生物化學(xué)-3-脂類

1、生物化學(xué)-第三章-脂類王強(qiáng) 脂質(zhì)的定義 脂質(zhì)(lipid,脂類,類脂)：化學(xué)本質(zhì)是脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物。 脂肪酸：多是4碳以上的長鏈一元羧酸 醇：甘油（丙三醇）、鞘氨醇、高級一元醇、固醇。 脂質(zhì)的元素組成：碳、氫、氧，有些含氮、磷、硫。脂質(zhì)的分類1.按化學(xué)組成： 單純脂質(zhì)(simple lipid)：由脂肪酸和甘油形成的酯。 又可分為 復(fù)合脂質(zhì)(compound lipid)：除脂肪酸和醇外,含其他非脂分子。 又可分為 衍生脂質(zhì)(derived lipid)：由單純脂肪酸和復(fù)合脂質(zhì)衍生而來或關(guān)系密切。 甘油三酯 蠟磷脂糖脂取代烴固醇類萜其他脂質(zhì)2.按脂質(zhì)在水中和水界面上的行為不同：

2、 非極性脂質(zhì)：不具有溶劑可溶性，也不具有界面可溶性。 I類極性脂質(zhì)：具有界面可溶性，不具有溶劑可溶性,能摻入膜，但自身不能形成膜。 II類極性脂質(zhì)(磷脂和鞘糖脂)：是成膜分子，能形成雙分子層和微囊。 III類極性脂質(zhì)(去污劑)：是可溶性脂質(zhì)，雖具有界面可溶性，但形成的單分子層不穩(wěn)定。 脂質(zhì)的生物學(xué)作用 1.貯存脂質(zhì)(storage lipid)：包括三酰甘油和蠟。 2.結(jié)構(gòu)脂質(zhì)(structural lipid)： 生物膜(biomembrane)：細(xì)胞的外周膜(質(zhì)膜)，核膜和各種細(xì)胞器的膜總稱。 各種生物膜的骨架是一樣的，主要是由磷脂類構(gòu)成的雙分子層或稱脂雙層（lipid bilayer）。

3、 膜脂在分子結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)：具有親水部分或稱極性頭和疏水部分或稱非極性頭。 3.活性脂質(zhì)(active lipid)：包括數(shù)百種類固醇和萜(類異戊二烯)。脂肪酸的種類 脂肪酸脂肪酸(fatty acid, FA)：由一條長的烴鏈（“尾”） 和一個末端羥基（“頭”）組成的羧酸。 飽和脂肪酸飽和脂肪酸(saturated FA)：烴鏈不含雙鍵（和三鍵）。 不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸(polyunsaturated FA)：含一個或多個雙鍵。 不同脂肪酸之間的主要區(qū)別在于烴鏈的長度（碳原子數(shù)目）、雙鍵的數(shù)目和位置。OHOeg. A fatty acid天然脂肪酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 動物動物 脂肪酸結(jié)構(gòu)比較簡

4、單，碳骨架為線形，雙鍵數(shù)目一般為14個，少數(shù)可達(dá)6個。 細(xì)菌細(xì)菌 脂肪酸絕大多數(shù)為飽和的，少數(shù)情況存在單烯酸，多于一個雙鍵的極少。有些含有分支甲基，環(huán)丙烷環(huán)和環(huán)丙烯環(huán)。 植物界植物界 特別是高等植物中不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸含量豐富，除含烯鍵外，還含有炔鍵、羥基、酮基、環(huán)氧基或環(huán)戊烯基等。脂肪酸的物理和化學(xué)性質(zhì) 脂肪酸和含脂肪酸化合物的物理性質(zhì)物理性質(zhì)很大程度上決定于脂肪酸烴鏈的長度與不飽和程度長度與不飽和程度。 脂肪酸可以發(fā)生氧化和過氧化，不飽和脂肪酸在雙鍵處可以發(fā)生加成如鹵化和氫化。脂肪酸鹽與乳化作用 脂肪酸鹽，屬III類極性脂質(zhì)，具有親水基（電離的羧基）和疏水基（長的烴鏈），是典型的兩親

5、化合物，是一種離子型去污劑。 乳化乳化（emulsification）：攪拌油水混合物時，大堆的油可分散成細(xì)小油滴，如無表面活性劑存在，油滴很快聚集成原來的油層。當(dāng)有表面活性劑存在時，油滴被裹上一層雙親分子，即油滴處于微團(tuán)中，這樣，油滴作為親水物體懸于水中而成乳膠，此過程稱為乳化。必需多不飽和脂肪酸 必需脂肪酸：必需脂肪酸：亞油酸和亞麻酸，這兩種脂肪酸對人體功能必不可少的，但人體不能合成，只能由膳食提供，因此稱為必需脂肪酸。類二十碳烷 類二十碳烷類二十碳烷( (類二十烷酸，類二十烷酸，eicosanoid):):由20碳不飽和脂肪酸(PUFA,至少含三個雙鍵)衍生來的。 類二十碳烷是體內(nèi)的局部

6、激素，效應(yīng)一般局限在合成部位的附近，半壽期只有十秒到幾分鐘。在很低濃度就能起作用，同一物質(zhì)在不同的組織可以產(chǎn)生不同的效應(yīng)。 包括幾類信號分子：前列腺素（PG），凝血噁烷（TX），白三烯（LT）。l PG能升高體溫，促進(jìn)炎癥，并產(chǎn)生疼痛，調(diào)節(jié)血流進(jìn)入特定器官，控制跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，調(diào)整突觸傳遞，誘導(dǎo)睡眠，刺激分娩和月經(jīng)期間子宮肌肉收縮。PG是通過專一性細(xì)胞受體調(diào)節(jié)胞內(nèi)信使分子而起作用。l TX最先從血小板中分離獲得，它引起動脈收縮、誘發(fā)血小板聚集，促進(jìn)血栓形成。l LT能促進(jìn)趨化性，炎癥和變態(tài)反應(yīng)或稱過敏反應(yīng)（allegy）。 動、植物油脂油脂化學(xué)本質(zhì)是?；视捅举|(zhì)是酰基甘油，其中主要是三酰甘油（TG）

7、或稱甘油三酯，此外還有少量二酰甘油和單酰甘油。 常溫下呈液態(tài)的?；视头Q油油（oil）。 常溫下呈固態(tài)的?；视头Q脂脂（fat）。Fatty acid chainsGlycerolpartCH2CHCH2OOO COCOCOR1R2R3三酰甘油三酰甘油是甘甘油油和脂肪酸脂肪酸形成的三脂三脂（triester） 如左圖 甘油取代物的構(gòu)型 三酰甘油的類型及 二酰甘油、單酰甘油CH2CHCH2OHOHOHCH2CHCH2OOO COCOCOR1R2R3 烷醚?；视?三酰甘油的物理和化學(xué)性質(zhì) 1.物理性質(zhì) (1)顏色和氣味：純的三酰甘油是無色、無嗅、 無味的稠性液體或蠟狀固體。 (2)密度和溶解度：

8、密度均小于1g/cm3。不溶于水，略溶于低級醇，易溶于乙醚、氯仿等非極性有機(jī)溶劑。 (3)熔點(diǎn)：天然油脂是多種三酰甘油的混合物，只有一個大概熔點(diǎn)的范圍.2.化學(xué)性質(zhì) (1)水解與皂化(2)氫化和鹵化 與氫或鹵素起加成反應(yīng)（addition reaction）。 CH2CHCH2OOO COCOCOR3R3R33 NaOHCH2CHCH2OHOHOH+NaO COR3a soap, Na or Ksalt of a fatty acid3C=C C C H H I I(3)乙?；?含羥脂肪酸的油脂可與乙酸酐或其他?；瘎┳饔眯纬梢阴；椭蚱渌；椭?。(4)酸敗與自動氧化 酸?。禾烊挥椭L時間暴

9、露在空氣中會產(chǎn)生難聞的氣味，這種現(xiàn)象稱為。原因：油脂的不飽和成分發(fā)生自動氧化；其次，微生物的作用。 自動氧化：空氣中的分子氧在常溫常壓下對化合物的直接作用，從而導(dǎo)致氧化的發(fā)生。(5)蠟 蠟：長鏈脂肪酸和長鏈一元醇或固醇形成的酯。 分為：蜂蠟、白蠟、鯨蠟、羊毛脂、巴西棕櫚蠟。 脂質(zhì)的過氧化作用：多不飽和脂肪酸或脂質(zhì)的氧化變質(zhì) (oxidation deterioration)。自由基、活性氧和自由基鏈反應(yīng) 1.自由基（free radical, radical） (1)自由基：也稱游離基，指含有奇數(shù)價電子并因此在一個軌道上具有一個未成對電子的原子或原子團(tuán)。 (2)特征：具有順磁性；反應(yīng)性強(qiáng)；壽命

10、短。 (3)自由基產(chǎn)生： A : B A+ B 途徑：輻射誘導(dǎo)；熱誘導(dǎo)；單電子氧化還原。均裂2.活性氧（reactive oxygen） (1)活性氧：氧或含氧的高反應(yīng)活性分子 如O2. . , , H2O2，1O2等統(tǒng)稱為活性氧?；钚匝酢?(2)普通氧和幾種重要的活性氧 普通氧 超氧陰離子自由基 羥基自由基 過氧化氫 單線態(tài)氧。3.自由基鏈反應(yīng)（chain reaction） 包括3個階段：引發(fā)、增長、終止。 (詳見下圖)(1)引發(fā)(initiation)(2)增長(propagation)(3)終止(termination)脂質(zhì)過氧化 脂質(zhì)過氧化作用是典型的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。LH hv L.

11、 + .HL. + O2 LOO. (a) LOO. +LH LOOH + L. (b)當(dāng)脂質(zhì)分子LH被抽去一個氫 原子則生成起始脂質(zhì)自由基L 。(a)和(b)步驟可以反復(fù)進(jìn)行，使整個過程成為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。L. + L. L-L鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中兩個自由基之間可以發(fā)生偶聯(lián)或歧化反應(yīng)，生成穩(wěn)定的非自由基產(chǎn)物脂質(zhì)過氧化作用對機(jī)體損傷 1、中間產(chǎn)物自由基導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子聚合 2、終產(chǎn)物丙二醛導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子交聯(lián) 3、脂質(zhì)過氧化對膜的損害 4、脂質(zhì)過氧化與動脈粥樣硬化 5、脂質(zhì)過氧化與衰老抗氧化劑保護(hù)作用 抗氧化劑(antioxidant)：凡具有還原性而能抑制靶分子自動氧化即自由基鏈反應(yīng)的物質(zhì)。 自由基清除劑(fr

12、ee radical scavenger)：能與自由基反應(yīng)使之還原成非自由基的抗氧化劑稱自由基清除劑。 重要的抗氧化劑：超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫 酶(catalase)、維生素E(生育酚)。磷脂(phospholipid)：包括甘油磷脂和鞘磷脂兩類，它們主要參與細(xì)胞膜系統(tǒng)的組成。 第一大類膜脂：甘油磷脂 第二大類膜脂：包括鞘磷脂和鞘糖脂甘油磷脂的結(jié)構(gòu)CH2CHCH2OOO POCOCOR1R2OHOPhosphatidic acidCH2CHCH2OOO POCOCOR1R2OROPhosphatidic ester幾種常見甘油磷脂的極性頭基（R部分）CH2CHCH2OOO POCO

13、COR1R2OROR=CH2CH2NH3+phosphatidylethanolamineCH2CH2N(CH3)3+phosphatidylcholine(lecithin)CH2CHOHCH2OPOOOCHCH2OOCOCOR3R4diphosphatidylglycerol(cardiolipin)甘油磷脂的一般性質(zhì) 純的甘油磷脂是白色蠟狀固體。由于多不飽和脂肪酸 有過氧化作用，磷脂的顏色逐漸變暗。甘油磷脂溶于大多數(shù)含少量水的非極性溶劑。 磷脂屬于兩親脂質(zhì)，是成膜分子。 幾種常見的甘油磷脂 (1)磷脂酰膽堿：也稱卵磷脂 (lecithin) (2)磷脂酰乙醇胺：也稱腦磷脂 (cephal

14、in) (3)磷脂酰絲氨酸 (phosphatidylserine) (4)磷脂酰肌醇 (phosphatidylinositol) (5)磷脂酰甘油 (phosphatidylglycerol) (6)雙磷脂酰甘油 (diphosphatidylglycerol) 醚甘油磷脂 縮醛磷脂 (plasmalogen) 血小板活化因子(PAF) 鞘磷脂 鞘磷脂(sphingomyelin)即鞘氨醇磷脂(phosphosphingolipid)，由鞘氨醇(sphingosine)、脂肪酸、磷酰膽堿組成。鞘磷脂 糖脂：指糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接的化合物。 鞘糖脂(glycosphingoli

15、pid) 1.中性鞘糖脂OCH2OHHHOHHOHOHHHOCHCHCH2CH3CHOHCHNHCH212C OR1cerebroside 酸性鞘糖脂 (1)硫酸鞘糖脂：指糖基部分被硫酸化的鞘糖脂， 也稱硫苷脂(sulfatide)。 (2)唾液酸鞘糖脂：糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂，常稱神經(jīng)節(jié)苷脂(gangliodide)。 甘油糖脂 萜和類固醇，一般不含脂肪酸，屬不可皂化脂質(zhì)。 萜（terpene） 萜分子的碳架可看成是兩個或多個異戊二烯單位（isoprene unit），一種五碳單位（C5），連接而成。CH2CCH3CH CH2CH2CCH3CH2CH2O POO POOOOisopren

16、e unit isopentenyl-pyrophosphate根據(jù)所含的異戊二烯的數(shù)目，萜可分為： Monoterpenes: 2 isoprene unitsgeraniol (in germaniums) Sesquiterpenes: 3 isoprene unitsfarnesene (part of citronells oil) Diterpenes: 4 isoprene unitsphytol (a plant alcohol) Tetraterpenes: 8 isoprene unitscartenoids (orange pigment in plants) Some

17、biomolelcule (mixed terpenoids) have isoprenoid (isoprenyl) components. Examples include vitamin E, ubiquinone, vitamin K, and some cytokinins (plant hormones). Some proteins are prenylated (attached to isopreniod groups).某些萜類化合物的結(jié)構(gòu)OHgeraniolfarnesenephytol -caroteneOH 類固醇 1.類固醇的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1234567891011121

18、314151617ABCD 類固醇也稱甾類(steroid)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：甾核的C3上常為羥基或酮基；C17上可以是羥基、酮基或其他各種形式的側(cè)鏈；C4-C5和C5-C6之間常是雙鍵；A環(huán)在某些化合物如雌酮中是苯環(huán)，這些類固醇無C19-角甲基。 類固醇的種類很多，原因是：環(huán)上的雙鍵數(shù)目和位置不同；取代基的種類、數(shù)目、位置和取向不同；環(huán)和環(huán)稠合的類型（順反異構(gòu)）不同。2.類固醇的立體結(jié)構(gòu) 膽固醇和非動物固醇 類固醇中有一大類稱為固醇或甾醇的化合物，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在甾核的C3上有一個取向的羥基，C17上有一個含810個碳原子的烴鏈。 分為：膽固醇（cholestanol） 非動物固醇 固醇衍生物 動物中從膽固醇衍生來的類固醇包括5類激素：雄激素、雌激素、孕酮、糖皮質(zhì)激素和鹽皮激素、維生素D和膽汁酸。 見下張的例子 脂蛋白脂