脂类和脂生物化学1.ppt

,脂和脂生物化学,Lipids and Lipid Biochemistry,脂(类)-Lipids,生物脂类是一类范围很广的化合物，化学成分及结构差异极大，脂类定义的特点就是水不溶性(water insoluble)（即脂溶性，fat-soluble），因此，多数脂类都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有机溶剂，而不溶于水。,脂类功能,主要的能量供应和贮存形式； 生物膜约一半的部分(磷脂及固醇)； 有些脂类虽然数量较低，但作为酶的辅助因子、电子载体、光吸收色素、疏水稳定体、乳化剂、激素及胞间信息等方面都起着关键作用； 有些脂类有防止机械损伤及防止热量散发的保护作用。,脂类的功能 I,提供能量：产热高，达9千卡克。正常人体每日所需热量大约有25-30由脂肪提供。 储存能量：人体脂肪细胞可储存大量脂肪。 防寒及保护身体：皮下脂肪是一种较好的绝缘物质，可保持体温。对身体一些重要器官起着支持和固定作用，使人体器官免受外界环境损伤。 增进饱腹感及摄人食物的口感。胃留时间长，不易饥饿。另外，脂肪可以增加食物的烹任效果和食物的香味。脂肪还能刺激消化液的分泌。,脂类的功能 II,脂肪是脂溶性维生素的载体，食物中缺少脂肪会影响这些维生素的吸收和利用。 磷脂的功用：体内最多的脂类，是细胞膜和血液的组成物质；神经组织含有大量磷脂，磷脂和神经兴奋有关；磷脂能在脂肪吸收过程中起重要的乳化作用，是一种高效的乳化剂，脂肪和胆固醇在血液中运输时，都需要有足够的磷脂才能顺利进行。在胆汁中磷脂与胆盐、胆固醇一起形成胶粒，以利于胆固醇的溶解和排泄。,脂类的功能 III,胆固醇的功用：胆固醇是从食物摄入或在体内合成的。血液中胆固醇高可能引起动脉粥样硬化。胆固醇是细胞膜和细胞器的重要构成成分、是体内合成维生素D和胆汁酸的原料、胆固醇在体内可转变成各种肾上腺皮质激素，如皮质醇、醛固酮、胆固醇还是性激素睾酮和雌二醇的前体。 脂蛋白的功用：血浆脂蛋白包括乳糜微粒、极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白。,脂类的分类,根据化学结构及脂的组成，分为： 单纯脂类(质)(Simple lipids），包括脂肪、油和蜡； 复合脂类（Lipid complex），包括磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂）和糖脂（脑苷脂和神经节苷脂）； 异戊二烯类（Isoprenes），包括多萜类、固醇和类固醇类。,脂肪酸（Fatty acids）,碳链为4-36碳的羧酸，这些碳链可为饱和的和不分支的、可含有一个或多个双键、也可含有三碳的环或羟基。 其中的亚油酸（Linoleic acid）、亚麻酸（Linolenic acid）和花生四烯酸（Arachidonic acid）为人体必需脂肪酸（Essential fatty acids）。,Fatty Acids,Saturated Fatty Acids,Octanoic Acid,Unsaturated Fatty Acids,3 - Octenoic Acid,3, 6 - Octadienoic Acid,Short hand: 8:1 (D3) 8:2 (D3,6),Cis 9 - Octadecenoic Acid (oleic),Trans 9 - Octadecenoic Acid (elaidic acid),Cis And Trans Fatty Acids,（油酸）,（反油酸）,Polyunsaturated Fatty Acids,Linoleic acid: Cis, cis, 9, 12 - Octadecadienoic acid（亚油酸） Linolenic acid: Cis, cis, cis 9, 12, 15 - Octadecatrienoic acid （亚麻酸） Arachidonic acid: Cis, cis, cis, cis 5, 8, 11, 14 - Eicosatetraenoic acid Linoleic Acid （花生四烯酸） Linolenic Acid Arachidonic Acid,Naturally-occurring fatty acids,1. Cis form 2. Not conjugated - isolated double bond. 3. Even numbered fatty acids.,CLASSIFICATION OF FATTY ACIDS PRESENT AS GLYCERIDES IN FOOD FATS,I. Saturated Fatty Acids,Butyric,Butanoic,CH3(CH2)2COOH,butterfat,Caproic,Hexanoic,CH3(CH2)4COOH,butterfat, coconut and palm nut oils,Caprylic,Octanoic,CH3(CH2)6COOH,coconut and palm nut oils, butterfat,Capric,Decanoic,CH3(CH2)8COOH,coconut and palm nut oils, butterfat,Lauric,Dodecanoic,CH3(CH2)10COOH,coconut and palm nut oils, butterfat,Myristic,Tetradecanoic,CH3(CH2)12COOH,coconut and Palm nut oil, most animal and plant fats,Palmitic,Hexadecanoic,CH3(CH2)14COOH,practically all animal and plant fats,Stearic,Octadecanoic,CH3(CH2)16COOH,animal fats and minor component of plant fats,Arachidic,Eicosanoic,CH3(CH2)18COOH,peanut oil,月桂酸,肉豆蔻酸,棕榈酸（软脂酸）,硬脂酸,花生酸,II. Unsaturated Fatty Acids,A. Monoethenoic Acids,Oleic,Cis 9-octadecenoic,C17H33COOH,plant and animal fats,Elaidic,Trans 9-Octadecenoic,C17H33COOH,animal fats,B. Diethenoic Acids,Linoleic,9,12-Octadecadienoic,C17H31COOH,peanut, linseed, and cottonseed oils,C. Triethenoid Acids,Linolenic,9,12,15-Octadecatrienoic,C17H29COOH,linseed and other seed oils,Eleostearic,9,11,13-Octadecatrienoic,C17H29COOH,peanut seed fats,D. Tetraethenoid Acids,Moroctic,4,8,12,15-Octadecatetraenoic,C17H27COOH,fish oils,油酸,反油酸,亚油酸,亚麻酸,桐油酸,花生四烯酸,Common and Systematic Names of Fatty Acids,A. Monoethenoic Acids,Oleic,Cis 9-octadecenoic,C17H33COOH,plant and animal fats,Elaidic,Trans 9-Octadecenoic,C17H33COOH,animal fats,B. Diethenoic Acids,Linoleic,9,12-Octadecadienoic,C17H31COOH,peanut, linseed, and cottonseed oils,C. Triethenoid Acids,Linolenic,9,12,15-Octadecatrienoic,C17H29COOH,linseed and other seed oils,Eleostearic,9,11,13-Octadecatrienoic,C17H29COOH,peanut seed fats,D. Tetraethenoid Acids,Moroctic,4,8,12,15-Octadecatetraenoic,C17H27COOH,fish oils,人体必需脂肪酸,亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。缺乏会影响机体代谢，表现为上皮细胞功能异常、湿疹样皮炎、皮肤角化不全、创伤愈合不良、对疾病抵抗力减弱、心肌收缩力降低、血小板聚集能力加强、生长停滞等。 亚油酸和亚麻酸在体内可转化成具有重要生理作用的DHA又名脑黄金、AA等，是婴儿脑部、视网膜发育所必需的营养素。LA与ALA无法由人体自身合成。亚油酸能降低血中胆固醇，防止动脉粥样硬化，可用于预防和治疗心血管疾病。 花生四烯酸是体内合成前列腺素的前体。,-亚麻酸,以甘油酯的形式存在于深绿色植物中,是构成人体细胞的主要成分, 参与磷脂的合成与分解，可转化为机体必需的生命活性因子DHA和EPA( “脑黄金”)。缺乏会引起机体脂质代谢紊乱，导致免疫力降低、健忘、疲劳、视力减退、动脉粥样硬化等症状的发生。尤其是婴幼儿和青少年，缺乏-亚麻酸类物质的摄入，就会严重影响其智力正常发育。在降血脂、降血压、抗血栓、抗动脉粥样硬化、乃至提高机体免疫力和抗癌等方面的药用价值已得到充分肯定。,活性脂肪酸,EPA(eicosapentaenoic acid)，二十碳五烯酸（5，8，11，14，17）、DHA(docosahexenoic acid)，二十二碳六烯酸（4，7，10，13，16，19），深海鱼油的特征脂肪酸。陆地动植物几乎不含DHA和EPA。 DHA对脑神经传导和突触的生长发育有着极其重要的作用。缺乏DHA等必需脂肪酸，将造成大脑发育的障碍。 不仅对视力和学习能力有关，还有催眠和镇静的作用。此外，DHA在细胞膜构造中具有特殊作用，妊娠6个月后，胎儿视网膜中DHA与花生四烯酸的比例随着胎龄而成倍增加。,Melting Points and Solubility in Water of Fatty Acids,C4,- 8,-,C6,- 4,970,C8,16,75,C10,31,6,C12,44,0.55,C14,54,0.18,C16,63,0.08,CHARACTERISTICS OF FATTY ACIDS,Effects of Double Bonds on the Melting Points,脂肪酸组装为稳定聚集体,甘油三酯Triacylglycerols, TG,脂肪酸与甘油形成的最简单的脂类是甘油三酯，也称为三脂酰甘油、脂肪或中性脂肪。甘油与单个脂肪酸所形成的脂称为甘油单酯（单脂酰甘油 monoacylglycerol），与2个脂肪酸形成的酯称为甘油二酯(二脂酰甘油diacylglycerol）。 甘油酯中脂肪酸为同一种脂肪酸的为单纯甘油酯(simple glycerides)，两种或两种以上的为混合甘油酯(mixed glycerides)。,甘油和甘油三酯,FAT AND OILS,Mostly Triglycerides:,Glycerol 3 Fatty Acids Triglycerides,GLYCERIDES,Monoglyceride (a - monostearin) Diglyceride (a, a - distearin),Triglyceride (b - palmityl distearin),a - oleodipalmitin 1 - oleodipalmitin,a - Linoleyldiolein 1 - Linoleyldiolein,脂肪和油（Fats and Oils）,天然甘油酯多为混合甘油酯，形成甘油酯的脂肪酸种类很多，可以是饱和的，也可以是不饱和的，含不饱和脂肪酸较多的甘油酯室温下为液体，被称为油（oil），含饱和脂肪酸较多的甘油酯室温下为固体，被称为脂肪（fat），前者多见于植物体，后者多见于动物体。,甘油三酯贮存能量和保温,甘油三酯在水相介质中呈微小油滴状独立结构，作为代谢燃料的贮藏库，脊椎动物中这些特化的细胞被称为脂肪细胞(adipcytes或fat cells)。甘油三酯还贮藏在多种植物的种子中，提供种子萌发时所需能量及生物合成的前体物质。 甘油三酯因碳链长且还原度高较糖贮藏的能量更多（二倍），甘油三酯的疏水性保证了运输中不必运送额外的水化物的重量。人体脂肪组织约有15-20 kg甘油酯，足够数月的能量供应，相反人体可能只贮存少于一天人体需要能量的糖元。,甘油三酯贮存能量和保温,一些动物中，皮下贮存的甘油酯不仅是一种能量，还可针对极低温度对生物体产生保温作用，海豹、海象、企鹅及热血的极地动物都被非常丰厚的甘油酯所覆盖，冬眠的动物（如熊）在冬眠前要积累大量的脂肪，既贮能、又保温。,细胞中贮藏的甘油酯,鲸蜡（棕榈酸鲸蜡醇酯）,脂肪滴（Fat Drop),皂化反应（Saponification）及皂化值（Saponification Value）,甘油三酯的酯键对酸碱敏感，可被水解，脂肪在KOH或NaOH条件下加热，可产生甘油和脂肪酸的钠或钾盐，这种盐被称为皂。水解1g甘油三酯所需KOH的mg数为皂化值，从皂化值的数量可略知混合脂肪酸或混合脂肪的平均相对分子量，平均相对分子量=3561000/皂化值。 肥皂通过形成微小聚积物（胶粒）而溶解或分散水不溶性物质达到去污目的。,Saponification,Saponification - hydrolysis of ester under alkaline condition.,Saponification # -mgs of KOH required to saponify 1 g of fat. 1. 5 g in 250 ml Erlenmeyer. 2. 50 ml KOH in Erlenmeyer. 3. Boil for saponification. 4. Titrate with HCl using phenolphthalein. Conduct blank determination. B - ml of HCl required by Blank. S - ml of HCl required by Sample.,Saponification Value Determination,Milk Fat,210-233,Coconut Oil（椰子油）,250-264,Cotton Seed Oil,189-198,Soybean Oil,189-195,Saponification Value of Fats and Oils,酸败（Racidity）和酸值（Acid Value）,脂肪长期暴露于潮湿闷热的空气中，受到空气的作用，游离脂肪酸被氧化、断裂生成醛、酮及低分子量脂肪酸，产生难闻的恶臭味，称之酸败。中和1g油脂中游离脂肪酸所消耗KOH的mg数称为酸值，可表示酸败的程度。,Acid Value,Number of mgs of KOH required to neutralize the Free Fatty Acids in 1 g of fat.,卤化（Halogenation）和 碘价（碘化值, Iodine Number）,油脂中不饱和双键与卤素发生加成反应，生产卤代脂肪酸，称为卤化作用。100g油脂所能吸收的碘的克数碘值，可以用来判断油脂中不饱和双键的多少。,Iodine Number,Number of iodine (g) absorbed by 100 g of oil. Molecular weight and iodine number can calculate the number of double bonds. 1 g of fat adsorbed 1.5 g of iodine value = 150.,Iodine Value = (ml of Na2S2O3 volume for blank - ml of Na2S2O3 volume for sample) N of Na2S2O3 0.127g/meq 100 Weight of Sample (g),Excess unreacted ICl,Iodine Value Determination,Iodine Numbers of Triglycerides,Palmitoleic Acid,1,95,Oleic Acid,1,86,Linoleic Acid,2,173,Linolenic Acid,3,261,氢化（Hydrogenation）,Ni的作用下，甘油酯中的不饱和双键可以与H2发生加成反应，油脂被饱和，液态变为固态，可防止酸败。,乙酰化作用（Acetylation）和 乙酰化值（Acetylation Number）,油脂中含-OH的脂肪酸可与乙酸酐或其他酰化剂作用形成相应的酯，称为乙酰化作用。1g乙酰化的油脂分解出的乙酸用KOH中和时所需KOH的mg数即为乙酰化值。,甘油三酯的物理性质,溶解度：水不溶性，也无形成高度分散的倾向，甘油二酯和甘油单酯含-OH，可形成高度分散态。 熔点：由脂肪酸组成决定，随饱和脂肪酸数目及碳链长度的增加而增加。 光学性质：甘油本身无光学活性，C1及C3的脂肪酸不同时，C2为不对称碳，有光学活性。,两性脂质的聚集体（Amphipathic Lipids Aggregate）,甘油磷脂、鞘脂类及固醇都不溶于水，把它们与水混合时，这些具有亲水基团的脂分子从水相环境聚合（集）成微小的脂分子聚积物成为独立的相。脂质分子的聚积物包括有相互作用的疏水部分和与周围水接触的亲水部分，脂质聚积物减少了暴露于水的疏水部分并使水相表面达最小，可形成三种聚积物：微团(micelles)、脂双分子层(bilayer)、脂质体(liposome)。,脂质的三种聚集体,蜡（Waxes）-贮存能量及防水外被,由长链脂肪酸14-16C与长链碳醇16-30C形成的酯，是蜂蜡的主要成分。 蜡的熔点为60-80，较甘油酯的为高。 蜡因其防水性和坚硬度有广泛应用，脊椎动物一些皮腺分泌的蜡质保护它们的毛发和皮肤的柔顺、润滑及防水；鸟类尤其水鸟由口腺分泌蜡质而使它们的羽毛不透水；一些热带植物被一层蜡质包裹以抵抗寄生物和水分的过分蒸腾。 生物的蜡有一定的药学、化妆品及其他工业用途，如用于洗涤剂、油膏及擦光剂等。,WAXES,Fatty acids + Long chain alcohol Important in fruits: Natural protective layer in fruits, vegetables, etc. Added in some cases for appearance and protection. Beeswax (myricyl palmitate), Spermaceti (cetyl palmitate),生 物 蜡,膜脂中的脂质,生物膜的核心结构是脂质双分子层，构成了极性分子及离子的通过屏障。组成生物膜的膜脂有三类： 甘油磷脂类(Glycerophospholipids) 鞘脂类(Sphingolipids)鞘磷脂和鞘糖脂 固醇类(Srerols),贮存脂及膜脂,甘油磷脂是磷脂酸（Phosphatidic acid, phosphatidate）的衍生物,磷脂中2分子脂肪酸与甘油的C1及C2上的羟基以酯键相连，成为膜脂分子疏水的非极性的尾（nonpolar tail）。亲水的极性的