2017年临床助理医师《生物化学》复习笔记：第六章脂类代谢

　　第六章 脂类代谢

　　脂类(lipids)是脂肪(甘油三酯)和类脂的统称。它们在结构上有很大差别，共同特点是不溶于水，而溶于氯仿、乙醚、苯等非极性有机溶剂。用这类溶剂可将脂类物质从细胞和组织中萃取出来。脂类是生物体的重要组成成分，按生物学功能可将其分为贮存脂质(storage lipid)、结构脂质(structural lipid)和活性脂质(active lipid)。贮脂主要是脂肪，结构脂质和活性脂质都属于类脂。脂肪是生物体贮存的重要能源物质，1g脂肪彻底氧化可产生约39KJ的热量,是相同重量糖或蛋白质氧化所产热量的2.3倍。结构脂质主要是磷脂,它是生物膜的骨架成分。活性脂质在生物体内具有重要的生理活性，如类固醇激素有重要的代谢调节作用;糖脂是细胞识别的物质基础之一;一些磷脂在细胞信号转导过程中能够产生第二信使等。由此可见，生物体内的脂类在新陈代谢、信息传递及代谢调控等生命活动中具有重要作用。

　　第一节 生物体内的脂质

　　一、脂类的组成和分类

　　脂类主要由碳、氢、氧三种元素组成，某些脂类化合物还含有少量氮、磷和硫。大多数脂类化合物是由脂肪酸和醇形成的酯及其衍生物，其中的脂肪酸多为长链一元羧酸，其中的醇则包括甘油、鞘氨醇、固醇和高级一元醇。生物体内的脂类据其化学组成与结构通常分为单纯脂类、结合脂类、衍生脂类。

　　(一) 脂肪酸(fatty acid，FA)

　　脂肪酸是脂类化合物的主要组成成分，一般由一条长的线性烃链(疏水尾)和一个末端羧基(亲水头)组成。天然脂肪酸骨架的碳原子数多为偶数，通常为C4～C36。动植物中分布最广泛的脂肪酸是硬脂酸、软脂酸和油酸。奇数碳原子的脂肪酸主要存在于海洋生物中，陆地生物中含量极少。脂肪酸根据其烃链内是否含有双键可分为饱和与不饱和两类。链内不含双键的为饱和脂肪酸，含一个双键的为单不饱和脂肪酸，含两个或两个以上双键的为多不饱和脂肪酸(PUFA)。不同脂肪酸之间的主要区别在于烃链的长度、双键的数目

　　和位置。

　　不饱和脂肪酸(unsaturated FA)因其存在双键，不象饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而整齐有序，往往存在扭曲的空间结构(图8—1)，只要用较少的热量就可扰乱它不太有序的结构，熔点较低。生活在低温环境中的动物不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸，反映了生物对环境的适应。

　　脂肪酸常用简写方法表示。一般是先写碳原子数目，再写双键数目，中间以冒号分开，最后表明双键的位置。如硬脂酸写成18：0;亚油酸写成18：2(9，12)或18：2Δ9，12，表示亚油酸为18个碳原子、且在第9～10、12～13碳原子之间各有一个双键(此处碳原子序号从羧基端向甲基端依次为1、2……)。

　　人和动物不能合成自身正常代谢所需要亚油酸和α-亚麻酸(18：3△9，12，15)，必须从食物中摄取，这两种脂肪酸称为必需脂肪酸(essential fatty acid)。植物能够合成这两种脂肪酸。植物界特别是高等植物中不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸丰富，植物中还存在含三键、羟基、酮基、环氧基等的脂肪酸。

　　从营养学角度看，不饱和脂肪酸可分为ω(omeage)-6系列和ω-3系列。ω-6系列指不饱和脂肪酸中第一个双键的位置距甲基端6个碳原子，ω-3系列指不饱和脂肪酸中第一个双键的位置距甲基端3个碳原子。亚油酸是ω-6系列的原始成员，由它可在人和哺乳动物体内合成γ-亚麻酸(18：3△6，9，12)和花生四烯酸(20：4△5，8，11，14)。α-亚麻酸是ω-3系列的原始成员，由它可合成二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。在人和哺乳动物体内ω-6系列和ω-3系列PUFA不能相互转化。研究表明，人体许多组织含有ω-3系列不饱和脂肪酸，DHA在视网膜和大脑皮层中含量丰富。大脑中约一半DHA是在出生前积累的，因此必需脂肪酸营养在怀孕期间十分重要。

　　(二)单纯脂类(simple lipids)

　　单纯脂是由脂肪酸与甘油或高级一元醇结合形成的酯。据醇基不同，可将其分为脂酰甘油和蜡。

　　1 脂酰甘油(acyl glycerol)

　　脂酰甘油是由脂肪酸和甘油(glycerol)形成的酯。根据所结合的脂肪酸分子数目不同，脂酰甘油分为单(脂)酰甘油(MG)、二(脂)酰甘油(DG)、和三(脂)酰甘油(TG)。三酰甘油(triacylglycerol)又称甘油三酯(triglycerides)，即通常所说的脂肪或中性脂，在生物体内含量最丰富。

　　甘油三酯中R1、R2、R3相同时称为简单甘油三酯，不同时称为混合甘油三酯。一般说来R2多为不饱和脂肪酸。植物的甘油三酯中不饱和脂肪酸较多，在室温下为液态，称为油(oils);动物的甘油三酯中饱和脂肪酸较多，在室温下为固态，称为脂(fat)。因此，甘油三酯又统称为油脂。大多数天然油脂都是简单甘油三酯和混合甘油三酯的混和物。单酰甘油和二酰甘油是脂质代谢的中间产物，在生物体内含量不高。单硬酯酰甘油因其分子中有游离羟基，在水中有形成分散态的倾向，在食品工业中常被用作乳化剂。

　　2 蜡(wax)

　　蜡是长链脂肪酸(14～36个C)与长链一元醇(16～30C)或固醇形成的酯。蜡主要存在于毛发、皮肤、叶子、果实及昆虫外骨骼等的表面，起保护作用。蜡还是海洋浮游生物中主要的贮能物质。天然蜡一般是多种蜡酯的混合物，白蜡主要成分是二十六醇的二十六酸酯及二十八酸酯，是涂料、润滑剂等化工产品的原料;蜂蜡的主要成分为三十醇的软脂酸酯，是制造高级化妆品的原料。

　　(三)结合脂类(complex lipids)

　　结合脂类是分子组成中除了脂肪酸与醇所组成的酯外，还含有非脂成分的脂质。据非脂成分的不同分为磷脂(phospholipids)和糖脂(glycolipids)。

　　1.磷脂

　　磷脂分子中除了脂肪酸和醇外，还含有磷酸和其它含氮化合物。根据磷脂中醇的不同，可分为甘油磷脂(glycerophospholipids)和鞘氨醇磷脂(sphingophospholipids)。

　　(1)甘油磷脂 甘油磷脂分子中都含有甘油、脂肪酸和磷酸，三者结合成磷脂酸。磷脂酸通过磷酸基与氨基醇(胆碱、乙醇胺等)或肌醇等相连形成的酯即为甘油磷脂，也称磷酸甘油酯。它们种类很多，是生物膜骨架成分。根据磷酸基所连接基团的不同，甘油磷脂可分为磷脂酰胆碱(卵磷脂,PC)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂,PE)、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油、二磷脂酰甘油(心磷脂)及磷脂酰肌醇等，每一类磷脂又因其脂肪酸不同而有若干种。卵磷脂和脑磷脂是细胞中含量最丰富的磷脂，卵黄中卵磷脂的含量可达8%-10%。卵磷脂具有抗脂肪肝的作用。

　　(2)鞘磷脂

　　含鞘氨醇(sphingosine)或二氢鞘氨醇的脂类称鞘脂(sphingolipids)。鞘氨醇是带有脂肪族长链的氨基二元醇，具有疏水的脂肪烃尾和两个羟基、一个氨基组成的极性头。

　　鞘氨醇的氨基以酰胺键与长链脂肪酸(18C-26C)的羧基连接形成的化合物称为神经酰胺。神经酰胺的羟基以酯键与磷酸胆碱或磷酸乙醇胺相连构成的化合物即为鞘磷脂。人体内含量最多的鞘磷脂是神经酰胺与磷酸胆碱相连构成的神经鞘磷脂。

　　神经鞘磷脂是构成生物膜的重要磷脂，常与卵磷脂并存于细胞膜外侧，神经髓鞘中含有较多的神经鞘磷脂。鞘磷脂也存在于高等植物的种子和酵母细胞中。

　　2.糖脂

　　糖脂是脂质以糖苷键与糖分子的半缩醛羟基相连而成的结合脂质。据脂质的不同，糖脂可分为鞘糖脂、甘油糖脂和由固醇衍生的糖脂。鞘糖脂、甘油糖脂广泛存在于生物膜中。

　　(1)鞘糖脂 鞘糖脂(glycosphingolipid)是神经酰胺的C1位羟基糖基化形成的，首先发现的鞘糖脂是从人脑中获得的半乳糖基神经酰胺，即脑苷脂(cerebroside)。

　　鞘糖脂和鞘磷脂都是神经酰胺的衍生物，同属鞘脂类。鞘糖脂主要分布于动物细胞中，其疏水尾部伸入脂双层，极性糖基露在细胞表面，与组织器官专一性和细胞识别等有关，故在膜中的含量虽少，却有重要功能。

　　鞘糖脂中的单糖成分主要是D-葡萄糖、D-半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖胺、岩藻糖和唾液酸。根据糖基是否含有唾液酸或硫酸基，鞘糖脂可分为中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂。其糖基不含唾液酸或硫酸基的为中性鞘糖脂，如脑苷脂;反之为酸性鞘糖脂，如硫苷脂和神经节苷脂。

　　(2)甘油糖脂 甘油糖脂(glyceroglycolipids)也称糖基甘油酯(glycoglycerides)，它由糖基以糖苷键与二酰甘油C3上的羟基相连而成。甘油糖脂中的糖可以是单半乳糖、二半乳糖、三半乳糖，分别与甘油二酯形成单半乳糖甘油二酯、双半乳糖甘油二酯、三半乳糖甘油二酯，在植物中还分离出了结构更为复杂的甘油糖脂。甘油糖脂在动植物和微生物中都有存在，植物的叶绿体膜和微生物的质膜中甘油糖脂的含量尤为丰富。

　　(四).衍生脂类(derived lipid)

　　衍生脂类不含脂肪酸，不能进行皂化，亦称非皂化脂类。主要包括萜类和固醇类化合物。

　　1. 萜类

　　萜类(terpenoids)是种类繁多的一大类化合物，它们的分子一般都含有若干个异戊二烯单位(isoprene unit，)，故可看成是异戊二烯的衍生物。萜类物质是植物产生的挥发油的主要成份，如薄荷醇、樟脑等。类胡萝卜素、叶绿醇(叶绿素的组成成分)、维生素A、E、K等也属于萜类。此外，昆虫的保幼激素、植物激素如赤霉素和脱落酸也是萜类物质。

　　2. 固醇类

　　固醇(steroid)又称甾醇，其基本结构是由3个六元环和1个五元环并合而成的环戊烷多氢菲，固醇类物质(类固醇)是环戊烷多氢菲的羟基衍生物，大多在3位有一个羟基，在10位和13位各有一个甲基，在17位上带有8—10个碳的烷烃链。

　　类固醇主要存在于真核细胞内，既可以游离的醇式存在，也可以其羟基与脂肪酸结合成酯而以酯型存在。植物固醇主要有谷固醇、麦固醇等，酵母中含有大量麦角固醇，胆固醇在动物组织中含量丰富。

　　胆固醇分子的一端有一极性头部基团羟基，另一端有疏水的烃链和固醇的环状结构，与磷脂一样属于两性分子，它是动物细胞膜系统的重要组分，质膜中含量高于亚细胞结构膜中含量，与膜的流动性密切相关。膜结构中的胆固醇均为游离胆固醇，细胞中存在的多是胆固醇酯。血浆脂蛋白中的胆固醇与动脉硬化和心脑血管病有关。胆固醇可在动物体内转化成胆汁酸、维生素D和某些重要激素，如性激素、肾上腺皮质激素。胆汁酸是人和动物体内胆固醇代谢的主要产物，它在肝脏中生成后储存于胆囊中。胆汁酸作为胆汁的主要成分，具有良好的乳化作用，它能降低水与油脂的表面张力，使肠腔内的油脂乳化成微粒，增加油脂与消化液中脂肪酶的接触面，利于油脂吸收。因此，肝胆疾病患者容易出现脂类消化吸收障碍和脂溶性维生素缺乏症。

　　二、脂类的生理功能

　　1. 脂类是生物体能量的主要储存形式

　　生物主要以油脂作为能量的储存形式，大多数真核生物中甘油三酯以微小油滴的形式存在于含水的胞液中。植物的种子中贮存有大量脂肪，油料作物种子中脂肪的分解在种子萌发初期既可供能也可提供物质合成所需的碳骨架。动物在脂肪组织中储备脂肪，当摄入的糖和脂类等能源物质超过机体需要时，就转变为脂肪贮存;而当摄入的能源物质不能满足生理活动需要时，则动用贮存的脂肪供能。故动物体内贮脂的含量常随营养供应情况而发生变动。冬眠动物在冬眠前必须积累大量脂肪作为越冬的能量储备。海洋浮游生物主要以蜡作为能量的储备形式。生物体以脂质作为贮能物质可极大地提高能量储存效率，因为单位质量的脂质氧化分解释放的能量是糖的两倍以上，而占用的体积仅为糖的四分之一。脂质疏水，贮存脂质不必像贮存糖类那样夹带结合水。糖类虽溶于水，易于分解利用，能快速提供代谢所需能量，但不适于作为能量贮存的载体。

　　2. 脂类能够形成生物体的保护层

　　在动物尤其是两级地区动物(如企鹅、海豹等)的皮下，都存在着皮下脂肪组织，这些脂肪不仅是能量的来源，更是抗低温的隔热层。人和动物内脏周围的脂肪组织如肠系膜等有固定内脏器官和缓冲外部冲击的作用。动物的皮脂腺能分泌油脂和蜡以保护皮肤、毛发，使之柔韧、润滑，鸟类特别是水禽的尾羽腺分泌蜡使羽毛能够防水，这是因为蜡具有斥水和高稠度的性质。植物的种子和果实表面有一层稳定、透气但不透水的蜡保护层，起着防止寄生物侵袭和水分蒸发、保持温度等作用，这种蜡保护层也存在于冬青等某些植物叶片的表面。

　　3. 脂类是构成生物膜的基本成分

　　磷脂构成的脂质双层是生物膜的骨架，脂双层的构成成分中还有固醇和糖脂。鞘脂和胆固醇还是神经髓鞘的重要成分，有绝缘作用，对神经兴奋的定向传导有重要意义。脂双层的表面是亲水的，内部是烃链构成的疏水区。脂双层有屏障作用，膜两侧的亲水性物质不能自由通过，这对维持细胞的正常结构和功能有重要作用。

　　4. 脂类是生物细胞内重要的生理活性物质

　　生物体内含有很多具有重要生物活性的脂类物质，如胆固醇在动物体内转化生成的性激素、肾上腺皮质激素、维生素D3，萜类化合物中的脂溶性维生素A、维生素E、维生素K和类胡萝卜素等光合色素。真核细胞膜中的磷脂酰肌醇及其磷酸化衍生物磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)在细胞信息传递过程中起重要作用，PIP2的水解产物1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和甘油二酯(DG)是细胞内第二信使，它们和Ca2+一起形成了一条非核苷酸类信号转导通路。有的活性脂质是酶的辅基，如凝血酶原激酶(凝血酶原激活剂)的辅基中含有脑磷脂;有的活性脂质可作为电子传递体，如呼吸链中的泛醌;有的活性脂质可作为糖基的载体，如糖蛋白合成中的多萜醇磷酸。糖基载体有很长的烃链，能与膜脂发生强疏水相互作用，使所携带的糖基锚定在膜上并参与糖基转移反应。

　　5. 其它功能

　　动物饲料中的脂类可协助脂溶性维生素的吸收，维生素A、D 、E 、K 和胡萝卜素可溶于饲料的脂质中，并随同脂肪一起吸收。因此，饲料中脂类缺乏或吸收障碍时，往往发生脂溶性维生素不足或缺乏。花生四烯酸是合成前列腺素的原料，前列腺素具有广泛的生理功能。动物饲料中的脂类还可供给必需脂肪酸亚油酸和α-亚麻油酸。因为反刍动物瘤胃中的微生物能合成必需脂肪酸，故不必由饲料专门供给。必需脂肪酸是合成磷脂的重要原料，有降血脂、防止动脉硬化和血栓形成、抗脂肪肝等作用，亚油酸在临床上治疗心血管系统疾病有很好的效果。植物油比动物油所含的必需脂肪酸多，营养价值较高。