《脂生物化学》PPT课件.ppt
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1、脂质生物化学,Lipid Biochemistry,第一节 脂质概述一、脂质定义,生物脂质是一类范围很广的化合物,化学成分及结构差异极大。脂质就是不易溶于水,易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有机溶剂(即脂溶性,fat-soluble)的生物有机分子的总称。绝大多数脂质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。由C、H、O元素组成,有的还含N、P、S。,二、脂质分类,根据化学结构及脂的组成,脂质可分为:1.单纯脂质(Simple lipids)甘油、长链醇和脂肪酸酯化形成 2.复合脂质(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)。3.衍生脂质 萜类、固醇和类固醇类
2、及其他如维生素A、D、E、K等。,1单纯脂质:指脂肪酸与醇类(甘油、长链醇)形成的酯。它又可分为:(1)甘油三酯:由3分子脂肪酸和1分子甘油组成;(2)蜡:主要由长链脂肪酸和长链醇或固醇组成。2复合脂质:指除含脂肪酸与醇类外,还含有其他非脂质分子的成分。按非脂成分不同可分为:,(1)磷脂:其非脂成分为磷酸和含氮碱(胆碱、乙醇胺)。根据醇成分的不同,磷脂又分为甘油磷脂(如甘油磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等)和鞘氨醇脂磷(简称鞘磷脂)。(2)糖脂:其非脂成分为糖(单己糖、二己糖等)。根据醇成分的不同,糖脂又分为鞘糖脂(如脑苷脂,神经节苷脂)和甘油糖脂。鞘磷脂和鞘糖脂合称为鞘脂类。,3衍生脂质:由
3、单纯脂质和复合脂质衍生而来,但也有脂质一般性质的物质。(1)取代烃:主要是脂肪酸及其碱性盐和高级醇等;(2)萜类:不含脂肪酸,都是异戊二烯的衍生物。包括许多天然色素(如胡萝卜素)、香精油、天然橡胶等;(3)固醇类(甾类):包括固醇、胆酸、性激素、肾上腺皮质激素等;(4)其他脂质:如维生素A、D、E、K,脂蛋白等。,根据参与的醇不同,脂质可分为:1.甘油脂2.鞘脂(鞘氨醇)根据碱水解性质,脂类可分为:1.可皂化脂2.不可皂化脂根据极性,脂类可分为:1.非极性脂2.极性脂,1、非极性脂质 该类脂质在水中的溶解度极低,在空气-水界面或油-水界面也不能分散成单分子层(monolayer)。属于该类的有
4、长链脂肪烃、胆甾烷、长链脂肪酸和长链一元醇形成的酯等。2、极性脂质 该类脂质又可分为三类:(1)I类极性脂质,能分散形成稳定的单分子层,能掺入双分子层,但自身不能形成膜。如三酰甘油、长链正醇、胆固醇等属于这类脂质。,2)II类极性脂质,是成膜分子,能分散形成稳定的双分子层和微囊。主要有甘油磷脂类、缩醛磷脂、鞘磷脂、脑苷脂等。(3)III类极性脂质,能分散形成单分子层,但因在水中和水界面均具有可溶性,形成的单分子层不稳定。如常见的去污剂、溶血卵磷脂、软脂酰和油酰CoA、结合和游离胆汁盐、硫酸化胆汁醇等。,三、脂质功能,1.能量来源:脂肪和油是很多生物主要的能量贮存形式。2.结构成分:磷脂及固醇组
5、成了生物膜约一半的部分。3.活性物质:有些脂类虽然数量相对较低,但在调节代谢(维生素)、调节生理及酶的辅助因子、电子载体、光吸收色素、疏水稳定体、乳化等方面都起着关键作用。,4.保护作用:还有些脂质有防止机械损伤、防止热量散发、防水、抗蒸腾及防寄生物侵袭的保护作用。5.信号传导:激素及胞内信使(PIP2等),第二节 脂质一、脂肪酸(Fatty acids),脂肪酸(FA)为碳链为4-36碳的碳氢化合物的羧酸,这些碳链在一些脂肪酸中为饱和的不分支脂肪酸,而其他的则含有一个或多个双键,也有一些含有三碳的环或含有羟基、甲基等。饱和脂肪酸 不饱和脂肪酸,每个脂肪酸可以有通俗名、系统名和简写符号。简写的
6、方法是:写出脂肪酸的碳原子数目;写出双键的数目,两者之间用冒号(:)隔开;双键的位置用(delta)及右上标数字来表示,数字是指双键键合的两个碳原子号码(从羧基端开始计数)中较低者;在号码后面用c(cis,顺式)和t(trans,反式)标明双键的构型。,通俗名:DHA(脑黄金)系统名:二十二碳六烯酸(docosahexenoic acid)简写符号:22:64c,7c,10c,13c,16c,19c,硬脂酸 正十八烷酸 简写符号为18:0;亚油酸 顺,顺-9,12-十八碳二烯酸 简写符号为18:29c,12c。,不 饱 和 脂 肪 酸,自然界一些常见的脂肪酸,天然脂肪酸的特点,1.碳骨架类型:
7、多为线型,少数环型。2.碳骨架长度:12-24,多为偶数。3.双键数目:1-4,少数达6个。4.双键位置:单不饱和脂肪酸的双键多在C9-C10,多不饱和脂肪酸其余双键在C9和烃连的末端之间(通常在12和15),以非共轭形式存在(-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-)。5.双键类型:多为顺式,少数反式。,脂肪酸的空间构象,人体必需脂肪酸,人体及哺乳动物在合成脂肪酸时,不能引入超过9位的双键,多不饱和脂肪酸对人体功能必不可少,必需从食物中摄取。维持哺乳动物正常生长所需的,而体内又不能合成的脂肪酸称为必需脂肪酸(essential fatty acids)。多不饱和脂肪酸中的亚油酸(L
8、inoleic acid)和亚麻酸(-Linolenic acid)为人体必需脂肪酸(Essential fatty acids)。,人体必需脂肪酸,亚油酸18:29c,12c-6系的原初成员-亚麻酸(18:36c,9c,12c)花生四烯酸(20:45c,8c,11c,14c)-亚麻酸18:39c,12c,15c-3系的原初成员 EPA二十碳五烯酸(20:55c,8c,11c,14c,17c)DHA二十二碳六烯(22:64c,7c,10c,13c,16c,19c)活性脂肪酸存在于鱼油(深海鱼)中。,人体内-6和-3 PUFA不能互相转变。-6 PUFA能明显降低血清胆固醇水平,但降低甘油三酯的
9、效果一般。-3 PUFA降低血清胆固醇水平的能力不强,但能显著地降低甘油三酯水平。大多数人可以从膳食中获得足够的-6 PUFA(脂质形式),如从植物油中获得亚油酸,从肉类或玉米胚油中获得-亚麻酸和花生四烯酸等,但-3 PUFA的获取量可能不足。,长链脂肪酸理化性质,溶解度:水不溶性,随脂肪酸碳链长度的增加而降低。熔点:由脂肪酸碳链长度和不饱和度决定,随脂肪酸碳链长度的增加而增加,双键愈多熔点愈低,顺式双键比反式双键熔点低。化学性质见三酰甘油部分的内容。,二、甘油三酯,脂肪酸与甘油形成的最简单的脂类是甘油三酯,也称为三酰甘油,又称油脂、真脂或中性脂肪(fats)。甘油与单个脂肪酸所形成的脂称为甘
10、油单酯(monoglyceride),与2个脂肪酸形成的酯称为甘油二酯(diglyceride)。甘油酯中脂肪酸为同一脂肪酸的为单纯甘油酯(simple glycerides),脂肪酸有两种或两种以上的为混合甘油酯。,甘油和甘油三酯,两种脂肪酸A、B组合ABBBBABABBAAABBABA,甘油取代物的构型,L-甘油-3-磷酸,D-甘油-1-磷酸,L-甘油-1-磷酸,对映体,同一物质,甘油衍生物的命名,1967年IUPAC-IUB(International Union of Pure and Applied chemistry-International Union of Biochemis
11、try)国际理论和应用化学协会以及国际生物化学协会建议采用立体专一编号。,立体专一编号(stereospecific numbering,Sn),手性原中心为位,原中心为位,原中心为位,对映体,1-硬脂酰-2-亚油酰-3-棕榈酰-sn-甘油,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,真核细胞中,甘油三酯在水相介质中成微小油滴状独立结
12、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。,甘油三酯贮存能量和保温,甘油三酯因碳链长且还原度高较糖贮藏的能量更多(二倍),再者,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原。,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,还可对于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
13、,冬眠的动物(如熊)在冬眠前要积累大量的脂肪,及时贮能、又是保温。,甘油三酯的物理性质,颜色和气味:无色(类胡萝卜素)、无嗅(脂肪酸、芷香酮)、无味。密度和溶解度:三酰甘油的密度均 1 g/cm3(一般为0.910.94 g/cm3);三酰甘油不溶于水,易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等非极性有机溶剂,称脂溶剂。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。,甘油三酯的物理性质,熔点:由脂肪酸组成决定,随不饱和脂肪酸数目、双键数目的增加而降低;随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。,甘油三酯的化学性质,皂
14、化反应(Saponification)及皂化值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。,皂化值(价):皂化 1g 油脂所需的KOH mg数。它是三酰甘油(TG)中脂肪酸链长的量度。,式中56为KOH的分子质量;中和1molTG需要3 mol KOH。,氢化作用(Hydrogenation)在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
15、败。,卤化作用(Halogenation)和碘值(碘 价,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。,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(羟值)。,酸败(Racidity)和酸值(价)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
16、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。,三、蜡(Waxes),生物体的蜡由长链的饱和及不饱和脂肪酸(14-16C)与长链的醇(16-30C)形成的酯,是蜂蜡的主要成分。蜡的熔点为60-90,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以保持它们的柔顺、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入侵和水分的过分蒸腾。,生物蜡,蜂花醇,鲸蜡(棕榈酸鲸蜡醇酯),四、磷脂(一)甘油磷脂(Glycerophopholipid
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