磷脂双层-结构,类型,性质,功能

什么是膜脂?

脂质分子大约占大多数的50%的质量动物细胞膜。它们是两亲性(两亲性)分子,排列成二维片状双层结构。脂质所表现出的双重特性细胞膜可归因于这些分子中亲水性极性端和疏水性非极性端的存在。在大多数生物膜中,每小叶或每层的脂质疏水链形成的疏水核为3-4纳米厚。

膜脂分子的三大类是磷脂,胆固醇鞘脂类。但是,最丰富的膜脂是磷脂。

磷脂是什么?

磷脂是含有附着在磷酸基上的脂质分子的复合/复合脂质。磷脂是甘油-3-磷酸的衍生物,其中甘油的主链一端连接两个脂肪酸,另一端连接酯化磷酸和一个有机醇基。

磷脂双分子层
图:磷脂双分子层描述了脂肪酸链的疏水尾部和甘油主链、磷酸盐和极性头基团的亲水头。图片来源:打开城市大学

磷脂双层结构

磷脂双分子层由两层磷脂组成,外层磷脂亲水极性头,内部磷脂疏水非极性尾。这使磷脂具有两亲性。在结构上,一个磷脂分子包括两个脂肪酸尾巴和一个带有甘油(3-碳醇)和一个磷酸盐分子的头部。两个脂肪酰基链被酯化为甘油中的两个羟基,而磷酸基被酯化为甘油中的末端羟基。这两种脂肪酰基链的C原子数(一般为16或18个)和饱和程度不同,即存在0、1或2个双键。令人惊讶的是,磷脂脂肪酸有两种类型,一种是饱和的,另一种是不饱和的,这是负责磷脂膜的膜流动性和灵活性。

类型的磷脂

根据磷脂的骨架分为两类,即:

1.甘油磷脂(磷酸甘油)/甘油磷脂

甘油是支柱。根据其头部基团的性质,存在不同的磷酸甘油酯。它们是:

  • 磷脂酰胆碱(PC):它是质膜中最丰富的磷脂。它的头部基团有胆碱,这是一种带正电荷的醇,通过醚键(C-O-C)与带负电荷的磷酸基相连。
  • 磷脂酰丝氨酸(PS):在这里,带正电的乙醇胺通过醚键连接到带负电的磷酸基上。
  • 磷脂酰肌醇(PI):肌醇是头部基团。

磷酸基团,当与其他头部分子结合时,如氢和乙醇胺,它被称为磷脂酸和磷脂酰乙醇胺。磷脂酸被认为是许多磷脂的前体。因此,它是最基本的。

质浆原是磷酸甘油酯的成员,由一个碳氢链通过酯键连接到甘油。相反,另一个碳氢链通过醚键与甘油相连。这些物质在人类心脏和脑组织中含量很高。

2.鞘磷脂

鞘氨醇起着脊梁的作用。鞘氨醇是氨基醇,有很长的碳氢链。鞘磷脂是一种磷脂,其整体结构与磷脂酰胆碱非常相似。鞘磷脂中,磷胆碱附着在鞘磷脂主链的末端羟基上。它是磷脂和鞘脂的一种。

安排在膜

磷脂排列在双分子层结构中,在水环境中,双分子层内部是疏水的尾部,在双分子层外部是亲水的头部。亲水头分子具有带电荷或不带电荷的极性基团,它们与水形成静电相互作用或氢键,使它们易于溶解在水中。然而,尾部区域的疏水脂肪酰基链是不带电荷的非极性的,这使它们不能与水相互作用。当磷脂分散在水中时,为了尽量减少重组水分子所需的自由能成本,磷脂以这样一种方式聚集:它们将亲水性的头部暴露在水中,而将疏水性的尾部隐藏在内部。这导致形成球形胶束或双分子片或双分子层。

磷脂双分子层的性质

  • 磷脂是两亲性
  • 磷脂可以自组装.这种特性的主要驱动力是疏水效应,它将脂链从水中排斥出来形成胶束或脂质体。
  • 脂质双分子层的疏水核心防止亲水性溶质穿过它的扩散。然而,双分子层中膜蛋白的存在促进了它们在膜上的运输不透水层
  • 脂质双分子层的特征结构是稳定脂质链之间的疏水和范德华相互作用但其外部水环境的离子强度和pH值变化较大。
  • 脂质双分子层中的磷脂也显示这两种情况旋转或横向移动在一个双分子层中,而横向运动以“触发器”的方式在双层之间。
  • 膜流动性由磷酸甘油酯增加而由鞘脂和胆固醇减少。生物膜的流动性受多种因素的影响,如脂肪酸尾的长度和饱和程度、温度和双分子层的胆固醇含量。磷脂的流体性质允许几种细胞过程,如胞饮作用和内吞作用。
  • 磷脂是生物膜的结构单位,有利于膜蛋白的锚定。
  • 磷脂在双分子层的两个小叶中呈对称分布。

磷脂的功能

以下列举了几种生物功能:

  1. 磷脂构成了大多数生物膜(如细胞膜)的结构成分,它们的功能是作为屏障调节分子进出细胞。
  2. 当一些磷脂被酶降解时,会产生在信号转导中充当第二信使的产物。例如,磷脂酶C将磷脂酰肌醇(4,5)-二磷酸分解为三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG)。这两种产物在信号转导中都有潜在的作用。
  3. 磷脂参与广泛的细胞活动,如凋亡,吞噬和调节线粒体生理。
  4. 磷脂有助于细胞膜的流动性和灵活性。过量的酒精摄入会使肝细胞中的磷脂数量减少,从而降低肝细胞的灵活性,导致肝损伤或细胞损伤。因此,建议使用磷脂来恢复这种情况。
  5. 磷脂是脂质代谢和吸收所必需的。

参考文献

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关于“磷脂双层——结构、类型、性质、功能”的一种思考

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