医用化学-电子教材:第二十章 脂类化合物

第二十章 脂类化合物

脂类(lipid)是油脂和类脂(lipoid)的总称。油脂是甘油与脂肪酸(主要是高级脂肪酸)生成的酯，包括脂肪(fat)和油(oil)。类脂是结构或理化性质类似油脂的物质，主要有磷脂、糖脂、蜡、甾醇、甾类激素及强心苷等。

脂类化合物是构成生物体的重要成分，在生理上具有非常重要的意义。类脂是细胞原生质的必要成分，称为原生质脂。它们在细胞内与蛋白质结合在一起形成脂蛋白，构成细胞的各种膜，如细胞膜、核膜、线粒体膜等。油脂在人体内存在于皮下结缔组织、腹腔、大网膜及肠系膜等脂肪组织中。脂肪在体内氧化供给一部分能量，并作为能源的储备物。它在脏器周围起了保护内脏免受磨损及外力撞伤的作用；在皮下有保温作用；脂肪还是脂溶性维生素A,D,E,K等及许多生物活性物质的良好溶剂。甾族化合物广泛地存在于动植物的组织中。例如动物体内的胆固醇、胆汁酸、肾上腺皮质激素和性激素等；植物(中草药)中的强心苷及甾族生物碱等。它们在生理活动中都起着十分重要的作用。

第一节 油脂

一、油脂的组成

油脂是油和脂肪的总称。一般在室温下是液体的称为油（绝大多数来源于植物)，是固体或半固体的称为脂肪（绝大多数来源于动物)。从化学结构来看，它们都是高级脂肪酸的甘油酯。可用通式表示如下：

式中的R,R’,R"可以相同或不同。如果相同，则该油脂称为单酸甘油酯；若不同，则称为混酸甘油酯。天然油脂是混酸甘油酯的复杂混合物，除甘油三酯外，还含有少量游离脂肪酸、色素和维生素等。组成油脂的脂肪酸，已知的约有50多种，常见的脂肪酸和一些油脂的脂肪酸组成如表20-1、表20-2所示。

油脂中的天然脂肪酸在组成和结构上的共同特点是:

①绝大多数是直链的含偶数碳的高级脂肪酸，碳原子数一般在C₁₂～C₂₀之间，尤以C₁₆和C₁₈的脂肪酸为最多；

②有不少是不饱和脂肪酸，以含一个、两个或三个碳碳双键的C₁₈脂肪酸为主，几乎都是顺式构型。

多数天然脂肪酸能在人体内合成，但亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等必须由食物供给，故称为必需脂肪酸。

表20-1 常见油脂中的重要脂肪酸

表20-2 一些油脂的脂肪酸组成

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称为甘油某酸酯。如果是混酸甘油酯，则须将脂肪酸的位次表明。例如：

甘油三棕榈酸酯甘油-α-硬脂酸-β-亚油酸-α’-油酸酯

   或 甘油三软脂酸或  2-亚油酸-3-油酸-1-硬脂酸甘油酯

二、油脂的物理性质

纯净的油脂是无色、无臭、无味的。但是一般的油脂，尤其是植物性油脂，常带有香味或特殊气味，并有颜色。这是因为一般油脂中往往溶有维生素和色素，因此有色。相对分子质量小的油脂是较易挥发的液体；相对分子质量大的油脂是油状液体或熔点较低的固体。油脂的相对密度小于l，一般难溶于水，但易溶于乙醚、石油醚、氯仿、苯等有机溶剂，难溶于冷酒精而能溶于热酒精，利用这些溶剂可从动植物组织中提取油脂。天然油脂是混合物，没有确切的熔点和沸点。

三、油脂的化学性质

(一)水解

油脂能在酸、碱或酶(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。

油脂若在碱性溶液中水解，则生成物为甘油和高级脂肪酸盐。

高级脂肪酸盐通称为肥皂，因此油脂在碱性条件下水解过程叫作皂化。普通肥皂是各种高级脂肪酸钠盐的混合物。油脂用氢氧化钾皂化所得的高级脂肪酸钾盐，质软，叫作软肥皂，医药上常用以洗净皮肤。外用消毒防腐剂“来苏儿”是煤酚和肥皂制成的溶液。

使1g油脂完全皂化所需要的氢氧化钾的质量(单位为毫克)称为皂化值。根据皂化值的大小，可以判断油脂中所含甘油酯的平均相对分子质量。油脂中甘油酯的平均相对分子质量愈大，则皂化值愈小。反之，皂化值愈大，表示甘油酯的平均相对分子质量愈小。各种油脂都有一定的皂化值范围，因此可以用皂化值来检验油脂的纯度。

人体进食的油脂主要在小肠内催化水解，此过程称为油脂的消化。水解产物透过肠壁被吸收(少量油脂微粒同时被吸收)，进一步合成人体自身的脂肪。这种吸收后的脂肪除一部分氧化供给能量(脂肪在体内完全氧化放出的热量为28.9 kJ·g^-1)外，大部分贮存在皮下、肠系膜等处的组织中。

(二)加成

1.氢化

含不饱和脂肪酸较多的油脂，容易被氧化而变质。油脂中双键愈多(熔点愈低)愈容易受空气氧化而变质。一般来说，用于工业上制肥皂或食用油脂，固态脂肪较液态油为佳。利用催化加氢，可将天然油脂中的不饱和键加氢变成饱和键，既可提高油脂的熔点，又能改进其它一些性能。例如:

 甘油三油酸酯  甘油三硬脂酸酯

油脂经过氢化后，使原来为液态的油转变为半固态的脂肪，所以常将油脂的这种氢化叫做油脂的硬化。硬化后的油脂可作为制肥皂或人造黄油的原料。硬化后的油脂不但有利于贮存和运输，而且不易变质。

2.加碘

含不饱和脂肪酸的油脂，也可与卤素发生加成反应。与碘的加成反应在油脂分析中有一定的意义。测定一定量油脂所能吸收碘的量，可以判断油脂的不饱和程度。100g油脂所能吸收碘的质量(单位为克)，称为碘值。碘值大，表示油脂的不饱和程度高。由于碘和碳碳双键的加成反应较慢，所以测定时常用氯化碘(ICl)或溴化碘(IBr)的冰醋酸溶液作试剂代替碘。其中的氯或溴能使碘活化。

(三)酸败

天然油脂在空气中放置过久，就会变质，产生难闻的气味，这个过程称为酸败(哈喇)。

油脂酸败的主要原因是油脂中不饱和脂肪酸中的碳碳双键被空气氧化，生成过氧化物，后者继续氧化或分解，产生有臭味的低级醛和羧酸。光、热或湿气都能促进油脂的酸败。

醛、酸等物质

油脂酸败的另一个原因是由于微生物或酶的作用，先将油脂水解为甘油和脂肪酸，再经过一系列复杂的变化，使脂肪酸转变为β-酮酸，这个过程称为β-氧化。生成的β-酮酸易脱羧生成具有臭味的酮。其过程如下：

油脂酸败的产物有毒性和刺激性，因此酸败的油脂不能食用或药用。

第二节  类  脂

一、磷脂

磷脂(phospholipid)是含有磷酸基的类脂。它们广泛地分布在动植物组织中，是细胞原生质的固定组成成分。磷脂主要存在于脑和神经组织、骨髓、心、肝、肾等器官中；蛋黄、种子、大豆中也含有丰富的磷脂。常见的磷脂有卵磷脂、脑磷脂和(神经)鞘磷脂。它们的结构与油脂相似，但组成较为复杂，水解后的产物是醇(甘油或其它醇)、脂肪酸、磷酸和含氮的有机碱。

（一)卵磷脂

    卵磷脂 (lecithin)是分布最广的一种磷脂，存在于各种动物组织与器官中。脑、神经组织、心、肝、肾上腺及红细胞中含量较多，蛋黄里含量更多，约占8～10 %，故称卵磷脂。

卵磷脂的结构和油脂相似，但在卵磷脂分子内，甘油部分的三个羟基中有一个与磷酸结合，而磷酸又与胆碱结合。这些都是通过酯键形式连接的。例如：

 脂肪酸部分

甘油部分  胆碱部分

磷酸部分

 L-α-卵磷脂

根据磷酸和胆碱在卵磷脂分子中连接的位置不同，卵磷脂有α和β两种异构体。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-构型的，且β-位所连的脂肪酸常是不饱和脂肪酸。

纯粹的卵磷脂是吸水性较强的白色蜡状固体，在空气中易被氧化而迅速变为黄色，久置则呈褐色。这可能是卵磷脂分子中，碳碳双键易被氧化的结果。卵磷脂不溶于水和丙酮，易溶于乙醚、乙醇和氯仿。所以一般可用乙醚从蛋黄中提取卵磷脂，再用丙酮沉淀。这时脑磷脂也沉淀，但脑磷脂在冷乙醇中不溶，借此可将二者分离。

卵磷脂完全水解后，得到甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱。天然卵磷脂是混合物，水解后得到的脂肪酸有棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸。有些毒蛇的毒汁中含有某种脂酶，它能催化水解磷脂，使β-位的不饱和脂肪酸脱落，从而破坏了细胞膜，在血液中则引起溶血。

   （二)脑磷脂

脑磷脂(cephalin)与卵磷脂同时存在于机体各组织及器官中，在脑组织中合最较多，因而得名。它的结构和理化性质均与卵磷脂相似。只是脑磷脂结构中磷酸上的羟基与www.lindalemus.com/zhuyuan/胆胺或丝氨酸形成酯。例如：

α-脑磷脂

脑磷脂也有α和β两种异构体，自然界的脑磷脂也是L型的α异构体。脑磷脂水解后生成甘油、脂肪酸、磷酸与胆胺或丝氨酸。组成脑磷脂的脂肪酸通常有棕榈酸、硬脂酸、油酸及少量花生四烯酸。

脑磷脂的性质与卵磷脂很相似，也是白色蜡状固体，吸水性强，不稳定，在空气中易氧化而成棕黑色，能溶于乙醚，不溶于丙酮，但难溶于乙醇，这是与卵磷脂在溶解性方面的不同。脑磷脂与血液的凝固有关，血小板内能促使血液凝固的凝血激活酶，就是由脑磷脂与蛋白质所组成的。

   （三)(神经)鞘磷脂

脑和神经含有大量的(神经)鞘磷脂(sphingomyelin)，肝、脾及其它组织中含量较少。鞘磷脂的组成和结构与卵磷脂、脑磷脂不同。其分子中含有一个长链不饱和醇，即(神经)鞘氨(基)醇(sphingol)，而不是甘油。

   鞘氨醇

在鞘磷脂中，鞘氨醇的氨基与脂肪酸以酰胺键相连接，以1位上的羟基与磷酸成酯，磷酸又以酯的形式与胆碱相结合。

  鞘磷脂

由于鞘氨醇的前三个碳所连的基团类似于甘油，剩余的烃基长链与高级脂肪酸相近，所以鞘磷脂在大小、形状和极性方面都与卵磷脂、脑磷脂相似。它是神经鞘的主要成分。鞘磷脂是白色结晶，在光的作用下或空气中不易氧化，比较稳定，不溶于丙酮及乙醚，而溶于热乙醇中，这是鞘磷脂与卵磷脂和脑磷脂的不同之处。

二、糖脂

糖脂(glycolipid)分子中含有糖(半乳糖或葡萄糖)、长链脂肪酸和鞘氨醇，但不含磷酸，故称为糖脂。它是细胞结构包括神经髓鞘的组成部分，也是构成血型物质及细胞抗原的重要组成成分。在脑和神经髓鞘中含量最多，近年来很受重视。重要的糖脂有脑苷脂、神经节苷脂等。

糖脂水解后可得己糖(半乳糖、葡萄糖等)、鞘氨醇(有的为二氢鞘氨醇)和脂肪酸(主要有二十四烷酸、神经酸、α-羟基二十四烷酸、α-羟基神经酸等)。

糖脂为白色蜡状物，溶于热乙醇、丙酮、苯和氯仿中，而不溶于乙醚和冷乙醇。在酸性条件下煮沸可使脑苷脂分解。在体内各种糖脂的分解需要各自专一的水解酶，缺乏任何一种酶均可引起糖脂在组织中的沉积而患病。

 半乳糖脑苷脂

三、甾族化合物

（一)甾族化合物的结构

甾族化合物(steroid)广泛存在于动植物体内，是具有多种生理活性的重要类脂，包括甾醇、维生素D、胆汁酸、肾上腺皮质激素及性激素等。它们的结构特点是含有环戊烷全氢菲的基本骨架，它的四个环分别用字母A、B、C及D表示，四个环上的17个碳原子按如下顺序编号：

  环戊烷全氢菲 甾族化合物的基本骨架

各种甾族化合物除具有此种共同骨架外，绝大多数都带有三个侧链: 在C-lO及C-13上常连有甲基，称为角甲基，这两个角甲基的碳原子编号分别为C-18及C-19，在D环的C-17上连有碳链、含氧基团或其它基团。这三个原子团都在环平面的上方，故用实线表示。环上若有其它取代基，则它们在空间上有两种取向，与角甲基取向相同的（即在环平面上方)，称为β构型，用实线表示。若与角甲基取向相反的（即在环平面下方)，称为α构型，用虚线表示。

（二)重要的甾族化合物

1.甾醇类

甾醇(sterol)广泛存在于动植物体内，它是甾族化合物中最早发现的一类。它们分子中都含有2^o羟基，都为结晶体，故俗称固醇。所有甾醇都含有3β-羟基，大多数有一至几个碳碳双键，双键较常出现的位置是C-5，其次是C-7及C-22。天然的甾醇能以游离状态、与高级脂肪酸成酯、与蛋白质结合成脂蛋白或与糖结合成苷等形式存在。

   （1)胆甾醇  胆甾醇(cholesterol)又称为胆固醇，广泛存在于动物细胞中，尤以脑和神经组织中含量较多。因为它是在胆石中发现的固体状醇，故得此名。其构造式如下：

  胆甾醇

胆甾醇为无色或带黄色的结晶，熔点148 ^oC，难溶于水，易溶于有机溶剂。它是油脂中不皂化成分之一。胆甾醇的3β- 羟基可与脂肪酸结合成胆甾醇酯，在体内的胆甾醇以游离状态和酯(主要是不饱和脂肪酸酯)两种形式存在。

人体中的胆甾醇一部分来自食物，一部分由组织细胞自己合成，它又是合成体内其它甾族化合物的原料。例如胆甾醇在肝脏中可合成胆酸等；在肾上腺皮质中转变成肾上腺皮质激素；在性腺(睾丸和卵巢)中则转变为性激素；在肠粘膜中转变为7-脱氢胆甾醇，后者在皮下经紫外线照射后可转变为维生素D₃。

血液中的胆甾醇约有65% 以酯的形式存在，它是血液运输不饱和脂肪酸的途径之一。当胆甾醇代谢发生障碍时，血液中胆甾醇及其酯的含量增加，并从血浆中析出，沉积于动脉血管壁，引起动脉粥样硬化斑块。

胆汁中亦含有胆甾醇。由于胆汁酸盐的作用，可形成乳状液。若胆汁中胆甾醇过多或胆汁酸盐过少；则胆甾醇可在胆道中沉积，参与胆石的形成。

 （2)7-脱氢胆甾醇  7-脱氢胆甾醇也是一种动物甾醇，存在于人体的皮下，经太阳的紫外线照射，B环开环而转化为维生素D₃。因此，多晒太阳是获得维生素D₃的最简易方法。

  7-脱氢胆甾醇维生素D₃

（3)麦角甾醇  麦角甾醇存在于酵母及某些植物中，属于植物甾醇，它的C-17侧链比7-脱氢胆甾醇多一个甲基和一个双键。麦角甾醇在紫外线照射下，B环开环形成维生素D₂。

 麦角甾醇  维生素D₂

维生素D有几种，以D₂和D₃的生理作用较强。它们能促进肠道对钙及磷的吸收，所以能防治佝偻病和软骨病。

2.胆甾酸

在人和动物的胆汁中，含有几种结构与胆甾醇类似的酸，称为胆甾酸。例如：

  胆酸  脱氧胆酸

    它们的结构特征是：C-17上的侧链较短，只有五个碳原子，末端有一个羧基；环上都无双键；环上的羟基均为α型。游离胆甾酸中以胆酸最重要，脱氧胆酸次之，其它还有鹅脱氧胆酸、石胆酸及猪脱氧胆酸等。这些胆甾酸的羧基常与甘氨酸(H₂N-CH₂-COOH)或牛磺酸(H₂N-CH₂-CH₂-SO₃H)以酰胺键结合,所形成的结合胆酸混合物总称为胆汁酸(bile acid)。如:

 甘氨胆酸 牛磺胆酸

在碱性胆汁中，胆汁酸以钠盐或钾盐形式存在，称为胆盐。分泌到肠中的胆盐对油脂的消化起着重要作用。由于胆盐是一种表面活性剂，能降低水的界面张力，使油脂乳化为微粒并稳定地分散于消化液中，增加了油脂与脂肪酶的接触机会，从而加速油脂的水解，以利于油脂的消化吸收。乳化的油脂不仅容易消化，而且一部分高度乳化的油脂微粒，可以不经消化而直接由肠粘膜吸收。

3.甾类激素

激素(hormone)是由内分泌腺分泌的一类化学活性物质，具有很强的生理效应，主要是控制生长、调节代谢和性的机能等，是维持正常生理活动所必需的。

激素可分为两大类，一类是含氮激素，如肾上腺素、甲状腺素、催产素和胰岛素等；另一类是具有甾族基本结构的，称为甾类激素。甾类激素根据来源不同又可分为肾上腺皮质激素和性激素两类。

（1)肾上腺皮质激素  肾上腺皮质激素(adrenocoticalhormone)产生于肾上腺皮质部分。现已从肾上腺皮质中提出30多种甾族化合物，其中一些生理活性较大。有的具有调节糖类代谢(也影响蛋白质及脂类)作用，称为糖皮质激素，如皮质醇等；有的控制体内水和电解质的平衡，称为盐皮质激素，如11-去氧皮质酮、醛固酮等。

   皮质醇可的松   11-去氧皮质酮 醛固酮

自1949年发现可的松对于风湿性关节炎的药物作用后，对可的松的人工合成、半合成以及其类似物的研究发展很快，并以不同的方法制取了它们的一些衍生物或在原结构中引入了新的基团，有效提高了抗炎活性。如去氢可的松、地塞米松等。

去氢可的松  （泼尼松、强的松)   地塞米松

可的松等药物一般具有抗炎症、抗过敏、抗毒素、抗休克等药理作用。临床上多用于控制严重中毒性感染和风湿病等。

（2)性激素 性激素(sexual hormone)又可分为雄性激素和雌性激素两类，它们分别由睾丸和卵巢分泌。性激素对生育功能和第二性征如声音、体型等的改变都有决定性的作用。

睾酮是雄性激素，能促进雄性器官和第二性征的发育。因睾酮易被氧化，在消化道内易被破坏，故口服无效，多制成油剂供肌肉注射，但作用也不能持久。目前临床上多采用其衍生物如甲基睾酮和睾酮丙酸酯。

 睪酮  甲基睾酮  睾酮丙酸酯

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黄体所分泌，其中以雌二醇-17β活性最强，雌酮次之，雌三醇最弱。

 雌二醇-17β 雌酮雌三醇

雌二醇-17β是白色结晶性粉末，较稳定，几乎不溶于水，但溶于醇、丙酮及氢氧化钠溶液。它微溶于植物油，可制成针剂供肌肉注射。临床上用于卵巢机能不全所引起的病症，如用于子宫发育不全、月经失调等的治疗。

孕激素有很多种，人体内主要是孕酮，它是由卵巢中的黄体分泌产生的，故又称为黄体酮。

  孕酮

孕酮的结构与睾酮极为相似，其区别仅在于C-17上所连的基团，睾酮是羟基，孕酮是乙酰基，但它们的生理作用完全不同。孕酮的作用是抑制排卵，并使受精卵在子宫中发育。临床上用于治疗习惯性流产、子宫功能性出血，痛经和月经失调等。

习  题

   1. 写出下列构造式（或构型式)：

    （1)油酸   （2)棕榈酸油酸卵磷脂   （3)（神经)鞘氨（基)醇

  （4)亚油酸糖脂   （5)硬脂酸胆甾醇脂  （6)牛磺胆酸

   2. 指出下列物质那些是表面活性物质（乳化剂)：

   肥皂，  卵磷脂，  胆甾醇，  胆汁酸盐

   3. 完成下列反应式：

     （1)

    （2)

    （3)

    （4)

   4. 250 mg纯橄榄油样品，完全皂化需要47.5 mg KOH，计算橄榄油中该油脂的平均相对分子量。

   5. 名词解释

   皂化，皂化值， 碘值， 酸败