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1、第2章 脂质 一、引言 (一)脂质的定义 脂质是低溶于水,高溶于非极性溶剂的有机分子。 (二)脂质的分类 按照化学组成可分为: 1.单纯脂质:主要有甘油三酯和蜡; 2.复合脂质:主要有磷脂和糖脂; 3.衍生脂质:主要有取代烃,固醇类,萜和其他脂质。 按照极性可分为非极性脂质和4类极性脂质(参见表2-1) 非极性脂质:水不溶,不能形成单分子层。如胆甾烷、长链脂肪酸和长链 一元醇形成的酯等。 类极性脂质:能参入膜,但自身不能形成膜,如三酰甘油、胆固醇等; 类极性脂质:能形成膜,如磷脂和鞘糖脂; 类极性脂质:具可溶性,如脂肪酸盐、胆质酸盐、皂苷等。A类有长 链脂肪酸的盐;阴离子、阳离子和非离子去污剂
2、;溶血磷脂酸;脂酰CoA 等。B类有胆汁酸、皂苷等。 (三)脂质的生物学作用 1.贮存能量; 2.构成体质; 3.生物活性物质。 二、脂肪酸 (一) 脂肪酸的种类(见表2-2) 其中棕榈酸(16:0)、硬脂酸(18:0)、棕榈油酸 (16:1 ,9 )、油酸(18:1 ,9 )、芥子酸(22: 1, 13 )、亚油酸(18:2)、-亚麻酸(18:3,9,12 ,15 )、-亚麻酸(18:3,6,9,12)、花生四稀酸(18 :3,5,8,11,14)、 EPA(20:5 ,5,8,11,14,17)和DHA (22:6,4,7,10,13,16,19)等较重要。 (二)天然脂肪酸的结构特点 1
3、.碳原子数多为偶数; 2.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; 3.双键多为顺式,少数为反式。 (三)脂肪酸的理化性质 链长则在水中的溶解度低;双键多则熔点低;顺式异构 体的熔点比反式异构体低;可以发生氧化,加成等化学反应。 (四)脂肪酸盐和乳化作用 脂肪酸盐有亲水部分和疏水部分,可以使脂类形成小滴 ,分散到水中,可以作为去污剂使用,也可以用于生化实验 ,分离膜蛋白会使蛋白质变性失活。 (五)多不饱和脂肪酸(PUFA) 亚油酸是-6家族PUFA的原初成员,也是二十碳烷化合 物的前体,-亚麻酸是-3家族PUFA的原初成员, -6家族 PUFA可降低血清胆固醇,
4、 -3家族PUFA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-3家族 PUFA。EPA(20碳五稀酸)和DHA(22碳六稀酸)有保健价值 。 (六)类二十碳烷 类二十碳烷是由20碳PUFA衍生而成的,包括前列腺素、凝血烷和白三烯等,合成 的前体主要是花生四烯酸。 前列腺素存在广泛,种类较多,不同的前列腺素或同一前列腺素作用于不同的细 胞,产生不同的生理效应,如升高体温,促进炎症,控制跨膜转运,调整突触传递, 诱导睡眠,扩张血管等。 凝血烷最早从血小板分离获得,能引起动脉收缩,诱发血小板聚集,促进血拴形 成。 白三烯最早从白细胞分离获得,能促进趋化性,炎症和变态反应。 阿司
5、匹林消炎、镇痛、退热的原因是抑制前列腺素的合成,也抑制凝血烷合成, 因而有抗凝血作用。 前列腺素 凝血烷 白三烯 三、三酰甘油和蜡 (一)甘油取代物的构型 以手性碳原子为中心,S(反时针)-原羟甲基(增加该基 团优先性时,手性原中心为S-构型)为1位,R(顺时针)-原 羟甲基(增加该基团优先性时,手性原中心为R-构型)为3位 ,称作立体专一编号系统(sn-系统)。 (二)三酰甘油的类型及二酰甘油、单酰甘油 三酰甘油的R1,R2,R3相同时,为简单三酰甘油, 若R1,R2,R3不 同则为混合三酰甘油,大多数天然油脂是简单三酰甘油和混合三酰甘油的 混合物。 二酰甘油和单酰甘油在自然界存在不多,是合
6、成反应的中间物,单酰 甘油在食品工业中可用作乳化剂。 (三)烷醚酰基甘油 其分子结构与三酰甘油相似,但其中一个-羟基以醚键与长链烷基 相连。在自然界存在不多,但分布广泛。 (四)三酰甘油的物理和化学性质 三酰甘油能在酸、碱或酶作用下水解成脂肪酸和甘油,碱 水解称作皂化,皂化1g油脂所需的KOH mg数称作皂化价; 油脂中的双键氢化可制造人造黄油;油脂中的双键还可与 碘反应,100g油脂所能吸收的碘的克数称作碘值; 油脂中的羟基可被乙酰化,中和1g油脂中乙酰基释放的乙 酸所需的KOH mg数称作乙酰价; 油脂自动氧化生成挥发性醛、酮、酸称作酸败,中和1g油 脂中游离脂肪酸所需的KOH mg数称作
7、酸价; 在油脂中加入抗氧化剂,可以防止油脂酸败。 (五)蜡 蜡是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯,天然蜡是 多种蜡酯的混合物。 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,蜡的硬度由烃链的长度和饱和度决定。 蜂蜡存在于蜂巢;白蜡是白蜡虫的分泌物,可用作涂料、 润滑剂和其他化工原料;鲸蜡是抹香鲸头部鲸油冷却时析出的 白色晶体;洗涤羊毛得到的羊毛蜡可用作药品和化妆品的底料 ;来源于棕榈树叶片的巴西棕榈蜡可用作高级抛光剂。 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;
8、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,
9、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 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。 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由基,这种反应反 复进行,即成为链式反应。 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
10、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(malondialdechyde,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。
11、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(superoxide dismutase ,SOD): 存在广泛,可清除超氧阴离子; (2)过氧化氢酶(catalase):存在于过氧化物酶体,可 将过氧化氢转化为水和氧
12、; (3)谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-PX):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 (Butyl Hydroxy Anisol,BHA)、二丁基羟基甲苯(Dibutyl Hydroxy Toleuene,BHT)和没食子酸丙酯(Propyl Gallate,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。
13、五、磷脂 (一)甘油磷 脂的结构 甘油磷脂 是由sn-甘油-3 -磷酸衍生而来 的,甘油骨架 的C1和C2被脂 肪酸酯化,胆 碱、乙醇胺、 丝氨酸、肌醇 、甘油、磷脂 磷脂酰甘油等 极性头与磷酸 连接。 (二)甘油磷脂的一般性质 属于两亲分子,在水中能形成双分子微囊,可构成生物膜。 用碱或酶可水解成脂肪酸、甘油和含氮碱,酶水解的一些中间物如溶血 甘油磷脂是强表面活性剂,可使细胞膜溶解。 磷脂酶作为工具酶与薄层层析一起用于磷脂的结构分析。 (三)几种常见的甘油磷脂 1.磷脂酰胆碱:又称卵 磷脂,在细胞膜中含量高 ,胆碱属季胺盐,碱性极 强,是甲基供体,可防止 脂肪肝,乙酰胆碱是神经 递质。磷脂酰
14、胆碱在蛋黄 和大豆中含量丰富。 2.磷脂酰乙醇胺:又称脑磷脂,在细胞膜中含量高。 3.磷脂酰丝氨酸:在血小板膜中含量高,血小板被激 活时,磷脂酰丝氨酸转向膜外侧,参与凝血酶原活化。 4.磷脂酰肌醇:存在于哺乳动物细胞膜,细胞膜含有 磷脂酰肌醇-4-单磷酸和-4,5-双磷酸,后者可转化为细胞 内信使肌醇-1,4,5-三磷酸和1,2-二酰甘油。 5.磷脂酰甘油:在细菌细胞膜中含量高,是心磷脂的 头基部分。 6.双磷脂酰甘油:由两个磷脂分子通过一个甘油分子 共价连接而成。在心线粒体中含量丰富。 (四)醚甘油磷脂 其甘油骨架sn-1位碳连接的是烃基而不是酰基。 血小板活化因子:甘油骨 架sn-2位碳被
15、乙酰化,典 型的烷基是十六烷基,头 基部分是胆碱 缩醛磷脂:其头基分别是胆碱 、乙醇胺、丝氨酸,脊椎动物 的心脏富含缩醛磷脂。 * * (五)鞘磷脂 即鞘氨醇磷脂,在脑髓鞘和 红细胞膜中含量丰富。由鞘氨醇 、脂肪酸和磷脂酰胆碱组成。 鞘氨醇:已发现六十多种, 结构如p107所示。 神经酰胺:脂肪酸通过酰胺 键与鞘氨醇相连,即为神经酰胺 。 鞘磷脂:即神经酰胺的1-位 羟基被磷酰胆碱或磷酰乙醇胺酯 化形成的化合物。 * 六、糖脂 即半缩醛羟基以糖苷键与 脂质连接的化合物。 (一)鞘糖脂 即神经酰胺的1-位羟基被 糖基化形成的化合物,主要分 两类: 中性鞘糖脂:最先从脑中 获得,又称脑苷脂。糖基为半 乳糖、葡萄糖等,其糖基在细 胞表面,参与细胞识别。 酸性鞘糖脂:糖基被硫酸 化的称硫酸鞘糖脂或硫苷脂, 有几十种,在脑中含量丰富。 糖基含唾液酸的称唾液酸鞘糖 脂,又称神经节苷脂,在神经 系统特别是神经末梢中含量丰 富。可能与神经冲动传递有关 。 脑苷脂 神经节苷脂 (二)甘油糖脂 由二酰甘油sn-3位的羟基被糖基化形成 的化合物(结构式见p110),主要存在于植物 和微