第2章+脂类的化学.ppt

1、脂类的化学,第2章,本章内容： 第一节 脂类的概念 分类和生理功能 第二节 单脂的化学 第三节 复合脂类的化学,第一节 脂类的概念 分类和生理功能,一、脂类的概念,脂类(lipids)是脂肪及类脂的总称，是一类低溶于水而高溶于有机溶剂(如乙醚、丙酮、氯仿等)，并能为机体利用的有机化合物。,脂类的化学本质为脂肪酸(多是4碳以上的长链一元羧酸)和醇(包括甘油醇、鞘氨醇、高级一元醇和固醇)等所组成的脂类及其衍生物。脂类的元素组成主要是碳、氢、氧，有些脂类还含有氮、磷及硫。,二、脂类的分类,脂类,单纯脂：,复合脂,磷脂,糖脂,仅由脂肪酸与醇组成。,衍生脂质（derived lipid）,（一）单纯脂：

2、为脂肪酸与醇（甘油醇、高级一元醇）所组成的脂类，又分脂、油、蜡三小类。,（二）复合脂：为脂酸与醇（甘油醇、神经醇）所生成的脂，同时含有其它非脂性物质，又分为磷脂和糖脂二类。,磷脂：非脂成分是磷酸和含氮碱(如胆碱、乙醇胺)，磷脂根据醇成分的不同，又可分为甘油磷脂(如磷脂酸、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等)和鞘氨醇磷脂(简称鞘磷脂)。,糖脂 非脂成分是糖(单己糖、二己糖等)，并因醇成分不同，又分为鞘糖脂(如脑苷脂、神经节苷脂)和甘油糖脂(如单半乳糖基二酰基甘油、双半乳糖基二酰基甘油)。,衍生脂质（derived lipid）是指由单纯脂质和复合脂质衍生而来或与之关系密切，具有脂质一般性质的物质，包括（

3、1）取代烃 主要是脂肪酸及其碱性盐(皂)和高级醇，少量脂肪醛、脂肪胺和烃。（2）固醇类(甾类) 包括固醇、胆酸、强心苷、性激素、肾上腺皮质激素。（3）萜 包括许多天然色素(如胡萝卜素)、香精油、天然橡胶等。（4）其他 如维生素A、D、E、K，脂酰CoA，类二十碳烷(前列腺素、凝血恶烷和白三烯)，脂多糖，脂蛋白等。,根据能否形成皂盐，把脂质分为两大类：一类是能被碱水解而产生皂(脂肪酸盐)的称可皂化脂质；另一类是不被碱水解生成皂的称不可皂化脂质，类固醇和萜是两类主要的不可皂化脂质。也可根据脂质在水中和水界面上的行为不同，分为非极性脂质和极性脂质两大类。,其他分类方法,1、构成生物膜的重要物质,三、

4、脂类的生物学功能,2、是动植物的贮能物质,3、必需脂肪酸和脂溶性维生素是人体不可缺少的物质,4、某些脂类物质如VA,VD,VE, VK,胆酸等具有营养、代谢及调节作用,脂肪(包括油)是机体能量最有效的贮存形式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用，1克脂肪氧化分解可释放能量38.9kJ (9.3kcal)，人体活动所需要的能量2030由脂肪提供。,脂肪除供给能量外还可以提供必需脂肪酸,如亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等；,脂肪亦可协助脂溶性维生素A、D、E、K和胡萝卜素等的吸收；,脂肪酸组织较为柔软，存在于器官组织之间，使器官之间减少摩擦，对器官起保护作用，,脂肪不易导热，分布于皮下的脂肪可防止

5、过多的热量散失而保持体温。,脂类是代谢水的重要来源，生长在沙漠的动物氧化脂肪既能供能又能供水。每克脂肪氧化比碳水化合物多生产水67-83，比蛋白质产生的水多1.5倍左右。,类脂是构成生物膜的重要物质，大多数类脂，特别是磷脂和糖脂是细胞膜的重要组成成分。糖脂可能在细胞膜传递信息的活动中起着载体和受体作用。此外类脂中的各种磷脂、糖脂和胆固醇酯也是各种脂蛋白的主要成分。脂类也参与细胞内某些代谢调节物质的合成。,脂类物质也可作为药物，如卵磷脂、脑磷脂用于肝病、神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗，多不饱和脂肪酸如二十碳五烯酸及二十二碳六烯酸有降血脂作用，亦可用于防治动脉粥样硬化。胆酸中的熊去氧胆酸、鹅去氧胆酸

6、及去氢胆酸等均为利胆药，可治疗胆结石及胆囊炎等。此外胆固醇可作为人工牛黄的原料，蜂蜡常作为药物赋形剂及油膏基质等。,动物细胞和植物细胞中的脂类是储能物质,Sperm whale 抹香鲸,第二节 单脂的化学,一、脂肪的化学结构,脂肪(fat)是由一分子甘油与三分子脂肪酸组成的脂肪酸甘油三酯，故名为三脂酰甘油，习惯上称为甘油三酯。自然界存在的脂肪中其脂肪酸绝大多数含偶数碳原子。,3个脂肪酸链R1 R2 R3可以相同，也可以不同，可以是饱和的也可以是不饱和的,甘油 脂肪酸,二、脂肪酸,从动、植物和微生物中分离出来的脂肪酸已有百多种。在生物体内大部分脂肪酸都以结合形式如甘油三酯、磷脂、糖脂等存在，但也

7、有少量脂肪酸以游离状态存在于组织和细胞中。,脂肪酸(fatty acid，FA)是由一条长的烃链(“尾”)和一个末端羧基(“头”)组成的羧酸。烃链多数是线形的，分支或含环的烃链很少,烃链不含双键(和三键)的为饱和脂肪酸(saturated FA)，含一个或多个双键的为不饱和脂肪酸(unsaturated FA)。只含单个双键的脂肪酸称单不饱和脂肪酸；含两个或两个以上双键的称多不饱和脂肪酸。不同脂肪酸之间的主要区别在于烃链的长度(碳原子数目)、双键的数目和位置。,每个脂肪酸有3个名字：通俗名、系统名和简写符号。,饱和脂肪酸,动、植物脂肪中的饱和脂肪酸以软脂酸和硬脂酸分布广并且比较重要。,软脂酸：

8、16:0，n-16烷酸 硬脂酸：18:0， n-18烷酸,16:0表示有16个碳原子，双键的数目是0个,不饱和脂肪酸,比较重要的不饱和脂肪酸有亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。,亚油酸 18:2 9,12 -亚麻酸 18:3 9,12,15 -亚麻酸 18:3 6,9,12 花生四烯酸 20:4 5,8,11,14,几个典型脂肪酸结构,哺乳动物自身能合成多种脂肪酸，但不能向脂肪酸引入超过9的双键，因而不能合成如亚油酸和亚麻酸等。这类脂肪酸对人体是必不可少的，但人体自身不能合成必须从食物中获取，因此称为必需脂肪酸(essential fatty acid)。,人体内有些脂肪酸是可以相互转变的,亚油酸,

9、-亚麻酸,花生四烯酸,其他类二十碳烷物质,-亚麻酸,二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),DHA俗称脑黄金，又称“深海鱼油”，,“脑白金”的主要成份是褪黑素。虽可改善睡眠，但褪黑素是一种抗性腺激素，长期服用含有褪黑素的保健品，会影响到孩子的性腺发育，也会影响到成年人的性功能,脑黄金与脑白金完全不同,多不饱和脂肪酸的来源,第三节 复合脂类的化学,一、磷脂 (一)甘油磷脂 (二)鞘磷脂 二、糖脂 (一)脑苷脂类 (二)神经节苷脂类 三、胆固醇和胆酸 (一) 胆固醇 (二) 胆酸与胆汁酸,磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂两大类。甘油磷脂为甘油酯衍生物，鞘磷脂为鞘氨醇酯衍生物。它们主要参与细胞膜系

10、统的组成。,一、磷脂(phospholipid),(一) 甘油磷脂,甘油磷脂又称磷酸甘油酯，特点是甘油的两个羟基被脂酸酯化，第1位羟基被饱和脂肪酸酯化，第2位羟基常被C16-C20的不饱和脂酸如花生四烯酸酯化。第3位羟基被磷酸酯化为磷脂酸。,甘油磷脂的结构通式 X=含氮碱,甘油磷脂的结构通式 X=含氮碱,当X=H时 为磷脂酸(phosphatidic acid)，是各种甘油磷脂的母体化合物,磷脂酸的磷酸羟基再被氨基醇(如胆碱、乙醇胺或丝氨酸)或肌醇等取代，形成不同的甘油磷脂。磷脂酸的磷酸基再连接其他醇羟基化合物的羟基，即组成不同的磷脂。,磷酸甘油酯的两个长脂肪酸链，为非极性的尾部，而其余部分则

11、为极性的头部，所以磷脂是两性脂类。磷酸甘油酯分子中一般含有一分子饱和脂肪酸(多连在C1上)和一分子不饱和脂肪酸(多连在C2上)。,磷酸甘油酯的 结构通式,磷酸甘油酯的 结构通式,甘油磷脂极少溶解于水中，易形成微团。由于是两性脂类，因而它在构成生物膜结构中甚为重要。所有的甘油磷脂在pH 7时，其磷酸基团带的是负电荷。,1、卵磷脂(lecithin)又称磷脂酰胆碱，是组成细胞膜最丰富的磷脂之一。,式中R1和R2代表脂肪酸的烃基，R1是饱和的，R2是不饱和的烃基，R3上的X是胆碱，胆碱具有重要的生物学功能，是代谢过程中的甲基供体，乙酰化的胆碱，即乙酰胆碱是一种神经递质，与神经的传导和冲动有关。,卵磷

12、脂是白色油脂状物质，极易吸水。由于它含有相对多的不饱和脂肪酸，表面很容易被氧化。卵磷脂在蛋黄和大豆中特别丰富，卵磷脂具有防止脂肪肝作用。工业广泛用作乳化剂。工业中用卵磷脂主要作为大豆油精炼过程中的副产品获得。,2、脑磷脂(cephalin) 即磷脂酰胆胺，又叫磷脂酰乙醇胺,脑磷脂在动植物体中含量也很丰富，它与血液凝固有关，血小板的脑磷脂可能是凝血酶原激活剂的辅基。,3、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine) 又称丝氨酸磷脂，由磷脂酸的磷酸基团与丝氨酸的羟基连成。,磷脂酰丝氨酸是血小板中带负电荷的酸性磷脂，当血小板因组织受损而被激活时，膜中的这些磷脂转向外侧，作为表面催化剂与其他凝

13、血因子一起致使凝血酶原活化。脑组织中丝氨酸磷脂的含量比脑磷脂还多，在体内丝氨酸磷脂可能脱羧基而转变成脑磷脂。,4、磷脂酰肌醇，又称肌醇磷脂(inositide)。它是磷脂酸结构中的磷酸基团与肌醇(环己六醇)相连接所成的酯。所生成的肌醇磷脂还可以再连接第二个、第三个磷酸基团，分别称为一磷酸肌醇磷脂和二磷酸肌醇磷脂等。,肌醇磷脂常与脑磷脂在一起，在肝及心肌中大多为肌醇磷脂，而脑组织中多为一、二磷酸肌醇磷脂。,5、缩醛磷脂(plasmalogen) 与一般甘油磷脂不同，它在甘油C1位(即位)以与长链烯醇形成的醚键(脂性醛基)代替与脂肪酸形成的酯键。它的水解产物之一是长链烯醇，它很易互变异构成醛，因此

14、缩醛磷脂具有醛反应。,6、二磷脂酰甘油(diphosphatidyl glycerol) 又称心磷脂(cardiolipin)，是由2分子磷脂酸与1分子甘油结合而成的磷脂，,心磷脂大量存在于心肌，它有助于线粒体膜的结构蛋白质同细胞色素C的连接，是脂质中唯一有抗原性的。,(二) 鞘磷脂,鞘氨醇磷脂简称(神经)鞘磷脂，在高等动物的脑髓鞘和红细胞膜中特别丰富，也存在于许多植物种子中。由(神经)鞘氨醇、脂肪酸、磷酸及胆碱(少数是磷酰乙醇胺)各1分子所组成，是一种不含甘油的磷脂。神经鞘磷脂与前述几种磷脂不同，它的脂肪酸并非与醇基相连，而是借酰胺键与氨基结合。,磷酸胆碱为鞘氨醇磷脂的极性头部，脂肪酸和神经

15、氨基醇的长碳链为非极性尾部，即鞘氨醇磷脂也是两性脂类。神经鞘磷脂在脑和神经组织中含量较多，也存在于脾、肺及血液中，是高等动物组织中含量最丰富的鞘脂类。,二、糖脂,糖脂(glycolipid)是一类含有糖成分的复脂。糖脂是糖通过其半羧醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。糖鞘脂是其中的一部分，它包括脑苷脂类和神经节苷脂类。其共同特点是含有鞘氨醇的脂，头部含糖。它在细胞中含量虽少，但在许多特殊的生物功能中却非常重要，当前引起生化工作者极大的重视。,糖脂主要分布于脑及神经组织中，亦是动物细胞膜的重要成分。糖脂的非极性尾部可伸入细胞膜的双分子层结构，而其极性头部露出膜表面，且不对称地朝向细胞外侧定位。红细

16、胞膜表面的糖脂使血液有不同的血型，现在已经有人用-半乳糖苷酶处理B型血使其转变成O型血获得成功。,(一)脑苷脂类 脑苷脂是脑细胞膜的重要组分，由-己糖(葡萄糖或半乳糖)，脂肪酸(C22-26，其中最普遍的是-羟基二十四烷酸)和鞘氨醇各一分子组成，因为是以中性糖作为极性头部，故属于中性糖鞘脂类。重要代表是：葡萄糖脑苷脂、半乳糖脑苷脂和硫酸脑苷脂(简称脑硫脂)。,(二) 神经节苷脂类,神经节苷脂是一类酸性糖脂，是一类最复杂的糖鞘脂类，已从脑灰质、白质和脾等组织中分离出来。人体内的神经节苷脂类中含有丰富的唾液酸；大脑灰质中含有丰富的神经节苷脂类，约占全部脂类的6，非神经组织中也含有少量神经节苷脂。,

17、性质：不溶于乙醚、丙酮，微溶于乙醇，易溶于氯仿和乙醇混合液中，在脑灰质和胸腺中的含量丰富，是中枢神经系统某些神经元膜的特征性脂组分。,神经节苷脂的结构,三、胆固醇和胆酸,胆固醇是细胞膜的重要组分，是固醇类激素和胆汁酸的前体，结构与前述各种脂类大不相同。胆固醇及胆固醇酯是人和动物体内重要的固醇类化合物，对生命有非常重要作用，但在动脉里沉积会引发血管疾病及脑卒中，是导致人类死亡的两大祸首。胆酸是胆固醇的衍生物，它是在体内从胆固醇演变而成的。,(一) 胆固醇,所有固醇类化合物分子都是以环戊烷多氢菲为核心结构。在甾核的C3上有一个羟基，在C17上有一分支的碳氢链。有及两型。,固醇是环戊烷多氢菲的衍生物

18、。,固醇可分为动物固醇、植物固醇和酵母固醇三类，胆固醇是动物固醇中的一种。,胆固醇的结构,胆固醇大多以脂肪酸酯的形式存在，是高等动物细胞的重要组成部分，在神经组织和肾上腺中含量特别丰富，约占脑组织固体物质的17。,固醇类包括许多重要的激素，高等动物的性激素也在其中，而胆固醇正是合成这些物质的前体。,胆固醇及其酯还是胆汁酸的前体，是神经鞘绝缘物质，是维持生物膜的正常透过能力不可缺少的，同时它们还具有解毒功能。,胆固醇呈弱两亲性，疏水部分可溶于膜的疏水内部，胆固醇的各六元环全部呈椅式构象，使其结构庞大且呈刚性，当其在膜脂中会破坏膜结构的规整性，对膜的物理状态有重要的调节作用。,性激素,性激素,雌雄

19、激素虽然作用效果完全不同，但是它们的结构非常相似，在体内还可以相互转化。每个个体都含有雌雄激素。,胆固醇主要存在于动物细胞，参与膜的组成，质膜中的含量比细胞器膜中的多。胆固醇也是血中脂蛋白复合体的成分；并与粥样硬化有关，它是动脉壁上形成的粥样硬化斑块成分之一。胆结石症的胆石成分几乎都是胆固醇构成的。胆固醇也是类固醇激素和胆汁酸的前体。,胆固醇易溶于氯仿、乙醚、苯及热乙醇中，不能皂化。它与洋地黄糖苷容易结合而沉淀。胆固醇在氯仿溶液中与乙酸酐及浓硫酸化合产生蓝绿色，这些性质常被用于胆固醇的含量测定。,胆固醇在肝、肾和表皮组织含量也很多。据国外报道体内胆固醇长期偏低，是诱发癌症的因素之一。,自178

20、4年从胆石中提取胆固醇以来，已经有十几位科学家因为研究胆固醇或与之相关的分子而获得诺贝尔奖！可见胆固醇分子的重要性。,7-脱氢胆固醇存在于动物皮下可能是由胆固醇转化而来，在紫外线作用下形成维生素D3。,植物固醇 存在于大豆、麦芽中，为植物细胞的重要组分，但动物不能吸收利用。,(二) 胆酸与胆汁酸,胆酸是由动物胆囊合成分泌的物质。根据分子中所含羟基的数目、位置与构型不同可有多种胆酸。至今发现的胆酸已超过100种，常用的只有几种。,熊去氧胆酸作为胆石溶解药已收载于中国药典，此外还有利胆药去氢胆酸。,胆汁酸(bile acid)是肝内由胆固醇直接转化而来，人体内每天合成胆固醇1-1.5g，其中0.4

21、0.6g在肝内转变为胆汁酸。胆汁酸是肌体内胆固醇的主要代谢终产物。,各种胆酸或去氧胆酸均可与甘氨酸或牛磺酸以酰胺键结合，形成各种结合胆酸，甘氨胆酸和牛磺胆酸，称为胆汁酸。它们是胆汁有苦味的主要原因，胆汁酸是水溶性物质，在肝合成。胆囊分泌的胆汁，是胆汁酸的水溶液。,体内大部分胆汁形成钾盐或钠盐，称为胆盐，是一种乳化剂，有利于脂肪的消化吸收。肝炎患者由于胆汁分泌异常，所以不能消化脂肪。,主要脂类关系图,脂类在体内的运输,脂质与蛋白质结合成为脂蛋白，由于广泛存在于血液中，又叫血浆脂蛋白。细胞膜上与蛋白质结合的脂称为细胞脂蛋白。,血液中大部分的脂质的运输是通过脂蛋白复合体的形式进行的。脂蛋白复合物中由

22、于蛋白质和脂质的含量不同可分为几类：,乳糜微粒,极低密度脂蛋白和中间密度脂蛋白,低密度脂蛋白,高密度脂蛋白,血液中的脂类大多数是以血浆脂蛋白复合物的形式运输的。,人血浆脂蛋白功能,动脉粥样硬化是由于体内脂蛋白代谢不正常引起的。,第四节 脂类生物药物介绍,一、脂类生物药物的分类 二、不饱和脂肪酸药物简介 三、磷脂类药物 四、糖脂类药物,一、脂类生物药物的分类 脂类生物药物一般分为两大类： （一）简单脂类药物，指不含脂肪酸的脂类 （二）复合脂类药物，包括脂肪酸、磷脂及与脂肪酸结合的脂类,（一）简单脂类药物：指不含脂肪酸的脂类,1、甾体化合物： 胆固醇、麦角固醇、-谷固醇,2、胆酸类 如胆红素、胆酸

23、钠、胆酸、猪去氧胆酸、鹅去氧胆酸、牛黄熊去氧胆酸、牛黄去氢胆酸、人工牛黄等。,3、其它：辅酶Q10、原卟啉,（二）复合脂类药物：,1、磷脂 脑磷脂、卵磷脂、卵黄油 2、糖脂 脑苷脂、神经节苷脂 3、脂肪酸和与脂肪酸结合的脂类 亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、鱼肝油脂肪酸钠、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）,二、不饱和脂肪酸药物 亚油酸、EPA和DHA,三、磷脂类药物 主要有卵磷脂、脑磷脂、肌醇磷脂、磷脂酸等。,四、糖脂类药物 神经节苷脂，,参考读物 生命与脂肪,饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸 反式不饱和脂肪酸,好脂肪酸？坏脂肪酸？,脂肪酸： 由含有4-36个碳的烃链和一个末端羧基组成的羧

24、酸。,硬脂酸,油酸,饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸,油酸（十八碳烯酸）,二十碳五烯酸,反式油酸,顺式油酸,两种不饱和脂肪酸,植物油为液态，主要是不饱和脂肪酸，性质活泼，容易氧化，在食品生产有很多缺点，如在光线、空气和温度影响下发生氧化，特别是在精加工以后，它们原有的天然抗氧化物质和植物化学性质会失去作用，使得食物的保存期减少。,1957 年，美国心脏学会提出，动物脂肪不利于心脏。 1984 年，消费者反对餐馆用动物油来煎炸食品。,1902年，化学家Wilhelm Normann 发现了油脂氢化的方法，从而将液体油变成固体。 1911年，Procter&Gamble公司（宝杰公司）把这个方法用于制造植物起酥油。,到第二次大战后期，由于黄油供应不足，人们开始大规模生产氢化植物油，制成“植物奶油”或“人造黄油”来供应市场。,通过氢化可使含大部分不饱和脂肪酸的植物油由液态变为固态，因为反式脂肪酸饱和程度高，所以性质稳定，不易被氧化，从而延长食品的保存期限。,加入反式脂肪酸的方便食品可以储存在温暖、潮湿的环境里，放在超市的货架上几个月也不