第一篇 生命的分子基础
第一章 糖的化学
第一节 概 述
一、糖的概念、分布及主要生物学作用
（一)糖的概念、分布
糖类是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。它由碳、氢及氧3种元素组成，其分子式是Cn(H2O)n。一般把糖类看作是多羟基醛或多羟基酮及其聚合物和衍生物的总称。
由于一些糖分子中氢原子和氧原子间的比例为2∶1，刚好与水分子中氢、氧原子数的比例相同，过去误认为此类物质是碳与水的化合物，因此曾将糖叫做碳水化合物（carbohydrates)。但实际上有些糖，如鼠李糖（ramonse，C6H12O5)和脱氧核糖（deoxyribose，C5H10O4)等，它们分子中氢、氧原子数之比并非2∶1。
糖是生物界中分布极广、含量较多的一类有机物质，几乎所有的动物、植物、微生物体内都含有它。其中以植物界最多，约占其干重的80%。生物细胞内、血液里也有葡萄糖或由葡萄糖等单糖物质组成的多糖（如肝糖原、肌糖原)存在。人和动物的器官组织中含糖量不超过组织干重的2%。微生物体内含糖量约占菌体干重的10%~30%。它们或以糖或与蛋白质、脂类结合成复合糖存在。
（二)糖的主要生物学作用
1．糖是人和动物的主要能源物质 糖类物质的主要生物学作用是通过氧化而放出大量的能量，以满足生命活动的需要。如粮食的主要成分是淀粉，在体内水解成葡萄糖，在组织细胞中氧化，为机体的一切活动提供能量。糖在自然界还是能量贮存的一种重要形式，动物除利用植物淀粉为能源物质外，草食动物和某些微生物还存在利用纤维素作能源。淀粉、糖原也能转化为生命必需的其他物质，如蛋白质和脂类物质。
2．糖类还具有结构功能 植物茎杆的主要成分纤维素是起支持作用的结构物质。细胞间质中的粘多糖也是结构物质。细胞结构中的蛋白质、脂类有些是与糖结合而成的糖蛋白和糖脂，它们都是具有重要生理功能的物质。
3．糖具有复杂的多方面的生物活性与功能 戊糖是核苷酸的重要组成成分，1，6-二磷酸果糖可治疗急性心肌缺血性休克，多糖类则广泛作用于免疫系统、血液系统和消化系统等疾病的治疗。香菇多糖、猪苓多糖、胎盘脂多糖、肝素、透明质酸、右旋糖酐等都已在临床应用，为肿瘤、艾滋病及其他疾病的治疗开辟了新方向。
二、糖的分类
根据糖类物质含糖单位的数目而分成以下几类。
1．单糖（monosaccharide) 凡不能被水解成更小分子的糖称为单糖。单糖是糖类中最简单的一种，是组成糖类物质的基本结构单位。单糖又可根据其分子中含碳原子多少分类。最为简单的单糖是三碳糖，在自然界分布广、意义大的是五碳糖和六碳糖，它们分别称为戊糖（pentose)和己糖（hexose)。核糖（ribose)、脱氧核糖属戊糖，葡萄糖、果糖和半乳糖（galactose)为己糖。下面简要叙述和人体营养及代谢有关的单糖：
（1)丙糖：只有两种，即甘油醛和二羟丙酮，它们是糖代谢的中间产物。
（2)丁糖：在自然界常见的也有两种，即D-赤藓糖和D-赤藓酮糖，它们的磷酸酯是糖代谢的重要中间产物。
（3)戊糖：在自然界存在的戊醛糖主要有D-核糖、D-木糖。它们大多以聚戊糖或糖苷的形式存在。在核酸中还有D-2-脱氧核糖。戊酮糖有D-核酮糖和D-木酮糖，都是糖代谢的中间产物。
（4)己糖：在自然界分布最广，数量也最多，和机体的营养代谢也最密切。重要的己醛糖有D-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖；己酮糖则有D-果糖。
葡萄糖可以单糖存在，但绝大多数以多糖形式存在，也可以组成糖苷，果糖是糖类中最甜的糖，以组成二糖的形式为多见。半乳糖亦以乳糖、棉子糖或琼胶等二糖、三糖或多糖形式为常见，这三种己糖对人体的营养最重要，是人体获得能量的最主要来源。
（5)庚糖：单糖中还有一种庚酮糖，又称D-景天庚酮糖，它并不游离存在，而以磷酸酯的形式为糖代谢的重要中间产物。
2．寡糖（oligosaccharide)，是由单糖缩合而成的短链结构（一般含2~6个单糖分子)。其中，二糖是寡糖中存在最为广泛的一类，蔗糖（sucrose)、麦芽糖（maltose)和乳糖（lactose)是其重要代表。单糖和寡糖能溶于水，多有甜味www.med126.com/job/。
（1)二糖：又称双糖，为两分子单糖以糖苷键连接而成，水解后生成两分子单糖，有的有还原性，有的没有，但都有旋光性。最常见的为食物中的蔗糖、麦芽糖和乳糖。
（2)三糖：以棉子糖为常见，存在于棉子和桉树的糖蜜中，甜菜中也有棉子糖，它是半乳糖、葡萄糖和果糖以糖苷键连接的三糖。
3．多糖（polysaccharide) 由许多单糖分子缩合而成的长链结构，分子量都很大，在水中不能成真溶液，有的成胶体溶液，有的根本不溶于水，均无甜味，也无还原性。多糖有旋光性，但无变旋现象。多糖与人类生活关系极为密切，其中最重要的多糖是淀粉（starch)、糖原（glycogen)和纤维素（cellulose)等。多糖中有一些是与非糖物质结合的糖称为复合糖，如糖蛋白和糖脂。
第二节 多糖的化学
到目前为止，人类已发现了几百种天然多糖。多糖不但是动植物的主要结构支持物质（如甲壳类动物中的几丁质，植物中的纤维素)，而且也是生物体主要能量来源（如淀粉、糖原)。同时多糖也是工业上重要多聚体的原料来源，如食品工业上不可缺少的卡拉胶，石油工业上应用的田菁胶等。不但如此，多糖还具有复杂的多方面的生物活性与功能。多糖的糖链能控制细胞的分裂与分化，调节细胞的生长与衰老。特别是多糖作为广谱免疫调节剂可用于免疫性疾病的治疗。现在多糖研究的主要目标是一方面进一步寻找活性更高，特别是对肿瘤、艾滋病更有效的多糖，另一方面着重进行构效关系的研究。因为一旦构效关系阐述清楚，将对发现新的多糖起指导作用，并对药物学、分子生物学的理论作出新贡献。
一、多糖的分类
多糖的分类方法较多，有按其来源、生理功能、组成成分及按多糖存在的场所分类等。在本书中仅采用三种分类方法，即：按其来源、生理功能和组成成分分类，其他不一一详述。
（一)多糖按其来源的分类
1．植物多糖 从植物，尤其是从中药材中提取的水溶性多糖。如当归多糖、枸杞多糖、大黄多糖、艾叶多糖、紫根多糖、柴胡多糖等。这类多糖多数没有细胞毒性而药物质量通过化学手段容易控制，已成为当今新药研究的发展方向之一。另一类植物多糖是水不溶性多糖，如淀粉、纤维素等。
2．动物多糖 从动物的组织、器官及体液中分离、纯化得到的多糖。这类多糖多数为水溶性的粘多糖，并且也是最早用作为药物的多糖。如肝素、硫酸软骨素、透明质酸、猪胎盘脂多糖等。
3．微生物多糖 如香菇多糖，茯苓多糖，银耳多糖，猪苓多糖，云芝多糖等。这类多糖主要对肿瘤治疗及调节机体免疫效果显著。
4．海洋生物多糖 从海洋、湖沼生物体内分离、纯化得到的多糖。这类多糖具有较为广泛的生物学效应，如甲壳素（几丁质)、螺旋藻多糖等。
（二)多糖按其在生物体内的生理功能的分类
1．贮存多糖 是细胞在一定生理发展阶段形成的材料，主要以固体形式存在，较少是溶解的或高度水化的胶体状态。贮存多糖是作为碳源的底物贮存的一类多糖，在需要时可通过生物体内酶系统的作用分解而释放能量，故又称为贮能多糖。淀粉和糖原分别是植物和动物的最主要贮存多糖。
2． 结构多糖 也称水不溶性多糖，具有硬性和韧性。结构多糖在生长组织里进行合成，是构成细菌细胞壁或动、植物的支撑组织所必需的物质，如几丁质、纤维素。
（三)多糖按其组成成分的分类
1．同聚多糖（均一多糖)（homopolysaccharide) 多糖是由一种单糖缩合而成，如淀粉、糖原、纤维素、戊糖胶、木糖胶、阿拉伯糖胶、几丁质等。
2．杂聚多糖（不均一多糖)（heteropolysaccharide) 多糖是由不同类型的单糖缩合而成，如肝素、透明质酸和许多来源于植物中的多糖如波叶大黄多糖、当归多糖、茶叶多糖等。
3．粘多糖（mucopolysaccharide) 是一类含氮的不均一多糖，其化学组成通常为糖醛酸及氨基己糖或其衍生物，有的还含有硫酸。如透明质酸、肝素、硫酸软骨素等。粘多糖也称为糖胺聚糖（glycosaminoglycan)。
4．结合糖 也称糖复合物（glycoconjugate)或复合糖，是指糖和蛋白质、脂质等非糖物质结合的复合分子。主要有以下几类：
（1)糖蛋白（glycoproteins)：是糖与蛋白质以共价键结合的复合分子。其中糖的含量一般小于蛋白质。糖和蛋白质结合的方式有：
1)和含羟基的氨基酸（丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸等)以糖苷形式结合，称为O连接。
2)糖和天冬酰胺的酰胺基连接，称为N连接。N连接的糖链多数具有Man-β-1,4-GlcNAc-βAsn结构。此外还有连接着很多甘露糖的高甘露糖类型等。
常见的糖蛋白包括人红细胞膜糖蛋白、血浆糖蛋白、粘液糖蛋白等。此外，酶也有不少为糖蛋白，具有运载功能的蛋白质也有不少为糖蛋白，很多激素、血型物质、作为结构原料或起着保护作用的蛋白质等，是糖蛋白。
（2)蛋白聚糖（proteoglycan):也是一类由糖与蛋白质结合形成的非常复杂的大分子糖复合物，其中蛋白质含量一般少于多糖。蛋白聚糖主要由糖胺聚糖链共价连接于核心蛋白所组成，根据其组织来源的不同分别称为软骨蛋白聚糖、动脉蛋白聚糖、角膜蛋白聚糖等，或根据其所含糖胺聚糖种类的不同分别称为硫酸软骨素蛋白聚糖、硫酸皮肤素蛋白聚糖和肝素蛋白聚糖等。蛋白聚糖是构成动物结缔组织大分子的基本物质，也存在于细胞表面，参与细胞与细胞，或者细胞与基质之间的相互作用等。
（3)糖脂（glycolipids)：是糖和脂类以共价键结合形成的复合物，组成和总体性质以脂为主体。根据国际纯化学和应用化学联盟和国际生化联盟（IUPAC-IUB)命名委员会所下的定义，糖脂是糖类通过其还原末端以糖苷键与脂类连接起来的化合物。根据脂质部分的不同，糖脂又可分为：
1)分子中含鞘氨醇的鞘糖脂（glycosphingolipids):又分中性和酸性鞘糖脂两类，分别以脑苷脂和神经节苷脂为代表。
2)分子中含甘油脂的甘油糖脂（glycoglycerolipids)。
3)由磷酸多萜醇衍生化的糖脂。
4)由类固醇衍生化的糖脂
糖脂广泛存在于生物体，其主要的功能包括参与细胞与细胞间相互作用和识别，参与细胞生长调节、癌变和信息传递以及与生物活性因子的相互作用，细胞表面标记和抗原及免疫学功能等。
（4)脂多糖（Lipopolysaccharide):也是糖与脂类结合形成的复合物，与糖脂不同的是在脂多糖中以糖为主体成分。常见的脂多糖有胎盘脂多糖，细菌脂多糖等。
二、重要多糖的化学结构与生理功能
（一)淀粉
淀粉（starch)是高等植物的贮存多糖，在植物种子、块根与果实中含量很多。大米中淀粉含量可达70%~80%，它是供给人体能量的主要营养物质。
图1-1 支链淀粉分支之间结合键
天然淀粉是由直链淀粉（amylose)和支链淀粉（amylopectin)两种成分组成。它们都是由α-D-葡萄糖缩合而成的同聚多糖。直链淀粉是由α-1，4糖苷键相连而成的直链结构，分子量约为3.2×104~1×105。其空间结构为空心螺旋状，每一圈螺旋约含6个葡萄糖单位。
支链淀粉的分子比直链淀粉大，分子量在1×105~1×106之间，它是由多个较短的α-1，4糖苷键直链（通常约24~30个葡萄糖单位)结合而成。每两个短直链之间的连接为α-1，6糖苷键，其结构的一部分简示如图1-1。
淀粉在冷水中不溶解，但在加热的情况下淀粉可吸收水而膨胀成糊状。直链淀粉遇碘产生蓝色，据认为这是由于葡萄糖单位形成6圈以上螺旋所致。支链淀粉遇碘则产生紫红色。
淀粉水解进程中产生的一系列分子大小不等的多糖称为糊精（dextrins)。淀粉水解时一般先生成淀粉糊精（遇碘成蓝色)，继而生成红糊精（遇碘成红色)，再生成无色糊精（与碘不显色)以及麦芽糖，最终生成葡萄糖。
（二)糖原
糖原（glycogen)又称动物淀粉，是动物体内的贮存多糖，主要存在于肝及肌肉中。
糖原也是由α-D-葡萄糖构成的同聚多糖，分子量约在2.7×105~3.5×106之间。它的结构与支链淀粉相似，也是带有α-1，6分支点的α-1，4-葡萄糖多聚物。但分支比支链淀粉多，每一短链约含8~10个葡萄糖单位，其基本结构如图1-2。
图1-2 糖原分子的部分结构示意
糖原遇碘产生红色，彻底水解后产生D-葡萄糖。糖原的生理功用是：肌肉中的糖原为肌肉收缩所需的能源，肝脏中的糖原可分解为葡萄糖进入血液，运输到各组织利用。
（三)葡聚糖
葡聚糖（dextran)又称右旋糖酐。是酵母菌及某些细菌中的贮存多糖。它也是由多个葡萄糖缩合而成的同聚多糖。但与糖原、淀粉不同之处在葡萄糖之间几乎均为α-1，6连接，偶尔也通过α-1，2、α-1，3或α-1，4连接而形成分支状。右旋糖酐作为代血浆已用于临床。
（四)纤维素
纤维素（cellulose)是自然界最丰富的有机物质，其含量占生物界全部有机碳化物的一半以上。它是构成植物细胞壁和支撑组织的重要成分。纤维素是由许多β-D-葡萄糖苷-1，4-糖苷键连接而成的直链同聚多糖，其分子中的β-D-葡萄糖连接方式见图1-3。
图1-3 纤维素分子的β-D-葡萄糖连接方式
纤维素不溶于水、稀酸及稀碱。其结构中的β-1，4键对酸水解有较强的抵抗力，用强矿酸水解可生产D-葡萄糖及部分水解产物纤维二糖。大多数哺乳动物的消化道不分泌水解β-1，4-糖苷键的酶，因此他们不能消化纤维素。但反刍动物（牛、羊)消化道中存在的细菌产生水解纤维素的酶，故这些动物能利用纤维素作养料。
纤维素结构中的每一个葡萄糖残基含有3个自由羟基，因此能与酸形成酯。纤维素与浓硝酸作用生成硝化纤维素（纤维素三硝酸酯)，它是炸药的原料。纤维素一硝酸酯和二硝酸酯混合物的醇醚溶液为火棉胶，其在医药、化学工业上应用很广。纤维素与醋酸结合生成的醋酸纤维素是多种塑料的原料。还可制成离子交换纤维素，如羧甲基纤维素（CM纤维素)、二乙基氨基乙基纤维素（DEAE纤维素)等都是常用的生化分析试剂。食物中的纤维素虽然不被人体吸收，但可以在人体胃肠道中吸附有机和无机物供肠道正常菌群利用，维持正常菌群的平衡。此外，食物中的纤维素还具有促进排便等功能。
（五)琼胶
琼胶（agar)又称琼脂，是一些海藻所含的多糖。其单糖组成为L-及D-半乳糖。它的化学结构是D-半乳糖以α-1，3-糖苷键连接成短链（含9个D-半乳糖单位)再与L-半乳糖以1，4-糖苷键相连，L-半乳糖C6结合一硫酸基（图1-4)。
图1-4 琼胶结构示意图
琼胶能吸水膨胀，不溶于冷水，但可溶于热水成溶胶，冷却后成凝胶。琼胶不易被细菌分解，所以被用作细菌培养基的凝固剂。
（六)几丁质
几丁质（chitin) 又称甲壳素或壳多糖，是虾、蟹和昆虫甲壳的主要成分。此外，低等植物、菌类和藻类的细胞膜，高等植物的细胞壁等也含有几丁质。其量仅次于纤维素。几丁质是由N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接起来的同聚多糖（图1-5)。几丁质在医药、化工及食品行业具有较为广泛的用途，如作为药用辅料，贵重金属回收吸附剂，高能射线辐射防护材料等。
图1-5 几丁质结构示意
（七)粘多糖类
具有代表性的粘多糖有下列几类：
1．透明质酸 透明质酸（hyaluronic acid)存在于动物的结缔组织、眼球的玻璃体、角膜、关节液中。因其具有很强的吸水性，在水中能形成粘度很大的胶状液，故有粘合与保护细胞的作用。存在于某种细菌及蜂毒中的透明质酸酶能促进透明质酸水解，使其失去特有的粘性以便于异物的入侵。透明质酸酶又是一种药物，利用它水解透明质酸，使药物容易扩散至病变部位以提高治疗效果。
透明质酸由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖交替组成。其结构为葡萄糖醛酸与N-乙酰氨基葡萄糖以β-1，3键连接成二糖单位（图1-6)，后者再以β-1，4键同另一个二糖单位连成线性结构。
图1-6 透明质酸的二糖单位结构示意
2．硫酸软骨素 硫酸软骨素（chondroitin sulfate)是体内最多的粘多糖，为软骨的主要成分。其结构也是一类二糖的聚合物，分为A、B、C三种，其组成单位如下：
硫酸软骨素A：葡萄糖醛酸-1，3-N-乙酰氨基半乳糖-4-硫酸酯
硫酸软骨素B：艾杜糖醛酸-1,3-N-乙酰氨基半乳糖-4-硫酸酯
硫酸软骨素C：葡萄糖醛酸-1,3-N-乙酰氨基半乳糖-6-硫酸酯
其中硫酸软骨素B又叫硫酸皮肤素，是存在于皮肤的粘多糖。
硫酸软骨素有降血脂和的抗凝血作用，临床用于冠心病和动脉粥样硬化的治疗。
3．肝素 肝素（heparin)最早在肝中发现，故称为肝素。但它也存在于肺、血管壁、肠粘膜等组织中，是动物体内一种天然抗凝血物质。
肝素的组成是硫酸氨基葡萄糖、葡萄糖醛酸和艾杜糖醛酸的硫酸酯。其结构中氨基葡萄糖苷为α型，糖醛酸糖苷是β型，肝素分子结构中四糖重复单位见图1-7。
图1-7 肝素结构中的四糖重复单位结构示意
肝素在临床上用作血液体外循环时的抗凝剂，也用于防止脉管中血栓形成。肝素能使细胞膜上脂蛋白脂酶释放进入血液，该酶使极低密度脂蛋白所携带的脂肪水解，因而肝素有降血脂作用。肝素经水解破坏其硫酸基制成改构肝素，其抗凝血作用降低，但降血脂作用不改变。体内重要的粘多糖除上述三种以外尚有硫酸角质素（keratan sulfate)、硫酸类肝素（heparan sulfate)等（见表1-1)。
表1-1 粘多糖的组成成分及分布
| 名 称 | 主要组成成分 | 分 布 |
| 透明质酸 | 乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸 | 眼球玻璃体、脐带、关节 |
| 硫酸软膏A | 乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸 | 软骨、骨 |
| 硫酸软膏B | 乙酰葡萄糖胺，L-艾杜糖醛酸，硫酸 | 皮肤、腱、心瓣膜 |
| 硫酸软膏C | 乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸 | 软骨、脐带、腱 |
| 软骨素 | 乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸 | 皮肤 |
| 硫酸角质素 | 乙酰葡萄糖胺，D-半乳糖，硫酸 | 角膜、肋骨 |
| 肝素 | 磺酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸 | 肝、肺、肾、肠粘膜等 |
| 硫酸类肝素 | 乙酰葡萄糖胺，D-葡萄糖醛酸，硫酸 | 肝、肺等 |
（八)细菌多糖
1．肽聚糖 肽聚糖（peptidoglycan)又称胞壁质（murein)，是构成细菌细胞壁基本骨架的主要成分。
肽聚糖是一种多糖与氨基酸链相连的多糖复合物。由于此复合物中氨基酸链不像蛋白质那样长，因此，此聚合物称为肽聚糖。
肽聚糖结构中的D-氨基酸肽有抵抗肽水解酶的作用，故对细菌细胞有保护作用。溶菌酶能水解肽聚糖结构中的β-1，4糖苷键，而导致细菌细胞膨胀破裂，所以该酶能溶解革兰阳性菌的机制即在于此。
青霉素的抗菌作用就在于抑制肽聚糖的生物合成，使得肽聚糖合成不完全，细胞壁不完整，不能维持正常生长，从而导致细菌死亡。
2．脂多糖 革兰阴性菌的细胞壁较复杂，除含有低于10%的肽聚糖外，尚含有十分复杂的脂多糖。脂多糖一般由外层低聚糖链、核心多糖及脂质三部分所组成。
细菌脂多糖的外层低聚糖是使人致病的部分，其单糖组份随菌株而不相同，各种菌的核心多糖链均相似。
三、多糖分离、纯化及降解的原理
（一)多糖的提取与分离
由于各类多糖的性质及来源不同，所以提取方法也各有所异，主要可归纳为以下几类：
第一类 难溶于水，可溶于稀碱液的主要是胶类，如木聚糖及半乳聚糖等。原材料粉碎后用0.5mol/L NaOH水溶液提取，提取液经中和及浓缩等步骤，最后加入乙醇，即得粗糖沉淀物。
第二类 易溶于温水，难溶于冷水的多糖，可用70~80℃热水抽提，提取液用氯仿∶正丁醇（4∶1)混合除去蛋白质，经透析、浓缩后再加入乙醇即得粗多糖产物。
第三类 粘多糖的提取。在组织中，粘多糖多与蛋白质以共价键结合，故提取时需设法破坏粘多糖与蛋白质之间的结合键。通常使用蛋白酶水解蛋白部分或用碱处理，使粘多糖与蛋白质之间的结合键断裂，以促进粘多糖的释放以便于提取。
（1)碱液抽提法：本法的主要依据是蛋白聚糖的糖肽键对碱不稳定。原料经预处理后用0.5mol/L NaOH溶液于4℃提取，提取液用酸中和。蛋白质可用调pH、加热或用白陶土吸附去除。最后以乙醇沉淀即可获成品。从软骨中提取软骨素即用此法。
（2)蛋白水解酶消化法：从组织中释出粘多糖的方法，经常使用的是以蛋白水解酶进行消化。一般应用专一性低的蛋白酶如木瓜蛋白酶及链霉蛋白酶以进行广泛的蛋白质水解。经酶消化后的提取液中主要含有低分子量的蛋白消化产物及残存蛋白等杂质。蛋白杂质可用5%三氯醋酸沉淀去除，小分子的杂质可用透析法去除。最后加入乙醇可得粘多糖沉淀。
（二)多糖的纯化
多糖的纯化方法很多，须根据条件适当选择。必要时可使用多种方法以达到理想的分离结果。
1．分级沉淀法 用乙醇进行分级分离是分离多糖混合物的经典方法，并且适用于大规模分离。例如于动物软骨消化液中加入1.25倍乙醇可得到近乎纯的硫酸软骨素，而硫酸角质素则存留于乙醇上清液中。该法往往需要多次重复进行才能达到较好结果。
2．季铵盐络合法 粘多糖的聚阴离子与某些表面活性物质，如十六烷基三甲基溴化铵[CH3—（CH2)14—CH2—N+（CH3)3—Br，CTAB]中的季铵基阳离子结合生成季铵络合物。这些络合物在低离子强度的水溶液中不溶解。当离子强度增大时，这些络合物可以解离并溶解。本法的优点是既适用于实验室又适用于生产。
3．离子交换层析 常用的交换剂为DEAE-纤维素，此法适用于分离各种酸性、中性多糖。在pH为6时酸性多糖吸附于交换剂上，中性多糖不吸附，然后可用逐步提高盐浓度的洗脱液进行洗脱进而达到分离的目的。
4．制备性区带电泳 根据各种多糖的分子大小、形状及其所带电荷的不同亦可用电泳法进行分离。
5．固定化凝集素的亲和层析法 近年来根据凝集素能专一地、可逆地与游离的和复合糖类中的单糖或寡糖结合的性质，利用固定化凝集素亲和层析作出分离纯化糖蛋白的手段。这一方法简单易行，在温和条件下进行不破坏糖蛋白活性。
固定化的刀豆凝集素(concanavalinA, Con A)是应用最普遍的固定化凝集素。Con A能专一地与甘露糖基结合，各种含糖的酶如α-和β-半乳糖苷酶、过氧化物酶、干扰素等都可用固定化Con A纯化。
(三)多糖的降解
天然来源的多糖由于其分子量较大，且有的多糖还具有紧密的晶体结构(如甲壳素)，因此，不溶于普通溶剂(如甲壳素只能在某些强酸性介质中溶解)，从而限制了它们的应用范围。选择适当的条件和方法对甲壳素进行控制降解，制备其低聚糖衍生物，可以扩大使用范围。目前，多糖类物质降解的方法主要有化学降解法，酶法降解、氧化降解、辐射降解等几种，以甲壳素和肝素为例。
1．化学降解法
肝素的化学降法，最常用的是亚酯酸控制降解法，亚硝酸用量0.01～1.0%之间，反应温度-5℃～30℃，反应液pH1.5，反应时间5～10 min。在低pH的条件下，亚硝酸首先作用于肝素分子中的N-硫酸葡糖胺单位，脱去HSO4-形成-NH2，-NH2与HNO2发生重氮化反应，在放氮同时糖苷继断裂，电子转移，缩环生成2，5-脱氢甘露糖或脱氢甘露糖醇。采用这种方法降解，可得到平均分子量为6000D的分布均匀的片段分子。肝素的化学降解其他常用的方法还包括β-消去解法，过氧化氢降解法等。
甲壳素的化学降解法，例如：在酸性条件下，用10%浓度的NaNO2溶液处理壳聚糖，可使分子链上的-NH2基团发生重氮化反应，消除-NH2，使分子链断裂，得到未端链上带有醛基的低聚糖，达到化学降解的目的，再以NaBH4溶液还原，制得低分子量壳聚糖。
2．酶法解法
肝素的酶法降解已经被用作分析肝素的结构和制备低分子量肝素。肝素酶是一类能降解肝素类物质的裂解酶，肝素黄杆菌是肝素酶的主要来源。目前已经从肝素黄杆菌中分离纯化出肝素酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种，它们能特异性地断裂肝素链上具有特殊修饰的不同序列，从而产生不同的寡糖片段。一种属Pertostreptococcus和Eubacterium的革兰阳性厌氧菌也能降解肝素。还有人从土壤中筛选到一株肝素酶的产生菌——棒杆菌(Corynebacyerium)。使用固定化肝素酶降解肝素，产品和肝素酶易于分离，生产中十分方便。同时，酶可反复使用，节约了成本。
就肝素而言，几种不同的降解方法各有优缺点，如亚硝酸降解法的优点是工艺流程简单，成本低，应用范围广，但缺点是可能引入毒素，而且使肝素的硫酸化程度较低。酶法降解，使产品便于检测，易实现生产的连续化，产品中不含引入毒物，产物的硫酸化程度较高，但缺点是末端含有不饱和基因，且成本较高。
甲壳素的酶法降解主要是利用浓缩生物产生的甲壳毒酶。甲壳素酶主要存在于微生物、植物、昆虫和鱼类中。甲壳素在自然界中几乎以相等的循环速率产生和消失，微生物在其中起了关键的作用。甲壳素酶法降解的生化途径是首先由水解几丁质糖苷键的降解酶系统如外切酶从多糖链的非还原端开始以二乙酰壳二糖为单位依次酶解，内切酶则随机地断裂糖苷键，β-N-乙酰葡萄糖酶将双糖水解成单糖。因此，甲壳素内切酶、外切酶和β-N-乙酰葡萄糖胺酶被称为甲壳素水解系统。许多纯化的甲壳素内切酶还显示不同程度的溶菌酶活性，不少植物的溶菌酶也显示较高的甲壳素酶活性。
3．辐射降解法
用NaNO2化学降解壳聚糖三废严重，不利于环保；酶降解产量低，成本高，很难应用于批量生产；而利用放射性射线降解壳聚糖，使分子产生电离或激发等物理效应，进而产生是化学变化，即可使分子间形成化学键-辐射交联，又可导致分子链断裂-辐射降解。辐射法无需添加物的固相反应，反应易控，无污染，品质高，一般采用60Co辐射源在不同剂量下对甲壳素进行照射，可获得一系列低分子量的壳聚核。
四、多糖理化性质测定
(一)多糖的含量测定
多糖中总糖的含量测定可采用硫酸-蒽酮法或硫酸-苯酚法。硫酸-蒽酮法是一种快速而简便的测定糖的方法。蒽酮可以和多糖中的己糖基、戊醛糖和己糖醛酸起反应，将2 g蒽酮溶于1 000 ml80%(V/V)硫酸中制成蒽酮试剂，取试液1 ml加入蒽酮试剂4ml，沸水浴煮沸100 min后反应溶液呈蓝绿色，在620 nm处有最大吸收，可通过标准曲线查出溶液中的多糖含量。多糖中糖醛酸的含量测定可采用硫酸-卡唑法，氨基葡萄糖的含量测定采用乙酰丙酮显色法。
(二)多糖的纯度分析
多糖的纯度标准不能用通常化合物的纯度标准来衡量，因为即使是多糖纯品，其微观也并不均一。多糖纯度的判断，可根据糖基的摩尔比是否恒定，电泳是否呈现一条带，柱层析上是否呈现一个峰来进行。因此，多糖样品经反复溶解与沉淀、分级沉淀、去蛋白、脱色等处理后，测定其纯度的方法主要有：
1．电泳法 可用醋酸纤维素薄膜电泳、玻璃纤维纸电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳及琼脂糖电泳等。中性多糖电泳因其导电性弱，分子量大，在电场中移动速度慢，故常采用高压电泳，并且用pH9～12的硼酸盐缓冲液。糖类化合物易与硼酸离子结合成配合物而增加其导电性。电泳后检定的显色剂常用的有阿利新蓝、甲苯胺蓝、p-茴香胺硫酸试剂、高碘酸西夫试剂等。
2．凝胶柱层析法 常用Sephadex G-150、G-200或DEAE-纤维素，判断的标准是柱层析上呈现一个峰。
3．紫外扫描法 可检查多糖中是否混有核酸或蛋白质类物质，一般多糖的紫外特征吸收应在200 nm。
4．其他方法 如官能团分析、纸层析、水解后糖组份的分析等也常用于多糖的纯度分析。
(三)多糖的分子量测定
测定高分子化合物分子量的许多物理方法，一般也适用多糖分子量的测定。此外根据多糖的化学特性而另有一些化学方法。多糖分子量测定因其不均一性而比较困难，通常所测得的分子量一般只能是一种统计平均值。
1．凝胶柱层析法 在不同型号的Sephadex或Sepharose柱层析上测定多糖分子量需要样品较少，方法比交简便。测定中首先需要一系列结构相似的已知分子量的多糖作标准曲线。洗脱液的显色可以采用硫酸-蒽酮法或硫酸-苯酚法。所需注意的是，多糖的Kd值较相应分子量的蛋白质低，例如在Sephadex G-200上，蛋白质可测分子量范围5万～80万，而多糖仅可测20万以内。
2．特性粘度法 粘度法是实验室常用的测定多糖分子量的方法。所需仪器设备简单，操作方便。常用已知结构相似的(或多系物)多糖决定K值(［η=KM2］)，然后测出待测多糖的特性粘数η，计算待测多糖的分子量。
多糖其他重要的理化性质测定还包括比旋度测定和溶解度测定。比旋度是多糖重要的物理常数之一，各种多糖具有其特定的比旋度，根据测定的比旋度可作鉴别试验或含量测定用。大多数葡聚糖在水中溶解度小，也不溶于有机溶剂，但能溶于稀碱溶液，而酸性粘多糖则均能溶于水。根据多糖溶解度的测定可以对其性质进行分析。
五、多糖结构分析的基本原理
多糖结构的分析较蛋白质结构分析复杂，这固然是因为组成多糖的单糖品种繁多(目前已知的单糖有200多种)，而且即使只有一种单糖组成的多糖，因其连接方式的不同以及可能有分支(蛋白质没有分支)，所以多糖的结构种类就很多。多糖结构的分析可使用物理方法如红外光谱、磁共振光谱，质谱、X-射线衍射，也可用化学降解法、酶降解、免疫化学法和放射化学方法等。但迄今还没有一种方法可以单独完成结构的分析，只有将各种方法彼此结合起来才能完成。本节只对多糖结构的化学测定法的基本原理作简要介绍。
(一)多糖组成成分分析
多糖的结构分析首先要了解其成分为何种单糖所组成，以及组成单糖之间的比例。确定多糖的组成成分常采用将多糖链降解的方法来进行。多糖链的水解可用酸、酶进行，也可用甲醇解和乙酰解进行。部分水解或选择性降解，则可以把大分子裂解成各种片段，然后以片段为单位进行分析。
1．酸水解 又包括完全酸水解和部分酸水解。用1～3mol/L硫酸或2mol/L三氟乙酸，80～100℃密闭加热6～8小时可以完全水解，得到的是单糖。部分酸水解常在温和的条件如0℃或室温下进行，得到较低分子量的寡聚糖。酸水解产物可用纸层析、薄层层析和气相层析等鉴定。纸层析和薄层层析常用的展开剂有正丁醇∶乙酸∶水(4∶1∶5)和正丁醇∶吡淀∶水(6∶4∶3)等，常用的显色剂有苯二甲酸氢苯胺或硝酸银-氨水等。当某些单糖在纸层析和薄层层析上分离不易判断时，也可采用某些单糖的特殊检测方法，如鼠李糖用巯基乙酸方法，半乳糖用半胱氨酸硫酸方法等。通过水解测出多糖中的单糖组成，并计算出各单糖成分间的分子比。
2．乙酰解 多糖链的乙酰解反应是在由乙酐∶乙酸∶水（10∶10∶1)组成的混合液中加热进行的，在一定的糖苷键处裂解。经过乙酰解反应可以生成乙酰化单糖和乙酰化寡糖，反应产物可用纸层析、薄层层析和气相层析鉴定。乙酰解是酸水解的一种有用的补充，相同糖苷键在酸水解和乙酰解中的速度是不同的，例如，1→6糖苷键在酸水解时相对稳定，而在乙酰解时却能被高度裂解。糖链可从这两种不同的方法中获得不同的片段，从不同的角度获得糖链的结构信息。
3．甲醇解 多糖链在80~100℃条件下与无水甲醇氯化氢反应能将糖链变成组成单糖的甲基糖苷，这些甲基糖苷能转化为三甲基硅醚衍生物或乙酰基衍生物，然后进行气相层析分析并与标准单糖对照，可得到组成多糖的各单糖的定量数据。
（二)多糖结构的甲基化分析
甲基化分析是多糖结构分析最有力的手段之一。用甲基化试剂可以将多糖中的各种单糖的游离羟基全部生成甲醚，接着通过水解释放出甲基化单糖，再经硼氢化钠还原成糖醇，进而乙酰化水解后生成的羟基，得到各种部分甲基化的糖醇乙酰衍生物。生成的产物用气相色谱进行定性和定量分析，可确定组成多糖链的各单糖种类和比例，进而从气相色谱-质谱联用方式，结合标准图谱的分析，可得到各种部分甲基化单糖衍生物的归属，从而确定各单糖的连接位置，即糖苷键的位置。甲基化分析虽然不能解决多糖中各种单糖的连接顺序，但它对于阐明单糖的连接方式（键型)具有至关重要的意义。甲基化的方法很多，常用的甲基化方法是Hakomori法，反应式如下：
由此所产生的甲基化多糖经酸水解成各种甲基化单糖，再将甲基化单糖制备成挥发性的衍生物，进行气相层析检定。
（三)多糖结构的过碘酸氧化及Smith降解
过碘酸氧化反应是一种选择性的氧化降解反应，能够作用于多糖分子中1，2-二羟基和1，2，3-三羟基而生成相应的醛或甲醛、甲酸。这些过碘酸的氧化反应都是定量反应，从高碘酸的消耗与甲醛、甲酸的生成，可以判断糖苷键的位置、直链多糖的缔合度、支链多糖的分支数目等。多糖链的过碘酸氧化反应通常在pH 3~5的水溶液中进行，用过碘酸盐为氧化剂，因双醛型的氧化产物在水中不稳定，因此需要在酸水解前用硼氢化钠将它们还原为醇，最后，通过水解产物的分析结果可获得糖链中单糖连接的类型是1→4，1→6，1→2，还是各种连接兼而有之。
1．1，2-连接糖苷键 1，2-连接的多糖经高碘酸氧化后的产物用硼氢化钾或硼氢化钠还原得到稳定的多羟基化合物，然后再用稀酸盐水解，得到甘油和甘油醛。
2．1，3-连接糖苷键 1，3-连接的多糖与高碘酸不起反应，经还原和水解后得到原来的单糖。
3．1，4-连接糖苷键 1，4-连接多糖经高碘酸氧化，还原，水解后最终产物为赤藓醇和乙醇醛。
4．1，6-连接糖苷键 1，6-连接的多糖经高碘酸氧化、还原、水解后最终产物为甘油和乙醇醛。
Smith降解是将过碘酸氧化产物进行还原，进行酸水解或部分酸水解。通常是在室温下用稀无机酸水解还原产物。Smith降解实际上是一种改良的过碘酸氧化，结果得到具有特征性的糖链的重复单元，从而可以获得更多的多糖结构的信息。
（四)多糖结构的酶降解测定法
利用酶作用的高度特异性来研究多糖分子结构，是一种非常重要的方法。不同性质的糖苷酶或称多糖酶能作用于不同性质的糖苷键，通过顺序降解，阐明多糖链的一级结构。降解多糖的糖苷酶可分为外切糖苷酶和内切糖苷酶两类。
1．外切糖苷酶 只能切下多糖非还原末端的一个单糖，并对单糖组成和糖苷键有专一性要求，因而通过水解达到糖链的逐步降解，提供有关单糖的组成、排列顺序以及糖苷键的α或β-构型的信息。常用的外切糖苷酶有以下几种：①β-D-半乳糖苷酶（β-D-galactosidase),②α-D-半乳糖苷酶（α-D-galactosidase)，③β-D-甘露糖苷酶（β-D-mannosidase)，④α-D-甘露糖苷酶（α-D-mannosidase)，⑤α-L-岩藻糖苷酶（α-L-fucosidase)，⑥N-乙酰-β-D-氨基己糖酶（N-acetyl-β-D-hexosaminidase)，⑦N-乙酰-α-D-氨基半乳糖酶（N-acetyl-α-D-galactosaminidase)。
对于N-糖链中常见的单糖，几乎都有相应的外切糖苷酶可供选择应用，但在将糖苷酶用于糖链的结构研究时，必须充分了解该糖苷酶对底物的专一性要求，为此，常常在糖苷酶名称的前面注明其来源。因为即使是同一种糖苷酶，由于来源不同，它们对底物糖苷键的取代位置也有不同的专一性要求。例如来源于苦杏仁、巨刀豆和大肠杆菌的β-D-半乳糖苷酶，对不同取代位置的半乳糖苷键水解能力也不相同。酶水解产物的鉴定与酸水解产物相同。
2．内切糖苷酶 内切糖苷酶可水解糖链内部的糖苷键，释放多糖链片段，有时还可将长的多糖链切断为较短的寡糖片段，以利于结构分析。常见的内切糖苷酶有以下几种：①内切-N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖酶（endo-N-acetyl-β-D-glucosaminidase),②内切-β-D-半乳糖苷酶（endo-β-D-galactosidase)。③内切-N-乙酰-α-D-氨基半乳糖酶（endo-α-D-galactosaminidase)，④肽-N-聚糖水解酶。
已应用于多糖结构研究的内切糖苷酶没有外切糖苷酶那样种类多和成熟，按其作用可以分为两类，一类是水解糖-糖之间的连接键，释放出部分糖链片段，如内切β-D-半乳糖苷酶。另一类是水解单糖-氨基酸或单糖-多肽之间的连接键，释放出完整的糖键结构，如内切N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖酶和肽-N-聚糖水解酶。
六、糖链与糖蛋白的生物活性
20世纪60年代就发现细胞表面密布有糖缀合物的糖链，推测它们是细胞之间识别的信息分子，以后随着研究的深入和技术、手段的不断改进，揭示出糖键惊人的多样性、复杂性及糖链与糖蛋白生物活性的不可分割性。
1．糖链与酶活性
糖链在酶的新生肽链折叠、转运和保护等方面普遍起作用。但糖链与成熟酶活性的关系因酶而异。有些酶除去糖链活性不受影响，如UDP-葡萄糖醛酸酶、酵母羧肽酶等。有些酶的活力依赖其糖链的存在，如溶酶体β-葡萄糖苷酶除去糖链后只有免疫原活性而完全没有酶活力。牛核糖核酸酶，含124个氨基酸残基，有A、B两种形式，A型不含糖，B型在它的Asn34位上有一条Man5-9GlcNAc2的高甘露糖型N-糖链。由于糖链对酶活性中心有屏蔽作用使B型活动比A型低，但对蛋白酶的抗性(稳定性)高于A型。组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)，由527个氨基酸残基组成，临床上用于治疗心肌梗塞。天然状态下t-PA在Asn117，Asn448位各有一条N-糖链，Thr61位还有一个Fuc。根据Asn184位糖基化与否可把t-PA分成Ⅰ型(有)有Ⅱ型(无)。比较两型的活性发现，Ⅰ型t-PA184位上糖链的存在使酶的催化活性(活化纤溶酶原的能力)降低。
2．糖链与激素活性
糖蛋白激素主要有腺垂体促激素类包括FSH(促卵泡激素)，LH(促黄体激素)和TSH(促甲状腺激素)以及胎盘绒毛膜促性腺激素和红细胞生成素(erythropoietion，EPO)等。FSH、LH和TSH均由α亚基和β亚基组成，两个亚基都有N-糖链。糖链呈高度不均一性，例如LH和TSH中糖链的外链末端有些是SO4--4GalNAcβ1→取代了典型的Siaα2→3Galβ1，而FSH中的糖链都是以Siaα2→3Galβ1→为末端的。已经证明，带有SO4--4GalNAcβ1→末端结构的激素对受体的亲和力比带有Siaα2→3Gal→末端的激素高，但在体内的半寿期前者比后者短，因为在肝脏网状细胞表面有特异结合SO4--4GalNAcβ1→为末端的糖链的受体，而Sia为末端的糖链则必须经唾液酸酶水解除去Sia从而暴露Gal后才能被半乳糖结合受体识别并清除。EPO是促进骨髓细胞成熟和增殖的激素，临床上用作治疗再生障碍性贫血的药物，由于天然EPO来源十分有限，现多采用基因工程方法生产。人EPO含165个氨基酸残基，在Asn24，Asn38和83三个位点各有一条N-糖链，在Ser165有一条O-GalNAc糖链，糖链的含量约占EPOMr和40%。N-糖链以四天线复杂型为主，部分为三天线和二天线。四天线糖链越多、体内活性越高，这可能与四天线糖链的EPO被肾脏滤去较少或归巢至骨髓靶细胞较多有关。N-糖链的核心五糖部分为EPO表现活性所必需，可能它参与蛋白质部分的构象维持。EPO属唾液酸糖蛋白，在体内的半寿期与N-末端的唾液酸化程度有关。
3．糖链与IgG活性
每分子IgG平均含糖链约三条，其中两条存在于Fc段每条重链的Asn297位，其余位于Fab段的高变异区的Asn-X-Ser/Thr位点。几乎全部N-糖链都是复杂型，非还原末端残基为Sia或Gal(去Sia)，少数为GlcNAc(去Sia-Gal)。IgG的N-糖链多达30余种，呈高度不均一性。含两个或一个末端Sia的糖链分布在Fab段；Fc段的糖链多数不含Sia，少数含一个Sia残基。Fc段的糖链和IgG与巨噬细胞上Fc受体结合和补体(C1q)激活有关。IgG的N-糖链缺失外链Gal(这种糖链称G0糖链)后，可成为一种自身抗原，被免疫系统识别而产生自身抗体。后者能与带有G0糖链的IgG生成免疫复合体，沉积于关节腔内，引起炎症。这种免疫复合体是由带G0糖链的IgGFc段(作为抗原)和带末端Sia的IgG(作为抗体)Fab段结合而成，实际上是IgG的自身聚合物。类风湿性关节炎、红斑狼疮等都是一种与IgG的糖链结构改变有关的自身疫病。
4．糖链介导的细胞识别功能
如Selectin家族的受体蛋白，它们介导白细胞与内皮细胞结合(L-Selectin)，白细胞与被激活或损伤的内皮的识别(E-Selectin)，和白细胞与激活的血小板或内皮的相互作用(P-Selectin)，识别时有唾液酸果糖链参与。由于同一个糖蛋白中的糖链具有许多不同的效应，所以现在仍未能建立一个糖结构与功能关系的一般规则；然而一个特殊的情况是：特定的糖序列对蛋白质的特异识别作用，例如甘露糖-6-磷酸受体结合所有的溶酶体酶，这些溶酶体酶在其寡甘露糖N-连接糖链上携带磷酸化的甘露糖残基。又如细胞粘附分子ELAM-1和GMP-140，它们能结合糖缀合物中唾液酸化的、岩藻糖化的乳糖胺序列。Stanley(1992年)认为糖影响蛋白质的整体构象从而影响由构象决定的所有功能，并将糖蛋白中糖链的功能归纳成糖链的分子内功能和糖链的分子间功能。糖链的分子内功能主要包括正确的折叠、细胞内定位、生物学活性、溶解性、抗原性、生物学半衰期和蛋白酶的敏感性，糖链的分子间功能主要包括对溶酶体的靶向性、组织靶向性、细胞间粘附和结合病原体。上述糖的特异识别功能便属于糖链的分子间功能。
(姚文兵)
第二章 脂类的化学
第一节 脂类的概念、分类及生理功能
一、 脂类的概念
脂类(Lipids，也称脂质或类脂)是广泛存在于自然界的一大类生物有机分子、脂类的元素组成主要是碳、氢、氧，有些脂类还含有氮、磷及硫，可以把脂类定义为脂肪酸(多是4碳以上的长链一元羧酸)和醇(包括甘油醇、鞘氨醇、高级一元醇和固醇)等所组成的酯类及其衍生物，不溶于水而溶于非极性溶剂(如乙醚、丙酮、氯仿等)
二、脂类的分类
脂类在化学组成上变化较大，因此给这类物质准确分类造成一定困难，但按其化学组成一般分为三大类：
1．单纯脂类(Simple lipid)
为脂肪酸与醇(甘油醇，高级一元醇)所组成的脂类，它又可分为脂、油及蜡三小类。
脂：一般在室温时为固态，是甘油与3分子脂酸结合所成的三酰甘油，称脂肪或真脂，也称中性脂。
油：指一般在室温时为液态的脂肪，正确的名称为脂性油。就化学本质来说，脂含较多饱和脂酸，油含较多不饱和脂酸和低分子脂酸。
蜡：高级脂酸与高级一元醇所生成的酯，如虫蜡、蜂蜡等。
2．复合脂类(cmpound lipid)
除含脂肪酸和醇外， 尚有其他称为非脂分子的成分。复合脂质按非脂成分的不同可分为：
(1) 磷脂 它们的非脂成分是磷酸和含氮碱(如胆碱，乙醇胺)。磷脂根据醇成分的不同，又可分为甘油磷脂(如磷脂酸、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等)和鞘氨醇磷脂(简称鞘磷脂)；
(2) 糖脂 其非脂成分是糖(单己糖、二己糖等)，并因醇成分不同，又分为鞘糖脂(如脑苷脂，神经节苷脂)和甘油糖脂(如单半乳糖基二酰基甘油、双半乳糖基二酰基甘油)。
鞘氨醇磷脂和鞘糖脂合称为鞘脂类(sphingolipid)。
3．衍生脂质(derived lipid)
衍生脂质是指由单纯脂质和复合脂质衍生而来或与之关系密切，但也具有脂质一般性质的物质，如：
(1) 取代烃 主要是脂肪酸及其碱性盐(皂)和高级醇，少量脂肪醛、脂肪胺和烃；
(2) 固醇类(甾类) 包括固醇(甾醇)、胆酸，强心苷、性激素、肾上腺皮质激素；
(3) 萜 包括许多天然色素(如胡萝卜素)，香精油，天然橡胶等；
(4) 其他脂质 如维生素A、D、E、K，脂酰CoA，类二十碳烷(前列腺素、凝血恶烷和白三烯)，脂多糖，脂蛋白等。
也有人把脂质分为两大类：一类是能被碱水解而产生皂(脂肪酸盐)的称可皂化脂质(saponifiablelipid)；另一类是不被碱水解生成皂的称不可皂化脂质(unsaponifiable lipid)，类固醇和萜是两类主要的不可皂化脂质。
三、 脂类的生理功能
脂类物质具有重要的生物学功能。脂肪(包括油)是机体代谢燃料的贮存形式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用(见脂类代谢章)；脂肪除供给能量外还可以提供必需脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等；脂肪亦可协助脂溶性维生素A、D、E、K和胡萝卜素等的吸收；此外脂肪酸组织较为柔软，存在于器官组织之间，使器官之间减少摩擦，对器官起保护作用。
类脂是构成生物膜的重要物质，几乎细胞所含有的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜结构的基本组成成分。此外类脂中的各种磷脂、糖脂和胆固醇酯也是各种脂蛋白的主要成分(见脂代谢章)。
脂类物质也可作为药物，如卵磷脂、脑磷脂用于肝病、神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗，多不饱和脂肪酸如二十碳五烯酸及二十二碳六烯酸有降血脂作用，亦可用于防治动脉粥样硬化。胆酸中的熊去氧胆酸、鹅去氧胆酸及去氢胆酸等均为利胆药，可治疗胆结石及胆囊炎等。此外胆固醇可作为人工牛黄的原料，蜂蜡常作为药物赋形剂及油膏基质等。
第二节 单脂的化学
一、 脂肪的化学结构
脂肪(fat)又称真脂或中性脂肪。它是甘油与三分子高级脂肪酸组成的脂肪酸甘油三酯，化学名称为三脂酰(基)甘油。自然界存在的脂肪中其脂肪酸绝大多数含偶数碳原子，脂肪的结构如下：
R1、R2、R3代表脂肪酸的烃基，它们可以相同也可以不同。R1=R2=R3，称为单纯甘油酯；三者中有两个或三个不同者，称为混合甘油酯。通常R1和R3为饱和的烃基，R2为不饱和的烃基。一般在常温下为固态的脂(脂肪)，其脂肪酸的烃基多数是饱和的；在常温下为液态的油，其脂肪酸的烃基多数是不饱和的。
二脂酰(基)甘油及单脂酰(基)甘油在自然界也存在，但量极少。
二、 脂肪酸
(一) 脂肪酸的种类
从动、植物和微生物中分离出来的脂肪酸已有百多种。在生物体内大部分脂肪酸都以结合形式，如甘油三酯、磷脂、糖脂等存在，但也有少量脂肪酸以游离状态存在于组织和细胞中。
脂肪酸(fatty acid，FA)是由一条长的烃链(“尾”)和一个末端羧基(“头”)组成的羧酸。烃链多数是线形的，分支或含环的为数很少。烃链不含双键(和三键)的为饱和脂肪酸(saturatedFA)，含一个或多个双键的为不饱和脂肪酸(unsaturated FA)。只含单个双键的脂肪酸称单不饱和脂肪酸(monounsaturated FA)；含两个或两个以上双键的称多不饱和脂肪酸(polyunsaturated FA)。不同脂肪酸之间的主要区别在于烃链的长度(碳原子数目)、双键数目和位置。每个脂肪酸可以有通俗名(common name)，系统名(systematic name)和简写符号。简写的一种方法是，先写出脂肪酸的碳原子数目，再写双键数目，两个数目之间用冒号(：)隔开。如［正］十八［烷］酸(硬脂酸)的简写符号为18∶0，十八［碳］二烯酸(亚油酸)的符号为18∶2。双键位置用Δ(delta)右上标数字表示，数字是指双键键合的两个碳原子的号码(从羧基端开始计数)中较低者，并在号码后面用c(cis，顺式)和t(trans，反式)标明双键的构型。例如顺，顺-9，12-十八烯酸(亚油酸)简写为18∶2Δ9c，12c。
(二) 饱和脂肪酸
动、植物脂肪中的饱和脂肪酸以软脂酸和硬脂酸分布广并且比较重要，常见的天然饱和脂肪酸如表2-3。
表2-3 重要的天然饱和脂肪酸
| 简写式 | 分子结构简式 | 系统名称 | 习惯名称 | m.p(℃) |
| 10∶0 | CH3(CH2)8COOH | n-十烷酸 | 癸酸 | 32 |
| (n-decanoic acid) | (capric acid) | |||
| 12∶0 | CH3(CH2)10COOH | n-十二烷酸 | 月桂酸 | 43 |
| (n-dodecanoic acid) | (lauric acid) | |||
| 14∶0 | CH3(CH2)12COOH | n-十四烷酸 | 豆蔻酸 | 54 |
| (n-tetradecanoic acid) | (n-myristic acid) | |||
| 16∶0 | CH3(CH2)14COOH | n-十六烷酸 | 软脂酸 | 62 |
| (n-hexadecanoic acid) | (n-palmitic acid) | |||
| 18∶0 | CH3(CH2)16COOH | n-十八烷酸 | 硬脂酸 | 69 |
| (n-octadecanoic acid) | (n-stearic acdi) | |||
| 20∶0 | CH3(CH2)18COOH | n-二十烷酸 | 花生酸 | 75 |
| (n-eicosanoic acid) | (arachidic acid) | |||
| 22∶0 | CH3(CH2)20COOH | n-二十二烷酸 | 山俞酸 | 81 |
| (n-docosanoic acid) | (n-behenic acid) | |||
| 24∶0 | CH3(CH2)22COOH | n-二十四烷酸 | 掬焦油酸 | 84 |
| (n-tetracosanoic acid) | (lignoceric acid) | |||
| 26∶0 | CH3(CH2)24COOH | n-二十六烷酸 | 蜡酸 | 89 |
| (n-hexacosanoic acid) | (cerotic acid) |
(三) 不饱和脂肪酸
在不饱和脂肪酸中比较重要的有亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等(表2-4)。
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表2-4 重要的天然不饱和脂肪酸
| 族 | 简写式 | 分子结构简式 | 系统名称 | 习惯名称 | m.p(℃) |
| ω-7 | 16:1Δ9 (16:1ω7) | CH3(CH2)5CH= CH(CH2)7COOH | 顺-9-十六碳-烯酸 (cis-9-hexadecenoic acid) | 棕榈油酸 (palmitoleic acid) | 0 |
| ω-9 | 18:1Δ9 (18:1ω7) | CH3(CH2)7CH= CH(CH2)7COOH | 顺-9-十八碳-烯酸 (cis-9-octadecenoic acid) | 油酸 (oleic acid) | 13 |
| ω-6 | 18:2Δ9,12 (18:2ω6,9) | CH3(CH2)3(CH2CH= CH)2(CH2)7COOH | 顺，顺-9，12-十八碳二 烯酸（cis,cis-9,12-oc- tadecadienoic acid) | 亚油酸 （linoleic acid) | -5 |
| ω-3 | 18:3Δ9,12,15 (18:3ω3,6,9) | CH3(CH2CH= CH)3(CH2)7COOH | 全顺-9,12,15-十八碳三烯酸（all cis-9,12,15- octadecatrienoic acid) | α-亚麻酸 (α-linolenic acid) | -17 |
| ω-6 | 18:3Δ6,9,12 (18:3ω6,9,12) | CH3(CH2)3(CH2CH= CH)3(CH2)4COOH | 全顺-6,9,12-十八碳三烯酸(all cis-6,9,12-oc- tadecatrienoic acid) | γ-亚麻酸 (γ-linolenic acid) | |
| ω-6 | 20:4Δ5,8,11,14 (20:4ω6,9,12,15) | CH3(CH2)3(CH2H= CH)4(CH2)3COOH | 全顺-5,8,11,14-二十碳四烯酸(all cis-5,8,11,14- eicosatetraenoic acid) | 花生四烯酸 （arachidonic acid) | -50 |
| ω-3 | 20:5Δ5,8,11,14,17 (20:5ω3,6,9,12,15) | CH3(CH2CH= CH)5(CH2)3COOH | 全顺-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸(all cis-5,8,11,14,17- eicosapentaenoic acid) | 鱼油五烯酸 （EPA) | -54 |
| ω-3 | 22:6Δ4，7，10，13，16，19 (22:6ω3，6，9，12，15，18) | CH3（CH2CH= CH)6（CH2)2COOH | 全顺-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸(all cis-4,7,10,13,16,19- docosahex(a)enoic acid) | DHA | |
| ω-9 | 24:5Δ15 (20:5ω9) | CH3(CH2)7CH= CH(CH2)13COOH | 顺–15-二十四烯酸 cis-15-tetracosenoic acid | 神经酸 (nervonic acid) | 39 |
(三) 必需不饱和脂肪酸
人体及哺乳动物能制造多种脂肪酸，但不能向脂肪酸引入超过Δ9的双键，因而不能合成如亚油酸和亚麻酸等。因为这类脂肪酸对人体功能是必不可少的，但人体自身不能合成必须由膳食提供，因此被称为必需脂肪酸(essential fatty acid)。
亚油酸和亚麻酸(α-亚麻酸)属于两个不同的多不饱和脂肪酸(PUFA)家族：omega-6(ω-6)和omega-3(ω-3)系列。ω-6和ω-3系列是分别指第一个双键离甲基末端6个碳和3个碳的必需脂肪酸。
亚油酸是ω-6家族的原初成员，在人和哺乳类体内能将它将变为γ-亚麻酸，并继而延长为花生四烯酸。后者是维持细胞膜的结构和功能所必需的，也是合成一类生理活性脂类，类二十碳烷化合物的前体。如果发生亚油酸缺乏症，则必须从膳食中获得γ-亚麻酸或花生四烯酸，因此在某种意义上它们也是必需脂肪酸。
α-亚麻酸是ω-3家族的原初成员。由膳食供给亚麻酸时，人体能合成ω-3系列的20碳和22碳成员：二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。体内许多组织含有这些重要的ω-3 PUFA；DHA在眼的视网膜和大脑皮层中特别活跃。大脑中约一半DHA是在出生前积累的，一半是在出生后积累的，这表明脂质在怀孕和哺乳期间的重要性。
人体内ω-6和ω-3PUFA不能互相转变。临床研究表明、ω-6 PUFA能明显降低血清胆固醇水平，但降低甘油三酯的效果一般，而ω-3 PUFA降低血清胆固醇水平的能力不强，但能显著地降低甘油三酯水平。它们对血脂水平的不同影响的生化机制尚不清楚。膳食中ω-6 PUFA缺乏将导致皮肤病变，ω-3必需脂肪酸缺乏将导致神经和视觉疑难症和心脏疾病。此外，必需脂肪酸缺乏会引起生长停滞，生殖衰退和肾、肝功能紊乱等。
大多数人可以从膳食中获得足够的ω-6必需脂肪酸(脂质形式)，但可能缺乏最适量的ω-3必需脂肪酸。有些学者认为，膳食中这两类脂肪酸的理想比例是4～10gω-6：1g ω-3。ω-6和ω-3必需脂肪酸的主要膳食来源见表2-5。
表2-5 ω-6和ω-3多不饱和脂肪酸的来源
| ω-6 | |
| 亚油酸 | 卫生资格考试网 |
| γ-亚麻酸和花生四烯酸 | 肉类，玉米胚油等(或在体内由亚油酸合成) |
| ω-3 | |
| α-亚麻酸 | 油脂(芝麻、胡桃、大豆、小麦胚、油菜籽) 种子，坚果(芝麻、大豆、胡桃) |
| EPA和DHA | 人乳 海洋动物：鱼(鲭、鲑、鲱、沙丁鱼)等，贝类，甲壳类(虾、蟹等) (或在体内由α-亚麻酸合成) |
第三节 复合脂类的化学
一、 磷脂类和鞘脂类
磷脂(phospholipid)是含有磷酸基的复合脂类，可分为甘油磷脂和鞘氨醇磷脂两大类。前者为甘油酯衍生物，而后者为鞘氨醇酯衍生物。磷脂是一类结构脂，为细胞膜的重要成分。
鞘磷脂(sphingomyelin)是含有一条长链状羟基化的仲胺结构的一类碱基化合物。该结构称鞘脂碱基(sphingolipid bases)，其中90%以上为(神经)鞘氨醇(sphingosine)。它的胺基与一份脂肪酸酰化从而生成神经酰胺(ceramide)。神经酰胺在动植物组织中含量较少，但却是构成鞘脂类的母体化合物。神经酰胺的伯醇基如与磷酸胆碱相连构成鞘磷脂，与糖类相连则构成糖鞘脂。鞘脂是髓磷鞘脂的重要成分。
(一) 甘油磷脂
甘油磷脂所含甘油的两个羟基和脂肪酸结成酯，第三个羟基被磷酸酯化，生成物为磷脂酸。磷脂酸的磷酸基再连接其它醇羟基化合物的羟基，即组成不同的磷脂。化学结构如下：
当X=H时即为磷脂酸(phosphatidicacid)，它是各种甘油磷脂的母体化合物。
磷酸甘油酯的两个长脂肪酸链，为非极性的尾部，而其余部分则为极性的头部，所以磷脂是两性脂类。磷酸甘油酯分子中一般含有一分子饱和脂肪酸(多连在C1上)和一分子不饱和脂肪酸(多连在C2上)。磷酸甘油酯结构中甘油的第二个碳原子是不对称中心，国际理论和应用化学联合会(IUPAC)和国际生物化学联合会(IUB)的生物化学命名委员会建议采用下列命名原则：
将甘油的三个碳原子指定为1、2、3位，2位上的羟基用投影式表示，一定要放在左边，这种编号称为立体专一编号，用sn(stereospecific numbering)表示，写在化合物的前面。根据这一命名原则磷酸甘油命名如下：
自然界存在的磷酸都属于sn-甘油-3-磷酸的构型，即L-构型，故可在系统名之前冠以L-α-或3-sn-。下面介绍几种重要的甘油磷脂。
1．卵磷脂(lecithin) 即磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine)，其结构如下：
式中R1和R2代表脂肪酸的烃基，其中R1是饱和的，R2是不饱和的烃基。常见的有硬脂酸、软脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、EPA、DHA等。
卵磷脂是白色油脂状物质，极易吸水。由于它含有相对多的不饱和脂肪酸，表面很容易被氧化，卵黄中卵磷脂的含量可达8%～10%，卵磷脂具有抗脂肪肝作用。
2． 脑磷脂(cephalin) 即磷脂酰胆胺(phosphatidylcholamine)，又叫磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)，其结构如下：
脑磷脂在动植物体中含量也很丰富，它与血液凝固有关，血小板的脑磷脂可能是凝血酶原激活剂的辅基。
3． 磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine) 又称丝氨酸磷脂，是磷脂酸的磷酸基团与丝氨酸的羟基连成的酯，其结构如下：
脑组织中丝氨酸磷脂的含量比脑磷脂还多，在体内丝氨酸磷脂可能脱羧基而转变成脑磷脂。
4． 磷脂酰肌醇(phosphatidyl inositols) 又称肌醇磷脂(inositolphosphatide)。它是磷脂酸结构中的磷酸基团与肌醇(环己六醇)相连接所成的酯。所生成的肌醇磷脂还可以再连接第二个，第三个磷酸基团，分别称为一磷酸肌醇磷脂和二磷酸肌醇磷脂等，其结构式如下：
①②③表明磷酸分子掺入结构的顺序可相应称为
肌醇磷脂、磷酸肌醇磷脂和二磷酸肌醇磷脂
肌醇磷脂常与脑磷脂在一起，在肝及心肌中大多为肌醇磷脂，而脑组织中多为一、二磷酸肌醇磷脂。
5． 缩醛磷脂(plasmalogen) 与一般甘油磷脂不同，它在甘油C1位(即α位)以与长链烯醇形成的醚键(脂性醛基)代替与脂肪酸形成的酯键。它的水解产物之一是长链烯醇，它很易互变异构成醛，因此缩醛磷脂具有醛反应。
氨基乙醇缩醛磷脂是最常见的一种。有的缩醛磷脂的脂性醛基在β位上，也有的不含氨基乙醇而含胆碱基。
缩醛磷脂可水解，随不同程度的水解而产生不同的产物。缩醛磷脂溶于热乙醇、KOH溶液，不溶于水，微溶于丙酮或石油醚，存在于脑组织及动脉血管，可能有保护血管的功能。
6． 二磷脂酰甘油(diphosphatidyl glycerol) 又称心磷脂(cardiolipin)，是由2分子磷脂酸与1分子甘油结合而成的磷脂，其结构式如下：
心磷脂大量存在于心肌，它有助于线粒体膜的结构蛋白质同细胞色素C的连接，是脂质中惟一有抗原性的。
甘油磷脂具有以下特征：它有一个高度极性的头部，都带电荷。因其碳氢尾部是从自然界各种脂肪酸以多种组合方式衍生而成，因此，甘油磷脂种类繁多。甘油分子C1上连接的脂酰(基)多属饱和的，而C2上所连接的脂酰(基)多为不饱和的。以红细胞卵磷脂的组成为例，它含有分子的碳氢链在C16～C24之间，其双键个数介于0～6之间。
C1：16∶0，61%；18∶0，24%；18∶1，10%，18∶2，0.6%
C2：16∶0，9%；16∶1，1.8%；18∶1，26%；18∶2，35%；18∶3，1.0%；
20∶3，4%；20∶4，12%；20∶5，0.5%；22∶6，1.6%
由于卵磷脂含有相对多的不饱和脂肪酸，表现易被氧化。
甘油磷脂极少溶解于水中，易形成微团。由于是两性脂类，因而它在构成生物膜结构中甚为重要。
所有的甘油磷脂在pH 7时，其磷酸基团带的是负电荷。
(二) 鞘氨醇磷脂
鞘氨醇磷脂简称(神经)鞘磷脂(sphingophospholipids)，由(神经)鞘氨醇、脂肪酸、磷酸及胆碱(或胆胺)各1分子所组成。是一种不含甘油的磷脂。神经鞘磷脂与前述几种磷脂不同，它的脂肪酸并非与醇基相连，而是借酰胺键与氨基结合。神经鞘氨醇与神经鞘磷脂的结构如下：
磷酸胆碱为鞘氨醇磷脂的极性头部，脂肪酸和神经氨基醇的长碳链为非极性尾部，即鞘氨醇磷脂也是两性脂类。神经鞘磷脂在脑和神经组织中含量较多，也存在于脾、肺及血液中，是高等动物组织中含量最丰富的鞘脂类。
二、 糖 脂
糖脂(glycolipid)是一类含有糖成分的复脂。糖鞘脂(glycosphingolipid)是其中的一部分，它包括脑苷脂类和神经节苷脂类。其共同特点是含有鞘氨醇的脂，共头部含糖。它在细胞中含量虽少，但在许多特殊的生物功能中却非常重要，当前引起生化工作者极大的重视。
糖脂的组成和神经磷脂相似，其结构都含有1分子神经酰胺(鞘氨醇及脂肪酸各一分子)。
(一) 脑苷脂类
脑苷脂(cerebroside)是脑细胞膜的重要组分，由β-己糖(葡萄糖或半乳糖)，脂肪酸(C22～26，其中最普遍的是α-羟基二十四烷酸)和鞘氨醇各1分子组成，因为是以中性糖作为极性头部，故属于中性糖鞘脂类。重要代表是：葡萄糖脑苷脂、半乳糖脑苷脂和硫酸脑苷脂(简称脑硫脂)。它们分子结构如下：
糖脂主要分布于脑及神经组织中，亦是动物细胞膜的重要成分。糖脂的非极性尾部可伸入细胞膜的双分子层结构，而其极性头部露出膜表面，且不对称地朝向细胞外侧定位。红细胞膜表面的糖脂使血液有不同的血型，现在已经有人用α-半乳糖苷酶处理B型血使其转变成O型血获得成功。
(二) 神经节苷脂类
神经节苷脂(ganglioside)是一类酸性糖脂，这是一类最复杂的糖鞘脂类，已从脑灰质、白质和脾等组织中分离出来。它的极性头部含有唾液酸，即N-乙酰神经氨酸，故带有酸性。人体内的神经节苷脂类中含有丰富的唾液酸；大脑灰质中含有丰富的神经节苷脂类，约占全部脂类的6%，非神经组织中也含有少量神经节苷脂。不同的神经节苷脂类所含的己糖和唾液酸的数目与位置各不相同。现已分离出几十种神经节苷脂，几乎所有的神经节苷脂都有一个葡萄糖基与神经酰胺以糖苷键相连，此外还有半乳糖、唾液酸和N-乙酰-D-半乳糖胺。神经节苷脂的组成如下：
其中唾液酸为神经节苷脂的极性头部。
神经节苷脂早在1940年就在神经节细胞中被发现而得名，它还存在于脾和红细胞中，是近年来颇受重视的一类糖脂。虽然在细胞膜中含量很少，但有许多特殊的生物功能，它与血型的专一性、组织器官的专一性有关，还可能与组织免疫、细胞与细胞间的识别、以及细胞的恶性变等都有关系。它在神经末梢中含量较丰富，可能在神经突触的传导中起着重要的作用。
除了上述的鞘氨醇糖脂以外还有甘油糖脂，甘油糖脂是由甘油二酯与己糖(主要为半乳糖或甘露糖)或脱氧葡萄糖结合而成的化合物。存在于绿色植物中，又称为植物糖脂。有的含1分子己糖，也有的含2分子己糖，如半乳糖甘油二酯和二甘露糖甘油二酯的结构如下：
三、 胆固醇和胆酸
胆固醇(cholesterol)是许多膜的重要脂类组份，其结构与前述各种脂类大不相同。胆固醇及胆固醇酯是人和动物体内重要的固醇类化合物。胆酸是胆固醇的衍生物，它是在体内从胆固醇演变而成的。
(一) 胆固醇
固醇类(sterol)是环戊烷多氢菲的衍生物。所有固醇类化合物分子都是以环戊烷多氢菲为核心结构。在甾核的C3上有一个羟基，在C17上有一分支的碳氢链。有α及β两型。
式中R为支链，C3上有羟基，α-或β-型就是根据C3羟基的立体位置与C10上甲基的位置来决定的。C3上的羟基位置与C10上甲基的位置相反者(即在平面下)称α-型，以虚线连接；与C10上甲基位置相同者(在平面上)称β-型，以实线连接。所有固醇的C10和C13上都有甲基。
固醇可分为动物固醇、植物固醇和酵母固醇三类，胆固醇是动物固醇中的一种。
胆固醇的结构式如下：
胆固醇大多以脂肪酸酯的形式存在，是高等动物细胞的重要组成部分，在神经组织和肾上腺中含量特别丰富，约占脑组织固体物质的17%。固醇类包括许多重要的激素，高等动物的性激素也在其中，事实上，胆固醇正是合成这些物质的前体。胆固醇及其酯还是胆汁酸的前体，是神经鞘绝缘物质，是维持生物膜的正常透过能力不可缺少的，同时它们还具有解毒功能。胆固醇呈弱两亲性，疏水部分可溶于膜的疏水内部，胆固醇的各六元环全部呈椅式构象，使其结构庞大且呈刚性，当其在膜脂中会破坏膜结构的规整性(regularity)。血清胆固醇为游离胆固醇与胆固醇酯的总和，正常值为(3.957+0.8)mmol/L［(153+31)mg/100ml］。在冠心病和动脉粥样硬化症中，粥样斑块是胆固醇等脂质沉积而成。胆结石症的胆石成分几乎都是胆固醇构成的。胆固醇在肝、肾和表皮组织含量也很多。据国外报道体内胆固醇长期偏低，是诱发癌症的因素之一。胆固醇易溶于氯仿、乙醚、苯及热乙醇中，不能皂化。它与毛地黄糖苷容易结合而沉淀。胆固醇在氯仿溶液中与乙酸酐及浓硫酸化合产生蓝绿色，这些性质常被用于胆固醇的含量测定。
(二) 胆酸与胆汁酸
胆酸(cholicacid)是由动物胆囊合成分泌的物质。根据分子中所含羟基的数目、位置与构型不同可有多种胆酸。至今发现的胆酸已超过100种，其中常用的不过数种，如胆酸(3α，7α，12α-三羟基胆酸)、去氧胆酸(3α，12α-二羟基胆酸)、猪去氧胆酸(3α，6α-二羟基胆酸)、鹅去氧胆酸(3α，7α-二羟基胆酸)、熊去氧胆酸(3α，7β-二羟基胆酸)及少量石胆酸(3α-羟基胆酸)。它们的结构如下：
胆酸(3α，7β-二羟基胆酸) 去氧胆酸
猪去氧胆酸 鹅去氧胆酸
熊去氧胆酸石胆酸
熊去氧胆酸作为胆石溶解药已收载于中国药典，此外还有利胆药去氢胆酸(dehydrocholic acid)，其结构如下：
胆汁酸(bileacid)是胆酸的衍生物。各种胆酸或去氧胆酸均可与甘氨酸(NH2·CH2·COOH)或牛磺酸(NH2·CH2·CH2·SO3H)以酰胺键结合，形成各种结合胆酸，甘氨胆酸和牛磺胆酸，称为胆汁酸。它们是胆汁有苦味的主要原因。胆汁酸是水溶性物质，在肝合成。胆囊分泌的胆汁，是胆汁酸的水溶液。由胆酸形成的两种胆汁酸的结构如下：
在胆汁中，大部分胆汁酸形成钾盐或钠盐，称为胆盐。胆盐是一种乳化剂，可促进脂肪的消化和吸收。
第四节 脂类的提取分离与分析
脂类存在于细胞、细胞器和细胞外的体液如血浆、胆汁、乳和肠液中。欲研究某一特定部分(例如红细胞、脂蛋白或线粒体)的脂类，首先须将这部分组织或细胞分离出来。由于脂类不溶于水，从组织中提取和随后的分级分离都要求使用有机溶剂和某些特殊技术，这与纯化水溶性分子如蛋白质和糖是很不相同的。一般说，脂类混合物的分离是根据它们的极性差别或在非极性溶剂中的溶解度差别进行的。含酯键连接或酰胺键连接的脂肪酸可用酸或碱处理，水解成可用于分析的成分。
一、脂类的提取与分离
(一) 脂类的有机溶剂提取
非极性脂类(三酰甘油、蜡和色素等)用乙醚、氯仿或苯等很容易从组织中提取出来，在这些溶剂中不会发生因疏水相互作用引起的脂类聚集。膜脂(磷脂、糖脂、固醇等)要用极性有机溶剂如乙醇或甲醇提取，这种溶剂既能降低脂类分子间的疏水相互作用，又能减弱膜脂与膜蛋白之间的氢键结合和静电相互作用。常用的提取剂是氯仿、甲醇和水(1∶2∶0.8，V/V/V)的混合液。此比例的混合液是混溶的，形成一个相。组织(例如肝)在此混合液中被匀浆以提取所有脂类，匀浆后形成的不溶物包括蛋白质、核酸和多糖用离心或过滤方法除去。向所得的提取液加入过量的水使之分成两个相，上相是甲醇/水，下相是氯仿。脂类留在氯仿相，极性大的分子如蛋白质、多糖进入极性相(甲醇/水)。取出氯仿相并蒸发浓缩，取一部分干燥，称重。
(二) 脂类的色谱分离
被提取的脂类混合物可采用色谱(层析)方法进行分级分离。例如硅胶柱吸附层析可把脂类分成非极性、极性和荷电的多个组分。硅胶是硅酸Si(OH)4的一种形式，一种极性的不溶物。当脂类混合物(氯仿提取液)通过硅胶柱时，由于极性和荷电的脂类与硅胶结合紧密被留在柱上，非极性脂类则直接通过柱子，出现在最先的氯仿流出液中，不荷电的极性脂类(例如脑苷脂)可用丙酮洗脱，极性大的或荷电的脂类(例如磷脂)可用甲醇洗脱。分别收集各个组分，再在不同系统中层析，以分离单个脂类组分。例如磷脂可分离成磷脂酰胆碱、鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺等。
此外可采用更快速，分辨率更高的高效液相色谱(HPLC)和薄层层析(TLC)进行脂类分离。TLC中层析板上被分离的脂类组分可喷上染料罗丹明(rhodamine)加以检测，因为它与脂类结合会发荧光；或用碘蒸气熏层析板，碘与脂肪酸中双键反应给出黄色或棕色，因而也能检测那些含不饱和脂肪酸的脂类。
二、脂类分析的原理
(一) 混合脂肪酸的气液色谱分析
气液色谱(GLC)可用于分析分离混合物中的挥发性成分。除某些脂类具有天然挥发性外，大多数脂类沸点很高，6碳以上的脂肪酸沸点都在200℃以上。因此进行分析前必须先将脂类转变为衍生物以增加它们的挥发性(即降低沸点)。为分析油脂或磷脂样品中的脂肪酸，首先需要在甲醇/HCl或甲醇/NaOH混合物中加热，使脂肪酸成分发生转酯［基］作用(transesterification)，从甘油酯转变为甲酯。然后将甲酯混合物进行气液色谱分析。洗脱的顺序决定于柱中固定液的性质以及样品中成分的沸点和其他性质。利用GLC技术，具有各种链长和不饱和程度的脂肪酸可以得到完全分开。
(二) 脂类结构的测定
某些脂类对在特异条件下的降解特别敏感，例如三酰甘油，甘油磷脂和固醇酯中的所有酯键连接的脂肪酸只要用温和的酸或碱处理则被释放。而鞘脂中的酰胺键连接的脂肪酸需要在较强的水解条件下被释放。专一性水解某些脂类的酶也被用于脂类结构的测定。磷脂酶A1，A2，C和D都能断裂甘油磷脂分子中的一个特定的键，并产生具有特别溶解度和层析行为的产物。例如磷脂酶C作用于磷脂，释放一个水溶性的磷酰醇如磷酰胆碱和一个氯仿溶的二酰甘油，这些成分可以分别加以鉴定以确定完整磷脂的结构。专一性水解及其产物的TLC或GLC相结合的技术常可用来测定一个脂的结构。确定烃链长度和双键的位置，质谱分析特别有效。
(姚文兵)
