生物化学第八章 脂类代谢课件

1、第八章 脂类代谢第一节脂肪的分解代谢第二节 脂肪的合成代谢第三节其他脂质的代谢 脂类（lipid）是脂肪和类脂（磷脂、糖脂、固醇和固醇酯）的总称。是指一类结构多样，难溶于水而易溶于非极性溶剂的生物有机分子。通常脂类可按不同化学组成分为三大类，即单纯脂类、复合脂类及衍生脂类。1. 单纯脂类 是由脂肪酸与醇脱水缩合形成的化合物，可分为甘油三酯和蜡，前者由3分子脂肪酸和1分子甘油组成，后者主要由长链脂肪酸和长链醇或固醇组成。2. 复合脂类 指分子组成中除脂肪酸和醇外，尚有其他非脂分子的成分，按非脂分子成分的不同可分为磷脂、糖脂和硫脂等。3. 衍生脂类 指一类不含脂肪酸，不能进行皂化反应的脂，包括固醇

2、类和萜类等。脂类的生物学功能主要包括：（1）脂肪是机体的良好能源, 脂肪的潜能比等量的蛋白质或糖高1 倍以上，通过氧化可为机体提供丰富的热能；（2）可作为生物体对外界环境的屏障，防止机体热量过多散失，也是许多组织器官的保护层；（3）脂类物质也是细胞质和细胞膜的重要组分（4）脂类代谢与糖代谢和某些氨基酸的代谢密切相关；（5）脂类广泛参与细胞间的信息传递和代谢调节：如二十碳多价不饱和脂肪酸可衍变成前列腺素、血栓素及白三烯等，在调节细胞代谢上具有重要作用；胆固醇可转变成维生素D3及类固醇激素从而调节钙代谢和发挥其他重要的生理调节作用；磷脂可代谢生成二脂酰甘油和三磷酸肌醇，作为某些激素的第二信使起到调

3、节代谢的作用。一、脂肪的水解 脂肪降解的第一步是水解成甘油和脂肪酸，此反应由脂肪酶（简称脂酶，lipase）催化。动物体内脂肪的消化需要三种脂肪酶的参与，即三酰甘油脂肪酶（脂肪酶）、二酰甘油脂肪酶和单酰甘油脂肪酶，逐步水解脂肪的三个酯键，最后生成甘油和脂肪酸。这三种酶水解的步骤如下（图8-1）： CH2OCOR1 R2OCOCH CH2OCOR3 L-脂肪（甘油三酯）图8-1 脂肪的水解脂肪的酶促水解二、甘油的氧化分解与转化（1）甘油先与 ATP 作用，在甘油激酶催化下生成-磷酸甘油。（2）再经磷酸甘油脱氢酶及辅酶I的作用，被氧化生成磷酸二羟丙酮，（3）磷酸二羟丙酮在变构酶作用下转化为 3-磷

4、酸甘油醛。甘油-磷酸甘油磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛三、脂肪酸的分解 脂肪酸分解代谢发生于原核生物的细胞质及真核生物的线粒体基质中。生物体内脂肪酸的氧化分解存在几条不同的途径，主要有-氧化、-氧化和-氧化，其中-氧化途径最为主要和普遍。3. 脂肪酸-氧化的过程 在动物和一般的植物组织中，脂肪酸的-氧化作用是在线粒体基质中进行的，但在发芽的油料种子内，-氧化还可以发生在乙醛酸循环体中。脂肪酸发生-氧化之前需要进行活化，然后再转运到氧化部位进入氧化过程。 脂肪酸的-氧化过程是在线粒体中进行的。 脂肪酸氧化过程可概括为四个阶段：（1）脂肪酸的活化（2）脂酰辅酶A转运入线粒体（3）脂肪酸-氧化过程：在线

5、粒体基质中进行的4个循环步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解。（4）经三羧酸循环被彻底氧化生成CO2和水并释放出能量等。（1）脂肪酸的活化 （细胞质中） 脂肪酸分解发生于原核生物的细胞溶胶及真核生物的线粒体基质中。脂肪酸进入线粒体之前，先被激活成脂酰-CoA，该反应由脂酰-CoA 合成酶催化，此酶存在于线粒体外膜需要 ATP 和 CoA 参与，反应实际是分两步进行： 总反应为：第一步反应：第二步反应：脂酰-CoA脂酰-CoA脂肪酸脂肪酸 由于体内焦磷酸酶可迅速将产物焦磷酸水解为无机磷，从而使活化反应自左向右几乎不可逆，形成一个活化的脂酰-CoA 需消耗 2 个高能磷酸键的能量。 活化后生成的脂酰Co

6、A极性增强，易溶于水；分子中有高能键、性质活泼；是酶的特异底物，与酶的亲和力大，因此更容易参加反应。（2）脂肪酸的转运（脂肪酸转入线粒体） 活化的脂肪酸在胞浆中，而氧化过程在线粒体内。短链或中等长度链（10个碳原子以下）的脂酰CoA通过渗透可以容易地通过线粒体内膜；但是长链的脂酰CoA不能自由通过线粒体膜，要进入线粒体基质就需要载体转运，转运脂酰-CoA 的载体是肉毒碱。脂酰肉毒碱转移酶脂酰 -CoA肉毒碱脂酰肉毒碱酯键酯酰CoA进入线粒体基质示意图 N+(CH3)3 CH2HO-CH2 COO-肉毒碱 OR-C N+(CH3)3 CH2-O-CH2 COO-酯酰肉毒碱CoASH OR-C-S

7、-CoA OR-C-OHATPCoASHAMP+PPi-氧化线粒体内膜内侧外侧载体酯酰肉毒碱肉毒碱 OR-C-S-CoACoASH（3）脂肪酸-氧化的反应历程 脂酰CoA在线粒体基质中进入氧化要经过四步反应，即脱氢、加水、再脱氢和硫解，降解生成一个二碳单位乙酰CoA和一个少两个碳的新的脂酰CoA。脂肪酸氧化最终全部生成乙酰CoA。 乙酰CoA再经TCA循环完全氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量。脱氢： 脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下，在、位碳原子之间脱氢，形成反式双键的脂酰CoA，即反式-2烯脂酰CoA。同时FAD接受氢被还原成FADH2。 水化：反式-2烯脂酰CoA在烯脂酰CoA水化酶

8、的催化下，在双键上加水生成L(+)-羟脂酰-CoA，此酶具立体化学专一性，只催化L-异构体的生成。 再脱氢：在-羟脂酰CoA脱氢酶催化下， L-羟脂酰CoA的位的羟基上脱氢氧化成-酮脂酰CoA，同时NAD+接受氢被还原成NADH。 硫解：在硫解酶（thiolase）即酮脂酰硫解酶催化下-酮脂酰CoA 被第二个CoA-SH 分子硫解，产生乙酰CoA和比原来脂酰CoA少2个碳原子的脂酰CoA 。 经上述 4 步反应，原脂肪酸脱掉 2 个碳单位，新形成的脂酰辅酶 A 又可经脱氢、加水、再脱氢和硫解四步反应进行再一次的-氧化作用。如此重复多次，1 分子长链脂肪酸即可分解成许多分子的乙酰-CoA。乙酰辅

9、酶A可以进入三羧酸循环氧化成CO2及H2O，也可以参加其他合成代谢。 脂肪酸氧化的总反应式软脂酰CoA + 7FAD + 7CoA + 7NAD+ + 7H2O 8乙酰CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ 以16碳的软脂酸为例：其-氧化过程 需经历7轮-氧化作用 ，生成8分子乙酰-CoA。7分子FADH2 ，7分子NADH。氧化的生化历程 乙酰CoAFAD FADH2 NAD +NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA 脱氢酶脂酰CoA -烯脂酰CoA 水化酶 -羟脂酰CoA 脱氢酶 -酮酯酰CoA 硫解酶RCHOHCH2COScoARCOCH2CO-SCoA RCH=C

10、H-CO-SCoA +CH3COSCoAR-COScoAH2O CoASHTCA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoAATPH20呼吸链H20呼吸链 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA（4）偶数碳饱和脂肪酸氧化的能量计算 脂肪酸-氧化是体内脂肪酸分解的主要途径，脂肪酸的完全氧化可为机体生命活动提供大量能量。对于偶数碳饱和脂肪酸，其氧化降解主要是先经历若干轮-氧化途径，其能量计算：脂肪酸的活化：消耗2个ATP 。 1 分子的ATP变成AMP，消耗了两个高能磷酸键 ，相当于少生成2个ATP 。 每一轮产生1个NADH，1个FADH2和1个乙酰CoA。 每1分子NADH经呼吸链氧化磷酸化可

11、产生2.5个ATP ，每1分子FADH2经呼吸链氧化磷酸化可产生1.5个ATP； 每分子乙酰-CoA 进入三羧酸循环彻底氧化产生3个NADH，1个FADH2,1分子GTP。 32.5+11.5+1=10 可折合为10个ATP。以软脂酸彻底氧化为例，1分子软脂酰CoA（C16-酰基-CoA）需经7轮-氧化，到最后生成8分子乙酰CoA，因此软脂酰CoA彻底氧化的化学计算为： 1分子软脂酰CoA 8乙酰CoA + 7FADH2 + 7NADH 8乙酰CoA （810）ATP = 80 ATP 7FADH2（71.5）ATP= 10.5 ATP 7NADH（72.5）ATP= 17.5 ATP 以上总

12、计为108个ATP 但是软脂酸活化为软脂酰CoA时消耗了2个高能磷酸键，净算下来：1分子软脂酸可生成106个ATP。106个ATP水解的标准自由能为： 106-30.54kJmol-1= -3237 kJmol-1， 软脂酸彻底氧化的标准自由能是： -9790 kJmol-1。 因此软脂酸经-氧化作用彻底氧化的能量转换率为： （30.54106）9790100%33% 即约有33%的能量转换成化学能贮存在高能磷酸化合物中。（5）不饱和脂肪酸的氧化 不饱和脂肪酸的氧化也是发生在线粒体中，它的活化和跨越线粒体内膜都与饱和脂肪酸相同，只是某些反应步骤还需要异构酶等的参与。 （6）奇数碳原子脂肪酸的氧

13、化 人体内和膳食中含极少量的奇数碳原子脂肪酸，一些植物和海洋生物能合成奇数碳原子脂肪酸，它们经历最后一轮-氧化作用后，除生成乙酰CoA外还生成1分子丙酰CoA；某些氨基酸如异亮氨酸、甲硫氨酸和苏氨酸的分解代谢过程中也有丙酰CoA生成； 反刍动物瘤胃中，碳水化合物经细菌发酵可产生大量丙酸，进入宿主细胞后，在硫激酶作用下活化成丙酰CoA。丙酰CoA有两条代谢途径， 一是生成琥珀酰CoA，这是动物体中的代谢途径； 另一条途径是通过-羟丙酸生成 乙酰CoA，这在植物和微生物中较普遍。 丙酰CoA转化成琥珀酰CoA，进入TCA 在该途径中，丙酰CoA先进行羧化，然后经过两次异构化，形成琥珀酰CoA（图8

14、-8）后可以进入TCA循环，其中第一步的羧化作用需要生物素，最后一步的变位作用需要维生素B12作为辅酶。ATP、CoASH丙酸的代谢甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoA硫激酶羧化酶变位酶三羧酸循环ATP、CO2 生物素CoB12丙酰CoA转化成乙酰CoA，进入TCA 丙酰CoA先经历-氧化的两步反应（脱氢和水化），生成-羟丙酰CoA，然后水解成-羟丙酸，后者继续氧化脱羧，形成乙酰CoA。形成的乙酰CoA可以汇入TCA循环进行代谢。（二）脂肪酸的其他氧化途径脂肪酸的-氧化途径 脂肪酸的-氧化是指脂肪酸在一些酶的催化下，其-碳原子发生氧化作用，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸。 在-氧

15、化途径中，脂肪酸不需活化，直接以游离脂肪酸作为底物，在-碳原子上发生羟化（-OH）或过氧化（-OOH），然后进一步氧化脱羧，其可能的机理如图8-9所示。 图8-9 脂肪酸的-氧化 长链脂肪酸在一定条件下，可直接羟化，产生-羟脂肪酸，再经氧化脱羧作用，形成以CO2形式去掉一个碳原子的脂肪酸；或在过氧化氢存在下，脂肪酸经过氧化物酶催化，形成D-过氧脂肪酸，再脱羧成为脂肪醛，然后被以NAD+为辅酶的专一性的醛脱氢酶氧化成脂肪酸。-氧化对于降解支链脂肪酸、奇数碳原子脂肪酸、或过长链脂肪酸（如脑中C22和C24的脂肪酸）有重要作用，哺乳动物降解绿色蔬菜中的植醇也是通过这种途径而实现的。已经发现-氧化障碍

16、者不能氧化植烷酸，而牛奶和动物脂肪中均有此成分，其在人体内大量堆积便可引起Refsum氏病（遗传性运动失调多发性神经炎）。可见脂肪酸的-氧化对于人类健康还是必不可少的。2. 脂肪酸的-氧化途径 -氧化是指脂肪酸在混合功能氧化酶等酶的催化下，其碳（末端甲基碳）原子发生氧化，先生成-羟脂酸，继而氧化成,-二羧酸的反应过程。最后生成的,-二羧酸可以从两端进行-氧化降解。该过程可简示如下图8-10。图8-10 脂肪酸的-氧化 由于-氧化降解在脂肪酸分解代谢中不占重要地位，所以从发现以来未受到重视。近年来从土壤中分离出的许多细菌及某些海面浮游生物均具有-氧化途径，能将烃类和脂肪酸迅速降解成水溶性产物，这

17、种降解过程首先进行的是-氧化作用，生成二羧基脂肪酸，而后再通过-氧化进行降解，这使得有些海面浮游细菌对脂肪酸分解速率达0.5gm-2 d-1），对清除海洋中的石油污染具有重大意义，因此-氧化作用的研究日益受到重视。（三）产物乙酰CoA的去向1. 在动物肝脏线粒体中，脂肪酸降解生成的乙酰CoA最主要是进入三羧酸循环及电子传递系统，彻底氧化分解，产生CO2和H2O，放出能量。2. 在动物体内，乙酰CoA还可以作为类固醇、脂肪酸合成的前体，生成胆固醇和脂肪酸。3. 但在动物的肝、肾、脑组织中，尤其在饥饿、禁食、糖尿病等情形下，乙酰CoA还有另一条去向，最终生成乙酰乙酸、D-羟丁酸和丙酮，这三种产物统

18、称为酮体 。 肝脏线粒体中的乙酰CoA走哪一条途径，主要取决于草酰乙酸的可利用性。 （1）当脂肪酸分解和糖类降解平衡时，有足够的草酰乙酸与乙酰CoA结合成柠檬酸，乙酰CoA进入TCA氧化分解而产生能量。（2）饥饿状态下或糖尿病情况下，草酰乙酸离开TCA，参与糖异生用于合成葡萄糖。只有少量乙酰CoA可以进入TCA，大多数乙酰CoA进入酮体合成途径。用于合成酮体。 由于生成的酮体自肝脏输出到肝外组织转变为乙酰CoA利用，因此脂肪酸在肝中的氧化仍可继续进行。肝脏中酮体的合成步骤见图8-11。酮体的生成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）脂肪酸硫解酶2CH3COSCoACH3COCH2COSCoA乙

19、酰乙酰CoAHOOCCH2-C-CH2COSCoA |CH3OH |HMGCoA裂解酶HMGCoA合成酶CH3COSCoACoASH-氧化CH3COCH2COOHCH3CHOHCH2COOH乙酰乙酸丙酮-羟丁酸脱氢酶CO2NADH+H+NAD+CH3COCOOH脱羧酶CoASH. 肝外组织对酮体的利用 在肝脏中，催化酮体生成的酶类很活泼，但没有能利用酮体的酶类，相反肝外许多组织具有活性很强的利用酮体的酶。因此，肝脏线粒体合成的酮体，迅速透过线粒体并进入血液循环，送至全身。酮体的分解途径见图8-12。 乙酰乙酸、3-羟丁酸血液肝外组织乙酰乙酸乙酰乙酰CoA乙酰CoATCA。（1）乙酰乙酸乙酰乙酰

20、CoA 乙酰CoA （2）-羟丁酸乙酰乙酸 乙酰CoA （3）丙酮 丙酮酸或乳酸糖异生 在细胞中，酮体进一步分解成 乙酰CoATCA，产生ATP。 酮体的分解乙酰乙酰CoA硫解酶转移酶琥珀酰CoACoASH-氧化乙酰乙酸脱氢酶NADH+H+NAD+乙酰CoA2-羟丁酸琥珀酸-羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰CoA而被氧化TCACO2丙酮去路（1）随尿排出（2）直接从肺部呼出（3）转变为丙酮酸或甲酰基及乙酰基,供其他代谢途径利用。如合成糖原。酮体生成的意义 （1）酮体是肝外组织的重要能源。酮体是脂肪酸分解代谢的正常产物，是肝脏输出能源的一种形式。酮体分子小易溶于水

21、，能通过血脑屏障及肌肉内毛细血管壁，是肌肉、尤其是脑组织的重要能源。（2）酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。酮体的生理意义： 肝脏输出能源的一种形式。缺葡萄糖时，可利用酮体氧化分解功能以节约葡萄糖，与脂肪酸相比，酮体能更为有效的代替葡萄糖，机体的这种安排是把脂肪酸的氧化集中在肝脏中进行，在那里先把他消化为酮体，再输出，以利于其他组织利用。酮血症和酮尿症 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。在某些生理情况(饥饿、高脂低糖饮食)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

22、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，导致酮血症和酮尿症。 乙酰乙酸和-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。4. 乙醛酸循环。 乙醛酸循环又称乙醛酸途径，此途径只存在于植物和微生物中。在不少的细菌、藻类和处于一定生长阶段的高等植物（如油料种子萌发时）体内，其脂肪酸水解的主要产物乙酰CoA还可以通过这条途径，将2分子乙酰CoA合成1分子四碳化合物琥珀酸。乙醛酸循环在乙醛酸循环体内进行。（四） 脂肪酸分解代谢的调控 脂肪酸最主要的分解代谢途径是-氧化，其限速步骤是活化的脂酰CoA从线粒体外转运至线粒体内。在参与转运的酶及蛋白质中，关键的调控位点

23、是脂酰肉碱转移酶I，它强烈的受丙二酸单酰CoA的抑制，而后者在脂肪酸合成中担负着重要角色。 当细胞中能荷较高时，丙二酸单酰CoA含量丰富，使脂酰肉碱转移酶I活性降低，脂酰CoA不能穿膜进入线粒体。并且，当细胞中能荷较高时，参与-氧化的另外两酶的活性也会被抑制，其中-羟脂酰CoA脱氢酶被NADH抑制，硫解酶被乙酰CoA抑制。第二节 脂肪的合成代谢 生物体内脂肪的合成是十分活跃的，特别是在高等动物的肝脏和脂肪组织，而小肠粘膜在脂类吸收后，也能合成大量脂肪；高等植物也能大量合成油；微生物却很少合成。 在高等动、植物中，三酰甘油合成的原料为：-磷酸甘油和脂肪酸。 CH2OCOR1 R2OCOCH CH

24、2OCOR3 L-脂肪（甘油三酯）一、磷酸甘油的生物合成 甘油三酯水解（如脂肪动员）生成甘油。甘油在细胞内的再利用必须先形成-磷酸甘油，此活化过程由甘油磷酸激酶催化完成。肝、肾及小肠粘膜中均富含甘油磷酸激酶。甘油 -磷酸甘油 组织细胞中-磷酸甘油也可来自糖代谢的中间物质磷酸二羟丙酮，后者经磷酸甘油脱氢酶催化生成-磷酸甘油。反应是可逆的。由于脂肪组织缺乏有活性的甘油激酶，因此脂肪组织中脂肪合成所需要的-磷酸甘油来自此途径。 磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油 二、脂肪酸的生物合成 生物机体内脂类的合成是十分活跃的，脂肪酸合成过程比较复杂。 脂肪酸的生物合成部位是在细胞液中进行。 脂肪酸合成的碳源前体为乙酰

25、CoA合成产物软脂酸（十六碳饱和脂肪酸）合成过程包括：（1）饱和脂肪酸的从头合成；（细胞质中）（2）脂肪酸碳链的延长合成；（线粒体和内质网 ） （一）饱和脂肪酸的从头合成 指以二碳物CH3CO-SCoA为原料，在乙酰CoA羧化酶和脂肪酸合成酶系的作用下，逐步延长碳连合成脂肪酸的过程。原料：乙酰CoA 、ATP、Mn2+、生物素辅助因子：反应需要ACP、ATP、CO2、Mn2+和NADPH2乙酰CoA的来源及转运乙酰CoA来源： 糖代谢丙酮酸乙酰CoA（线粒体） 脂肪酸分解代谢乙酰CoA（线粒体） 氨基酸氧化分解乙酰CoA乙酰CoA的转运： 生成乙酰CoA的反应(丙酮酸脱羧、AA 氧化、-氧化)

26、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。 但乙酰CoA不能自由通过线粒体膜，需要通过一个称为三羧酸转运体系（柠檬酸穿梭）来完成乙酰CoA由线粒体到胞浆的转移 。柠檬酸穿梭 柠檬酸穿梭途径是指乙酰-CoA与草酰乙酸结合形成柠檬酸，然后通过三羧酸载体透过膜，再由膜外柠檬酸裂解酶裂解成草酰 乙酸和乙酰-CoA。草酰乙酸又被 NADH还原成苹果酸再经氧化脱羧产生CO2 、NADPH和丙酮酸。丙酮酸进入线粒体后，在羧化酶催化下形成草酰乙酸，又可参加乙酰-CoA转运循环。 柠檬酸穿梭过程：（1）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。（2

27、）胞液内存在的柠檬酸裂解酶可使柠檬酸裂解产生乙酰CoA及草酰乙酸。前者用于生成脂肪酸，后者可返回线粒体补充合成柠檬酸时的消耗。（3）草酰乙酸不能自由通透线粒体内膜，在苹果酸酶作用下，氧化脱羧生成丙酮酸，同时生成NADPH。（4）丙酮酸可经内膜载体被转运入线粒体内。（5）每经循环一次，可使一分子乙酰CoA由线粒体进入胞液，同时消耗2分子ATP，还为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要。 图8-15 乙酰CoA从线粒体到细胞质的转运柠檬酸草酰乙酸丙酮酸H2OATPCO2乙酰辅酶A丙酮酸羧化酶线粒体内膜线粒体基质胞液三羧酸载体柠檬酸草酰乙酸乙酰CoAATP,CoASHADP+Pi柠檬酸裂解酶苹果

28、酸丙酮酸NADH+H+NAD+NADP+NADPH+H+CO2丙酮酸氧化 脂肪酸氧化 氨基酸氧化苹果酸脂肪酸合成苹果酸酶线粒体膜胞液 线粒体基质 丙酮酸 丙酮酸 苹果酸 草酰乙酸 柠檬酸 柠檬酸 乙酰CoA NADPH+H+ NADP+ 苹果酸酶 CoA 乙酰CoA ATP AMP PPi ATP柠檬酸裂解酶 CoA 草酰乙酸 H2O 柠檬酸合酶 苹果酸 CO2CO2柠檬酸丙酮酸穿梭2. 丙二酸单酰CoA的形成 脂肪酸的从头合成需要HCO3，参入脂肪酸链的二碳单位不是乙酰CoA而是丙二酸单酰CoA。以合成1分子软脂酸为例，合成中所需的8个乙酰CoA中，只有1个是以乙酰CoA形式，而其它7个均以

29、丙二酸单酰CoA形式参与合成反应。 丙二酸单酰CoA是由乙酰CoA和HCO3在乙酰CoA羧化酶的催化下形成的，该酶的辅基为生物素，反应中消耗ATP，其反应为：乙酰CoA + ATP + HCO3- + H+ 丙二酸单酰CoA + ADP + Pi 乙酰CoA羧化酶ATP、Mn2+生物素大肠杆菌中的乙酰CoA羧化酶是由两种酶和一种蛋白组成的复合体。其中的蛋白质作为生物素的载体，称为生物素羧基载体蛋白，生物素共价连接到该蛋白的一个赖氨酸的-氨基上。乙酰CoA羧化酶的两种酶为生物素羧化酶和羧基转移酶。真核生物的乙酰CoA羧化酶是含有多个亚基的寡聚体，每个亚基兼具原核生物中三种组分的功能，但只有当它们

30、聚合成完整的寡聚酶后才有活性。乙酰CoA羧化酶的作用机制可简要表示为图8-16。乙酰CoA的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤，故乙酰CoA羧化酶的活性控制着脂肪酸合成的速率。BCCP-CO2HCO23生物素羧化酶ADP+PiATPBCCP 羧基转移酶CH3SCoAOCCH2SCoAOCHOOC图8-16 乙酰CoA羧化酶的作用机制3. 脂肪酸链的形成脂肪酸合酶系统 从乙酰-CoA 和丙二酸单酰辅酶 A 开始的脂肪酸合成反应由脂肪酸合成酶系催化。在大肠杆菌中，脂肪酸合酶系统（FAS）包含以下六种酶和一种载体蛋白。 乙酰CoA-ACP酰基转移酶丙二酸单酰CoA-ACP酰基转移酶-酮脂酰-A

31、CP合酶、-酮脂酰-ACP还原酶、-羟脂酰-ACP脱水酶、烯脂酰-ACP还原酶酰基载体蛋白（ACP）。六种酶以ACP为中心，有序地组成多酶复合体。 酰基载体蛋白(ACP)的结构：（1）酰基载体蛋白：ACP-Ser-CH2-4-磷酸泛酰巯基乙胺（与脂肪酸降解中CoA携带脂酰基相似）， ACP上的SH与脂酰基酯化，使4-磷酸泛酰巯基乙胺成为一个摇臂可以携带脂酰基由一个酶转到另一个酶上。图8-18 ACP的辅基结构（2）以没有酶活性的酰基载体蛋白为中心，其它酶围成一簇。脂肪酸合成过程中的中间产物以共价键与ACP相连。但不同生物其合酶系统的组装形式不同动物中，脂肪酸合酶是二聚体，每一个亚单位含有1个A

32、CP和7种蛋白。多软脂酰-ACP硫酯酶。大肠杆菌，该酶是一个多酶体系，由7条多肽链组成。其中1条链是ACP，其余6条链是酶。酵母，1个ACP和6种蛋白（酶）定位于2条多功能的多肽链。脂肪酸合成酶系结构模式中央巯基SH外围巯基SHACP乙酰CoA:ACP转移酶 丙二酸单酰CoA:ACP转移酶-酮脂酰-ACP合酶 -酮脂酰-ACP还原酶 -羟脂酰-ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶 脂肪酸合成过程中的中间产物，以共价键与ACP辅基上的-SH基相连，ACP辅基就象一个转动的手臂，携带脂肪酸合成的中间产物依次转到各酶的活性中心，发生各种反应。 除ACP上有一活性巯基外，-酮脂酰-ACP合酶上也有一个活

33、性巯基（图8-20），它是脂肪酸合成过程中脂酰基的另一个载体。因此，脂肪酸合酶系统上有两种活性巯基用于运载脂肪酸，通常把ACP上的叫中央巯基，-酮脂酰-ACP合酶上的叫外围巯基。图8-20 FAS中的活性巯基(2) 从头合成的反应历程 从头合成是以乙酰CoA为起点，在其羧基端由丙二酸单酰CoA逐步添加二碳单位，合成不超过16碳的脂酰基，该过程由脂肪酸合酶体系催化完成。整个脂肪酸从头合成过程可以分为以下几个步骤（图8-21）：反应历程：包括启动反应、丙二酸酰基的装载、四步循环、释放。其中四步循环：合成、还原、脱水、还原、脂酰ACP转到合成酶的SH上（与第一个循环的乙酰基相同），最后硫脂酶催化软脂

34、酰基-ACP水解，释放软脂酸。软脂酸合成的反应流程CH3CO-SHOOCCH2CO-SCH3CHCH2CO-SSHOHSHSHCH3CH=CHCO-SSHSHSH OCH3C-S|SHNADP+NADPHHSCoA乙酰SCoA 丙二单酰-SCoACoASHNADP+NADPHH2OCO2软脂酸H2O进位链的延伸水解 OCH3C-S|SHCH3COCH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH脂肪酸生物合成的反应历程-烯丁酰ACPCH3COCH2C0-SACP 丁酰ACPCH3CH(OH) CH2C0-SACP CH3CH= CH2C0-SACP CH3CH2CH2C0-SACP -酮丁酰AC

35、P-羟丁酰ACPCH3COCoACH3COACPHOOCCH3COACPHOOCCH3COCoACH3COCoACO2 + ACPC2C2C2C2C2C2NADPHNAD P+NADP+NADPHH2O CH3(CH2)14C0-SACP+CO2ACP 起始 “引物”乙酰CoA连到FAS上，为转酰基反应。 乙酰CoA在乙酰CoA-ACP酰基转移酶催化下，乙酰基被转移到中央巯基上，再转运至-酮脂酰-ACP合成酶的巯基上。但在哺乳动物体内不经过乙酰-S-ACP中间体。 丙二酸酰基转移反应 丙二酸单酰CoA-ACP酰基转移酶催化丙二酸加载到ACP上。在此反应中，ACP的自由巯基攻击丙二酸单酰CoA的

36、羰基，形成丙二酸单酰ACP。此时一个丙二酸单酰基与ACP相连,另一个脂酰基(乙酰基)与-酮脂酰-ACP合酶相连。为下一步缩合反应分别生成了所需的两种底物。 缩合反应 此步反应为-酮脂酰-ACP合酶催化下的乙酰基和丙二酸单酰基的缩合反应。丙二酸单酰-ACP的脱羧活化了它的次甲基，使之成为一个好的亲核基团，可攻击乙酰基团的羰基碳原子，形成的产物是连在ACP上的乙酰乙酰基团。同位素实验证明，释放的CO2来自形成丙二酸单酰CoA形成时所羧化的HCO3，羧化上的C原子并未掺入脂肪酸，HCO3 在脂肪酸合成中只起催化作用。 还原反应 由-酮脂酰-ACP还原酶催化，是脂肪酸合成中的第一个还原反应，此还原反应

37、类似于-氧化中发生在-碳原子上的氧化反应，NADPH作为还原剂，产物为D-构型的-羟丁酰ACP。值得注意的是脂肪分解氧化时形成的是L型。 脱水反应 由-羟脂酰-ACP脱水酶催化实现，产物为，-反式-丁烯酰-ACP（巴豆酰ACP）。 再还原反应 形成（n+2）脂酰-ACP，这步还原反应由NADPH作为电子供体，在-碳原子上发生反应，由烯脂酰-ACP还原酶催化。第一次循环，产生丁酰-S-ACP。丁酰CoA CH3 CH2CH2C-SACP O CH3COCH2C-SACP -酮丁酰ACP| OCH3CSACP乙酰ACP|+-羟丁酰ACP脱水酶 -酮丁酰ACP还原酶 NAD P+NADPHCoASH

38、 O OHO-C-CH2C-S-ACP 丙二酸单酰-ACP| OH OCH3-CH-CH2-C-S-ACP-羟丁酰-ACP| OCH3CH CH-C-S-ACP=,-烯丁酰ACP|H2O -烯丁酰ACP还原酶NADP+NADPH缩合酶第二次循环，丁酰-S-ACP的丁酰基由ACP转移至-酮脂酰-ACP合酶上，再接受第二个丙二酸单酰基，进行第二次缩合、还原、脱水和再还原，即可得到己酰ACP。如此不断地进行循环，多数生物的脂肪酸合成步骤仅限于经过7次循环后形成软脂酰ACP（16C）。对链长有专一性的酶是-酮脂酰ACP合酶，它不能接受16C酰基。奇数碳原子的饱和脂肪酸也由此途径合成，只是起始物为丙二酸

39、单酰-ACP，而不是乙酰-ACP，逐加的二碳单位也来自丙二酸单酰-ACP。 释放 在动物细胞中，脂酰基碳链延伸到16个碳原子时即行停止，即生成软脂酰-ACP时，需要软脂酰-ACP硫酯酶作用，使软脂酸从脂肪酸合酶系统中被释放出来。这步反应实际上是水解反应：脂肪酸生物合成的反应历程-烯丁酰ACPCH3COCH2C0-SACP 丁酰ACPCH3CH(OH) CH2C0-SACP CH3CH= CH2C0-SACP CH3CH2CH2C0-SACP -酮丁酰ACP-羟丁酰ACPCH3COCoACH3COACPHOOCCH3COACPHOOCCH3COCoACH3COCoACO2 + ACPC2C2C2

40、C2C2C2NADPHNAD P+NADP+NADPHH2O CH3(CH2)14C0-SACP+CO2ACP综上所述，脂肪酸合成每循环一次，碳链延长2个碳原子；CO2虽然在脂肪酸合成中参与起初的羧化反应，但在缩合反应中又重新释放出来，并没有消耗，它似乎仅仅起催化剂作用；在羧化反应中消耗ATP，此ATP由糖酵解提供；每次循环，历经两次还原，消耗2NADPH2H+，实验表明，脂肪酸合成需要的NADPH有40%是由磷酸戊糖途径提供的，其余部分可由糖酵解间接生成。从头合成一分子软脂酸的总反应式如下（利用细胞质中的乙酰CoA）：8乙酰CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP + H2O

41、软脂酸 + 8CoASH + 14NADP+ + 7ADP + 7Pi4. 脂肪酸从头合成与-氧化的比较a. 两条途径运行方向相反 氧化：每经历一次脱氢、加水、脱氢、裂解的循环反应，脂肪酸减少两个碳片段，生成一分子乙酰CoA。 从头合成：每经历一次缩合、还原、脱水、还原的循环反应，脂肪酸延长两个碳片段。b. 两条途径的中间产物基本相同脂肪酸的氧化和从头合成的异同（二）饱和脂肪酸碳链的延长 由于-酮脂酰-ACP合酶最多只能接受14C的酰基，不能接受16C酰基。因此，从头合成只能合成16C的软脂酸，较长碳链的脂肪酸如18C的硬脂酸和20C的花生四烯酸等，必须由另外的延长系统完成。催化脂肪酸碳链延长

42、的酶系统，在不同生物体内不同部位作用方式不甚相同，参见表8-2。脂肪酸碳链延长的不同方式细胞内进行部位动物 植物线粒体 内质网 叶绿体、前质体 内质网加入的一碳单位酯酰基载体电子供体乙酰CoA 丙二酸单酰CoA 丙二酸单酰CoACoA CoA ACPNAD(P)H NADPH NADPH 不明确动物体内可由两个酶系统经两条不同的途径来完成，一条途径是由线粒体中的酶系统催化，以乙酰CoA为二碳延长单位，形成18C的硬脂酰CoA，该延长过程相当于脂肪酸-氧化过程的逆转，只是第二次还原反应由还原酶而不是脱氢酶催化，电子载体为NADPH而不是FADH2；另一条途径是由粗糙内质网中的酶系统将碳链延长，该

43、过程与从头合成过程相似，只是脂酰基的载体为CoA而不是ACP。线粒体系统：1. 反应部位线粒体2. 合成原料乙酰CoA3. 引物12、14、16碳脂酰CoA4. 酰基载体CoASH5. 递氢辅酶NADH、NADPH6. 延伸方式每次延长两个碳单位7. 终产物最长24碳脂肪酸8. 酶系与-氧化略有不同，用烯脂酰还原酶而不是脂酰CoA脱氢酶反应历程：（不完全为-氧化的逆过程） 脂酰CoA + 乙酰CoA （1） -酮脂酰CoA硫解酶 -酮脂酰CoA + CoASH （2） -羟脂酰CoA脱氢酶 + NADH L-羟脂酰CoA + NAD （3） L-羟脂酰CoA 水合酶 反-烯脂酰CoA + H2

44、O （4） 烯脂酰CoA 还原酶 + NADPH 脂酰CoA + NADP 水解产生相应碳数的脂肪酸 CH3-(CH2)14-COSCoA + CH3-COSCoA （1）-酮脂酰辅酶A硫解酶 CH3-(CH2)14-CO-CH2-COSCoA NADH （2） -羟脂酰辅酶A脱氢酶酶 NAD CH3-(CH2)14-CH(OH)-CH2-COSCoA （3）L-羟脂酰辅酶A水合酶 CH3-(CH2)14-CH=CH-COSCoA +H2O NADPH （4） 烯脂酰辅酶A还原酶 NADP CH3-(CH2)14-CH2-CH2-COSCoA植物的脂肪酸延长系统有两个：叶绿体或前质体只负责将软

45、脂酸转变为硬脂酸，这一过程类似于从头合成途径；碳链的进一步延长则由内质网上的延长系统完成。（三）不饱和脂肪酸的合成（自学）(四) 脂肪酸合成的调节 乙酰CoA羧化酶在脂肪酸合成中将乙酰CoA转化为丙二酸单酰CoA，后者是脂肪酸合成的重要起始物之一。乙酰CoA的羧化反应为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤，故乙酰CoA羧化酶的活性高低控制着脂肪酸合成的速度。 丙二酸单酰CoA是由乙酰CoA和HCO3在乙酰CoA羧化酶的催化下形成的，该酶的辅基为生物素，反应中消耗ATP，其反应为：乙酰CoA + ATP + HCO3- + H+ 丙二酸单酰CoA + ADP + Pi 乙酰CoA羧化酶ATP、Mn

46、2+生物素乙酰CoA羧化酶为别构酶，其无活性的单体与有活性的多聚体之间可以互变。是脂肪酸合成的限速步骤，柠檬酸增强酶活性，是重要的调节物。1、在动物体内，乙酰CoA羧化酶有无活性的单体和有活性的多聚体两种形式，乙酰CoA羧化酶的每个单体具有一个乙酰CoA结合部位和一个柠檬酸结合部位，当柠檬酸结合到每个单体上时，能促进无活性的单体聚集成有活性的多聚体形式，从而加速脂肪酸的合成；2、软脂酰CoA是该酶的变构抑制剂，它抑制单体的聚合，从而抑制脂肪酸的合成。3、乙酰CoA羧化酶的活性也受到共价修饰的调节。当乙酰CoA羧化酶上某些丝氨酸残基结合磷酸基团后，酶分子处于失活状态；脱去磷酸基团后酶分子处于活化

47、状态。4、细胞的能荷水平的调节。当细胞处于高能荷状态时，线粒体中乙酰CoA和ATP含量丰富，可抑制三羧酸循环中异柠檬酸脱氢酶的活性，使柠檬酸浓度升高，柠檬酸透出线粒体到达细胞质中，促进乙酰CoA羧化酶单体的聚合，加速脂肪酸的合成。当细胞含有过量的脂肪酸时，软脂酰CoA增多，可别构抑制乙酰CoA羧化酶的活性，从而导致脂肪酸合成的抑制。三、脂肪的生物合成原料：-磷酸甘油 和脂酰CoA。是由3-磷酸甘油逐步与三分子脂酰CoA缩合生成的（图8-23）。合成部位： 肝、脂肪组织、小肠是合成的主要场所（脂酰CoA转移酶在内质网细胞液侧），肝的合成能力最强。3-磷酸甘油先与两分子脂酰CoA缩合形成磷脂酸，反应由磷酸甘油脂酰转移酶催化。磷脂酸在磷酸酶催化下脱去磷酸生成二酰甘油。后者再与一分子脂酰CoA缩合形成三酰甘油，反应由二酰甘油脂酰转移酶催化。三酰甘油的生物合成磷酸甘油酯酰转移酶磷酸甘油酯酰转移酶二酰甘油酯酰转移酶磷酸酶第三节其他脂质的代谢一、甘油磷脂的水解与生物合成细胞生物膜的脂双层结构中，大部分的磷脂是甘油磷脂，由于膜处于不断的代谢变化之中，因此甘油磷脂在细胞内比脂肪有更高的代谢率，不断地进行着合成与分解的代谢。（一）甘油磷脂的水解和三酰甘油一样，甘油磷脂的水解首先生成甘油、脂肪酸