第八章脂类代谢

第八章脂类代谢脂类（脂质）知识回顾

生物体的脂质分为单纯脂质和复合脂质。（1）单纯脂质：三酰甘油，又称脂肪或甘油三酯；蜡。（2）复合脂质：磷脂、糖脂、固醇等。1g三酰甘油氧化放出能量37.66kJ能量。而1g葡萄糖氧化产生16.7kJ的能量。脂类具有供能、保温及保护层、生物体内的组成部分（生物膜）、信息识别和免疫等功能。

人类的疾病如冠心病、脂肪肝、肥胖症、酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。脂类的消化和吸收脂类消化的场所：小肠小肠中有肝脏分泌的胆汁盐，可以将脂肪乳化并分散成细小颗粒，以利于水解反应的进行。脂类消化水解的酶：来自胰脏分泌的胰脂肪酶。胰脂肪酶分为酯酶和脂酶两种。第一节甘油三酯（三酰甘油）的分解代谢脂肪(甘油三酯)经脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，以后甘油和脂肪酸在组织内氧化成CO2及H2O，所放出的化学能被用于完成各种生理机能。脂肪的分解代谢脂肪甘油脂肪酸脂肪酶3-磷酸甘油酸丙酮酸三羧酸循环CO2+H2O葡萄糖逆糖酵解脂酰CoA乙酰CoA三羧酸循环-氧化活化酮体(乙酰乙酸,-羟基丁酸,丙酮)CO2+H2O三羧酸循环合成新的脂肪酸和其他生物大分子一、脂肪的酶促水解脂肪脂肪酶甘油+脂肪酸脂肪的降解是经过脂肪酶水解的。组织中有三种脂肪酶，逐步把脂肪水解成甘油和脂肪酸。这三种酶是脂肪酶、甘油二酯脂肪酶、甘油单酯脂肪酶，其水解下：其中对激素敏感的脂肪酶是限制脂解速度的限速酶。肾上腺素、高血糖素、肾上腺皮质激素等可加速脂解作用，胰岛素、前列腺素E1作用相反，具有抗脂解作用。二、甘油的氧化分解与转化动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.TCACO2和H2Oβ-氧化作用α-氧化作用饱和脂肪酸的氧化分解三脂肪酸的氧化分解单不饱和脂肪酸的氧化分解奇数C原子脂肪酸的氧化分解细胞中的脂肪酸除了一小部分重新合成脂肪作为贮脂外，大部分氧化供能以满足体内能量之需。饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，碳链在α位C原子与β位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为β-氧化.R1CH2CH2CH2CH2

CH2COOH1、β-氧化的概念脂肪酸的β-氧化作用（1）脂肪酸的活化脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。在脂酰CoA合成酶(硫激酶)催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：脂酰CoA合成酶R-COOHAMP+PPiHSCoA+ATPR-CO～SCoA在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱,carnitine）来携带脂酰基。（2）脂酰CoA转运入线粒体HOOC-CH2-CH-CH2-N+-CH3

OHCH3CH3β-羟基-r-三甲基铵基丁酸肉碱即β-羟基-γ三甲基铵基丁酸，是一个由赖氨酸衍生而成的兼性化合物。

借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。其中，肉碱脂酰转移酶Ⅰ(carnitineacyltransferaseⅠ)是脂肪酸-氧化的关键酶。脂酰CoA进入线粒体的过程胞液外膜内膜基质

*脂酰转移酶ⅠRCO~SCoA

HSCoA

肉碱RCO-肉碱

转位酶RCO-肉碱

脂酰转移酶ⅡRCO~SCoA

肉碱HSCoA

关键酶-氧化过程由四个连续的酶促反应组成：①脱氢②水化③再脱氢④硫解

(3)-氧化循环①脱氢脂酰CoA脱氢酶

R-CH2-CH2-CH2-CO~SCoAFAD

FADH2R-CH2-CH=CH-CO~SCoA④硫解硫解酶

-2CCH3-CO~SCoAHSCoA②水化水化酶

H2OR-CH2-CH(OH)-CH2-CO~SCoA-氧化循环的反应过程α,β-反式烯脂酰CoA

（△2反式烯脂酰CoA）L-β-羟脂酰COA③再脱氢L-β-羟脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CO-CH2-CO~SCoANADH+H+

NAD+β-酮脂酰COA①-氧化循环过程在线粒体基质内进行；②-氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆；③需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子；④每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。脂肪酸-氧化循环的特点生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。(4)彻底氧化：肉碱转运载体线粒体膜脂酰CoA脱氢酶L(+)-β羟脂酰CoA脱氢酶

NAD+NADH+H+反2-烯酰CoA水化酶H2OFADFADH2

β酮脂酰CoA硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶ATPCoASHAMPPPiH2O呼吸链

1.5ATPH2O呼吸链

2.5ATPTCA1分子FADH2可生成1.5分子ATP，1分子NADH可生成2.5分子ATP，故一次-氧化循环可生成4分子ATP。1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成10分子ATP。脂肪酸氧化分解时的能量释放以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为：7次-氧化分解产生4×7=28分子ATP；8分子乙酰CoA可得10×8=80分子ATP；共可得108分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP。对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：ATP净生成数=（碳原子数/2-1）×4+（碳原子数/2）×10-22.饱和脂肪酸的α-氧化作用概念脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化。RCH2CH2COOHRCH2COOH+CO2Stumpf，P．K．1956年发现植物线粒体中除有β-氧化作用外，还有一种特殊的氧化途径，称为α-氧化作用。这种氧化途径后来也在动物的脑和肝细胞中发现。这个氧化过程是首先使α-碳原子氧化成羟基，再氧化成酮基，最后脱酸成为少一个碳的脂肪酸。在这个氧化系统中，仅以游离脂肪酸能作为底物，而且直接涉及到分子氧，产物既可以是D-α-羟基脂肪酸，也可以是含少一个碳原子的脂肪酸。α-氧化的机制至今尚不十分清楚，其可能的途径是：3．脂肪酸的ω-氧化

生物体内一些中长链(如癸酸、十二碳酸等)以及少量长链脂肪酸，能首先从烃基末端碳原子即ω-碳子上被氧化生成α，ω二羧酸，称为ω-氧化。在肝和植物及细菌中均可进行。

在发现这一反应的初期，并未重视。目前ω-氧化酶系无论从理论上或实际上已日益受到重视，其原因是可利用它来清除海水表面的大量石油。生物界的脂肪酸大多数为偶数碳原子，但在许多植物、海洋生物、石油酵母等体内还有部分奇数碳脂肪酸存在。它们按β-氧化进行，除产生乙酰辅酶A外，最后还剩下一个丙酰辅酶A。丙酰辅酶A不能再按β-氧化继续降解，它经3步酶反应转变成琥珀酰辅酶A。

二、奇数碳脂肪酸的氧化L-甲基丙二酸单酰CoA消旋酶

变位酶5-脱氧腺苷钴胺素琥珀酰CoA

奇数碳脂肪酸CH3CH2CO~CoA-氧化

丙酰CoA羧化酶ADP+PiD-甲基丙二酸单酰CoAATP+CO2经三羧酸循环途径→糖有氧氧化途径彻底氧化分解脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三种中间代谢产物，统称为酮体(ketonebodies)。三、酮体的生成及利用酮体的分子结构CHCH3CHCOOHOH2D(-)-β-羟丁酸酮体酮体主要在肝细胞线粒体中生成。酮体生成的原料为乙酰CoA。1．酮体的生成CO2CoASHCoASHNAD+NADH+H+β-羟丁酸脱氢酶HMGCoA合成酶乙酰乙酰CoA硫解酶HMGCoA裂解酶酮体的生成Β-羟-Β-甲基戊二酸单酰CoA合成酶

利用酮体的酶有两种：1.琥珀酰CoA转硫酶（主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中）2.乙酰乙酸硫激酶（主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中）。2．酮体的利用

(1)-羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢，生成乙酰乙酸。酮体利用的基本过程β-羟丁酸脱氢酶NAD+NADH+H+(2)乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA。琥珀酰CoA转硫酶琥珀酰CoA

琥珀酸乙酰乙酸硫激酶HSCoA+ATPAMP+PPi

(3)乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，裂解为两分子乙酰CoA。(4)生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解。乙酰乙酰CoA硫解酶HSCoA

心、肾、脑、骨骼肌细胞心、肾、脑细胞β羟丁酸-NAD+NADH+H

HSCoA+ATP乙酰乙酸琥珀酰CoA乙酰乙酸硫激酶琥珀酰CoA转硫酶AMP+PPi乙酰乙酰CoA琥珀酸硫解酶2×乙酰CoA三羧酸循环+

β-羟丁酸脱氢酶

当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可净生成22分子ATP，-羟丁酸可净生成22.5分子ATP；而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成20分子ATP，-羟丁酸可净生成20.5分子ATP。酮体的利用

酮体在肝脏合成，但肝脏缺乏利用酮体的酶，因此不能利用酮体。酮体生成后进入血液，输送到肝外组织利用。肝内生酮肝外用

3.酮体的生理意义1.酮体是肝脏输出能源的一种形式。能透过血脑屏障，是脑组织的重要能源。2.酮体利用的增加，有利于维持血糖水平的恒定，节省蛋白质的消耗。正常人空腹时血中酮体水平不高，维持在0.03～0.5mmol/L。但在饥饿、高脂低糖膳食及糖尿病时，脂酸大量动员供能，血中酮体水平可分别高达正常水平40倍和80倍之多，势必超出肝外组织氧化利用能力。酮体中占绝大部分的β─羟丁酸和乙酰乙酸均为酸性较强的物质，引起酮症性酸中毒。（血内酮体过多，由尿排出，形成酮尿。酮体为酸性物质，若超过血液的缓冲能力，则引起酸中毒）。酮血症酮尿症（ketosis）第二节脂肪（三酰甘油）的生物合成甘油的合成（两种途径）脂肪酸的合成二者分别转变为3—磷酸甘油和脂酰CoA后的连接肝、小肠和脂肪组织是主要的合成脂肪的组织器官，其合成的细胞部位主要在胞液。

合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成：

1．由糖代谢生成（脂肪细胞、肝）：3-磷酸甘油脱氢酶NADH+H+磷酸二羟丙酮(糖酵解产生）3-磷酸甘油NAD+一、3-磷酸甘油的生成2．由脂肪分解形成的甘油甘油磷酸激酶甘油ATP3-磷酸甘油ADP二、饱和脂肪酸的从头合成（全程合成）（在细胞质中）生物机体脂类合成是十分活跃的，特别在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。脂肪酸的生物合成并不是其氧化降解的逆过程。首先脂肪酸合成是在胞液中进行的，需要CO2和柠檬酸参加，而脂肪酸氧化是在线粒体中进行的；其次脂肪酸合成酶系、酰基载体、供氢体等与脂肪酸氧化各不相同。来源线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖代谢）脂肪酸的β-氧化氨基酸的氧化转运柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系）1.乙酰CoA（碳源）的来源及转运脂肪酸合成所需的碳源是来自乙酰辅酶A，但无论是丙酮酸脱羧、氨基酸氧化，还是从脂肪酸β-氧化产生的乙酰CoA都是在线粒体基质中，它们不能任意穿过线粒体内膜到胞液中去。但可以通过以下途径透过膜，乙酰辅酶A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辅酶A。线粒体基质内膜胞液HSCoA柠檬酸草酰乙酸柠檬酸合酶H2O+乙酰CoAHSCoA+ATP柠檬酸裂解酶草酰乙酸乙酰CoA+ADP+Pi丙酮酸NADH+H+苹果酸脱氢酶苹果酸NAD+ADP+Pi丙酮酸羧化酶

ATP+CO2柠檬酸苹果酸酶NADP+NADPH+H++CO2丙酮酸苹果酸NAD+NADH+H+苹果酸脱氢酶

乙酰CoA转运出线粒体2．丙二酸单酰CoA的合成（乙酰辅酶A羧化）

乙酰辅酶A被用来合成脂肪酸前要先进行羧化，所用的碳原子来自比CO2活泼的HCO3-，形成的羧基是丙二酸单酰CoA的远端羧基。催化此反应的酶为乙酰辅酶A羧化酶,该酶的辅基为生物素。生物素是CO2分子的中间载体，起到转移羧基的作用。

脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子酰基载体蛋白（acylcarrierprotein,ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体。3．脂肪酸合成循环8CH3-C～SCOA=O+7ATP+14NADPH++14H+CH3(

CH2)14COOH+14NADP+

+8CoASH+

7ADP

+7Pi+

6H2O那么这个过程与糖代谢有一定关系：原料（乙酰辅酶A）来源羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供总反应式①合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA；②在胞液中进行，关键酶是乙酰CoA羧化酶；③合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于转运，7分子用于活化）；④需NADPH作为供氢体，对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性。脂肪酸合成的特点：4.饱和脂肪酸的从头合成与β-氧化的比较区别要点从头合成β-氧化细胞内进行部位胞液线粒体酰基载体ACP-SHCoA-SH二碳单位参与或断裂形式丙二酸单酰ACP乙酰CoA电子供体或受体NADPH+H+FAD,NAD-羟酰基中间物的立体构型不同D型