醫(yī)用化學-電子教材:第二十章 脂類化合物

第二十章 脂類化合物

脂類(lipid)是油脂和類脂(lipoid)的總稱。油脂是甘油與脂肪酸(主要是高級脂肪酸)生成的酯，包括脂肪(fat)和油(oil)。類脂是結(jié)構(gòu)或理化性質(zhì)類似油脂的物質(zhì)，主要有磷脂、糖脂、蠟、甾醇、甾類激素及強心苷等。

脂類化合物是構(gòu)成生物體的重要成分，在生理上具有非常重要的意義。類脂是細胞原生質(zhì)的必要成分，稱為原生質(zhì)脂。它們在細胞內(nèi)與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起形成脂蛋白，構(gòu)成細胞的各種膜，如細胞膜、核膜、線粒體膜等。油脂在人體內(nèi)存在于皮下結(jié)締組織、腹腔、大網(wǎng)膜及腸系膜等脂肪組織中。脂肪在體內(nèi)氧化供給一部分能量，并作為能源的儲備物。它在臟器周圍起了保護內(nèi)臟免受磨損及外力撞傷的作用；在皮下有保溫作用；脂肪還是脂溶性維生素A,D,E,K等及許多生物活性物質(zhì)的良好溶劑。甾族化合物廣泛地存在于動植物的組織中。例如動物體內(nèi)的膽固醇、膽汁酸、腎上腺皮質(zhì)激素和性激素等；植物(中草藥)中的強心苷及甾族生物堿等。它們在生理活動中都起著十分重要的作用。

第一節(jié) 油脂

一、油脂的組成

油脂是油和脂肪的總稱。一般在室溫下是液體的稱為油（絕大多數(shù)來源于植物)，是固體或半固體的稱為脂肪（絕大多數(shù)來源于動物)。從化學結(jié)構(gòu)來看，它們都是高級脂肪酸的甘油酯�？捎猛ㄊ奖硎救缦拢�

式中的R,R’,R"可以相同或不同。如果相同，則該油脂稱為單酸甘油酯；若不同，則稱為混酸甘油酯。天然油脂是混酸甘油酯的復雜混合物，除甘油三酯外，還含有少量游離脂肪酸、色素和維生素等。組成油脂的脂肪酸，已知的約有50多種，常見的脂肪酸和一些油脂的脂肪酸組成如表20-1、表20-2所示。

油脂中的天然脂肪酸在組成和結(jié)構(gòu)上的共同特點是:

①絕大多數(shù)是直鏈的含偶數(shù)碳的高級脂肪酸，碳原子數(shù)一般在C₁₂～C₂₀之間，尤以C₁₆和C₁₈的脂肪酸為最多；

②有不少是不飽和脂肪酸，以含一個、兩個或三個碳碳雙鍵的C₁₈脂肪酸為主，幾乎都是順式構(gòu)型。

多數(shù)天然脂肪酸能在人體內(nèi)合成，但亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸等必須由食物供給，故稱為必需脂肪酸。

表20-1 常見油脂中的重要脂肪酸

表20-2 一些油脂的脂肪酸組成

①尚含有3～4%丁酸及C₆，C₈和C₁₀酸各13%。 ②尚含有C₈和C₁₀酸各5～9%。

甘油酯的命名可按多元醇酯的命名法稱為甘油某酸酯。如果是混酸甘油酯，則須將脂肪酸的位次表明。例如：

甘油三棕櫚酸酯甘油-α-硬脂酸-β-亞油酸-α’-油酸酯

   或 甘油三軟脂酸或  2-亞油酸-3-油酸-1-硬脂酸甘油酯

二、油脂的物理性質(zhì)

純凈的油脂是無色、無臭、無味的。但是一般的油脂，尤其是植物性油脂，常帶有香味或特殊氣味，并有顏色。這是因為一般油脂中往往溶有維生素和色素，因此有色。相對分子質(zhì)量小的油脂是較易揮發(fā)的液體；相對分子質(zhì)量大的油脂是油狀液體或熔點較低的固體。油脂的相對密度小于l，一般難溶于水，但易溶于乙醚、石油醚、氯仿、苯等有機溶劑，難溶于冷酒精而能溶于熱酒精，利用這些溶劑可從動植物組織中提取油脂。天然油脂是混合物，沒有確切的熔點和沸點。

三、油脂的化學性質(zhì)

(一)水解

油脂能在酸、堿或酶(如胰脂酶等水解酶)的作用下水解，生成一分子甘油和三分子脂肪酸。

油脂若在堿性溶液中水解，則生成物為甘油和高級脂肪酸鹽。

高級脂肪酸鹽通稱為肥皂，因此油脂在堿性條件下水解過程叫作皂化。普通肥皂是各種高級脂肪酸鈉鹽的混合物。油脂用氫氧化鉀皂化所得的高級脂肪酸鉀鹽，質(zhì)軟，叫作軟肥皂，醫(yī)藥上常用以洗凈皮膚。外用消毒防腐劑“來蘇兒”是煤酚和肥皂制成的溶液。

使1g油脂完全皂化所需要的氫氧化鉀的質(zhì)量(單位為毫克)稱為皂化值。根據(jù)皂化值的大小，可以判斷油脂中所含甘油酯的平均相對分子質(zhì)量。油脂中甘油酯的平均相對分子質(zhì)量愈大，則皂化值愈小。反之，皂化值愈大，表示甘油酯的平均相對分子質(zhì)量愈小。各種油脂都有一定的皂化值范圍，因此可以用皂化值來檢驗油脂的純度。

人體進食的油脂主要在小腸內(nèi)催化水解，此過程稱為油脂的消化。水解產(chǎn)物透過腸壁被吸收(少量油脂微粒同時被吸收)，進一步合成人體自身的脂肪。這種吸收后的脂肪除一部分氧化供給能量(脂肪在體內(nèi)完全氧化放出的熱量為28.9 kJ·g^-1)外，大部分貯存在皮下、腸系膜等處的組織中。

(二)加成

1.氫化

含不飽和脂肪酸較多的油脂，容易被氧化而變質(zhì)。油脂中雙鍵愈多(熔點愈低)愈容易受空氣氧化而變質(zhì)。一般來說，用于工業(yè)上制肥皂或食用油脂，固態(tài)脂肪較液態(tài)油為佳。利用催化加氫，可將天然油脂中的不飽和鍵加氫變成飽和鍵，既可提高油脂的熔點，又能改進其它一些性能。例如:

 甘油三油酸酯  甘油三硬脂酸酯

油脂經(jīng)過氫化后，使原來為液態(tài)的油轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)的脂肪，所以常將油脂的這種氫化叫做油脂的硬化。硬化后的油脂可作為制肥皂或人造黃油的原料。硬化后的油脂不但有利于貯存和運輸，而且不易變質(zhì)。

2.加碘

含不飽和脂肪酸的油脂，也可與鹵素發(fā)生加成反應。與碘的加成反應在油脂分析中有一定的意義。測定一定量油脂所能吸收碘的量，可以判斷油脂的不飽和程度。100g油脂所能吸收碘的質(zhì)量(單位為克)，稱為碘值。碘值大，表示油脂的不飽和程度高。由于碘和碳碳雙鍵的加成反應較慢，所以測定時常用氯化碘(ICl)或溴化碘(IBr)的冰醋酸溶液作試劑代替碘。其中的氯或溴能使碘活化。

(三)酸敗

天然油脂在空氣中放置過久，就會變質(zhì)，產(chǎn)生難聞的氣味，這個過程稱為酸敗(哈喇)。

油脂酸敗的主要原因是油脂中不飽和脂肪酸中的碳碳雙鍵被空氣氧化，生成過氧化物，后者繼續(xù)氧化或分解，產(chǎn)生有臭味的低級醛和羧酸。光、熱或濕氣都能促進油脂的酸敗。

醛、酸等物質(zhì)

油脂酸敗的另一個原因是由于微生物或酶的作用，先將油脂水解為甘油和脂肪酸，再經(jīng)過一系列復雜的變化，使脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮酸，這個過程稱為β-氧化。生成的β-酮酸易脫羧生成具有臭味的酮。其過程如下：

油脂酸敗的產(chǎn)物有毒性和刺激性，因此酸敗的油脂不能食用或藥用。

第二節(jié)  類  脂

一、磷脂

磷脂(phospholipid)是含有磷酸基的類脂。它們廣泛地分布在動植物組織中，是細胞原生質(zhì)的固定組成成分。磷脂主要存在于腦和神經(jīng)組織、骨髓、心、肝、腎等器官中；蛋黃、種子、大豆中也含有豐富的磷脂。常見的磷脂有卵磷脂、腦磷脂和(神經(jīng))鞘磷脂。它們的結(jié)構(gòu)與油脂相似，但組成較為復雜，水解后的產(chǎn)物是醇(甘油或其它醇)、脂肪酸、磷酸和含氮的有機堿。

（一)卵磷脂

    卵磷脂 (lecithin)是分布最廣的一種磷脂，存在于各種動物組織與器官中。腦、神經(jīng)組織、心、肝、腎上腺及紅細胞中含量較多，蛋黃里含量更多，約占8～10 %，故稱卵磷脂。

卵磷脂的結(jié)構(gòu)和油脂相似，但在卵磷脂分子內(nèi)，甘油部分的三個羥基中有一個與磷酸結(jié)合，而磷酸又與膽堿結(jié)合。這些都是通過酯鍵形式連接的。例如：

 脂肪酸部分

甘油部分  膽堿部分

磷酸部分

 L-α-卵磷脂

根據(jù)磷酸和膽堿在卵磷脂分子中連接的位置不同，卵磷脂有α和β兩種異構(gòu)體。自然界的卵磷脂是α-卵磷脂。天然卵磷脂含有手性碳原子，有旋光性。天然卵磷脂都是L-構(gòu)型的，且β-位所連的脂肪酸常是不飽和脂肪酸。

純粹的卵磷脂是吸水性較強的白色蠟狀固體，在空氣中易被氧化而迅速變?yōu)辄S色，久置則呈褐色。這可能是卵磷脂分子中，碳碳雙鍵易被氧化的結(jié)果。卵磷脂不溶于水和丙酮，易溶于乙醚、乙醇和氯仿。所以一般可用乙醚從蛋黃中提取卵磷脂，再用丙酮沉淀。這時腦磷脂也沉淀，但腦磷脂在冷乙醇中不溶，借此可將二者分離。

卵磷脂完全水解后，得到甘油、脂肪酸、磷酸和膽堿。天然卵磷脂是混合物，水解后得到的脂肪酸有棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸及花生四烯酸。有些毒蛇的毒汁中含有某種脂酶，它能催化水解磷脂，使β-位的不飽和脂肪酸脫落，從而破壞了細胞膜，在血液中則引起溶血。

   （二)腦磷脂

腦磷脂(cephalin)與卵磷脂同時存在于機體各組織及器官中，在腦組織中合最較多，因而得名。它的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)均與卵磷脂相似。只是腦磷脂結(jié)構(gòu)中磷酸上的羥基與bhskgw.cn/zhuyuan/膽胺或絲氨酸形成酯。例如：

α-腦磷脂

腦磷脂也有α和β兩種異構(gòu)體，自然界的腦磷脂也是L型的α異構(gòu)體。腦磷脂水解后生成甘油、脂肪酸、磷酸與膽胺或絲氨酸。組成腦磷脂的脂肪酸通常有棕櫚酸、硬脂酸、油酸及少量花生四烯酸。

腦磷脂的性質(zhì)與卵磷脂很相似，也是白色蠟狀固體，吸水性強，不穩(wěn)定，在空氣中易氧化而成棕黑色，能溶于乙醚，不溶于丙酮，但難溶于乙醇，這是與卵磷脂在溶解性方面的不同。腦磷脂與血液的凝固有關(guān)，血小板內(nèi)能促使血液凝固的凝血激活酶，就是由腦磷脂與蛋白質(zhì)所組成的。

   （三)(神經(jīng))鞘磷脂

腦和神經(jīng)含有大量的(神經(jīng))鞘磷脂(sphingomyelin)，肝、脾及其它組織中含量較少。鞘磷脂的組成和結(jié)構(gòu)與卵磷脂、腦磷脂不同。其分子中含有一個長鏈不飽和醇，即(神經(jīng))鞘氨(基)醇(sphingol)，而不是甘油。

   鞘氨醇

在鞘磷脂中，鞘氨醇的氨基與脂肪酸以酰胺鍵相連接，以1位上的羥基與磷酸成酯，磷酸又以酯的形式與膽堿相結(jié)合。

  鞘磷脂

由于鞘氨醇的前三個碳所連的基團類似于甘油，剩余的烴基長鏈與高級脂肪酸相近，所以鞘磷脂在大小、形狀和極性方面都與卵磷脂、腦磷脂相似。它是神經(jīng)鞘的主要成分。鞘磷脂是白色結(jié)晶，在光的作用下或空氣中不易氧化，比較穩(wěn)定，不溶于丙酮及乙醚，而溶于熱乙醇中，這是鞘磷脂與卵磷脂和腦磷脂的不同之處。

二、糖脂

糖脂(glycolipid)分子中含有糖(半乳糖或葡萄糖)、長鏈脂肪酸和鞘氨醇，但不含磷酸，故稱為糖脂。它是細胞結(jié)構(gòu)包括神經(jīng)髓鞘的組成部分，也是構(gòu)成血型物質(zhì)及細胞抗原的重要組成成分。在腦和神經(jīng)髓鞘中含量最多，近年來很受重視。重要的糖脂有腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂等。

糖脂水解后可得己糖(半乳糖、葡萄糖等)、鞘氨醇(有的為二氫鞘氨醇)和脂肪酸(主要有二十四烷酸、神經(jīng)酸、α-羥基二十四烷酸、α-羥基神經(jīng)酸等)。

糖脂為白色蠟狀物，溶于熱乙醇、丙酮、苯和氯仿中，而不溶于乙醚和冷乙醇。在酸性條件下煮沸可使腦苷脂分解。在體內(nèi)各種糖脂的分解需要各自專一的水解酶，缺乏任何一種酶均可引起糖脂在組織中的沉積而患病。

 半乳糖腦苷脂

三、甾族化合物

（一)甾族化合物的結(jié)構(gòu)

甾族化合物(steroid)廣泛存在于動植物體內(nèi)，是具有多種生理活性的重要類脂，包括甾醇、維生素D、膽汁酸、腎上腺皮質(zhì)激素及性激素等。它們的結(jié)構(gòu)特點是含有環(huán)戊烷全氫菲的基本骨架，它的四個環(huán)分別用字母A、B、C及D表示，四個環(huán)上的17個碳原子按如下順序編號：

  環(huán)戊烷全氫菲 甾族化合物的基本骨架

各種甾族化合物除具有此種共同骨架外，絕大多數(shù)都帶有三個側(cè)鏈: 在C-lO及C-13上常連有甲基，稱為角甲基，這兩個角甲基的碳原子編號分別為C-18及C-19，在D環(huán)的C-17上連有碳鏈、含氧基團或其它基團。這三個原子團都在環(huán)平面的上方，故用實線表示。環(huán)上若有其它取代基，則它們在空間上有兩種取向，與角甲基取向相同的（即在環(huán)平面上方)，稱為β構(gòu)型，用實線表示。若與角甲基取向相反的（即在環(huán)平面下方)，稱為α構(gòu)型，用虛線表示。

（二)重要的甾族化合物

1.甾醇類

甾醇(sterol)廣泛存在于動植物體內(nèi)，它是甾族化合物中最早發(fā)現(xiàn)的一類。它們分子中都含有2^o羥基，都為結(jié)晶體，故俗稱固醇。所有甾醇都含有3β-羥基，大多數(shù)有一至幾個碳碳雙鍵，雙鍵較常出現(xiàn)的位置是C-5，其次是C-7及C-22。天然的甾醇能以游離狀態(tài)、與高級脂肪酸成酯、與蛋白質(zhì)結(jié)合成脂蛋白或與糖結(jié)合成苷等形式存在。

   （1)膽甾醇  膽甾醇(cholesterol)又稱為膽固醇，廣泛存在于動物細胞中，尤以腦和神經(jīng)組織中含量較多。因為它是在膽石中發(fā)現(xiàn)的固體狀醇，故得此名。其構(gòu)造式如下：

  膽甾醇

膽甾醇為無色或帶黃色的結(jié)晶，熔點148 ^oC，難溶于水，易溶于有機溶劑。它是油脂中不皂化成分之一。膽甾醇的3β- 羥基可與脂肪酸結(jié)合成膽甾醇酯，在體內(nèi)的膽甾醇以游離狀態(tài)和酯(主要是不飽和脂肪酸酯)兩種形式存在。

人體中的膽甾醇一部分來自食物，一部分由組織細胞自己合成，它又是合成體內(nèi)其它甾族化合物的原料。例如膽甾醇在肝臟中可合成膽酸等；在腎上腺皮質(zhì)中轉(zhuǎn)變成腎上腺皮質(zhì)激素；在性腺(睪丸和卵巢)中則轉(zhuǎn)變?yōu)樾约に�；在腸粘膜中轉(zhuǎn)變?yōu)?-脫氫膽甾醇，后者在皮下經(jīng)紫外線照射后可轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素D₃。

血液中的膽甾醇約有65% 以酯的形式存在，它是血液運輸不飽和脂肪酸的途徑之一。當膽甾醇代謝發(fā)生障礙時，血液中膽甾醇及其酯的含量增加，并從血漿中析出，沉積于動脈血管壁，引起動脈粥樣硬化斑塊。

膽汁中亦含有膽甾醇。由于膽汁酸鹽的作用，可形成乳狀液。若膽汁中膽甾醇過多或膽汁酸鹽過少；則膽甾醇可在膽道中沉積，參與膽石的形成。

 （2)7-脫氫膽甾醇  7-脫氫膽甾醇也是一種動物甾醇，存在于人體的皮下，經(jīng)太陽的紫外線照射，B環(huán)開環(huán)而轉(zhuǎn)化為維生素D₃。因此，多曬太陽是獲得維生素D₃的最簡易方法。

  7-脫氫膽甾醇維生素D₃

（3)麥角甾醇  麥角甾醇存在于酵母及某些植物中，屬于植物甾醇，它的C-17側(cè)鏈比7-脫氫膽甾醇多一個甲基和一個雙鍵。麥角甾醇在紫外線照射下，B環(huán)開環(huán)形成維生素D₂。

 麥角甾醇  維生素D₂

維生素D有幾種，以D₂和D₃的生理作用較強。它們能促進腸道對鈣及磷的吸收，所以能防治佝僂病和軟骨病。

2.膽甾酸

在人和動物的膽汁中，含有幾種結(jié)構(gòu)與膽甾醇類似的酸，稱為膽甾酸。例如：

  膽酸  脫氧膽酸

    它們的結(jié)構(gòu)特征是：C-17上的側(cè)鏈較短，只有五個碳原子，末端有一個羧基；環(huán)上都無雙鍵；環(huán)上的羥基均為α型。游離膽甾酸中以膽酸最重要，脫氧膽酸次之，其它還有鵝脫氧膽酸、石膽酸及豬脫氧膽酸等。這些膽甾酸的羧基常與甘氨酸(H₂N-CH₂-COOH)或牛磺酸(H₂N-CH₂-CH₂-SO₃H)以酰胺鍵結(jié)合,所形成的結(jié)合膽酸混合物總稱為膽汁酸(bile acid)。如:

 甘氨膽酸 �；悄懰�

在堿性膽汁中，膽汁酸以鈉鹽或鉀鹽形式存在，稱為膽鹽。分泌到腸中的膽鹽對油脂的消化起著重要作用。由于膽鹽是一種表面活性劑，能降低水的界面張力，使油脂乳化為微粒并穩(wěn)定地分散于消化液中，增加了油脂與脂肪酶的接觸機會，從而加速油脂的水解，以利于油脂的消化吸收。乳化的油脂不僅容易消化，而且一部分高度乳化的油脂微粒，可以不經(jīng)消化而直接由腸粘膜吸收。

3.甾類激素

激素(hormone)是由內(nèi)分泌腺分泌的一類化學活性物質(zhì)，具有很強的生理效應，主要是控制生長、調(diào)節(jié)代謝和性的機能等，是維持正常生理活動所必需的。

激素可分為兩大類，一類是含氮激素，如腎上腺素、甲狀腺素、催產(chǎn)素和胰島素等；另一類是具有甾族基本結(jié)構(gòu)的，稱為甾類激素。甾類激素根據(jù)來源不同又可分為腎上腺皮質(zhì)激素和性激素兩類。

（1)腎上腺皮質(zhì)激素  腎上腺皮質(zhì)激素(adrenocoticalhormone)產(chǎn)生于腎上腺皮質(zhì)部分。現(xiàn)已從腎上腺皮質(zhì)中提出30多種甾族化合物，其中一些生理活性較大。有的具有調(diào)節(jié)糖類代謝(也影響蛋白質(zhì)及脂類)作用，稱為糖皮質(zhì)激素，如皮質(zhì)醇等；有的控制體內(nèi)水和電解質(zhì)的平衡，稱為鹽皮質(zhì)激素，如11-去氧皮質(zhì)酮、醛固酮等。

   皮質(zhì)醇可的松   11-去氧皮質(zhì)酮 醛固酮

自1949年發(fā)現(xiàn)可的松對于風濕性關(guān)節(jié)炎的藥物作用后，對可的松的人工合成、半合成以及其類似物的研究發(fā)展很快，并以不同的方法制取了它們的一些衍生物或在原結(jié)構(gòu)中引入了新的基團，有效提高了抗炎活性。如去氫可的松、地塞米松等。

去氫可的松  （潑尼松、強的松)   地塞米松

可的松等藥物一般具有抗炎癥、抗過敏、抗毒素、抗休克等藥理作用。臨床上多用于控制嚴重中毒性感染和風濕病等。

（2)性激素 性激素(sexual hormone)又可分為雄性激素和雌性激素兩類，它們分別由睪丸和卵巢分泌。性激素對生育功能和第二性征如聲音、體型等的改變都有決定性的作用。

睪酮是雄性激素，能促進雄性器官和第二性征的發(fā)育。因睪酮易被氧化，在消化道內(nèi)易被破壞，故口服無效，多制成油劑供肌肉注射，但作用也不能持久。目前臨床上多采用其衍生物如甲基睪酮和睪酮丙酸酯。

 睪酮  甲基睪酮  睪酮丙酸酯

雌性激素包括雌激素和孕激素。雌激素由卵巢中成熟的卵泡和黃體所分泌，其中以雌二醇-17β活性最強，雌酮次之，雌三醇最弱。

 雌二醇-17β 雌酮雌三醇

雌二醇-17β是白色結(jié)晶性粉末，較穩(wěn)定，幾乎不溶于水，但溶于醇、丙酮及氫氧化鈉溶液。它微溶于植物油，可制成針劑供肌肉注射。臨床上用于卵巢機能不全所引起的病癥，如用于子宮發(fā)育不全、月經(jīng)失調(diào)等的治療。

孕激素有很多種，人體內(nèi)主要是孕酮，它是由卵巢中的黃體分泌產(chǎn)生的，故又稱為黃體酮。

  孕酮

孕酮的結(jié)構(gòu)與睪酮極為相似，其區(qū)別僅在于C-17上所連的基團，睪酮是羥基，孕酮是乙�；�，但它們的生理作用完全不同。孕酮的作用是抑制排卵，并使受精卵在子宮中發(fā)育。臨床上用于治療習慣性流產(chǎn)、子宮功能性出血，痛經(jīng)和月經(jīng)失調(diào)等。

習  題

   1. 寫出下列構(gòu)造式（或構(gòu)型式)：

    （1)油酸   （2)棕櫚酸油酸卵磷脂   （3)（神經(jīng))鞘氨（基)醇

  （4)亞油酸糖脂   （5)硬脂酸膽甾醇脂  （6)�；悄懰�

   2. 指出下列物質(zhì)那些是表面活性物質(zhì)（乳化劑)：

   肥皂，  卵磷脂，  膽甾醇，  膽汁酸鹽

   3. 完成下列反應式：

     （1)

    （2)

    （3)

    （4)

   4. 250 mg純橄欖油樣品，完全皂化需要47.5 mg KOH，計算橄欖油中該油脂的平均相對分子量。

   5. 名詞解釋

   皂化，皂化值， 碘值， 酸敗