科学网 › 标签 › 储存能量

标签: 储存能量

相关帖子	版块	作者	回复/查看	最后发表

没有相关内容

相关日志

脂肪与脂肪酸（1）: 热度 16 fdc1947 2017-8-1 07:58; 脂肪与脂肪酸（1）老华：嗨！老温：你好！昨天在超市付款处看见你，等我付完款，就看不见你了。老华：是，我去买了一桶油，家里那种油吃完了。老温：我正好想问问你油的问题，报纸上说的那些，我也实在搞不清楚。我问你，你吃什么油？老华：我是混搭着吃的。老温：我看报纸和电视上也是说混搭着吃油好，就是搞不清楚那些名称，什么脂肪酸、饱和不饱和的，什么欧米伽3，什么亚油酸、亚麻酸的，搞不清楚。你还是跟我从头简单地说一说吧。老华：好的，反正我们散步，边走边说吧。你说，我们吃的这些油脂都是从哪里来的？老温：这个我知道，植物油大多来自植物的种子，动物油则来自动物。老华：为什么植物的种子和动物身上要有油脂？那是它们储存能量的方式。动植物都需要储存能量。植物种子从发芽到生出根系自己能够吸收水分和其他营养物、长出叶子自己能够光合作用，中间总是需要有一个过程，这个过程靠的是种子储存的能量。动物从吃着一顿食物到吃下一顿，身体也需要能量的储存。储存能量的方式主要有两种，一种以“糖”也就是碳水化合物储存，另一种就是以脂肪的方式储存。老温：它们各有什么优缺点？老华：以糖的方式储存优点是放出能量快，比如，我们人体吸收了葡萄糖之后，把一部分葡萄糖合成为糖元，储存在肝脏和肌肉中，在需要的时候（骨骼、大脑、内脏等的运动）糖元可以迅速地水解为葡萄糖，供给能量。许多植物种子则主要以淀粉即多糖的方式存储能量。但是，与脂肪相比，糖所含有的能量密度较小，每一克糖类完全氧化可以放出4千卡能量，而每一克脂肪完全氧化则可以放出9千卡能量，是糖类的一倍还多。当然，其缺点是取用的过程比较复杂，并不是立刻可用。所以，人和动物都以两种方式同时储存能量。一方面是刚才所说的糖元，储存少量的能量。另一方面，把大量的能量储存在皮下脂肪里。可以想象，如果我们身上仅仅以糖的方式储存能量，老兄的肚子要比现在大一倍，体重要比现在增加20%以上。老温：那确实麻烦了。如果有的动物真是那样，该逃跑的跑不动了，该抓别人的却追不上，这种动物必定被淘汰。老华：脂肪在动物身上，不光是储存能量，也还保护我们的身体，一方面是保温，不使热量过快地散发（不然我们的祖宗早就冻死了），还要保护肌肉、内脏等在受到振动和打击时得到缓冲。老温：看来我们身体上没有脂肪还真不行。不过，我又想起来一个问题，为什么脂肪氧化放出的热量比糖类多？老华：这与它们的组成成分有关，糖和脂肪的组成都是碳氢氧三种元素，它们氧化的最后产物都是二氧化碳和水。化学上有一条定律，是说化学反应放出的能量值，只与反应物和最终的产物有关，而与化学反应的路径无关。如果糖和脂肪在动物体内完全氧化，所放出的热量与在体外燃烧所放出的能量是一样的。碳氢氧三种元素组成的分子，氧化时，碳生成二氧化碳，氢生成水，这些都放出能量。但是如果分子内已经有氧，在通常情况下，就说明碳或者氢本来就已经跟氧结合了，它们不可以再氧化放出能量了，所以要把这部分扣除。我们先看糖类，多糖的分子式一般为（C 6 H 10 O 5 ） n ，它们是由许许多多葡萄糖单体聚合而成的，式子里的n就表示许多。从分子式可以看出，多糖分子内氢原子数目是氧原子的一倍，与水一样，所以糖又称碳水化合物。计算氧化放能的时候，对放出能量有贡献的只是那些碳原子。而脂肪就不同了，它的分子组成中没有那么多氧原子，氢原子的成分却很多。老温：脂肪的结构和成分是怎么样的？老华：我们在这里说的脂肪，都属于甘油三酯。老温：甘油三酯？我们查体的时候，血液的一项指标就是甘油三酯。老华：不错，我们血液中的脂肪就是甘油三酯。所谓甘油三酯，打个比方吧，你见过西方人的烛台，有三个爪的那种…… 老温：是不是像我们汉字“山”那样的？老华：就是，我们的甘油分子就是这个形状，当然三个爪不在一个平面里，但是空间形状在这里无关紧要，我们只说组成成分。山字的三个“烛台”上各插着一根“蜡烛”。这些蜡烛我们称为“脂肪酸”。脂肪，就是这样插着三支蜡烛的烛台。老温：什么是脂肪酸？老华：你还记得中学化学学到的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷什么的？老温：记得，那是一串碳原子连在一起，边上都是氢原子。一个碳4个键，除了与碳相连之外，完全连上氢原子，所以叫烷。一个碳称甲烷，两个碳称乙烷，十个碳称癸烷，十一个碳称十一烷，接下去是十二烷、十三烷等等。我还记得他们的分子式是C n H 2n+2 。是不是？老华：正是如此。有时候，碳碳之间会形成双键，每有一个双键，分子就少两个氢，化学上就称氢没有饱和，这就是“不饱和”的来历。这种化合物就是“烯”，所谓乙烯、丙烯、丁烯直到十八烯、二十二烯等等之类的。这些烷烃、烯烃，就是汽油、煤油、柴油等的主要成分。老温：是，中学的化学就是这样说的，我依稀还记得。老华：你还记得乙酸，也就是醋酸吧？那是只有两个碳原子的羧酸。羧酸可以算是烃类氧化的一种产物。与上面的烷烃和烯烃相对应，有各种羧酸，例如有十六个碳原子的十六烷酸和十六烯酸，有十八个碳原子的十八烷酸、十八烯酸等等。那都可以看作相应的烷烃或烯烃最端头的碳原子被氧化的产物，而整个碳原子链则并没有什么变化。这些酸就是脂肪酸。如果脂肪酸的碳链对应的烃链是“饱和”的，也就是烷烃的烃链，这样的脂肪酸称为饱和脂肪酸。如果对应的是烃链是“不饱和”的，那就是不饱和脂肪酸。如果烃链中只有一个双键，那是“单不饱和”脂肪酸；有两个双键，那是“双不饱和”脂肪酸；三个双键，则称“三不饱和”，如此等等。有两个及两个以上双键的，都称“多不饱和”脂肪酸。老温：哦，原来如此。那“脂肪酸”这个词看起来就是从脂肪这里来的了？老华：是的。我刚才说了，脂肪酸就是插在甘油这个“蜡台”上面的蜡烛。当然，这只是一个比喻，那些“蜡烛”并不是笔直的，而是弯弯曲曲的。甘油这个蜡台插上了这三支蜡烛，也就是连接上了三个脂肪酸，就形成了一个脂肪的分子。老温：既然脂肪酸可以有许许多多种，同一个脂肪分子中的“三支蜡烛”是一样的还是不一样的？老华：当然可以是不一样的，一般来说也确实是不一样的。也正因为三个“蜡台”上可以插上不同的蜡烛，这样才形成了自然界许许多多种不同的油脂。老温：你举一些具体的例子吧。老华：实际上，每一种食用油并不是一种纯粹的分子，它们都是混合物。拿大豆油来说，各地所产的豆油，成分并不完全相同。为了说明这个问题，我们假设把这些“蜡烛”都拔下来，然后看看这些脂肪酸都有哪些品种，各含有多少百分比，这样做一个统计。豆油中的脂肪酸，大概有8%是十六烷酸，这是一种饱和脂肪酸，又称为“棕榈酸”；约4%是十八烷酸，也是饱和脂肪酸，又称“硬脂酸”；有约28%是十八烯酸，十八个碳原子，它们之间的键有一个是双键，所以是所谓“单不饱和脂肪酸”，又称“油酸”。老温：对不起，我插一句，这个双键在随便什么位置都一样吗？老华：不，这个双键的位置是固定的。十八烯酸有十八个碳原子，一个一个拉起来成一条链，有一头是酸，是要插在“蜡台”上的，我们把这一头算链的“头”，另一头就是链的“尾”（其他脂肪酸也都一样，酸的那一头算头，另一头算尾）。从尾算起，油酸的那个双键在第9个与第10个碳原子之间。为了说的简单些，我们规定，这种情况就说是从尾巴向前数，双键在第9个碳原子上。老温：这样规定也好，简单了一点，省得说第9和第10之间，太麻烦。老华：希腊字母的最后一个是Ω（小写ω，音欧米伽）。这样，人们把尾巴上的最后一个碳原子叫做Ω碳。上面所说从尾巴数起的第9个碳原子上的那个双键叫做Ω-9（或ω-9，或者偷偷懒，写为Ω9，或ω9）。用这样的符号，油酸就是“十八烯酸ω-9”，这样写就清楚了。老温：哦，这里的ω原来是这个意思。表示碳链的尾巴，明白了。老华：刚才说过，豆油有8%的十六烷酸（棕榈酸）；4%的十八烷酸（硬脂酸），那是饱和脂肪酸。28%的十八烯酸ω9（油酸），那是单不饱和脂肪酸。再继续说，豆油还有约53%的十八二烯酸ω6，又称亚油酸；还有约6%的十八三烯酸ω3，又称亚麻酸。后面两个则是多不饱和脂肪酸。老温：等等！亚油酸即十八二烯酸有两个双键，ω6就是从尾数起第6个碳，你刚才的意思就是6与7之间，另一个双键呢？老华：在这里两个双键之间要相隔两个单键，也就是一个双键、两个单键、再一个双键。十八烯酸ω6在6、7之间双键，7、8之间和8、9之间两个单键，9、10之间又一个双键。当然，余下的都是单键。老温：哦，那么亚麻酸也就是十八三烯酸ω3的三个双键就分别在3、4之间，6、7之间和9、10之间了。老华：对了，你会举一反三了。实际上，所有不饱和脂肪酸的ω后面，只有3、6、9三个数字。也就是说，这些双键，只在ω3、ω6和ω9原子上。我们再回到存储能量的问题上，脂肪酸一般是较长的一段碳链，拿硬脂酸也就是十八烷酸来说，分子式为 CH 3 (CH 2 ) 16 COOH ，总共18个碳、36个氢、2个氧。与十八烷很接近的，所以，脂肪的热值与柴油也很接近，也就容易理解了。从组成成分上来分析，它氧化时放出的能量比淀粉（多糖）多出一倍有余，就是很自然的事情。唷，我们已经转了一大圈了，该回家了。剩下的我们下次再聊？老温：好的，谢谢了！你让我略微弄懂了那“插着三支蜡烛的蜡台”。下次请你接着讲。老华：不客气，下次再聊。（未完待续）; 个人分类: 科学与生活|15597 次阅读|33 个评论

更多...

帐号		自动登录	找回密码
密码			注册

关闭 安全验证

标签: 储存能量

相关帖子

相关日志

关闭安全验证