有机化学教学课件：Chapt 23 类脂、萜类化合物、甾族化合物和生物碱

1、第二十三章类脂、萜类化合物、甾族化合物和生物碱类脂类脂是天然物质，具有共同的性质：在非极性溶剂中的溶解性比水中大。在其生物合成中都涉及乙酸。在许多的生物合成途径中，乙酰辅酶 A 是乙酸的来源。23.1乙酰辅酶 A辅酶 A的结构R = H; 辅酶 AR = CCH3; 乙酰辅酶 AO辅酶 A的反应性亲核酰基取代CH3CSCoAOHYCH3COY+HSCoA乙酰辅酶 A 是生物亲核试剂乙酰基的来源。辅酶 A的反应性反应经过烯醇化CH3CSCoAO乙酰辅酶 A 与生物亲电试剂在其 a 碳原子上反应。CSCoAOHH2CE+CH2CSCoAOE23.2脂肪、油和脂肪酸脂肪和油脂肪和油都是天然存在的甘油

2、三羧酸酯的混合物。脂肪是固体或半固体；油是液体。RCOCHCH2OCROCH2OCROOCH3(CH2)16COCHCH2OC(CH2)16CH3OCH2OC(CH2)16CH3OO脂肪和油三硬脂酸甘油酯 mp 72C脂肪和油2-油酰-1,3-二硬脂酰甘油： mp 43CCH2OC(CH2)16CH3CH2OC(CH2)16CH3OOCH2(CH2)6COCHOCHCHCH3(CH2)6CH2脂肪和油2-油酰l-1,3-二硬脂酰甘油mp 43CH2, Pt三硬脂酸甘油酯 mp 72CORCOCHCH2OCROCH2OCRO脂肪酸由脂肪和油水解得到的酸成为脂肪酸。 脂肪酸通常含有偶数个直链碳原子

3、。如果有双键存在的话，基本上是顺式的（ cis）。H2OHOCHCH2OHCH2OHOHOCRORCOHOHOCR脂肪酸OCH3(CH2)10COH十二酸月桂酸系统命名俗名OCH3(CH2)12COH十四酸肉豆蔻酸OCH3(CH2)14COH十六酸棕榈酸脂肪酸OCH3(CH2)16COH十八酸硬脂酸OCH3(CH2)18COH二十酸花生酸系统命名俗名脂肪酸OCHCHCH3(CH2)7(CH2)7COH系统命名: (Z)-9-十八碳烯酸俗 名: 油酸脂肪酸系统命名: (9Z, 12Z)-9,12-十八二碳烯酸俗 名: 亚油酸CHCHCH3(CH2)4O(CH2)7COHCH2CHCH脂肪酸系统命

4、名: (9Z, 12Z, 15Z)-9,12,15-十八碳三烯酸俗 名: 亚麻酸CHCHO(CH2)7COHCH2CHCHCH3CH2CHCHCH2脂肪酸系统命名: (5Z, 8Z, 11Z, 14Z)-5,8,11,14-二十碳四烯酸俗 名: 花生四烯酸HHHHHHHHOHO23.3脂肪酸的生物合成脂肪酸的生物合成脂肪酸的生物合成是通过乙酰辅酶A进行的。总的过程中使用的酶为脂肪酸合成酶。脂肪酸合成酶中一个关键的组成部分是酰基载体蛋白 (ACPSH).脂肪酸的生物合成脂肪酸生物合成的最初是酰基载体蛋白与乙酰辅酶A反应。CH3CSCoAO+HSACPCH3CSACPO+HSCoA脂肪酸的生物合成

5、第二个乙酰辅酶A与二氧化碳 （在生物体内以HCO3存在) 反应生成丙二酸单酰辅酶A。CH3CSCoAO+HCO3OCCH2CSCoAOO乙酰辅酶 A丙二酸单酰辅酶 A脂肪酸的生物合成然后丙二酸单酰辅酶 A 与酰基载体蛋白反应。OCCH2CSCoAOO丙二酸单酰辅酶 AACPSHOCCH2CSACPOO脂肪酸的生物合成丙二酸单酰ACP与乙酰ACP 反应形成C-C键并伴随脱羧。CH2CSACPOOCOCH3CSACPOCH2CSACPOCH3COS-丁酮酰ACP脂肪酸的生物合成接着，酮羰基被还原成仲醇。CH2CSACPOCH3COS-丁酮酰ACPNADPHCH2CSACPOCH3COHH脂肪酸的生

6、物合成醇脱水生成烯。CH2CSACPOCH3COHHCHCSACPOCH3CH脂肪酸的生物合成重复这样的过程，会得到6碳，8碳，10碳等等CH3CH2CH2CSACPOCHCSACPOCH3CH双键还原生成丁酰ACP。23.4磷脂磷脂磷脂是生物合成三甘酯的中间体。起始原料是 L-甘油 3-磷酸酯和合适的酰基辅酶A。CH2OPO3H2CH2OHHHO+RCSCoAORCSCoAO+CH2OPO3H2CH2OCRHRCOOO在这一步形成二酰化产物称为磷脂酸CH2OPO3H2CH2OCRHRCOOO磷脂酸再将磷酯水解CH2OPO3H2CH2OCRHRCOOO然后和第三个酰基辅酶 A 生成三甘酯。CH

7、2OHCH2OCRHRCOOOH2O然后和第三个酰基辅酶 A 生成三甘酯。CH2OHCH2OCRHRCOOORCSCoAOCH2OCRCH2OCRHRCOOOOCH2OPO3H2CH2OCRHRCOOO磷脂酸是生成卵磷脂的中间体。卵磷脂CH2OPO2CH2OCRHRCOOO(CH3)3NCH2CH2O+卵磷脂CH2OPO2CH2OCRHRCOOO(CH3)3NCH2CH2O+极性的“头”憎水的“尾巴”憎水的“尾巴”卵磷脂亲水 “头憎水(亲油) “尾巴细胞膜细胞膜是类脂的双层膜，每层都是由卵磷脂为主的结构组成。水水细胞膜细胞膜的内部是类似烷烃的结构。极性物质不能从膜的一边迁移到另一边。水水23.

8、5蜡蜡蜡是水排斥性固体，许多植物的叶子都有一层蜡。从结构上来说，蜡是酯的混合物，是由长链脂肪酸和长链醇形成的酯。蜡蜡是水排斥性固体，许多植物的叶子都有一层蜡。从结构上来说，蜡是酯的混合物，是由长链脂肪酸和长链醇形成的酯。CH3(CH2)14COCH2(CH2)28CH3O十六酸三十烷基酯: 蜂蜡的成分23.6前列腺素前列腺素前列腺素在许多的生物过程中都起作用。其生物合成可能是从亚油酸 (C18) 和花生四烯酸(C20)开始的。示例: PGE1 和 PGF1aOHOOOHOHHOHOOHOOHPGE1PGF1a23.7萜类: 异戊二烯规则萜类萜类化合物是天然产物，其结构与异戊二烯相关。H2CCC

9、H3CHCH2或异戊二烯(2-甲基l-1,3-丁二烯)萜类月桂烯是从月桂油中分离出来的，是典型的萜类化合物。CH2CH3CH3CCHCH2CH2CCHCH2或异戊二烯单元异戊二烯单元是指异戊二烯的骨架（不考虑双键）月桂烯含有两个异戊二烯单元异戊二烯单元月桂烯中的异戊二烯是 “头-尾”相连头尾尾头萜类化合物分类碳数单萜10倍半萜15二萜20三萜30四萜40萜的分类萜类化合物单萜的代表物：a-水芹烯(桉树)薄荷醇(薄荷)柠檬醛(柠檬草)OHOH萜类化合物单萜的代表物：a-水芹烯(桉树)薄荷醇(薄荷)柠檬醛(柠檬草)OHOH萜类化合物单萜的代表物：a-水芹烯(桉树)薄荷醇(薄荷)柠檬醛(柠檬草)萜类

10、化合物倍半萜的代表物：a-芹子烯(芹菜)H萜类化合物倍半萜的代表物：a-芹子烯(芹菜)H萜类化合物倍半萜的代表物：a-芹子烯(芹菜)萜类化合物二萜的代表物：维生素 AOH萜类化合物二萜的代表物：维生素 AOH萜类化合物二萜的代表物：维生素 A萜类化合物三萜的代表物：角鲨烯(鲨鱼的鱼肝油)异戊二烯单元尾-尾相连23.8异戊烯基焦磷酸酯:生物活性的异戊二烯单元生物活性的异戊二烯单元萜类化合物中的异戊二烯单元并不是来自与异戊二烯。而是来自于异戊烯基焦磷酸酯。异戊烯基焦磷酸酯 (5 个碳原子) 来自于乙酸酯 (2 个碳原子) 经过甲羟戊酸 (6 个碳原子).生物活性的异戊二烯单元CH3COHO3HOC

11、CH2CCH2CH2OHCH3OHO甲羟戊酸H2CCCH2CH2OPOPOHCH3OO异戊烯基焦磷酸酯异戊烯基焦磷酸酯H2CCCH2CH2OPOPOHCH3OO异戊烯基焦磷酸酯或OPP异戊烯基焦磷酸酯和二甲基烯丙基焦磷酸酯异戊烯基焦磷酸酯和2-二甲基烯丙基焦磷酸酯相互转化.OPPOPP二甲基烯丙基焦磷酸酯在烯丙基碳上有一离去基团（焦磷酸），在此位置对亲核取代反应有很强的反应性。异戊烯基焦磷酸酯二甲基烯丙基焦磷酸酯23.9萜的生物合成中C-C键的形成C-C键的形成关键过程涉及到异戊烯焦磷酸酯的双键作为亲核试剂进攻二甲基烯丙基焦磷酸酯的烯丙基碳。+OPPOPPC-C键的形成+OPPOPP+OPPO

12、PPCC 键形成后+OPP碳正离子失去一个质子生成双键。CC 键形成后.+OPPOPP碳正离子失去一个质子生成双键。H+CC 键形成后.OPP这个化合物称为香叶基焦磷酸酯，进一步水解生成香叶醇（玫瑰油）。CC 键形成后.OPPOH香叶醇H2O从 10 碳 到 15碳+OPPOPP香叶基焦磷酸酯+OPP从 10 碳 到 15碳+OPPH+OPP从 10 碳 到 15碳OPP该化合物为焦磷酸法呢酯，水解后得到法呢醇。从 15 碳 到 20碳OPP焦磷酸法呢酯与焦磷酸异戊烯酯反应有增加一个异戊二烯单元。OPP环化分子内C-C键的形成环。OPPOPP+E 型Z 型+OHH+H2O苧烯a-松油醇双环萜类

13、化合物+b-蒎烯+a-蒎烯23.10甾族化合物：胆固醇胆固醇的结构甾族化合物的基本骨架是四元环单元胆固醇的结构胆固醇在甾族化合物的基本骨架上进行了修饰HOCH3HHHCH3CH3CH3CH3胆固醇的结构胆固醇分子的一部分是异戊二烯类。但是有 27 个碳，与异戊二烯规则不符。HOCH3HHHCH3CH3CH3CH3胆固醇的生物合成胆固醇的生物合成是从角鲨烯开始，首先是将其转化为 2,3-环氧化合物胆固醇的生物合成胆固醇的生物合成是从角鲨烯开始，首先是将其转化为 2,3-环氧化合物.OO2, NADH, 酶胆固醇的生物合成为了理解第二步反应，需要将角鲨烯氧化物写成适合环化的几何构型。O胆固醇的生物

14、合成为了理解第二步反应，需要将角鲨烯氧化物写成适合环化的几何构型。OO胆固醇的生物合成环氧化合物的开环引发环化OH+胆固醇的生物合成环氧化合物的开环引发环化OH+HO+胆固醇的生物合成失去质子并伴随着负氢和甲基的系列迁移。HO+OH2HHHHOHH胆固醇的生物合成重排的产物是三萜化合物，称为羊毛甾醇。在一系列酶的催化下，羊毛甾醇转化为胆固醇。HOHH胆固醇胆固醇是一系列重要甾族化合物生物合成的前体。胆汁酸维生素 D皮质甾类化合物性激素23.11维生素 D胆固醇HOCH3HHHCH3CH3CH3CH3胆固醇是维生素D的前体。酶催化将胆固醇脱氢生成与双键共轭的第二个双键，该产物称为 7-脱氢胆固醇

15、。7-脱氢胆固醇HOCH3HHCH3CH3CH3CH3太阳光照射在皮肤表面将7-脱氢胆固醇转化为维生素 D3.维生素 D3HOHCH3CH3CH3CH3没有足够阳光的照射，会引起维生素D3 的缺乏，影响到 Ca2+ 传输和骨骼的发育。从而导致软骨病。23.12胆汁酸胆固醇HOCH3HHHCH3CH3CH3CH3胆固醇在肝中氧化降解侧链并在甾族的骨架上引入一系列 OH 基。胆汁酸中有大量的胆酸。胆汁酸胆酸的酰胺盐 (胆汁盐)如牛磺胆酸钠作为乳化剂来帮助消化。HOCH3HHHCH3CH3HOHHOOOH牛磺胆酸钠HOCH3HHHCH3CH3HOHHOONHCH2CH2SO3Na23.13皮质甾类化

16、合物胆固醇HOCH3HHHCH3CH3CH3CH3酶催化降解胆固醇的侧链，并将在甾族的骨架不同的位置氧化就可以将胆固醇转化为皮质甾类化合物。皮质醇皮质醇是皮质甾类化合物最丰富的异种。酶催化氧化皮质醇生成可的松。OCH3HHHCH3OHHOOOH可的松皮质甾类化合物在保持电解质水平、糖的代谢和抗过敏方面有重要的作用。OCH3HHHCH3OHOOOH23.14性激素睾丸酮睾丸酮是主要的雄性激素。OHHHH3CH3COH雌二醇雌二醇是雌性激素。HOHHHH3COH黄体酮抑制怀孕期的排卵。OHHHH3CH3CO23.15类胡萝卜素类胡萝卜素类胡萝卜素是天然色素。从结构来说，类胡萝卜素是四萜化合物，它们

17、有 40 个碳原子。两个 C20 单元以尾到尾相连。例如：番茄红素和b-胡萝卜素类胡萝卜素番茄红素 (西红柿)b-胡萝卜素 (胡萝卜)23-11223.15生物碱23-113生物碱生物碱是指存在于生物体内的有机碱物质。23-114生物碱的性质1. 具有旋光性，难溶于水，易溶于有机氯仿、乙醇、乙醚 等有机溶剂，与无机酸络合成盐而溶于水。利用此性质 可提纯化合物。2. 遇 K2HgI4 （碘化汞钾），碘化铋钾，I2-KI，10% 的苦 味酸，柠檬酸，单宁酸发生沉淀反应，利用这些性质检 验中草药中的生物碱的存在。3. 与1% 的矾酸铵-浓硫酸，1%的钼酸钠-浓硫酸，少量甲 醛-浓硫酸，浓硫酸，浓硝酸等发生颜色反应，检验生物 碱的存在23-115典型的生物碱烟碱： 又名尼古丁（Nicotine), 弱碱性物质。存在于烟草中， 1%左右剧毒。少量对中枢神经有兴奋作用，量大时，抑制中枢神经，心脏麻痹致死。23-116典型的生物碱咖啡碱（Caffein）茶叶中含1-5%，兴奋剂（兴奋神经），止痛，利尿。23-117典型的生物碱黄连素： 存在于黄柏，黄连中的一种异喹啉衍生物，可治疗胃炎23-118典型的生物碱吗啡碱吗啡碱主要存在罂粟植物（鸦片）中，1817年被提取纯化的生物碱，直到1952