3 家族 PUFA。EPA(20 碳五稀酸)和 DHA(22 碳六稀酸)有保健价值。 (三)理化性质 1.物理性质:取决于烃链的长度和不饱和度。 溶解度:与烃链的长度有关,链长则在水中的溶解度低 熔点:与双键数目、顺反有关,多则熔点低,顺式低 2.化学性质:氧化,加成等化学反应。腐败和过氧化 皂化反应 动植物油脂在氢氧化钠(钾)作用下水解生成的脂肪酸盐 乳化作用 脂肪酸盐、胆汁酸盐、SDS 脂肪酸常见的反应有两个: (1)活化硫酰化,生成脂酰辅酶 A。这是脂肪酸的活性形式。 (2)不饱和脂肪酸的双键可以氧化,生成过氧化物,最后产生自由基。对人体有害。

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二、油脂 (一)油脂的结构 油脂是由一分子甘油与 1-3 分子脂肪酸所形成的酯。 根据脂肪酸数量, 可分为单酰甘油、 二酰甘油和三酰甘油(也称为甘油三酯) 。前两者在自然界中存在极少,而三酰甘油是脂类 中含量最丰富的一类。通常所说的油脂就是指三酰甘油。 若三个脂肪酸相同,则称简单三酰甘油,命名时称三某脂酰甘油,如三硬脂酰甘油,三油酰 甘油等。如三个脂肪酸不同,则称为混合三酰甘油,命名时以α 、β 和α ’分别表示不同脂 肪酸的位置。 天然油脂多数是多种混合三酰甘油的混合物, 简单三酰甘油极少, 仅橄榄油中含三油酰 甘油较多,约占 70%。 (二)油脂的性质 1.物理性质 油脂一般无色、无味、无臭,呈中性。天然油脂因含杂质而常具有颜色和气味。油脂比 重小于 1,不溶于水而溶于有机溶剂(丁酸酯可溶) 。在乳化剂如胆汁酸、肥皂等存在的情 况下,油脂能在水中形成乳浊液。在人体和动物的消化道内,胆汁酸盐使油脂乳化形成乳糜 微粒,有利于油脂的消化吸收。 因为不饱和脂肪酸的熔点比相应的饱和脂肪酸低, 所以一般三酰甘油中, 不饱和脂肪酸 含量较高者在室温时为液态,俗称油(如棉籽油达 75%) 。而饱和脂肪酸含量高的三酰甘油 在室温时通常为固态,俗称脂(如牛脂中达 60-70%) 。天然油脂都是多种油脂的混合物, 没有固定的熔点和沸点,通常简称为油脂。硬脂酸熔点为 70℃,油酸熔点为 14℃。相应的, 三硬脂酸甘油酯的熔点是 60℃,而三油酸甘油酯的熔点是 0℃。 如油脂中 1,3 位的脂肪酸不同,则具有旋光性,一般按照 L-型甘油醛的衍生物命名。 油脂是脂肪酸的储备和运输形式, 也是生物体内的重要溶剂, 许多物质是溶于其中而被吸收 和运输的,如各种脂溶性维生素(A、D、E、K)、芳香油、固醇和某些激素等。 2.化学性质 油脂的化学性质与组成它的脂肪酸、甘油以及酯键有关。 (1)水解和皂化 油脂能在酸、碱、蒸汽及脂酶的作用下水解,生成甘油和脂肪酸。用碱水解时,生成的 是甘油和脂肪酸盐。脂肪酸的钠盐和钾盐即就是肥皂。因此把油脂的碱水解称为皂化。 皂化值:1 克油脂完全皂化所需的氢氧化钾的毫克数。 根据皂化值的大小可以判断油脂中所含脂肪酸的平均分子量。皂化值越大,平均分子量 越小,链越短。 脂肪酸平均分子量=3×56×1000÷皂化值 式中 56 是 KOH 的分子量,因为三酰甘油中含三个脂肪酸,所以乘以 3。 (2)加成反应 含不饱和脂肪酸的油脂,分子中的 C=C 双键可以与氢、卤素等进行加成反应。 氢化:在高温、高压和金属镍催化下,C=C 双键与氢发生加成反应,转化为饱和脂肪 酸。氢化的结果使液态的油变成半固态的脂,所以常称为“油脂的硬化” 。人造黄油的主要 成分就是氢化的植物油。 某些高级糕点的松脆油也是适当加氢硬化的植物油。 棉籽油氢化后 形成奶油。油容易酸败,不利于运输,海产的油脂有臭味,氢化也可解决这些问题。 卤化:卤素中的溴、碘可与双键加成,生成饱和的卤化脂,这种作用称为卤化。通常把 100 克油脂所能吸收的碘的克数称为碘值。碘值大,双键多,不饱和程度高。由于碘和碳- 碳双键的加成反应较慢,所以在实际测定中,常用溴化碘或氯化碘代替碘,其中的溴或氯原 子能使碘活化。碘值大于 130 的称为干性油,小于 100 的为非干性油,介于二者之间的称半

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干性油。 (3)酸败 酸败:油脂在空气中放置过久,会腐败产生难闻的臭味,这种变化称为酸败。酸败是由 空气中氧、水分或霉菌的作用而引起的。光可加速这个反应。酸败的化学本质是油脂自动氧 化生成挥发性醛、酮、酸, 低分子量的脂肪酸(如丁酸) 、醛和酮常有刺激性酸臭味。 酸价: 酸败程度的大小用酸价 (酸值) 表示。 中和 1g 油脂中游离脂肪酸所需的 KOH mg 数称作酸价;酸价是衡量油脂质量的指标之一。酸度高,新鲜度差。 (4)干化 干化: 某些油在空气中放置, 表面能生成一层干燥而有韧性的薄膜, 这种现象叫做干化。 具有这种性质的油称为干性油。一般认为,如果组成油脂的脂肪酸中含有较多的共轭双键, 油的干性就好。 桐油中含桐油酸 (CH3(CH2)3CH=CH-CH=CH-CH=CH-(CH2)7COOH)达 79%, 是最好的干性油,不但干化快,而且形成的薄膜韧性好,可耐冷、热和潮湿,在工业上有重 要价值。 三、蜡 蜡:由长链高级脂肪酸和长链一元醇或固醇构成的酯,不溶于水的固体,长链是指烃基 碳数不小于 16。 蜡分子含一个很弱的极性头和一个非极性尾,因此完全不溶于水,温度较高时,蜡是柔 软的固体,温度低时变硬。蜡的硬度由烃链的长度和饱和度决定。 作用:蜡分布在生物体表面起保护作用。 植物蜡—防虫蛀、防辐射、降低水分蒸发,如棕榈蜡 动物蜡—防水、保温、筑巢,如蜂蜡:软脂酸(C16)和有 26-34 个碳的蜡醇形成的酯。 四、脂质过氧化作用 (一)自由基、活性氧和自由基链反应 1.自由基 定义:含有奇数价电子并因此在一个轨道上有一个未成对电子的原子或原子团。 特征:有顺磁性;反应性强;寿命短。 产生:辐射诱导;热诱导;单电子氧化还原。 2.活性氧 概念:含氧的高反应活性分子。几种重要的活性氧: (1)普通氧:氧分子有顺磁性,是一种双自由基。基态氧反应活性较低。 (2)超氧阴离子:有一个未成对电子,有顺磁性,可由酶促反应和非酶促反应如电离辐 射生成,既是氧化剂,又是还原剂,可发生歧化反应,引起脂质过氧化,寿命较长,可促进 其他氧自由基的生成。 (3)羟自由基:是已知最强的氧化剂,几乎能与所有的细胞成分进行抽氢、加成、电子 转移等反应,反应速度极高。羟自由基寿命短,可由辐射和氧自由基转化生成,过渡金属对 羟自由基生成有促进作用。 (4) 过氧化氢: 过氧键不稳定, 见光均裂成羟自由基。 可由超氧阴离子自由基歧化生成, 也可由酶促反应直接生成。过氧化氢通过生成羟自由基对细胞造成伤害。 (5)单线态氧:是普通氧的激发态,无顺磁性,虽不是自由基,但反应活性高,可在自 由基反应中生成。 3.自由基链反应 (1)引发:反应性足够强的起始自由基抽去脂质分子的氢原子,或高能辐射使脂质分子 均裂,可生成起始脂质自由基。 (2)增长:起始脂质自由基通过加成、抽氢、断裂等一种或几种方式生成更多的脂质自

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由基,这种反应反复进行,即成为链式反应。 (3)终止:两个自由基之间可发生偶联或歧化反应,消除自由基,使链式反应终止。 (二)脂质过氧化的化学过程 生物膜脂质中的多不饱和脂肪酸两个双键之间的亚甲基氢比较活泼, 容易在自由基或辐 射作用下被抽去,形成脂质自由基,有氧情况下还可生成脂质过氧自由基,进而引发链式反 应,脂质过氧自由基可转化为丙二醛(MDA)等醛类,MDA 可用于测定脂质过氧化的程度。 (三)脂质过氧化作用对机体的损伤 1.脂质过氧化的中间产物脂质自由基、 脂质过氧自由基作为引发剂通过抽氢使蛋白质分 子变成自由基,引起链式反应,导致蛋白质聚合。 2.丙二醛导致蛋白质交联。 3.脂质过氧化导致生物膜功能异常。 4.脂质过氧化导致动脉粥样硬化。 5.脂质过氧化导致衰老,使脂褐素含量增加。 6.脂质过氧化导致 DNA 损伤。 但一定量的自由基对某些疾病有一定的预防作用。 (四)抗氧化剂的保护作用 1.基本概念 具有还原性, 能抑制自由基链式反应的物质称抗氧化剂。 能将自由基还原为非自由基的 抗氧化剂称自由基清除剂。 可消除链式反应引发剂的称预防型抗氧化剂。 可消除链式反应产 生的自由基,中断或延缓链式反应的称阻断型抗氧化剂。 有一些抗氧化剂为酶类,另一些为小分子,有一些是天然的,另一些是人工合成的。 2.常见的抗氧化剂 (1)超氧化物歧化酶(SOD):存在广泛,可清除超氧阴离子; (2)过氧化氢酶:存在于过氧化物酶体,可将过氧化氢转化为水和氧; (3)谷胱甘肽过氧化物酶:存在广泛,可还原脂质氢过氧化物或将过氧化氢转化为水, 同时将谷胱甘肽转化为氧化型; (4)维生素 E:可清除生物膜中活性氧自由基,是生物体内最重要的自由基清除剂。 (5)某些中药活性成分:如黄酮类和某些苷类化合物。 (6)人工合成的抗氧化剂:主要有丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)和没 食子酸丙酯(·PG),主要用于防止油脂的腐败。在规定的剂量范围内使用是安全的。

第三节

复合脂类

复合脂质(complx lipids) :即含有其他化学基团的脂肪酸酯,即由简单脂和一些非脂物 质如磷酸、含氮碱基等共同组成的。体内主要含磷脂和糖脂两种复合脂质。 一、磷脂的种类 磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂两类, 主要参与细胞膜系统的组成, 其中甘油磷脂是第一大 类膜脂,而包含鞘磷脂和鞘糖脂的鞘脂类则是第二大类膜脂。 (一)甘油磷脂类 甘油磷脂又称磷酸甘油酯, 是磷脂酸的衍生物。 由甘油+脂肪酸+磷酸+含氮碱性化合物组成, 甘油磷 脂种类繁多,结构通式如图: 1. 甘油磷脂中最常见的是卵磷脂和脑磷脂。 动物的心、脑、肾、肝、骨髓以及禽蛋的卵黄中,

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含量都很丰富。大豆磷脂是、脑磷脂和心磷脂等的混合物。 (1)磷脂酰胆碱:也称卵磷脂,α -卵磷脂分子中与磷脂酸相连的 X 基团是胆碱(季 胺离子,一单位正电荷,注意极性头基的静电荷为 0) ,所以称为磷脂酰胆碱。可控制肝脏 脂肪代谢,防止脂肪肝的形成。 (2)磷脂酰乙醇胺:也称脑磷脂,最先是从脑和神经组织中提取出来。脑磷脂的结构 与卵磷脂相似,只是 X 基不同,连接的是乙醇胺(一单位正电荷) 。与凝血有关。 2.卵磷脂和脑磷脂的性质相似,都不溶于水而溶于有机溶剂,但卵磷脂可溶于乙醇而脑 磷脂不溶,故可用乙醇将二者分离。二者的新鲜制品都是无色的蜡状物,有吸水性,在空气 中放置易变为黄色进而变成褐色, 这是由于分子中不饱和脂肪酸受氧化所致。 卵磷脂和脑磷 脂可从动物的新鲜大脑及大豆中提取。 3.磷脂中的脂肪酸常见的是软脂酸、硬脂酸、油酸以及少量不饱和程度高的脂肪酸。通 常α -位的脂肪酸是饱和脂肪酸,β -位的是不饱和脂肪酸。天然磷脂常是含不同脂肪酸的几 种磷脂的混合物。 磷脂是兼性离子,有多个可解离基团。在弱碱下可水解,生成脂肪酸盐,其余部分不水解。 在强碱下则水解成脂肪酸、磷酸甘油和有机碱。磷脂中的不饱和脂肪酸在空气中易氧化。 (二)鞘氨醇磷脂 鞘磷脂由鞘氨醇+ 脂肪酸+ 磷酰胆碱(少数磷酰乙醇胺)组成。脂肪酸与鞘氨醇的氨 基以酰胺键相连,形成的脂酰鞘氨醇又称神经酰胺;鞘氨醇的伯醇基与磷脂酰胆碱(或磷脂 酰乙醇胺)以磷酸酯键相连形成的化合物即为鞘磷脂。 二、糖脂的种类 糖与脂类以糖苷键相连形成的化合物称为糖脂。 鉴于脂质部分的不同, 糖脂可分为鞘糖 脂、甘油糖脂及固醇衍生的糖脂,作为膜脂主要是前两类。 (一)糖鞘脂:通常指不包括磷酸的鞘氨醇衍生物,可与鞘磷脂一起归入鞘脂类,但后 者虽含糖基但不是糖苷键而是糖脂键连接。 根据糖基是否含有唾液酸或硫酸基成分它分为中 性鞘糖脂和酸性鞘糖脂两类,分别以脑苷脂和神经节苷脂为代表。 1. 脑苷脂:属于中性鞘糖脂,糖基不含唾液酸成分,由一个单糖与神经酰胺构成,占脑干 重的 11%,各种脑苷脂的区别主要在于脂肪酸(二十四碳)不同。其糖基 C3 位被硫酸 酯化后称为脑硫脂类。 2. 神经节苷脂:属于酸性鞘糖脂,糖基含唾液酸成分,有多个糖基,又称唾液酸糖鞘脂。 其结构复杂,常用缩写表示,以 G 代表神经节苷脂,M、T、D 代表含有唾液酸残基的 数目(1、2、3) ,用阿拉伯数字表示无唾液酸寡糖链的类型。 3. 功能: (1)糖鞘脂是细胞膜的组分,其糖结构突出于质膜表面,与细胞识别和免疫有关。位于 神经细胞的还与神经传递有关。 (2)神经节苷脂在脑灰质和胸腺中含量丰富,与神经冲动的传导有关。红细胞表面的神 经节苷脂决定血型专一性。某些神经节苷脂是激素(促甲状腺素、绒毛膜促性腺激素等) 、 毒素(破伤风、霍乱毒素等)和干扰素等的受体。 (二)甘油糖脂:主要是二酰甘油分子 sn-3 位上的羟基与糖基以糖苷键连接而成。植物 中叶绿体和微生物的质膜含量较大,哺乳动物分布较少,在动物的睾丸、精子和神经系统含 量丰富 三、磷脂与生物膜 细胞及细胞器表面覆盖着一层极薄的膜, 统称生物膜。 生物膜主要由脂类和蛋白质组成, 脂类约占 40%,蛋白质占 60%。不同种类的生物膜中二者比例变化很大,如线粒体内膜只 含 20-25%的脂类,而有些神经细胞表面的髓磷脂膜含脂类高达 75%。构成生物膜的脂类

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很多,其中最主要的是甘油磷脂类,也有一些糖脂和胆固醇。 (一)生物膜的生物功能: 1.具有保护层的作用,是细胞表面的屏障; 2.它是细胞内外环境进行物质交换的通道;能量转换和信息传递也都要通过膜进行。 3.许多酶系与膜相结合,一系列生化反应在膜上进行。生物膜的功能是由它的结构决定 的。信息识别与传递也在膜上进行。 (二)生物膜的化学组成和结构特点: 1.化学组成:主要由蛋白质(包括酶) 、脂质(主要是磷脂)和糖类糖及少量水金属离子 组成。 (1)膜蛋白 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。可以分为外周蛋白和内在 蛋白。 外周蛋白(peripheral protein) :分布于双层脂膜的外表层。与膜的结合比较疏松,容易 从膜上分离出来,外周蛋白比较亲水,能溶解于水。 内在蛋白(integral protein) :蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。溶于水,且 不容易从膜中分离出来。主要以 ?-螺旋形式存在。 (2)膜脂 膜脂是细胞膜的基本骨架,也是细胞对物质选择性通透的屏障。有磷脂分子(甘油磷脂、 鞘磷脂) 、糖脂(鞘糖脂、甘油糖脂) 、胆固醇等。膜脂分子均为亲水和亲脂的兼性分子,但 它们的含量、结构、理化性质及对膜的构成及膜的功能影响却不同。 (3)膜糖 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。 2.结构特点: 1.膜分子间作用力:静电力,疏水作用,范德华力。 2.磷脂双层膜 3.组分不对称分布 4.生物膜流动性 (三)膜结构模型: 可用液态镶嵌模型表示,其要点为: 1.膜磷脂排列成双分子层, 构成膜的基质。 双分子层的每一个磷脂分子既规则地排列着, 又有转动、摆动和横向流动的自由,处于液晶状态。磷脂双分子层具有流动性、柔韧性、高 电阻性和对高极性分子的不通透性。 2.多种蛋白质包埋于基质中,称为膜蛋白。膜蛋白是球蛋白,他们的极性区伸出膜的表 面,而非极性区埋藏在膜的疏水的内部。埋藏或贯穿于双分子层者称内在蛋白,附着于双分 子层表面的称表在蛋白。膜中的脂类主要是磷脂、胆固醇和糖脂(动物是糖鞘脂,植物和微 生物是甘油酯) 。 3.膜是不对称的,膜中的脂和蛋白的分布也是不对称的。如人的红细胞,外层含卵磷脂 和糖鞘脂较多,而内层含磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺较多。两层的电荷、流动性不同,蛋 白也不同。这种不对称性由细胞维持。膜的相变温度可达几十度。 四、物质的过膜转运 生物膜的物质运输功能包括: 两类其中一个是离子、 小分子物质的运输,包括被动运输和 主动运输;另外一个是生物大分子的跨膜运输。 (一)小分子物质和离子的过膜转运 1. 被动运输:

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指物质顺浓度梯度,不需要消耗代谢能的穿膜运输。 (1)自由扩散 物质从高浓度到低浓度的单纯的扩散作用,不需借助载体,不消耗能量。只有小分子 量的不带电或疏水分子(H2O、O2、CO2、尿素、乙醇)以此方式过膜。 (2)协助扩散 物质从高浓度到低浓度(顺浓度梯度) ,需借助载体蛋白的物质运输。包括亲水性分子 如糖、氨基酸等的运输。 2. 主动运输 物质逆浓度梯度的穿膜运输,需消耗代谢能,并需专一性的载体蛋白。 (1)ATP 驱动的主动运输 Na+ 、K+的跨膜运输 通过膜上的专一的载体——Na+、K+-泵(又称 Na+、K+-ATP 酶)被运输。Na+、K+泵通过水解 ATP 提供的能量主动向外运输 Na+,向内运输 K+,每水解 1 分子 ATP 向膜外 泵出 3 个 Na+,向膜内泵入 2 个 K+。 有实验说明,小麦叶片及梢细胞中的 K+含量比土坡中高 300 倍时,小麦仍然能从土壤 中吸收 K+,这是逆浓度梯度主动吸收的现象,执行此功能的体系称为 Na+-K+离子泵,它 利用水解 ATP 获取能量,推动 K+吸收和 Na+的排出,因此又叫 Na+ -K+ -ATP 泵或 Na+-K+-ATP 酶。该酶是由 2 个α 亚基及 2 个β 亚基组成的四聚体,是一种跨膜蛋白,α 亚 基面向细胞质的一端有 Na+和 ATP 的结合位点,另一端有 K+结合位点,β 亚基是一个糖蛋 白,功能尚不明。该酶的作用机制可用构象变构假说解释,当膜内有 Na+存在时,ATP 末端 的磷酸基与 ATP 酶的α 亚基上的天冬酰胺残基结合,磷酸化引起 ATP 酶构象的变化,酶被 激活,把 Na+泵出膜外;随后,膜外 K+又引起 ATP 酶脱磷酸,酶恢复到原来的构象,同时 把 K+运入膜内,由于酶不断地工作,使 Na+ ,K+不断地泵出膜和泵入膜。据研究每消耗 1 分子 ATP,可向膜外泵出 3 个 Na+,向膜内泵人 2 个 K+。这种不对称运输的结果,K+在膜 内不断累积。Na+在膜内不断减少,形成了膜内外 Na+、K+浓度梯度和电化学梯度。 Na+,K+-泵维持细胞跨膜离子梯度差具有重要生理意义:维持细胞膜电位,使细胞处于 可兴奋状态;调节细胞体积;驱动某些细胞糖和氨基酸的运输。 (2)Ca2+的运输 Ca2+ -ATP 酶又称为 Ca2+泵,是细胞质膜和细胞内膜系统中的 Ca2+运送体系,是 一个跨膜的膜结合酶。 以肌质网膜的 Ca2+运送为例,肌质网是肌细胞含有的一种特化的内质网膜系统,当肌 细胞受到外界刺激时, Ca2+由肌质网释放进人细胞质中, 引起肌肉收缩;当肌肉松弛时, Ca2+ 重新被摄入肌质网膜内。这一过程受到膜上的 Ca2+泵即 Ca2+ -ATP 酶的调控,是一个主动 运送过程,需 ATP 提供能量, Ca2+ -ATP 酶是肌质网膜的主要成分,占膜总蛋白的 90 %。 Ca2+ -ATP 酶的作用机制与 Na+ -K+ -ATP 酶类似,也有磷酸化和去磷酸化过程。磷酸 化时酶被徽活,对 Ca2+一有高亲和力.将 Ca2+由肌质网膜外侧运送到肌质网膜内储集,使 肌 质网膜内外形成明显的 Ca2+梯度。 (3)三类驱动离子的 ATP 酶 分三类:P 型、V 型、F 型。 P-type:载体蛋白利用 ATP 使自身磷酸化,发生构象的改变来转移质子或其它离子, 如动物细胞的 Na+-K+泵、Ca2+离子泵 F-type:多亚基构成的管状结构,H+沿浓度梯度运动,所释放的能量用于 ATP 的合 成,所以也叫 ATP 合酶。 V-type:位于小泡的膜上,由许多亚基构成,通过 ATP 水解供能逆浓度梯度转运质子。

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(4)阴离子运输 氯化物和碳酸氢盐跨红细胞膜的运输为协同运输。 (二)生物大分子的运输 原核生物在它们的质膜和外膜中含有多成分的输出系统,使得它们能够将某些蛋白质 (往往是些毒素或酶)分泌到细胞外介质中。在真核细胞中,蛋白质的输入和输出细胞分别 通过胞吞和胞吐实现的。 1. 胞吐:有些物质在细胞内被囊泡裹入形成分泌泡,逐渐移至细胞表面,最后与质膜 接触、融合并向外排除,如胰岛素的分泌。 2. 胞吞:细胞从外界摄入的大分子或颗粒,逐渐被质膜的一小部分包围而内陷,随后 从质膜上脱落下来,形成含有摄入物质的细胞内囊泡的过程。 (1)吞噬作用:凡以大的囊泡形式内吞较大的固体颗粒、直径达几微米的复合物、微生 物及细胞碎片等的过程。如高等动物的免疫系统的巨噬细胞内吞内侵的细菌。 (2)胞饮作用:以小的囊泡形式将细胞周围的微滴状液体(直径<1 微米)吞入细胞内 的过程。 (3)受体介导的内吞作用:内吞物(配体,是蛋白质或小分子)与细胞表面的专一受体 结合,并随即引发细胞膜的内陷,形成的囊泡将配体裹入并输入细胞内的过程。

第四节

衍生脂类

一、萜类 萜类是异戊二烯的衍生物, 不含脂肪酸, 是非皂化脂。 其分类主要根据异戊二烯的数目, 由两个构成的称单萜,4 个称二萜,3 个叫倍半萜。还有三萜、多萜等。 萜类有线状、环状,有头尾相连,也有尾尾相连。多数线状萜类的双键是反式。 植物中多数萜类具有特殊气味,是植物特有油类的主要成分。如柠檬苦素、薄荷醇、樟 脑等。 维生素 A、E、K 等都属于萜类,视黄醛是二萜。天然橡胶也是多萜。 二、类固醇 类固醇都含有环戊烷多氢菲结构,不能皂化。其中固醇是在核的 3 位有一个羟基,在 17 位有一个分支烃链。 (一)固醇类 是环状高分子一元醇,分布很广,可游离存在或与脂肪酸成酯。主要有以下三种: 1.动物固醇 多以酯的形式存在。胆固醇(Cholesterol)是脊椎动物细胞的重要成分,在神 经组织和肾上腺中含量特别丰富,约占脑固体物质的 17%。胆石几乎全是由胆固醇构成的。 (1)结构:C3 羟基,C10 和 C13 各一个甲基,C5 与 C6 间一个双键,C17 异辛烷 (2)分布及功能 a. 胆固醇(二氢胆固醇、粪固醇)以游离或酯的形态存在于一切动物组织中,植物中 没有。 b. 70 千克人体含 140 克左右,1/4 在脑及神经组织中,肝、肾含量较多。肾上腺、卵巢 等合成固醇激素的腺体含量也较多,可达 1—5%。血清中含量升高,会增加患心血管疾病 的可能性。 c. 胆固醇是生物膜的重要成分,质膜中含量高于细胞器中,羟基极性端分布于膜的亲水 界面,母核及侧链深入膜双层,控制膜的流动性,阻止磷脂在相变温度以下时转变成结晶状 态,保证膜在低温时的流动性及正常功能。 d. 胆固醇是血中脂蛋白复合体的成分, 与粥样硬化有关, 还是合成胆汁酸、 类固醇激素、

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维生素 D 等生理活性物质的前体。 胆汁酸(在肝中合成)参与肠道脂类吸收 肾上腺皮质激素、雌激素、雄激素 2. 植物固醇: 是植物细胞的重要成分, 不能被动物吸收利用。主要有豆固醇、 麦固醇等。 3. 酵母固醇:存在于酵母菌、真菌中,以麦角固醇最多,经日光照射可转化为维生素 D2。 (二)固醇衍生物类 胆汁酸:在肝中合成,人的胆汁中有三种胆汁酸:胆酸、脱氧胆酸、鹅脱氧胆酸。胆酸 能与甘氨酸或牛磺酸以肽键结合,生成甘氨胆酸或牛磺胆酸,它们的胆苦的主要原因。胆酸 与脂肪酸或其他脂类,如胆固醇等成盐。它们是乳化剂,能促进油脂消化。 强心苷和蟾毒 它们能使心率降低,强度增加。强心苷来自玄参科及百合科植物,水解后 产生糖和苷原, 最常见的是洋地黄毒素。 蟾毒是蟾蜍分泌的, 以酯的形式存在, 与前者相似。 性激素和维生素 D 见激素和维生素部分。

第五节 结合脂类
一、脂蛋白 脂质+蛋白质以共价键(疏水作用、范德华力和静电力)结合的复合物。 二、分类: (一)根据蛋白质组成可分为三类:核蛋白类、磷蛋白类、单纯蛋白类,其中单纯蛋白类主 要有水溶性的血浆脂蛋白和脂溶性的脑蛋白脂。 1.核蛋白类 其代表是凝血致活酶,含脂达 40-50%(主要是卵磷脂、脑磷脂和神经磷脂) ,核酸占 18%。 2.磷蛋白类 如卵黄中的脂磷蛋白,含脂 18%,溶于盐水,除去脂后就不溶。 3.单纯蛋白类 主要有水溶性的血浆脂蛋白和脂溶性的脑蛋白脂。 (二)血浆脂蛋白:有多种类型,通常用超离心法根据其密度由小到大分为五种: : 1.乳糜微粒 主要生理功能是转运外源油脂。 乳糜微粒(CM)由小肠上皮细胞合成,主要来自食物油脂,颗粒大,使光散射,呈乳浊 状,这是用餐后血清浑浊的原因。其比重小,在 4℃冰箱过夜时,上浮形成乳白色奶油样层, 是临床检验的简易方法。主要生理功能是转运外源油脂。电泳时乳糜微粒留在原点。 2.极低密度脂蛋白(VLDL) 转运内源油脂。 极低密度脂蛋白(VLDL) 有肝细胞合成,主要成分也是油脂。当血液流经油脂组织、肝 和肌肉等组织的毛细血管时,乳糜微粒和 VLDL 被毛细血管壁脂蛋白脂酶水解,所以正常 人空腹时不易检出乳糜微粒和 VLDL。主要生理功能是转运内源油脂,如肝脏中由葡萄糖转 化生成的脂类。电泳时称为前β 脂蛋白。 3.密度脂蛋白(LDL) 转运胆固醇和磷脂。 低密度脂蛋白(LDL) 来自肝脏,富含胆固醇,磷脂。主要生理功能是转运胆固醇和磷 脂到肝脏。含量过高易患动脉粥样硬化。电泳时称为β 脂蛋白。 4.密度脂蛋白(HDL) 转运磷脂和胆固醇。 高密度脂蛋白(HDL) 来自肝脏,其颗粒最小,脂类主要是磷脂和胆固醇。主要生理功 能是转运磷脂和胆固醇。电泳时称为α 脂蛋白。可激活脂肪酶,清除胆固醇。

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5.极高密度脂蛋白(VHDL) 转运游离脂肪酸。 极高密度脂蛋白(VHDL) 由清蛋白和游离脂肪酸构成, 前者由肝脏合成, 在油脂组织中 组成 VHDL。主要生理功能是转运游离脂肪酸。 (三)脑蛋白脂: 从脑组织中分离得到。不溶于水,分为 A、B、C 三种。

第六节 脂质的提取、分离与分析
一、脂质的有机溶剂提取 非极性脂质(三酰甘油、蜡和色素等)可用乙醚、氯仿和苯等提取,膜脂可用乙醇或甲 醇提取,组织用氯仿:甲醇:水(1:2:0.8)匀浆,再加入过量水,离心后脂质存在于下 相氯仿层。 二、脂质的色谱分离 可用硅胶柱层析将脂质分为非极性(氯仿) 、极性(丙酮) 、荷电(甲醇)等多个组分, 也可以用 HPLC 或 TLC 分离(罗丹明或碘蒸汽显色) 。 三、混合脂肪酸的气液色谱分析 混合脂肪酸转化为其甲酯混合物,降低沸点后,用气液色谱分析其成分。 四、脂质结构的测定 脂质结构可用专一性水解和色谱法研究。

三、经典习题 1.为何水硬度较高时,用肥皂洗涤效果会变差? 2.比较小分子跨膜运输特点,完成下表: 运输类型 载体 动力学特征 蛋白 (底物饱和现象) 专一性 跨膜产生浓 度梯度 能量要求 举例

3.膜蛋白的流动性是如何证明的? 四、参考答案 + 1.答:肥皂是高级脂肪酸钠(或钾) ,既含有极性的-COO-Na 基团,易溶于水;又含有非 极性的烃基,易溶于脂类,所以肥皂是乳化剂,可使油污分散在水中而被除去。当用含较多 钙、镁离子的硬水洗涤时,由于脂肪酸钠转变为不溶的钙盐或镁盐而沉淀,肥皂的去污能力 就大大降低。 2.见下表:
运输类型 载体 蛋白 不需 要 需要 动力学特征 (底物饱和现象) 否 专一性 跨膜产生浓度 梯度 否 能量要求 举例

自由扩散



不需要

O2 、甘油 红细胞葡萄 糖渗透

协助扩散







不需要

2013 年生物化学辅导班讲义 主动运输 需要 是 是 是 需要 需信号刺激和 离子通道 需要 否 是 否 顺浓度梯度离 子流

Na+、K+ 乙酰胆碱受 体

3. 答:以人细胞和鼠细胞为材料,用带有不同荧光基团的抗体对两种细胞表面的特异 抗原蛋白进行免疫荧光标记;然后在合适条件下将两种经过标记的细胞进行融合。在细胞融 合初期.可看到到杂合细胞的两半分别呈现不同颜色荧光,当保温一定时间以后。两种颜色 的荧尤点均匀分布于杂合细胞的表面。证明两种细胞的膜蛋白在脂双中进行了自由侧向运 动。 本 章 名 词 解 释 1. 脂肪酸(fatty acid) :是指一端含有一个羧基的长的脂肪族碳氢链。脂肪酸是最简单的 一种脂,它是许多更复杂的脂的成分。 2. 饱和脂肪酸(saturated fatty acid) :不含有—C=C—双键的脂肪酸。 3. 不饱和脂肪酸(unsaturated fatty acid) :至少含有—C=C—双键的脂肪酸。 4. 必需脂肪酸(occential fatty acid) :维持哺乳动物正常生长所必需的,而动物又不能合 成的脂肪酸,Eg 亚油酸,亚麻酸。 5. 三脂酰苷油(triacylglycerol) :也称为甘油三酯。一种含有与甘油脂化的三个脂酰基的 酯。脂肪和油是三脂酰甘油的混合物。 6. 磷脂(phospholipid) :含有磷酸成分的脂。Eg 卵磷脂,脑磷脂。 7. 鞘脂(sphingolipid) :一类含有鞘氨醇骨架的两性脂,一端连接着一个长连的脂肪酸, 另一端为一个极性和醇。鞘脂包括鞘磷脂,脑磷脂以及神经节苷脂,一般存在于植物和动物 细胞膜内,尤其是在中枢神经系统的组织内含量丰富。 8. 鞘磷脂(sphingomyelin) :一种由神经酰胺的 C-1 羟基上连接了磷酸毛里求胆碱(或磷 酸乙酰胺)构成的鞘脂。鞘磷脂存在于在多数哺乳动物动物细胞的质膜内,是髓鞘的主要成 分。 9. 卵磷脂(lecithin) :即磷脂酰胆碱(PC) ,是磷脂酰与胆碱形成的复合物。 10. 脑磷脂(cephalin) :即磷脂酰乙醇胺(PE) ,是磷脂酰与乙醇胺形成的复合物。 11. 脂质体(liposome) :是由包围水相空间的磷脂双层形成的囊泡(小泡) 。 12. 生物膜(bioligical membrane) :镶嵌有蛋白质的脂双层,起着画分和分隔细胞和细胞器 作用生物膜也是与许多能量转化和细胞内通讯有关的重要部位。 13. 内在膜蛋白(integral membrane protein) :插入脂双层的疏水核和完全跨越脂双层的膜 蛋白。 14. 外周膜蛋白(peripheral membrane protein) :通过与膜脂的极性头部或内在的膜蛋白的 离子相互作用和形成氢键与膜的内或外表面弱结合的膜蛋白。 15. 通透系数(permeability coefficient) :是离子或小分子扩散过脂双层膜能力的一种量度。 通透系数大小与这些离子或分子在非极性溶液中的溶解度成比例。 16. 通道蛋白(channel protein) :是带有中央水相通道的内在膜蛋白,它可以使大小适合的 离子或分子从膜的任一方向穿过膜。 17. (膜)孔蛋白(pore protein) :其含意与膜通道蛋白类似,只是该术语常用于细菌。 18. 被动转运(passive transport) :那称为易化扩散。是一种转运方式,通过该方式溶质特 异的结合于一个转运蛋白上,然后被转运过膜,但转运是沿着浓度梯度下降方向进行的,所 以被动转达不需要能量的支持。 19. 主动转运(active transport) :一种转运方式,通过该方式溶质特异的结合于一个转运蛋

2013 年生物化学辅导班讲义

白上然后被转运过膜, 与被动转运运输方式相反, 主动转运是逆着浓度梯度下降方向进行的, 所以主动转运需要能量的驱动。在原发主动转运过程中能源可以是光,ATP 或电子传递;而 第二级主动转运是在离子浓度梯度下进行的。 20. 协同运输(contransport) :两种不同溶质的跨膜的耦联转运。可以通过一个转运蛋白进 行同一方向(同向转运)或反方向(反向转运)转运。 21. 胞吞(信用) (endocytosis) :物质被质膜吞入并以膜衍生出的脂囊泡形成(物质在囊泡 内)被带入到细胞内的过程。


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