第八章+脂代谢

第九章脂类代谢第一节概述第二节脂肪的代谢第三节磷脂代谢和固醇代谢第四节脂肪的合成代谢第五节类脂的合成代谢第六节脂代谢的调节第七节脂代谢在工业上的应用第一节概述脂类（lipids）是高级脂肪酸的酯及与这些酯相关衍生物的总称，包括脂肪和类脂两类脂肪由甘油的三个羟基与三个脂肪酸缩合而成，也称甘油三酯(triglyceride，TG)或三酰甘油类脂则包括磷脂(phospho’lipid)、糖脂、固醇及其酯和脂肪酸，它们广泛存在于动物体内根据脂类在体内的分布，又可将其分为贮脂和组织脂贮脂主要为中性脂肪，分布在动物皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、肾脏周围等组织中。这些贮存脂肪的组织叫脂库。贮脂的含量随机体营养状况变动组织脂的成分主要由类脂组成，分布于动物体内所有的细胞中，是构成细胞的膜系统的成分，其含量一般不受营养等条件的影响，因此相当稳定脂类的生理功能脂肪是动物机体用以贮存能量的主要形式脂肪可以为机体提供物理保护磷脂、糖脂和胆固醇是构成组织细胞的膜系统的主要成分类脂还能转变为多种生理活性分子脂类代谢的中间产物的转变动物可以从糖和氨基酸合成绝大部分的脂类分子由于动物机体缺乏脱饱和酶，不能合成对其生理活动十分重要的多不饱和脂肪酸（主要有亚油酸、亚麻油酸和花生四烯酸）而必须从食物中获得，这类不饱和脂肪酸称为必需脂肪酸必需脂肪酸是组成细胞膜磷脂、胆固醇酯和血浆脂蛋白的重要成分近年来发现，前列腺素、血栓素和白三烯等生物活性物质是由廿碳多烯酸，如花生四烯酸衍生而来的，这些物质几乎参与了所有的细胞代谢调节活动，与炎症、过敏反应、免疫、心血管疾病等病理过程有关一脂肪的降解1胰脂肪酶—在人和动物体消化道中的降解酯酶：主要水解脂肪酸和一元醇构成的酯脂酶脂肪酶：水解甘油三酯，产生甘油(glycerol)和脂肪酸磷脂酶：水解磷脂，产生甘油、脂肪酸、磷酸、胆碱、胆胺2微生物脂肪酶—具有双向催化特性可将脂肪分解为甘油和脂肪酸也可催化醇与酸缩合成酯二脂肪的吸收与转运1脂肪的吸收—吸收形态的多样性完全水解：甘油、脂肪酸不完全水解：脂肪酸、单酰甘油、二酰甘油完全不水解：乳化成脂肪微粒2血脂—油脂的转运血脂与蛋白结合形成脂蛋白，其具有较强的亲水性，是脂类的运输形式分为高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL)低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein,LDL)极低密度脂蛋白(verylowdensitylipoprotein,VLDL)乳糜微粒(chylomicron,CM)三油脂中间代谢概况第二节脂肪的代谢一甘油的代谢1甘油的分解代谢脂肪组织中缺乏甘油激酶活性，不能使甘油分解，因此溶于水的甘油直接经血液运送至肝、肾、肠等组织，主要在肝中甘油激酶的催化下，转变为α-磷酸甘油，然后脱氢生成磷酸二羟丙酮，后者沿着糖的分解途径进一步代谢或者进入糖的异生途径转变为葡萄糖或糖原（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脱氢酶异构酶磷酸酶葡萄糖氧化和糖异生的关系ABC1C2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶（胞液）（线粒体）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮3-P-甘油醛

-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸三羧酸循环乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油回顾甘油分解产能计算产生CO2+H2O=？产生乳酸=？葡萄糖磷酸果糖激酶ATPADP葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖异构酶果糖-6-磷酸己糖激酶ATPADP果糖-1，6-磷酸糖原糖原磷酸化酶葡萄糖-1-磷酸磷酸葡萄糖变位酶糖酵解产生乳酸的全部反应过程回顾磷酸丙糖异构酶磷酸二羟丙酮3－磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油醛脱氢酶NAD++PiNADH+H+磷酸甘油酸激酶ADPATPADPATP丙酮酸激酶丙酮酸乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+乳酸a.丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解

葡萄糖EMP

NADH+H+

NAD+CH2OHCH3乙醇

NADH+H+

NAD+CO2

乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸

葡萄糖的无氧分解b.丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解

（EPM）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循环

NAD+

NADH+H+CO2CoASH

葡萄糖的有氧分解

丙酮酸脱氢酶系葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：2ATP

2

1NADH兑换率1：3(或2)2ATP2

(3ATP或2ATP)三羧酸循环：2

1GTP

2

3NADH

2

1FADH22

1ATP2

9ATP2

4ATP兑换率1：3兑换率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兑换率1：32

3ATP总计：38ATP或36ATP

磷酸丙糖异构酶磷酸二羟丙酮3－磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油醛脱氢酶NAD++PiNADH+H+磷酸甘油酸激酶ADPATPADPATP丙酮酸激酶丙酮酸乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+乳酸甘油分解产能计算产生CO2+H2O=？ATP15(丙酮酸→CO2+H2O)+(3or2)×2(2个NADH)+2(糖酵解中2个ATP)-1？=22or20产生乳酸=？ATP

3or2(1个NADH)-1+2=4or32甘油的合成代谢甘油的合成可以糖原、氨基酸、丙酮酸等为原料，经甘油分解代谢的逆途径合成甘油的分解与合成和葡萄糖/糖原、蛋白质、氨基酸代谢之间联系密切（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脱氢酶异构酶磷酸酶二脂肪酸的分解代谢1β-氧化—分解代谢的主要途径（饱和、偶数碳脂肪酸的氧化，在线粒体中进行）概念：脂肪酸在体内氧化时在羧基端的β-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，即乙酰CoA，该过程称作β-氧化实验证据1904年F.Knoop根据用苯环标记的不同长短的直链脂肪酸饲喂狗或家兔的实验结果，推导出了β-氧化学说CH3-(CH2)n-

CH2-

CH2-COOH

如喂苯环标记的偶数碳原子脂肪酸，动物尿中的代谢物为苯乙酸衍生物苯乙尿酸；如喂苯环标记的奇数碳原子脂肪酸，则尿中发现的代谢物是苯甲酸衍生物马尿酸-CH2-(CH2)2n+1-COOH-CH2-(CH2)2n-COOH-COOH（苯甲酸）-CH2COOH（苯乙酸）奇数碳原子：偶数碳原子：（1）脂肪酸的活化-胞浆中进行β-氧化前必须活化，生成脂酰CoA（Acyl-CoA），才能进一步分解脂肪酸活化后不仅含有高能键，而且增加了水溶性，提高了反应活性产生的焦磷酸（PPi）立即被细胞中焦磷酸酶水解，阻止了逆向反应的进行活化1分子脂肪酸，消耗了1分子ATP中的两个高能键（2）脂酰CoA进入线粒体-肉毒碱的作用参与物质肉毒碱(carnitine)脂酰肉毒碱肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ肉毒碱脂酰转移酶Ⅱ酯酰CoA进入线粒体基质示意图

N+(CH3)3CH2HO-CH2COO-肉毒碱

OR-C

N+(CH3)3CH2-O-CH2COO-酯酰肉毒碱CoASH

OR-C-S-CoA

OR-C-OHATPCoASHAMP+PPiβ-氧化线粒体内膜内侧外侧载体酯酰肉毒碱CoASH肉毒碱

OR-C-S-CoA（3）脂酰CoA的β-氧化过程β-氧化的过程

a、脱氢b、水化c、再脱氢

ＯR-CH=CH-C-SCoA

ＯR-CH2

-

CH2C-SCoA

OHOR-CH-CH2C~SCoA

OOR-C-CH2C~SCoA

OR-C~ScoA

OCH3C~SCoA||+||

d、硫解||||β-氧化的主要生化反应酯酰CoA脱氢酶脂酰CoA

ＯRCH2CH2C-SCoAＯRCH=CH-C-SCoAβ-烯脂酰CoA

OR-C~ScoA脂酰CoA

OCH3C~SCoA乙酰CoA||||+△2-烯酰CoA水化酶

β-羟脂酰CoA脱氢酶

硫解酶H2OCoASHNAD+NADHFADFADH2

OHORCHCH2C~ScoAβ-羟脂酰CoA||

OORCCH2C-SCoAβ-酮酯酰CoA||

氧化的生化历程

乙酰CoAFADFADH2

NAD+NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA脱氢酶脂酰CoA

β-烯脂酰CoA水化酶

β-羟脂酰CoA脱氢酶

β-酮酯酰CoA硫解酶RCHOHCH2CO~ScoARCOCH2CO-SCoARCH=CH-CO-SCoA+CH3CO~SCoAR-CO~ScoAH2O

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CoAβ-氧化过程中能量的释放及转换效率净生成：131–2=129ATP例：软脂酸（棕榈酸）7次β-氧化8乙酰CoACH3(CH2)14COOH7

NADH7FADH212ATP

3ATP

2ATP

96ATP21ATP14ATP131ATP能量转换率

=30.54KJ1299790KJ

100%=40.2脂蛋白分为高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL)低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein,LDL)极低密度脂蛋白(verylowdensitylipoprotein,VLDL)乳糜微粒(chylomicron,CM)脂肪酸β-氧化作用的要点总结1

脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗1个ATP分子的2个高能键，其活化所需脂酰-CoA

合成酶在线粒体外2脂酰-CoA

合成酶在线粒体外活化的长链脂酰-CoA

需经肉毒碱携带，在肉毒碱脂酰转移酶催化下进入线粒体氧化3脂肪酸β-氧化的酶都在线粒体内4β-氧化包括脱氢、水化、再脱氢、硫解4个重复步骤

2脂肪酸的α-氧化作用概念：脂肪酸氧化作用发生在α-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化作用首先发现于植物种子和植物叶子组织中，但后来也在脑和肝细胞中发现在这个系统中，仅游离脂肪酸能作为底物，而且直接涉及到分子氧CH3-(CH2)n-

CH2-

CH2-COOH

脂肪酸的α氧化作用RCH2COOHRCH(OH)COOHRCOCOOHRCOOHCO2ONAD+NADH+H+NAD+NADH+H+RCH(OOH)COOHCO2RCHOO2NAD+NADH+H+过氧化羟化H2O加单氧酶α-羟酯酸α-酮酯酸脱氢酶脱羧酶α-氧化对降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸或过分长链脂肪酸有重要作用3脂肪酸的ω-氧化作用概念：脂肪酸的末端甲基（ω-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成α,ω-二羧酸的过程生成的α,ω-二羧酸可以从两端进行β-氧化CH3-(CH2)n-

CH2-

CH2-COOH

脂肪酸的ω氧化作用CH3(CH2)nCOO-HOCH2(CH2)nCOO-OHC(CH2)nCOO--OOC(CH2)nCOO-O2NAD(P)+NAD(P)H+H+NAPD+NADPH+H+NAD(P)+NAD(P)H+H+混合功能氧化酶醇酸脱氢酶醛酸脱氢酶从土壤中分离出许多细菌及某些海面浮游生物具有ω-氧化途径，能将烃类和脂肪酸迅速降解成水溶性产物，对清除海洋中的石油污染具有重大意义，因此ω-氧化作用的研究日益受到重视4丙酸的代谢丙酸及丙酰CoA的来源纤维素在反刍动物瘤胃中发酵产生挥发性低级脂肪酸，主要是乙酸(70％)，其次是丙酸(20％)和丁酸(10％)许多氨基酸脱氨后也生成奇数碳原子脂肪酸，长链奇数碳原子脂肪酸每经过一次β-氧化切下来2个碳原子。但当分解进行到丙酰CoA时，就不再进行β-氧化，而是被羧化生成甲基丙二酸单酰CoA，继续进行代谢ATP、CoASH丙酸/丙酰CoA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B12丙酰CoA丙酸代谢的意义反刍动物体内的葡萄糖，约有50％来自丙酸的异生作用，其余的大部分来自氨基酸。可见丙酸代谢对于反刍动物是非常重要的丙酸代谢中还需要维生素B12，因此反刍动物对这种维生素的需要量比其他动物大，不过瘤胃中的微生物能够合成并提供足量的维生素B125不饱和脂肪酸的分解代谢需有更多的酶的参与，才能经β-氧化实现完全的降解如：油酸、亚油酸油酰基的β氧化作用油酰基CoA（

918：1）CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoA6CH3-CO-CoACH3(CH2)7CH2-C=CH-CO-CoAHH

2-反-十二碳烯酰CoA

三次β-氧化,烯酯酰CoA异构酶烯酯酰CoA水化酶五次β-氧化CH3(CH2)7-C=C-CH2-

CO-CoA

3-顺-十二碳烯酯酰CoA

HH

OHCH3(CH2)7CH2-C-CH2-CO-CoAHβ-羟脂酰CoA三酮体的代谢1概念：在正常情况下，脂肪酸在心肌，肾脏，骨骼肌等组织中能彻底氧化生成CO2和H2O。但脂肪酸在肝细胞中的氧化则不很完全，经常出现一些脂肪酸氧化的中间产物，即乙酰乙酸（acetoacetate）、β-羟丁酸（D-β-hydroxybutyrate）和丙酮（acetone），统称为酮体(ketonebody)2酮体的生成酮体主要是在肝细胞线粒体中由乙酰CoA缩合而成，并以β-羟-β-甲基戊二酸单酰CoA(HMGCoA)为重要的中间产物酮体生成的全套酶系位于肝细胞线粒体的内膜或基质中，其中HMGCoA合成酶是此途径的限速酶除肝脏外，肾脏也能生成少量酮体酮体生成条件脂肪供给过多脂代谢紊乱酮体的生成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）硫解酶2CH3COSCoACH3COCH2COSCoA乙酰乙酰CoAHOOCCH2-C-CH2COSCoA

|CH3OH|HMGCoA裂解酶HMGCoA合成酶CH3COSCoACoASHCH3COCH2COOHCH3CHOHCH2COOH乙酰乙酸丙酮

--羟丁酸脱氢酶CO2NADH+H+NAD+CH3COCH3脱羧酶CoASH3酮体的利用在肝外组织(包括心肌、骨骼肌及大脑等)中有活性很强的利用酮体的酶，当酮体随着血液流经这些组织时，它们能够氧化酮体供能酮体的分解乙酰乙酰CoA硫解酶转移酶琥珀酰CoACoASH乙酰乙酸脱氢酶NADH+H+NAD+乙酰CoA2

--羟丁酸琥珀酸4酮体的生理意义得到当动物机体缺少葡萄糖时，须动员脂肪供应能量，但肌肉组织对脂肪酸只有有限的利用能力，于是可以优先利用酮体以节约葡萄糖，从而满足如大脑等组织对葡萄糖的需要大脑不能利用脂肪酸，但能利用显著量的酮体。特别在饥饿时，人的大脑可利用酮体代替其所需葡萄糖量的约25％左右。酮体是小分子，溶于水，能通过肌肉毛细血管壁和血脑屏障，因此可以成为适合于肌肉和脑组织利用的能源物质第三节磷脂代谢和固醇代谢一磷脂代谢磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺1磷脂降解-四种磷脂酶的协同作用磷脂酶（4种）磷脂酶A1磷脂酶A2磷脂酶C磷脂酶D磷脂酶的作用部位磷脂酶C磷脂酶D磷脂酶A2磷脂酶A1磷脂酶作用后的产物甘油→磷酸二羟丙酮脂肪酸→β-氧化胆碱→氨基酸（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脱氢酶异构酶磷酸酶回顾

氧化的生化历程

乙酰CoAFADFADH2

NAD+NADHRCH2CH2