脂肪酸

简介

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。1

脂肪酸可分成两类：一类是分子内不带碳碳双键的饱和脂肪酸，如硬脂酸、软脂酸等；另一类是分子内带有一个或几个碳碳双键的不饱和脂肪酸，最常见的有油酸，油酸的碳链中只有一个碳碳双键，所以又叫单不饱和脂肪酸。一般脂肪酸化合物的碳链都较短，其长度一般在18-36个碳原子，最少的就是12个碳原子，如月桂酸。不管饱和的或不饱和的，生物体内脂肪酸的碳原子数大多是偶数，极少含有奇数碳原子，尤其是在高等动植物体内主要存在12碳以上的高级脂肪酸，一般在14-24个碳，以16和18碳脂肪酸最为常见。奇数碳原子脂肪酸仅在一些植物、反刍动物、海洋生物、石油酵母等体内部分存在。2

含有多量饱和脂肪酸的甘油三酯在常温时往往是固体，例如牛油、羊油等，大多属动物脂肪。含有较多不饱和脂肪酸的甘油三酯在常温时往往是液体，例如玉米油、菜油等。植物和鱼类的油大多是不饱和脂肪酸的甘油酯。215

动物体内不能合成带有2-4个双键的不饱和脂肪酸，必须从食物中取得，因而这些脂肪酸就叫必需脂肪酸，也有人叫它维生素F。虽然已认为它们能降低血液中的胆固醇，但还没有证据能证明人会因为食物中缺乏这些脂肪酸而引起疾病。微生物中也含有不饱和脂肪酸，蓝细菌最独特之处是含有两个或多个双键组成的不饱和脂肪酸，而细菌通常只含有饱和脂肪酸和一个双键的不饱和脂肪酸。2

2022年，中国科学家通过电催化与生物合成相结合成功以二氧化碳和水为原料合成脂肪酸。

理化性质

（1）色泽与气味

纯净的脂肪酸是无色的，某些脂肪酸具有自己特有的气味。3

（2）密度

脂肪酸的相对密度一般都小于1，与其相对分子质量成反比，随温度的升高而降低，随碳链增长而减小，不饱和键越多密度越大。3

（3）熔点

脂肪酸的熔点随着碳链的增长呈不规则升高，奇数碳原子链脂肪酸的熔点低于其相邻的偶数碳脂肪酸，不饱和脂肪酸的熔点通常低于饱和脂肪酸，双键越多，熔点越低，双键位置越靠近碳链两端，熔点越高。3

引入一个双键到碳链中会降低脂肪酸的熔点，双键位置越向碳链中部移动，熔点降低越大，顺式双键产生的这种影响大于反式。双键增加熔点下降，但共轭双键不在此例。经过氢化、反化或非共轭双键异构化成共轭烯酸等都会提高熔点。每一个奇数碳原子脂肪酸的熔点，小于与它最接近的偶数碳原子脂肪酸的熔点，例如十七酸的熔点（ 61.3℃），既低于十八酸的（ 69.6℃），也低于十六酸的（62.7℃）。此现象不仅存在于脂肪酸，也见于其他长碳链化合物。4

（4）沸点

脂肪酸的沸点随碳链增长而升高，饱和度不同但碳链长度相同的脂肪酸沸点相近。3

（5）溶解性

低级脂肪酸易溶于水，但随着相对分子质量的增加，在水中的溶解度减小，以至溶或不溶于水，而溶于有机溶剂。一般脂肪酸越低级，不饱和度越高，其在有机溶剂中的溶解度也就越大，温度越高溶解度越大，碳链越长溶解度越小。3

物质的物理性质，是其化学组成与结构的表现。在高级脂肪酸中，存在非极性的长碳链和极性的-COOH基与-COOR基。碳链长短与不饱和键的多少各有差异，导致脂肪酸的各种物理与化学性质的差异有的很小，有的很大，有时微小的差别显示出重大的意义。4

脂肪酸可以用下面的方式表达它们的名称、碳原子数、不饱和双键的数目和位置。在表达它们的名称时，先写出碳原子的数目，再写出双键的数目，最后用△及右上角的数字表示双键的位置，并在双键位置数字后面加上c（cis，顺式）或t（trans，反式）表示双键的构型。例如，亚油酸的化学名称是顺，顺-9，12-十八烯酸。4

结构特点

天然脂肪酸的分子结构存在一些共同规律4：

（1）一般都是碳数为偶数的长链脂肪酸，14- 20个碳原子的占多数，最常见的是16或18个碳原子数的，如软脂酸（16：0）、硬脂酸（18：0）和油酸（18：1△9）。4

（2）高等动植物的不饱和脂肪酸一般都是顺式结构（cis），反式（trans）很少。4

（3）不饱和脂肪酸的双键位置有一定的规律：一个双键者，位置在9和10碳原子之间，多个双键者，也常有9位的双键，其余双键在C。与碳链甲基末端之间，两个双键之间有亚甲基间隔，如油酸（ 18：1△9）、亚油酸（ 18：2△9，12）、亚麻酸（ 18： 3△9，12，14）、花生四烯酸（20：4△5，8，11，14）。4

（4） 一般动物脂肪中含饱和脂肪酸多；而高等植物和在低温条件下生长的动物的脂肪中，不饱和脂肪酸的含量较高。4

天然三酰基甘油的饱和脂肪酸绝大多数都是偶碳数直链的，奇碳数链的极个别，含量也极少。4

饱和脂肪酸是非常柔韧的分子，理论上围绕每个C-C键都能相对自由地旋转，因而有的构像范围很广。但是，其充分伸展的构象具有的能量最小，也最稳定；因为这种构象在毗邻的亚甲基间的位阻最小。和大多数物质一样，饱和脂肪酸的熔点随分子重量的增加而增加。5

动植物脂质的脂肪酸中超过半数为含双键的不饱和脂肪酸，并且常是多双键不饱和脂肪酸。细菌脂肪酸很少有双键但常被羟化，或含有支链，或含有环丙烷的环状结构。某些植物油和蜡含有不常见的脂肪酸。6

哺乳动物和人体不能合成亚油酸和亚麻酸，而它们又是生长所必需的，需要由食物供给，故称为必需脂肪酸（ essential fatty acids）。这两种脂肪酸在植物中含量非常丰富，哺乳动物中的花生四烯酸是由亚油酸合成的，花生四烯酸在植物中含量很少。4

分类依据

自然界约有40多种不同的脂肪酸，它们是脂类的关键成分。许多脂类的物理特性取决于脂肪酸的饱和程度和碳链的长度，其中能为人体吸收、利用的只有偶数碳原子的脂肪酸。脂肪酸可按其结构不同进行分类，也可从营养学角度，按其对人体营养价值进行分类。按碳链长度不同分类。它可被分成短链（含2-4个碳原子）脂肪酸、中链（含6-12个碳原子）脂肪酸和长链（含14个以上碳原子）脂肪酸三类。人体内主要含有长链脂肪酸组成的脂类。1

脂肪酸由C、H、O三种元素组成，是一端含有一个羧基的脂肪族碳氢链，是许多复杂酯的组成成分。低级脂肪酸是无色液体，有刺激性气味，高级脂肪酸是蜡状固体，无明显气味。脂肪酸在有充足氧供给的情况下，可氧化分解为CO2和H2O，释放大量能量，因此是生物体的主要能量来源之一。3

脂肪酸有多种分类形式，分别分类如下。3

根据碳链长度的不同分类

可分为：短链脂肪酸、中链脂肪酸和长链脂肪酸。3

脂肪酸根据碳链长度的不同又可将其分为6：

短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA），其碳链上的碳原子数小于6，也称作挥发性脂肪酸（volatile fatty acids，VFA）；6

中链脂肪酸（Midchain fatty acids，MCFA），指碳链上碳原子数为6-12的脂肪酸，主要成分是辛酸（C8）和癸酸（C10）；6

长链脂肪酸（Longchain fatty acids，LCFA），其碳链上碳原子数大于12。一般食物所含的大多是长链脂肪酸。6

根据碳氢链饱和与不饱和分类

脂肪酸根据碳氢链饱和与不饱和的不同可分为3类6，即：

饱和脂肪酸（Saturated fatty acids，SFA），碳氢上没有不饱和键；6

单不饱和脂肪酸（Monounsaturated fatty acids，MUFA），其碳氢链有一个不饱和键；6

多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids，PUFA），其碳氢链有二个或二个以上不饱和键。6

（1）饱和脂肪酸碳氢链上没有不饱和键，一般从C4到C38。从4个碳至24个碳原子的脂肪酸常存在于油脂中，而24个碳原子以上的则存在于蜡中。根据分子中碳原子数的多少可分为低级饱和脂肪酸（碳原子数≤10，常温下为液态）和高级饱和脂肪酸（碳原子数>10，常温下为固态）。动植物油脂中最常见的饱和脂肪酸有丁酸、己酸、辛酸、癸酸和高级饱和脂肪酸如十六酸（软脂酸）与十八酸（硬脂酸），其次为十二酸（月桂酸）、十四酸（豆蔻酸）和二十酸（花生酸）等。3

（2）不饱和脂肪酸分子中含有一个或一个以上不饱和键的脂肪酸都称为不饱和脂肪酸。3

不饱和脂肪酸通常呈液态，大多为植物油，如花生油、玉米油、豆油、坚果油（即阿甘油）、菜籽油等。根据不饱和键的多少又可分为单不饱和脂肪酸（有一个不饱和键，如豆蔻油酸、棕榈油酸、菜籽油酸）和多不饱和脂肪酸（有两个或两个以上不饱和键，如亚油酸、亚麻酸）。不饱和脂肪酸以亚麻酸、亚油酸、油酸最为常见。3

现已发现一些多不饱和脂肪酸（从甲基端数起，最后一个不饱和双键的位置在第三和第四个碳原子之间的脂肪酸）对人体有特殊的功能。最重要的这类脂肪酸是C22：6（4，7，10，13，16，19-二十二碳六烯酸，即DHA）和C20，5（5，8，11，14，17-二十碳五烯酸，即EPA），它们都属于重要的功能性物质。研究表明：DHA有很好的健脑功能，并对老年性痴呆症、异位性皮炎、高脂血症有疗效；EPA能使血小板凝聚能力降低、出血后血液凝固时间变长、心肌梗死发病率降低等。除上述功能外，EPA还可降低血液黏度、提高高密度胆固醇（优质胆固醇）的浓度，降低低密度胆固醇（劣质胆固醇）的浓度，因此EPA被认为可能对心血管疾病有良好的预防效果。DHA和EPA最主要的来源是深海鱼油，如沙丁鱼、乌贼、鳕鱼等都有较多数量的DHA和EPA。3

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、坚果油（即阿甘油）、菜籽油等。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EPA和DHA，因而在室温下呈液态。6

根据能够满足机体需要的程度分类

（1）必需脂肪酸

动物能合成所需的饱和脂肪酸和油酸这类只含1个双键的不饱和脂肪酸，含有2个或2个以上双键的多双键脂肪酸则必须从植物中获取，故后者称为必需脂肪酸，其中亚麻酸和亚油酸最重要。花生四烯酸从亚油酸生成。花生四烯酸是大多数前列腺素的前体，前列腺素是能调节细胞功能的激素样物质。6

必需脂肪酸的最好来源是植物油，但在菜籽油和茶油中较其他植物油少。动物油脂中含量一般比植物油低，但相对来说，猪油比牛、羊脂含量多，禽类脂肪又比猪油多。肉类中鸡、鸭肉较猪、牛、羊肉含量丰富。动物心、肝、肾和肠等内脏中的含量高于肌肉，而瘦肉中含量比肥肉多。此外，鸡蛋黄中含量也较多。3

（2）非必需脂肪酸

大多数脂肪酸人体能够自身合成，可以不从食物中直接摄取，这类脂肪酸称为非必需脂肪酸。非必需脂肪酸主要是饱和脂肪酸。虽然饱和脂肪酸为非必需脂肪酸，摄入过量会增加体内血脂的含量，但由于它对人体特别是对人的大脑的发育起着不可替代的作用，所以如果长期摄入不足，势必会影响大脑的发育。因此应当根据实际情况来决定各种动物脂和植物油的摄入量。3

生化反应

氧化分解

β-氧化

脂肪酸不溶于水，在血液中与清蛋白结合后（10：1），运送至全身各组织细胞，在细胞的线粒体内氧化分解，释放出大量能量，以肝脏和肌肉最为活跃。1904年，Knoop刚苯环作标记，追踪脂肪酸在动物体内的转变，发现奇数碳脂肪酸衍生物被降解时，尿中检出马尿酸，若是偶数碳，尿中检出苯乙尿酸。推测脂肪酸酰基链的降解发生在β-碳原子上，即每次从脂酸链上切下一个二碳单位。后来的实验证明β-氧化学说是正确的，切下的二碳单位是乙酰CoA，脂肪酸进入线粒体前要先被活化。

1）脂肪酸的活化；7

2）脂酰CoA进入线粒体；7

3）脂酰CoA的β-氧化；7

脂酰CoA氧化生成乙酰CoA涉及四个反应—脱氢、加水、再脱氢、硫解。每一次产生1分子乙酰CoA和比原来少2个C的脂酰CoA。再进行下一轮β-氧化，如此循环反复。7

4）脂肪酸氧化的能量计算

1分子软脂酸（C16）经7次β-氧化可生成8个乙酰CoA、7个NADH和7个FADH2。每个乙酰CoA进入TCA循环生成3个NADH、1个FADH和1个GTP，并释放2分子CO2。7

以脂肪为能源时，生物体还可获得大量的水。骆驼的驼峰是储存脂的“仓库”，既可提供能量，又可提供所需的水。7

脂肪酸氧化的其他途径

（1）奇数碳原子脂肪酸的氧化。人体含微量奇数碳脂肪酸，许多植物、海洋生物和石油酵母等含一定量的奇数碳脂肪酸。其β-氧化除生成乙酰CoA外，还生成1分子丙酰CoA，后者在β-羧化酶及异构酶的作用下生成琥珀酰CoA，经TCA途径彻底氧化。7

（2）不饱和脂肪酸的氧化。机体中约一半以上的脂肪酸是不饱和脂肪酸，其中双键均为顺式（ cis）构型，它不能被烯脂酰CoA水化酶催化，该酶催化反式构型双键的加水过程，所以需要异构酶和还原酶参与才能使一般不饱和脂肪酸的氧化进行下去。如油酸是十八碳一烯酸（（cis-△9），细胞质中的油酸同样先活化生成油酰CoA，经转运系统生成线粒体基质中的油酰CoA，经三轮β-氧化生成3分子乙酰CoA和cis-△3-十二碳烯脂酰CoA，后者经异构酶转化为trans-△2一十二碳烯脂酰CoA，由烯脂酰CoA水化酶作用生成L-β-羟脂酰CoA，再经五轮β-氧化生成6分子乙酰CoA，总计生成9分子乙酰CoA。7

多不饱和脂肪酸的氧化还需一个特殊的还原酶参与进行。7

酮体

酮体（acetone bodies）是脂肪酸在肝脏进行正常分解代谢所生成的特殊中间产物，包括有乙酰乙酸（acetoacetic acid约占30%），β-羟丁酸（β?hydroxybutyric acid约占70%）和极少量的丙酮（acetone）。正常人血液中酮体含量极少，这是人体利用脂肪氧化供能的正常现象。但在某些生理情况（饥饿、禁食）或病理情况下（如糖尿病），糖的来源或氧化供能障碍，脂动员增强，脂肪酸就成了人体的主要供能物质。若肝中合成酮体的量超过肝外组织利用酮体的能力，二者之间失去平衡，血中浓度就会过高，导致酮血症（acetonemia）和酮尿症（acetonuria）。乙酰乙酸和β-羟丁酸都是酸性物质，因此酮体在体内大量堆积还会引起酸中毒。8

生物合成

脂肪酸合成部位

体内肝、肾、脑、肺、乳腺、脂肪等组织的细胞质中均存在脂肪酸的合成酶系，因此这些组织均能合成脂肪酸，但以肝的脂肪酸合成酶系活性最高，因此肝细胞是人体内合成脂肪酸的主要部位。9

脂肪组织虽然也能以葡萄糖代谢的中间产物为原料合成脂肪酸，其主要来源是小肠吸收的外源性脂肪酸和肝合成的内源性脂肪酸。9

软脂酸的合成是在细胞质完成，但脂肪酸链延长则是在线粒体和内质网完成。9

脂肪酸合成原料

合成脂肪酸的原料有乙酰辅酶A、HCO3-（C02）、NADPH和ATP，Mn2+可作为酶的激活剂。9

脂肪酸合成途径

生物体内由乙酰CoA合成脂肪酸的有：①非线粒体酶系合成途径：即胞浆酶系合成饱和脂肪酸途径。该途径的终产物是软脂酸，故又称为软脂酸合成途径，它是脂肪酸合成的主要途径。②线粒体酶系合成途径：又称饱和脂肪酸碳链延长途径。10

软脂酸

1.乙酰CoA的转移

乙酰CoA可由糖氧化分解或由脂肪酸、酮体和蛋白分解生成，生成乙酰CoA的反应均发生在线粒体中，而脂肪酸的合成部位是胞浆，因此乙酰CoA必须由线粒体转运至胞浆。但是乙酰CoA不能自由通过线粒体膜，需要通过一个称为柠檬酸-丙酮酸循环（citrate pyruvate cycle）来完成乙酰CoA由线粒体到胞浆的转移。8

首先在线粒体内，乙酰CoA与草酰乙酸经柠檬酸合成酶催化，缩合生成柠檬酸，再由线粒体内膜上相应载体协助进入胞液，在胞液内存在的柠檬酸裂解酶（citrate lyase）可使柠檬酸裂解产生乙酰CoA及草酰乙酸。前者即可用于生成脂肪酸，后者可返回线粒体补充合成柠檬酸时的消耗。但草酰乙酸也不能自由通透线粒体内膜，故必须先经苹果酸脱氢酶催化，还原成苹果酸再经线粒体内膜上的载体转运入线粒体，经氧化后补充草酰乙酸。也可在苹果酸酶作用下，氧化脱羧生成丙酮酸，同时伴有NADPH的生成。丙酮酸可经内膜载体被转运入线粒体内，此时丙酮酸可再羧化转变为草酰乙酸。每经柠檬酸丙酮酸循环一次，可使一分子乙酸CoA由线粒体进入胞液，同时消耗两分子ATP，还为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要。8

2.丙二酰CoA的生成

乙酰CoA由乙酰CoA羧化酶（acetyl CoA carboxylase）催化转变成丙二酰CoA（或称丙二酸单酰CoA），乙酰CoA羧化酶存在于胞液中，其辅基为生物素，在反应过程中起到携带和转移羧基的作用。该反应机理类似于其他依赖生物素的羧化反应，如催化丙酮酸羧化成为草酰乙酸的反应等。8

由乙酰CoA羧化酶催化的反应为脂肪酸合成过程中的限速步骤。此酶为一别构酶