第六章 脂類代謝

　　脂類(lipids)是脂肪(甘油三酯)和類脂的統(tǒng)稱。它們在結(jié)構(gòu)上有很大差別，共同特點是不溶于水，而溶于氯仿、乙醚、苯等非極性有機(jī)溶劑。用這類溶劑可將脂類物質(zhì)從細(xì)胞和組織中萃取出來。脂類是生物體的重要組成成分，按生物學(xué)功能可將其分為貯存脂質(zhì)(storage lipid)、結(jié)構(gòu)脂質(zhì)(structural lipid)和活性脂質(zhì)(active lipid)。貯脂主要是脂肪，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)和活性脂質(zhì)都屬于類脂。脂肪是生物體貯存的重要能源物質(zhì)，1g脂肪徹底氧化可產(chǎn)生約39KJ的熱量,是相同重量糖或蛋白質(zhì)氧化所產(chǎn)熱量的2.3倍。結(jié)構(gòu)脂質(zhì)主要是磷脂,它是生物膜的骨架成分�；钚灾�質(zhì)在生物體內(nèi)具有重要的生理活性，如類固醇激素有重要的代謝調(diào)節(jié)作用;糖脂是細(xì)胞識別的物質(zhì)基礎(chǔ)之一;一些磷脂在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中能夠產(chǎn)生第二信使等。由此可見，生物體內(nèi)的脂類在新陳代謝、信息傳遞及代謝調(diào)控等生命活動中具有重要作用。

　　第一節(jié) 生物體內(nèi)的脂質(zhì)

　　一、脂類的組成和分類

　　脂類主要由碳、氫、氧三種元素組成，某些脂類化合物還含有少量氮、磷和硫。大多數(shù)脂類化合物是由脂肪酸和醇形成的酯及其衍生物，其中的脂肪酸多為長鏈一元羧酸，其中的醇則包括甘油、鞘氨醇、固醇和高級一元醇。生物體內(nèi)的脂類據(jù)其化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)通常分為單純脂類、結(jié)合脂類、衍生脂類。

　　(一) 脂肪酸(fatty acid，F(xiàn)A)

　　脂肪酸是脂類化合物的主要組成成分，一般由一條長的線性烴鏈(疏水尾)和一個末端羧基(親水頭)組成。天然脂肪酸骨架的碳原子數(shù)多為偶數(shù)，通常為C4～C36。動植物中分布最廣泛的脂肪酸是硬脂酸、軟脂酸和油酸。奇數(shù)碳原子的脂肪酸主要存在于海洋生物中，陸地生物中含量極少。脂肪酸根據(jù)其烴鏈內(nèi)是否含有雙鍵可分為飽和與不飽和兩類。鏈內(nèi)不含雙鍵的為飽和脂肪酸，含一個雙鍵的為單不飽和脂肪酸，含兩個或兩個以上雙鍵的為多不飽和脂肪酸(PUFA)。不同脂肪酸之間的主要區(qū)別在于烴鏈的長度、雙鍵的數(shù)目

　　和位置。

　　不飽和脂肪酸(unsaturated FA)因其存在雙鍵，不象飽和脂肪酸中每個單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)而整齊有序，往往存在扭曲的空間結(jié)構(gòu)(圖8—1)，只要用較少的熱量就可擾亂它不太有序的結(jié)構(gòu)，熔點較低。生活在低溫環(huán)境中的動物不飽和脂肪酸的含量高于飽和脂肪酸，反映了生物對環(huán)境的適應(yīng)。

　　脂肪酸常用簡寫方法表示。一般是先寫碳原子數(shù)目，再寫雙鍵數(shù)目，中間以冒號分開，最后表明雙鍵的位置。如硬脂酸寫成18：0;亞油酸寫成18：2(9，12)或18：2Δ9，12，表示亞油酸為18個碳原子、且在第9～10、12～13碳原子之間各有一個雙鍵(此處碳原子序號從羧基端向甲基端依次為1、2……)。

　　人和動物不能合成自身正常代謝所需要亞油酸和α-亞麻酸(18：3△9，12，15)，必須從食物中攝取，這兩種脂肪酸稱為必需脂肪酸(essential fatty acid)。植物能夠合成這兩種脂肪酸。植物界特別是高等植物中不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸豐富，植物中還存在含三鍵、羥基、酮基、環(huán)氧基等的脂肪酸。

　　從營養(yǎng)學(xué)角度看，不飽和脂肪酸可分為ω(omeage)-6系列和ω-3系列。ω-6系列指不飽和脂肪酸中第一個雙鍵的位置距甲基端6個碳原子，ω-3系列指不飽和脂肪酸中第一個雙鍵的位置距甲基端3個碳原子。亞油酸是ω-6系列的原始成員，由它可在人和哺乳動物體內(nèi)合成γ-亞麻酸(18：3△6，9，12)和花生四烯酸(20：4△5，8，11，14)。α-亞麻酸是ω-3系列的原始成員，由它可合成二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。在人和哺乳動物體內(nèi)ω-6系列和ω-3系列PUFA不能相互轉(zhuǎn)化。研究表明，人體許多組織含有ω-3系列不飽和脂肪酸，DHA在視網(wǎng)膜和大腦皮層中含量豐富。大腦中約一半DHA是在出生前積累的，因此必需脂肪酸營養(yǎng)在懷孕期間十分重要。

　　(二)單純脂類(simple lipids)

　　單純脂是由脂肪酸與甘油或高級一元醇結(jié)合形成的酯。據(jù)醇基不同，可將其分為脂酰甘油和蠟。

　　1 脂酰甘油(acyl glycerol)

　　脂酰甘油是由脂肪酸和甘油(glycerol)形成的酯。根據(jù)所結(jié)合的脂肪酸分子數(shù)目不同，脂酰甘油分為單(脂)酰甘油(MG)、二(脂)酰甘油(DG)、和三(脂)酰甘油(TG)。三酰甘油(triacylglycerol)又稱甘油三酯(triglycerides)，即通常所說的脂肪或中性脂，在生物體內(nèi)含量最豐富。

　　甘油三酯中R1、R2、R3相同時稱為簡單甘油三酯，不同時稱為混合甘油三酯。一般說來R2多為不飽和脂肪酸。植物的甘油三酯中不飽和脂肪酸較多，在室溫下為液態(tài)，稱為油(oils);動物的甘油三酯中飽和脂肪酸較多，在室溫下為固態(tài)，稱為脂(fat)。因此，甘油三酯又統(tǒng)稱為油脂。大多數(shù)天然油脂都是簡單甘油三酯和混合甘油三酯的混和物。單酰甘油和二酰甘油是脂質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物，在生物體內(nèi)含量不高。單硬酯酰甘油因其分子中有游離羥基，在水中有形成分散態(tài)的傾向，在食品工業(yè)中常被用作乳化劑。

　　2 蠟(wax)

　　蠟是長鏈脂肪酸(14～36個C)與長鏈一元醇(16～30C)或固醇形成的酯。蠟主要存在于毛發(fā)、皮膚、葉子、果實及昆蟲外骨骼等的表面，起保護(hù)作用。蠟還是海洋浮游生物中主要的貯能物質(zhì)。天然蠟一般是多種蠟酯的混合物，白蠟主要成分是二十六醇的二十六酸酯及二十八酸酯，是涂料、潤滑劑等化工產(chǎn)品的原料;蜂蠟的主要成分為三十醇的軟脂酸酯，是制造高級化妝品的原料。

　　(三)結(jié)合脂類(complex lipids)

　　結(jié)合脂類是分子組成中除了脂肪酸與醇所組成的酯外，還含有非脂成分的脂質(zhì)。據(jù)非脂成分的不同分為磷脂(phospholipids)和糖脂(glycolipids)。

　　1.磷脂

　　磷脂分子中除了脂肪酸和醇外，還含有磷酸和其它含氮化合物。根據(jù)磷脂中醇的不同，可分為甘油磷脂(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，三者結(jié)合成磷脂酸。磷脂酸通過磷酸基與氨基醇(膽堿、乙醇胺等)或肌醇等相連形成的酯即為甘油磷脂，也稱磷酸甘油酯。它們種類很多，是生物膜骨架成分。根據(jù)磷酸基所連接基團(tuán)的不同，甘油磷脂可分為磷脂酰膽堿(卵磷脂,PC)、磷脂酰乙醇胺(腦磷脂,PE)、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰甘油、二磷脂酰甘油(心磷脂)及磷脂酰肌醇等，每一類磷脂又因其脂肪酸不同而有若干種。卵磷脂和腦磷脂是細(xì)胞中含量最豐富的磷脂，卵黃中卵磷脂的含量可達(dá)8%-10%。卵磷脂具有抗脂肪肝的作用。

　　(2)鞘磷脂

　　含鞘氨醇(sphingosine)或二氫鞘氨醇的脂類稱鞘脂(sphingolipids)。鞘氨醇是帶有脂肪族長鏈的氨基二元醇，具有疏水的脂肪烴尾和兩個羥基、一個氨基組成的極性頭。

　　鞘氨醇的氨基以酰胺鍵與長鏈脂肪酸(18C-26C)的羧基連接形成的化合物稱為神經(jīng)酰胺。神經(jīng)酰胺的羥基以酯鍵與磷酸膽堿或磷酸乙醇胺相連構(gòu)成的化合物即為鞘磷脂。人體內(nèi)含量最多的鞘磷脂是神經(jīng)酰胺與磷酸膽堿相連構(gòu)成的神經(jīng)鞘磷脂。

　　神經(jīng)鞘磷脂是構(gòu)成生物膜的重要磷脂，常與卵磷脂并存于細(xì)胞膜外側(cè)，神經(jīng)髓鞘中含有較多的神經(jīng)鞘磷脂。鞘磷脂也存在于高等植物的種子和酵母細(xì)胞中。

　　2.糖脂

　　糖脂是脂質(zhì)以糖苷鍵與糖分子的半縮醛羥基相連而成的結(jié)合脂質(zhì)。據(jù)脂質(zhì)的不同，糖脂可分為鞘糖脂、甘油糖脂和由固醇衍生的糖脂。鞘糖脂、甘油糖脂廣泛存在于生物膜中。

　　(1)鞘糖脂 鞘糖脂(glycosphingolipid)是神經(jīng)酰胺的C1位羥基糖基化形成的，首先發(fā)現(xiàn)的鞘糖脂是從人腦中獲得的半乳糖基神經(jīng)酰胺，即腦苷脂(cerebroside)。

　　鞘糖脂和鞘磷脂都是神經(jīng)酰胺的衍生物，同屬鞘脂類。鞘糖脂主要分布于動物細(xì)胞中，其疏水尾部伸入脂雙層，極性糖基露在細(xì)胞表面，與組織器官專一性和細(xì)胞識別等有關(guān)，故在膜中的含量雖少，卻有重要功能。

　　鞘糖脂中的單糖成分主要是D-葡萄糖、D-半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖胺、巖藻糖和唾液酸。根據(jù)糖基是否含有唾液酸或硫酸基，鞘糖脂可分為中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂。其糖基不含唾液酸或硫酸基的為中性鞘糖脂，如腦苷脂;反之為酸性鞘糖脂，如硫苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂。

　　(2)甘油糖脂 甘油糖脂(glyceroglycolipids)也稱糖基甘油酯(glycoglycerides)，它由糖基以糖苷鍵與二酰甘油C3上的羥基相連而成。甘油糖脂中的糖可以是單半乳糖、二半乳糖、三半乳糖，分別與甘油二酯形成單半乳糖甘油二酯、雙半乳糖甘油二酯、三半乳糖甘油二酯，在植物中還分離出了結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的甘油糖脂。甘油糖脂在動植物和微生物中都有存在，植物的葉綠體膜和微生物的質(zhì)膜中甘油糖脂的含量尤為豐富。

　　(四).衍生脂類(derived lipid)

　　衍生脂類不含脂肪酸，不能進(jìn)行皂化，亦稱非皂化脂類。主要包括萜類和固醇類化合物。

　　1. 萜類

　　萜類(terpenoids)是種類繁多的一大類化合物，它們的分子一般都含有若干個異戊二烯單位(isoprene unit，)，故可看成是異戊二烯的衍生物。萜類物質(zhì)是植物產(chǎn)生的揮發(fā)油的主要成份，如薄荷醇、樟腦等。類胡蘿卜素、葉綠醇(葉綠素的組成成分)、維生素A、E、K等也屬于萜類。此外，昆蟲的保幼激素、植物激素如赤霉素和脫落酸也是萜類物質(zhì)。

　　2. 固醇類

　　固醇(steroid)又稱甾醇，其基本結(jié)構(gòu)是由3個六元環(huán)和1個五元環(huán)并合而成的環(huán)戊烷多氫菲，固醇類物質(zhì)(類固醇)是環(huán)戊烷多氫菲的羥基衍生物，大多在3位有一個羥基，在10位和13位各有一個甲基，在17位上帶有8—10個碳的烷烴鏈。

　　類固醇主要存在于真核細(xì)胞內(nèi)，既可以游離的醇式存在，也可以其羥基與脂肪酸結(jié)合成酯而以酯型存在。植物固醇主要有谷固醇、麥固醇等，酵母中含有大量麥角固醇，膽固醇在動物組織中含量豐富。

　　膽固醇分子的一端有一極性頭部基團(tuán)羥基，另一端有疏水的烴鏈和固醇的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，與磷脂一樣屬于兩性分子，它是動物細(xì)胞膜系統(tǒng)的重要組分，質(zhì)膜中含量高于亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)膜中含量，與膜的流動性密切相關(guān)。膜結(jié)構(gòu)中的膽固醇均為游離膽固醇，細(xì)胞中存在的多是膽固醇酯。血漿脂蛋白中的膽固醇與動脈硬化和心腦血管病有關(guān)。膽固醇可在動物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成膽汁酸、維生素D和某些重要激素，如性激素、腎上腺皮質(zhì)激素。膽汁酸是人和動物體內(nèi)膽固醇代謝的主要產(chǎn)物，它在肝臟中生成后儲存于膽囊中。膽汁酸作為膽汁的主要成分，具有良好的乳化作用，它能降低水與油脂的表面張力，使腸腔內(nèi)的油脂乳化成微粒，增加油脂與消化液中脂肪酶的接觸面，利于油脂吸收。因此，肝膽疾病患者容易出現(xiàn)脂類消化吸收障礙和脂溶性維生素缺乏癥。

　　二、脂類的生理功能

　　1. 脂類是生物體能量的主要儲存形式

　　生物主要以油脂作為能量的儲存形式，大多數(shù)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。植物的種子中貯存有大量脂肪，油料作物種子中脂肪的分解在種子萌發(fā)初期既可供能也可提供物質(zhì)合成所需的碳骨架。動物在脂肪組織中儲備脂肪，當(dāng)攝入的糖和脂類等能源物質(zhì)超過機(jī)體需要時，就轉(zhuǎn)變?yōu)橹�肪貯存;而當(dāng)攝入的能源物質(zhì)不能滿足生理活動需要時，則動用貯存的脂肪供能。故動物體內(nèi)貯脂的含量常隨營養(yǎng)供應(yīng)情況而發(fā)生變動。冬眠動物在冬眠前必須積累大量脂肪作為越冬的能量儲備。海洋浮游生物主要以蠟作為能量的儲備形式。生物體以脂質(zhì)作為貯能物質(zhì)可極大地提高能量儲存效率，因為單位質(zhì)量的脂質(zhì)氧化分解釋放的能量是糖的兩倍以上，而占用的體積僅為糖的四分之一。脂質(zhì)疏水，貯存脂質(zhì)不必像貯存糖類那樣夾帶結(jié)合水。糖類雖溶于水，易于分解利用，能快速提供代謝所需能量，但不適于作為能量貯存的載體。

　　2. 脂類能夠形成生物體的保護(hù)層

　　在動物尤其是兩級地區(qū)動物(如企鵝、海豹等)的皮下，都存在著皮下脂肪組織，這些脂肪不僅是能量的來源，更是抗低溫的隔熱層。人和動物內(nèi)臟周圍的脂肪組織如腸系膜等有固定內(nèi)臟器官和緩沖外部沖擊的作用。動物的皮脂腺能分泌油脂和蠟以保護(hù)皮膚、毛發(fā)，使之柔韌、潤滑，鳥類特別是水禽的尾羽腺分泌蠟使羽毛能夠防水，這是因為蠟具有斥水和高稠度的性質(zhì)。植物的種子和果實表面有一層穩(wěn)定、透氣但不透水的蠟保護(hù)層，起著防止寄生物侵襲和水分蒸發(fā)、保持溫度等作用，這種蠟保護(hù)層也存在于冬青等某些植物葉片的表面。

　　3. 脂類是構(gòu)成生物膜的基本成分

　　磷脂構(gòu)成的脂質(zhì)雙層是生物膜的骨架，脂雙層的構(gòu)成成分中還有固醇和糖脂。鞘脂和膽固醇還是神經(jīng)髓鞘的重要成分，有絕緣作用，對神經(jīng)興奮的定向傳導(dǎo)有重要意義。脂雙層的表面是親水的，內(nèi)部是烴鏈構(gòu)成的疏水區(qū)。脂雙層有屏障作用，膜兩側(cè)的親水性物質(zhì)不能自由通過，這對維持細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能有重要作用。

　　4. 脂類是生物細(xì)胞內(nèi)重要的生理活性物質(zhì)

　　生物體內(nèi)含有很多具有重要生物活性的脂類物質(zhì)，如膽固醇在動物體內(nèi)轉(zhuǎn)化生成的性激素、腎上腺皮質(zhì)激素、維生素D3，萜類化合物中的脂溶性維生素A、維生素E、維生素K和類胡蘿卜素等光合色素。真核細(xì)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)在細(xì)胞信息傳遞過程中起重要作用，PIP2的水解產(chǎn)物1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和甘油二酯(DG)是細(xì)胞內(nèi)第二信使，它們和Ca2+一起形成了一條非核苷酸類信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。有的活性脂質(zhì)是酶的輔基，如凝血酶原激酶(凝血酶原激活劑)的輔基中含有腦磷脂;有的活性脂質(zhì)可作為電子傳遞體，如呼吸鏈中的泛醌;有的活性脂質(zhì)可作為糖基的載體，如糖蛋白合成中的多萜醇磷酸。糖基載體有很長的烴鏈，能與膜脂發(fā)生強(qiáng)疏水相互作用，使所攜帶的糖基錨定在膜上并參與糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。

　　5. 其它功能

　　動物飼料中的脂類可協(xié)助脂溶性維生素的吸收，維生素A、D 、E 、K 和胡蘿卜素可溶于飼料的脂質(zhì)中，并隨同脂肪一起吸收。因此，飼料中脂類缺乏或吸收障礙時，往往發(fā)生脂溶性維生素不足或缺乏�；ㄉ�四烯酸是合成前列腺素的原料，前列腺素具有廣泛的生理功能。動物飼料中的脂類還可供給必需脂肪酸亞油酸和α-亞麻油酸。因為反芻動物瘤胃中的微生物能合成必需脂肪酸，故不必由飼料專門供給。必需脂肪酸是合成磷脂的重要原料，有降血脂、防止動脈硬化和血栓形成、抗脂肪肝等作用，亞油酸在臨床上治療心血管系統(tǒng)疾病有很好的效果。植物油比動物油所含的必需脂肪酸多，營養(yǎng)價值較高。