书城教材教辅中学化学课程资源丛书-解析人体化学
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第13章 脂类

脂类物质是人体的重要组成部分,它是脂肪和类脂的总称。脂肪又称中性脂肪(含中性脂肪类脂),脂肪是由碳、氢、氧3种元素组成的有机化合物,以脂肪酸组成的甘油三脂为主要形式,即由2分子甘油和3分子脂肪酸构成的甘油三酯。类脂包括磷脂、固醇类、脂蛋白、糖脂等。类脂是构成机体组织较稳定的脂类,受食物脂肪影响较小,故从营养角度出发,中性脂肪是须在膳食中经常予以重视的脂类营养素。脂肪酸按其结构不同可分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。多不饱和脂肪酸中的豆油酸和亚麻酸是体内不能合成的,必须从食物中摄取,故称必需脂肪酸。

一、分类

脂类分为两大类,即脂肪(fat)和类脂(lipids)。

1.脂肪:即甘油三脂或称之为脂酰甘油(triacylglycerol),它是由1分子甘油与3个分子脂肪酸通过酯键相结合而成。人体内脂肪酸种类很多,生成甘油三脂时可有不同的排列组合,因此,甘油三脂具有多种形式。贮存能量和供给能量是脂肪最重要的生理功能。1克脂肪在体内完全氧化时可释放出38kJ(9.3kcal)的能量,比1克糖原或蛋白质所放出的能量多2倍以上。脂肪组织是体内专门用于贮存脂肪的组织,当机体需要时,脂肪组织中贮存的脂肪可动员出来分解供给机体能量。此外,脂肪组织还可起到保持体温,保护内脏器官的作用。

2.类脂:包括磷脂(phospholipids)、糖脂(glycolipid)和胆固醇及其酯(cholesterol andcholesterol ester)三大类。磷脂是含有磷酸的脂类,包括由甘油构成的甘油磷脂(phosphoglycerides)和由鞘氨醇构成的鞘磷脂(sphingomyelin)。糖脂是含有糖基的脂类。这三大类类脂是生物膜的主要组成成分,构成疏水性的“屏障”(barrier),分隔细胞水溶性成分和细胞器,维持细胞正常结构与功能。此外,胆固醇还是脂肪酸盐和维生素D3以及类固醇激素合成的原料,对于调节机体脂类物质的吸收,尤其是脂溶性维生素(A,D,E,K)的吸收以及钙磷代谢等均起着重要作用。

(1)必需脂肪酸(EFA)

指机体生理所需,但体内不能合成,必须由食物供给的多不饱和脂肪酸,包括亚油酸(C18∶2n-6)和α-亚麻酸(C18∶3n-3)。其主要生理功能:①组织细胞的组成成分,特别是参与线粒体和细胞膜磷脂的合成;②与脂质代谢关系密切;

③与动物精子形成有关;

④可作为类廿碳烷酸化合物合成的前体;

⑤对X射线引起的一些皮肤损害有保护作用。

(2)多不饱和脂肪酸(PUFA)

主要包括n-3、n-6和n-9系列脂肪酸,有重要生物学意义的是n-3和n-6PUFA。其中亚油酸和亚麻酸分别是n-6和n-3高不饱和脂肪酸(HUFA)的前体。n-6和n-3HUFA中的花生四烯酸(AA)和廿碳五烯酸(EPA)是类廿碳烷酸化合物的前体。所以n-6和n-3PUFA在体内的平衡对于稳定细胞膜功能、调控基因表达、维持细胞因子和脂蛋白平衡、抗心血管病、促进生长发育等方面起着重要作用。

(3)脂肪酸

脂肪酸是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物,是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。根据脂肪酸分子结构中碳链的长度分为短链脂肪酸(碳链中碳原子少于6个)、中链脂肪酸(碳链中碳原子6~12

个)和长链脂肪酸(碳链中碳原子超过12个)三类。一般食物所含的脂肪酸大多是长链脂肪酸。

根据碳链中碳原子间双键的数目又可将脂肪酸分为单不饱和脂肪酸(含1个双键)、多不饱和脂肪酸(含1个以上双键)和饱和脂肪酸(不含双键)三类。富含单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸组成的脂肪在室温下呈液态,大多为植物油,如花生油、玉米油、豆油、菜子油等。以饱和脂肪酸为主组成的脂肪在室温下呈固态,多为动物脂肪,如牛油、羊油、猪油等。

但也有例外,如深海鱼油虽然是动物脂肪,但它富含多不饱和脂肪酸,如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),因而在室温下呈液态。

(4)胆固醇

胆固醇是类脂的一种。它在人体内的重要生理功能包括:①是细胞膜的组成成分,细胞吸收养分、排出代谢废物都由细胞膜控制。

②是合成胆汁酸和维生素D3的原料,前者可帮助脂肪消化吸收,后者可预防儿童佝偻病。

③是合成类固醇激素的原料,特别是性激素和肾上腺皮质激素。这些激素对人体的健康和人类的繁衍都是不可或缺的。

人体胆固醇来自膳食和体内合成。体内合成量受膳食胆固醇水平影响,膳食胆固醇摄入过多时体内合成量减少,摄入过少时体内合成量增多。胆固醇在肝脏内经过分解代谢随粪便排出。正常情况下,胆固醇在血液中维持一个恰当的水平。当脂质代谢发生异常或膳食胆固醇摄入量超过身体调节能力时,血液中的胆固醇浓度就会升高并逐渐在血管内壁上沉积而引起血管腔狭窄和心血管病。这时,除药物治疗外还应限制富含胆固醇的食物。但在脂质代谢正常的情况下无须过分限制,因为胆固醇也是人体不可缺少的营养物质。

二、脂肪的降解

脂肪的降解是因为在脂肪酶的作用下,脂肪可以水解为甘油和脂肪酸。甘油经磷酸化和脱氢反应,转变成磷酸二羟丙酮,纳入糖代谢途径。脂肪酸与ATP和CoA在脂酰CoA合成酶的作用下,生成脂酰CoA。脂酰CoA在线粒体内膜上肉毒碱:脂酰CoA在转移酶系统的帮助下进入线粒体衬质,经β-氧化降解成乙酰CoA,再进入三羧酸循环彻底氧化。β-氧化过程包括脱氢、水合、再脱氢和硫解四个步骤,每次β-氧化循环生成FADH2、NADH、乙酰CoA和比原先少2个碳原子的脂酰CoA。此外,某些组织细胞中还存在α-氧化生成α羟脂肪酸或CO2和少1个碳原子的脂肪酸;经ω-氧化生成相应的二羧酸。

萌发的油料种子和某些微生物拥有乙醛酸循环途径。可利用脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA合成苹果酸,为糖异生和其他生物合成提供碳源。乙醛酸循环的两个关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶,前者催化异柠檬酸裂解成琥珀酸和乙醛酸,后者催化乙醛酸与乙酰CoA生成苹果酸。

三、脂肪的生物合成

脂肪的生物合成包括三个方面:饱和脂肪酸的从头合成,脂肪酸碳链的延长和不饱和脂肪酸的生成。脂肪酸从头合成的场所是细胞液,需要CO2和柠檬酸的参与,C2供体是糖代谢产生的乙酰CoA。反应有2个酶系参与,分别是乙酰CoA羧化酶系和脂肪酸合成酶系。首先,乙酰CoA在乙酰CoA羧化酶催化下生成,然后在脂肪酸合成酶系的催化下,以ACP作为酰基载体,乙酰CoA为C2受体,丙二酸单酰CoA为C2供体,经过缩合、还原、脱水、再还原几个反应步骤,先生成含4个碳原子的丁酰ACP,每次延伸循环消耗1分子丙二酸单酰CoA、2分子NADPH,直至生成软脂酰ACP。产物再活化成软脂酰CoA,参与脂肪合成或在微粒体系统或线粒体系统延长成C18、C20和少量碳链更长的脂肪酸。在真核细胞内,饱和脂肪酸在O2的参与和专一的去饱和酶系统催化下,进一步生成各种不饱和脂肪酸。高等动物不能合成亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸,必须依赖食物供给。

3-磷酸甘油与两分子脂酰CoA在磷酸甘油转酰酶作用下生成磷脂酸,在经磷酸酶催化变成二酰甘油,最后经二酰甘油转酰酶催化生成脂肪。

四、脂肪的生理功能

概括起来,脂肪有以下几方面的生理功能:

1.供给能量1克脂肪在体内分解成二氧化碳和水并产生38KJ(9Kcal)能量,比1克蛋白质或1克碳水化合物高1倍多。

2.构成一些重要生理物质磷脂、糖脂和胆固醇构成细胞膜的类脂层,胆固醇又是合成胆汁酸、维生素D3和类固醇激素的原料。

3.维持体温和保护内脏皮下脂肪可防止体温过多向外散失,也可阻止外界热能传导到体内,有维持正常体温的作用。内脏器官周围的脂肪垫有缓冲外力冲击保护内脏的作用。

4.提供必需脂肪酸。

5.脂溶性维生素的重要来源鱼肝油和奶油富含维生素A、D,许多植物油富含维生素E。脂肪还能促进这些脂溶性维生素的吸收。

6.增加饱腹感脂肪在胃肠道内停留时间长,所以有增加饱腹感的作用。

五、脂肪营养价值的评定

营养学上根据以下三项指标评价一种脂肪的营养价值:

1.消化率一种脂肪的消化率与它的熔点有关,含不饱和脂肪酸越多熔点越低,越容易消化。因此,植物油的消化率一般可达到100%。动物脂肪,如牛油、羊油,含饱和脂肪酸多,熔点都在40℃以上,消化率较低,约为80%~90%。

2.必需脂肪酸含量植物油中亚油酸和亚麻酸含量比较高,营养价值比动物脂肪高。

3.脂溶性维生素含量动物的贮存脂肪几乎不含维生素,但肝脏富含维生素A和D,奶和蛋类的脂肪也富含维生素A和D,植物油富含维生素E。这些脂溶性维生素是维持人体健康所必需的。

六、脂肪的供给量和来源

1.脂肪的供给量

脂肪无供给量标准。不同地区由于经济发展水平和饮食习惯的差异,脂肪的实际摄入量有很大差异。我国营养学会建议膳食脂肪供给量不宜超过总能量的30%,其中饱和、单不饱和、多不饱和脂肪酸的比例应为1∶1∶1。亚油酸提供的能量能达到总能量的1%~2%即可满足人体对必需脂肪酸的需要。

2.脂肪的来源

脂肪的主要来源是烹调用油脂和食物本身所含的油脂。果仁脂肪含量最高,各种肉类居中,米、面、蔬菜、水果中含量很少。

七、膳食脂肪

膳食脂肪主要来自动物脂肪及油料作物和烹调用油。

1.膳食脂肪摄入通常应遵循如下原则

(1)我国对膳食脂肪摄入总量做了如下规定,由脂肪提供的热能占每日摄入热能总量的比例,成人为20%~25%,儿童、青少年为25%~30%,婴幼儿为40%左右。脂肪摄入的热量过多往往与肥胖、高血压、冠心病等动脉硬化疾病、乳腺癌等发病有关,是随着人民生活水平提高值得重视的营养问题。

(2)在适度脂肪摄入的前提下尽量减少含饱和脂肪酸较高的动物性脂肪摄入,提倡以植物油作烹调用油。豆油、花生油、葵花籽等植物烹调用油富含多不饱和脂肪酸,尤其亚油酸含量高、维生素E含量多。但植物油用量也不是多多益善,过多摄入会促进衰老、易诱发直肠癌等。

2.膳食脂肪的营养学意义

(1)提供机体所需的热能,在体内的生理燃烧值为9kcal/g,是供能营养素中生理燃烧值最高的营养素;(2)延迟排空,增加饱感;

(3)油脂烹调食物可以改善食物的感官性质,促进食欲;(4)食用油脂可促进脂溶性维生素的吸收。

3.脂肪的营养价值评价

从两个方面进行:

(1)脂肪的消化率:含不饱和脂肪酸和短链脂肪酸越多的脂肪,熔点越低,越容易消化。

(2)必需脂肪酸含量:一般植物油中n-6PUFA含量高于动物脂肪,而n-3PUFA在水产品中含量较高。

第一节水是生命之源%~90%以上的组织是由水构成的;在成年期,身体70%以上组织含水;即使在老年期,身体组织中的细胞也含有60%左右的水。离开了水,食物不能消化,养料不能传输,废物得不到排泄,体温得不到调节,人体的一切代谢功能将为之紊乱、停止,生命将不复存在。因此,饮水的质量将直接影响到生命和生存的质量,人类与水源息息相关。

水在人体内起着很重要的作用,它维持着人身体内正常的生理功能。水和其他物质构成血液、淋巴液,负责把营养输送给全身;由水参与的各种消化液能帮助摄取营养;体内代谢物的清除也有赖于水的帮助;水能保持肺泡的湿润,有利于呼吸;水是全身各关节的润滑剂,更是神经系统的缓冲剂。