脂类化学ppt课件

第三章脂类化学 脂类概述脂类的结构脂类的理化性质 1 2 3 第一节脂类的概念和分类 概念 脂类是脂肪和类脂的总称 是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子 对大多数脂质而言 其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物 脂类就是动植物的油脂 动物腹腔的脂肪组织 肝组织 神经组织和植物中油料作物的种子等的脂质含量都特别高 4 二 脂质的分类 一 按化学组成脂质大体上可分为两大类 1 单纯脂质 是由脂肪酸和醇形成的酯 2 复合脂质 除含脂肪酸和醇外 尚有其他非脂分子的成分 3 衍生脂 单纯脂 复合脂的衍生物 如脂蛋白 脂多糖 甘油等 5 1 单纯脂质 simplelipid 单纯脂质是由脂肪酸和醇形成的酯 它又可分为 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 6 2 复合脂质 compoundlipid 复合脂质按非脂成分的不同可分为 1 磷脂它们的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 又可分为甘油磷脂和鞘氨醇磷脂 简称鞘磷脂 7 8 1 提供能量人体内氧化1g脂肪可得到38KJ热能氧化1g糖或蛋白质只能得到17KJ热能 2 保护作用和御寒作用 3 为脂溶性物质提供溶剂 促进人及动物体吸收脂溶性物质 4 构建生物膜 脂类的主要生理功能 9 三酰甘油主要分布在皮下 胸腔 腹腔 肌肉 骨髓等处的脂肪组织中 是储备能源的主要形式 三酰甘油作为能源储备有以下优点 1 可大量储存在三大类能源物质中 只有三酰甘油能大量储备 体内糖原的储量少 不到体重的1 储存期短 不到半天 而三酰甘油储量可高达体重的10 20 以上 并可长期储存 2 功能效率高由于脂肪酸的还原态远高于其他燃料分子 所以体内氧化三酰甘油的功能价值可高达37Kj g 而氧化糖和蛋白质分别只有17和16Kj g 3 占空间少可以无水状态存在 而1克糖原可以结合2克水 所以1克无水的脂肪储存的能量是1克水合的糖原的6倍多 4 还有绝缘保温 缓冲压力 减轻摩擦振动等保护功能 10 一种陆生候鸟从新英格兰迁飞到西印度群岛 要连续飞越2400公里海洋 以40公里的时速持续飞行60小时 在这个过程中 其体内的蛋白质几乎不分解 完全由脂肪水解提供能量和水 留鸟一般很瘦 脂肪率 脂肪干重 非脂肪部分干重 约为0 3 而候鸟在迁飞前脂肪率可达到3左右 假设其体重为4克 则脂肪为3克 如用糖原来储存这部分能量 则需增加体重15克 可能永远飞不起来 11 三 脂类的生理功能 1 贮存能量 属于这一类的是三酰甘油和蜡 脊椎动物的称脂肪细胞 贮存大量的三酰甘油 几乎充满细胞 许多植物的种子中存在三酰甘油 为种子发芽提供能量和合成前体 某些动物贮存在皮下的三酰甘油不仅作为能储 而且作为抗低温的绝缘层 还起防震的填充物作用 人体内氧化1g脂肪可得到38KJ热能氧化1g糖或蛋白质只能得17KJ热能 12 三 脂类的生理功能 在海洋的浮游生物中蜡是代谢燃料的主要贮存形式 蜡还有排斥水的作用 脊椎动物的某些皮肤腺分泌蜡以保护毛发和皮肤 使之柔韧 润滑并防水 鸟类 特别是水禽 从它们的尾羽腺分泌蜡使羽毛能防水 冬青 杜鹃花和许多热带植物的叶覆盖着一层蜡以防寄生物侵袭和水分的过度蒸发 13 三 脂类的生理功能 2 结构脂质 细胞的质膜 核膜和各种细胞器的膜总称为生物膜 主要是由磷脂类构成的双分子层 参与脂双层构成的膜脂还有固醇和糖脂 脂双层的表面是亲水部分 内部是疏水烃链 脂双层有屏障作用 使膜两侧的亲水性物质不能自由通过 这对维持细胞正常的结构和功能是很重要的 14 三 脂类的生理功能 3 活性脂质 贮存脂质和结构脂质是较大量的细胞成分 活性脂质是小量的细胞成分 但具有专一的重要生物活性 类固醇中很重要的一类是类固醇激素 包括雄性激素 雌性激素和肾上腺皮质激素 萜类化合物包括对人体和动物的正常生长所必需的脂溶性维生素A D E K和多种光合色素 如类胡萝卜素 15 2020 2 11 第二节脂肪的化学与应用 16 17 18 脂肪酸的种类 19 脂肪酸 饱和脂肪酸 软脂酸 16C 硬脂酸 18C 不饱和脂肪酸 含1个双键 油酸 含2个双键 亚油酸 含3个双键 亚麻酸 含4个双键 花生四烯酸 脂肪酸的种类 20 脂肪酸的种类 饱和脂肪酸 21 脂肪酸的种类 不饱和脂肪酸 22 2 脂肪酸的物理性质 因为不饱和脂肪酸的熔点比相应的饱和脂肪酸低 所以一般三酰甘油中 不饱和脂肪酸含量较高者在室温时为液态 俗称油 如棉籽油的不饱和脂肪酸占75 而饱和脂肪酸含量高的三酰甘油在室温时通常为固态 俗称脂 如牛脂中饱和脂肪酸占60 70 天然油脂都是多种油脂的混合物 没有固定的熔点和沸点 通常简称为油脂 硬脂酸熔点为70 油酸熔点为14 相应的 三硬脂酸甘油酯的熔点是60 而三油酸甘油酯的熔点是0 23 必需脂肪酸 essentialfattyacid 人体及哺乳动物能制造多种脂肪酸 但不能合成亚油酸和亚麻酸 因为这两种脂肪酸对人体功能是必不可少的 但必须由膳食提供 因此被称为必需脂肪酸 24 三酰甘油是甘油和脂肪酸形成的三脂 其化学通式如下 动 植物油脂的化学本质是酰基甘油 其中主要是三酰甘油 此外 还有二酰甘油 单酰甘油 常温下 呈液态的酰基甘油称为油 呈固态的称为脂 二 甘油三酯的结构与性质 25 1 三酰甘油的物理和化学性质 1 物理性质 1 颜色和气味纯的三酰甘油是无色 无嗅 无味的稠性液体或蜡状固体 天然油脂的颜色来自溶于其中的色素物质 如类胡萝卜素 气味少数是由于油脂中的挥发性短链脂肪酸所致 一般是由于非油脂成分引起的 26 一 三酰甘油的物理和化学性质 2 密度和溶解度三酰甘油的密度均小于水 不溶于水 略溶于低级醇 易溶于乙醚 氯仿 苯和石油醚等非极性有机溶剂 称脂溶剂 3 熔点天然油脂由于都是多种三酰甘油的混合物 因此没有明确的熔点 只有一个大概范围 三酰甘油的熔点与其脂肪酸组成有关 一般随组分中不饱和脂肪酸 双键数目 和低相对分子质量脂肪酸的比例增高而降低 27 2 化学性质 1 水解与皂化三酰甘油能在酸 碱或脂酶 1ipase 的作用下水解为脂肪酸和甘油 如果在碱溶液中水解 产物之一是脂肪酸的盐类 如钠 钾盐 俗称皂 油脂的碱水解作用称皂化作用 皂化1g油脂所需的KOHmg数称为皂化值 28 A 氢化 硬化 由不饱和脂酸产生的性质 B 碘化 碘值 价 100g脂肪能吸收碘的g数 碘值大 表示油脂中不饱和脂肪酸含量高 即不饱和程度高 29 C 氧化 温和条件下氧化 如空气 过氧化物 某些油在空气中放置 表面能生成一层干燥而有韧性的薄膜 这种现象叫做干化 30 D 酸败 rancidity 酸败的概念 水解性酸败 由于光 热或微生物的作用 使油脂水解生成脂酸 低级脂酸有臭味 称水解性酸败 氧化性酸败 由于空气中的氧使不饱和脂酸氧化 产生醛和酮等 称氧化性酸败 酸值 价 中和1g油脂中的自由脂酸所需KOH的mg数 酸价是衡量油脂质量的指标之一 31 蜡 wax 蜡是不溶于水的固体 由高级脂肪酸和长链脂肪族一元醇或固醇构成的酯 蜡酸如月桂酸 C12 豆蔻酸 C14 蜡酸 C26 蜂花酸 C30 等 通式为CH3 CH2 nCOOH 蜡醇通式为CH3 CH2 nCH2OH 如C16 C30等 温度较高时 蜡是柔软的固体 温度低时变硬 蜡在皮肤 羽毛 果实表面及昆虫的外骨骼上起保护作用 蜂蜡是软脂酸 C16 和有26 34个碳的蜡醇形成的酯 羊毛脂是脂肪酸和羊毛固醇形成的酯 32 33 第三节磷脂 34 磷脂的功能 磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂两类 它们主要参与细胞膜系统的组成 少量存在于细胞的其他部位 甘油磷脂是第一大类膜脂 鞘脂类 包括鞘磷脂和鞘糖脂 是第二大类膜脂 35 一 磷脂 phospholipidorphosphatide 1 甘油醇磷脂 glycerophosphatide 甘油醇磷脂通式 复合脂 complexlipidorcompoundlipid 36 甘油磷脂中最常见的是卵磷脂和脑磷脂 动物的心 脑 肾 肝 骨髓以及禽蛋的卵黄中 含量都很丰富 37 鞘磷脂 鞘磷脂即鞘氨醇磷脂 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 鞘磷脂由鞘氨醇 脂肪酸和磷酰胆碱组成 38 鞘氨醇 sphingomyelin 鞘氨醇 Sphingosine 39 磷脂酰胆碱 phosphatidylCholine PC 也称卵磷脂 lecithin 几种重要的甘油醇磷脂的结构 40 胆碱具有碱性 醇性 胆碱 可控制肝脏脂肪代谢 防止脂肪肝的形成 磷脂酰胆碱可控制肝脏脂肪代谢 防止脂肪肝的形成 41 磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine 也称脑磷脂 cephalin X 乙醇胺 脑磷脂最先是从脑和神经组织中提取出来 所以称为脑磷脂 是磷脂酰乙醇胺 脑磷脂的结构与卵磷脂相似 只是X基不同 与凝血有关 卵磷脂和脑磷脂可从动物的新鲜大脑及大豆中提取 42 容易氧化 溶解度 甘油醇磷脂的性质 可解离成两性离子型或带电荷的分子 以磷脂酰胆碱为例 43 44 pH7时 几种常见的甘油醇磷脂的净电荷 45 磷脂分子中有极性头和非极性尾 凡分子中含有极性基和非极性基的化合物称两亲化合物 amphipathiccompound 46 1 结构 phospho 鞘氨醇磷脂 以鞘磷脂 sphingomyelin 为例 鞘磷脂由鞘氨醇 脂酸 磷酸及胆碱组成 47 与甘油醇磷脂的相同点 可解离成两性离子型或带电荷的分子 两亲化合物 鞘氨醇磷脂的性质 48 细胞及细胞器表面覆盖着一层极薄的膜 统称生物膜 生物膜主要由脂类和蛋白质组成 脂类约占40 蛋白质占60 不同种类的生物膜中二者比例变化很大 膜中的脂类主要是磷脂 胆固醇和糖脂 动物是糖鞘脂 植物和微生物是甘油酯 49 糖脂 glycolipid 糖与脂类以糖苷键相连形成的化合物称为糖脂 糖鞘脂是细胞膜的组分 其糖结构突出于质膜表面 与细胞识别和免疫有关 位于神经细胞的还与神经传递有关 50 脑苷脂 脑糖脂 cerebroside 51 一 固醇的结构 1 天然固醇的通式 固醇是环戊烷多氢菲的衍生物 固醇 sterol 也称甾醇 类固醇都含有环戊烷多氢菲结构 不能皂化 其中固醇是在核的3位有一个羟基 在17位有一个分支烃链 52 2 型异构体 型固醇 型固醇 53 胆固醇 cholesterol 1 分布 2 结构 Cholesterol 54 是环状高分子一元醇 分布很广 可游离存在或与脂肪酸成酯 动物固醇多以酯的形式存在 胆固醇 Cholesterol 是脊椎动物细胞的重要成分 胆石几乎全是由胆固醇构成的 胆固醇是高等动物生物膜的重要成分 占质膜脂类的20 以上 占细胞器膜的5 其分子形状与其他膜脂不同 极性头是3位羟基 疏水尾是4个环和3个侧链 它对调节生物膜的流动性有一定意义 胆固醇还是一些活性物质的前体 类固醇激素 维生素D3 胆汁酸等都是胆固醇的衍生物 维生素D3是由7 脱氢胆固醇经日光中紫外线照射转变而来的 55 7 脱氢胆固醇 胆固醇可变为一些重要的化合物 56 ergosterol 麦角固醇 ergosterol 57 要点回顾 脂类的概念及生物学功能脂肪的结构及性质磷脂 固醇的结构特点及功能 58 本章作业 构成生物膜的脂类主要有哪些 这些脂类结构有什么特点 皂化值和碘值是怎样定义的 他们的大小放映了脂肪的什么性质 59 第五节萜和类固醇 60 萜和类固醇与前述的各类脂质不同 一般不含脂肪酸 属不可皂化脂质 它们在生物体内含量虽不多 但不少是重要的活性脂质 61 一 萜 terpene 萜分子的碳架可看成是由两个或多个异戊二烯单位连接而成 连接方式一般是头尾相连 也有尾尾相接的 形成的萜类可以是直链的 也可以是环状分子 可以是单环 双环和多环化合物 62 1 萜的分类 根据所含的异戊二烯的数目 萜可分为单萜 双萜 三萜和多萜等 由两个异戊二烯 碳原子数为C10 构成的萜称单萜 由3个异戊二烯 C15 构成的称倍半萜 由4个异戊二烯 C20 构成的称双萜 其余依此类推 63 二 类固醇结构特点 steroid 也称甾类 这类化合物的结构以环戊烷多氢菲为基础 是由3个六元环 A B C环 和一个五元环 D环 组合而成 在环戊烷多氢菲的A B环之间和C D环之间各有一个甲基 18 19 称角甲基 带有角甲基的环戊烷多氢菲称甾核 是类固醇的母体 64 甾核碳原子的编号从A环开始 65 胆固醇 Cholesterol 66 1 分布及特性 胆固醇在脑 肝 肾和蛋黄中含量很高 它是最常见的一种动物固醇 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 存在于皮肤中的7 脱氢胆固醇在紫外线作用下转化为维生素D 胆固醇也是类固醇激素和胆汁酸的前体 胆固醇除人体自身合成外 尚可从膳食中获取 胆固醇既是生理必需的 但过多时又会引起某些疾病 例如胆结石症的胆石几乎是胆固醇的晶体 又如冠心病患者血清总胆固醇含量很高 超过正常值 3 30 6 20mmol L 上限 因此必须控制膳食中的胆固醇量 67 胆固醇高会导致什么疾病 高胆固醇容易引起高胆固醇血症和动脉硬化 是冠心病 心脏猝死的重要危险因素 它能 诱发高血压 研究发现高胆固醇可增加高血压的发生概率 原因在于高胆固醇使血管的弹性下降 阻力增高 致使血压上升 危害肾脏 总胆固醇值较高者的肌酐值上升的可能性比常人增加2倍以上 而且肾小球滤过率相应下降 高胆固醇者与肾衰竭之类肾病结缘的危险明显加大 促发前列腺癌 前列腺癌相关因素包括年龄 人种 家族史等 但科学家新近发现前列腺癌与高胆固醇也有牵连 高胆固醇可能在前列腺癌的发病过程中扮演了不光彩的角色 损害骨骼 原因是胆固醇水平较高会促进骨质分解 造成骨质疏松 促发牙周病 高胆固醇可使牙与牙龈间的沟隙增大 致使防止细菌进入沟隙的细胞失去功能 细菌大量进入沟隙而致牙周病发生 或使原有的牙周病恶化 长时间的高胆固醇可引起心脏血流量不足 供应大脑的血流量随之减少 使得耳神经的营养和能量不足 因而出现耳鸣 耳朵嗡嗡响 或耳闷 耳朵有堵塞感 听力下降 68 三 固醇衍生物 动物中从胆固醇衍生来的类固醇包括5类激素 雄激素 雌激素 孕酮 糖皮质激素和盐皮质激素 维生素D和胆汁酸 植物和昆虫产生的蜕皮激素 蟾蜍腮腺毒液中分离的蟾毒素都是类固醇物质 胆汁酸是在肝内由胆固醇直接转化而来 人体内每天合成胆固醇约1 1 5克 其中约0 4 0 6g在肝内转变为胆汁酸 胆汁酸是机体内胆固醇的主要代谢终产物 69 第六节脂蛋白 1ipoprotein 70 脂蛋白的组成和功能 脂蛋白是由脂质和蛋白质以非共价键 疏水相互作用 范德华力和静电引力 结合而成的复合物 脂蛋白中的蛋白质部分称载脂蛋白 apolipoprotein apo 脂蛋白广泛存在于血浆中 因此也称血浆脂蛋白 大多数脂质在血液中的转运是以脂蛋白复合体形式进行的 71