第八章脂類代謝

第八章脂類代謝脂類（脂質）知識回顧

生物體的脂質分為單純脂質和復合脂質。（1）單純脂質：三酰甘油，又稱脂肪或甘油三酯；蠟。（2）復合脂質：磷脂、糖脂、固醇等。1g三酰甘油氧化放出能量37.66kJ能量。而1g葡萄糖氧化產生16.7kJ的能量。脂類具有供能、保溫及保護層、生物體內的組成部分（生物膜）、信息識別和免疫等功能。

人類的疾病如冠心病、脂肪肝、肥胖癥、酮尿癥等都與脂類代謝紊亂有關。脂類的消化和吸收脂類消化的場所：小腸小腸中有肝臟分泌的膽汁鹽，可以將脂肪乳化并分散成細小顆粒，以利于水解反應的進行。脂類消化水解的酶：來自胰臟分泌的胰脂肪酶。胰脂肪酶分為酯酶和脂酶兩種。第一節(jié)甘油三酯（三酰甘油）的分解代謝脂肪(甘油三酯)經脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，以后甘油和脂肪酸在組織內氧化成CO2及H2O，所放出的化學能被用于完成各種生理機能。脂肪的分解代謝脂肪甘油脂肪酸脂肪酶3-磷酸甘油酸丙酮酸三羧酸循環(huán)CO2+H2O葡萄糖逆糖酵解脂酰CoA乙酰CoA三羧酸循環(huán)-氧化活化酮體(乙酰乙酸,-羥基丁酸,丙酮)CO2+H2O三羧酸循環(huán)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經過脂肪酶水解的。組織中有三種脂肪酶，逐步把脂肪水解成甘油和脂肪酸。這三種酶是脂肪酶、甘油二酯脂肪酶、甘油單酯脂肪酶，其水解下：其中對激素敏感的脂肪酶是限制脂解速度的限速酶。腎上腺素、高血糖素、腎上腺皮質激素等可加速脂解作用，胰島素、前列腺素E1作用相反，具有抗脂解作用。二、甘油的氧化分解與轉化動物的脂肪細胞中無甘油激酶，則甘油需要經血液運到肝細胞中進行氧化分解.TCACO2和H2Oβ-氧化作用α-氧化作用飽和脂肪酸的氧化分解三脂肪酸的氧化分解單不飽和脂肪酸的氧化分解奇數(shù)C原子脂肪酸的氧化分解細胞中的脂肪酸除了一小部分重新合成脂肪作為貯脂外，大部分氧化供能以滿足體內能量之需。飽和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子發(fā)生氧化，碳鏈在α位C原子與β位C原子間發(fā)生斷裂，每次生成一個乙酰COA和較原來少二個碳單位的脂肪酸，這個不斷重復進行的脂肪酸氧化過程稱為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線粒體外或胞漿中被活化形成脂酰CoA，然后進入線粒體或在其它細胞器中進行氧化。在脂酰CoA合成酶(硫激酶)催化下，由ATP提供能量，將脂肪酸轉變成脂酰CoA：脂酰CoA合成酶R-COOHAMP+PPiHSCoA+ATPR-CO～SCoA在線粒體外生成的脂酰CoA需進入線粒體基質才能被氧化分解，此過程必須要由肉堿（肉毒堿,carnitine）來攜帶脂?；?。（2）脂酰CoA轉運入線粒體HOOC-CH2-CH-CH2-N+-CH3

OHCH3CH3β-羥基-r-三甲基銨基丁酸肉堿即β-羥基-γ三甲基銨基丁酸，是一個由賴氨酸衍生而成的兼性化合物。

借助于兩種肉堿脂酰轉移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化的移換反應以及肉堿-脂酰肉堿轉位酶催化的轉運反應才能將胞液中產生的脂酰CoA轉運進入線粒體。其中，肉堿脂酰轉移酶Ⅰ(carnitineacyltransferaseⅠ)是脂肪酸-氧化的關鍵酶。脂酰CoA進入線粒體的過程胞液外膜內膜基質

*脂酰轉移酶ⅠRCO~SCoA

HSCoA

肉堿RCO-肉堿

轉位酶RCO-肉堿

脂酰轉移酶ⅡRCO~SCoA

肉堿HSCoA

關鍵酶-氧化過程由四個連續(xù)的酶促反應組成：①脫氫②水化③再脫氫④硫解

(3)-氧化循環(huán)①脫氫脂酰CoA脫氫酶

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-氧化循環(huán)的反應過程α,β-反式烯脂酰CoA

（△2反式烯脂酰CoA）L-β-羥脂酰COA③再脫氫L-β-羥脂酰CoA脫氫酶R-CH2-CO-CH2-CO~SCoANADH+H+

NAD+β-酮脂酰COA①-氧化循環(huán)過程在線粒體基質內進行；②-氧化循環(huán)由脂肪酸氧化酶系催化，反應不可逆；③需要FAD，NAD+，CoA為輔助因子；④每循環(huán)一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子減少兩個碳原子的脂酰CoA。脂肪酸-氧化循環(huán)的特點生成的乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解并釋放出大量能量，并生成ATP。(4)徹底氧化：肉堿轉運載體線粒體膜脂酰CoA脫氫酶L(+)-β羥脂酰CoA脫氫酶

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呼吸鏈

1.5ATPH2O呼吸鏈

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-氧化循環(huán)可生成4分子ATP。1分子乙酰CoA經徹底氧化分解可生成10分子ATP。脂肪酸氧化分解時的能量釋放以16C的軟脂酸為例來計算，則生成ATP的數(shù)目為：7次-氧化分解產生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，減去活化時消耗的兩分子ATP，故軟脂酸徹底氧化分解可凈生成106分子ATP。對于任一偶數(shù)碳原子的長鏈脂肪酸，其凈生成的ATP數(shù)目可按下式計算：ATP凈生成數(shù)=（碳原子數(shù)/2-1）×4+（碳原子數(shù)/2）×10-22.飽和脂肪酸的α-氧化作用概念脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子發(fā)生氧化，結果生成一分子CO2和較原來少一個碳原子的脂肪酸，這種氧化作用稱為α-氧化。RCH2CH2COOHRCH2COOH+CO2Stumpf，P．K．1956年發(fā)現(xiàn)植物線粒體中除有β-氧化作用外，還有一種特殊的氧化途徑，稱為α-氧化作用。這種氧化途徑后來也在動物的腦和肝細胞中發(fā)現(xiàn)。這個氧化過程是首先使α-碳原子氧化成羥基，再氧化成酮基，最后脫酸成為少一個碳的脂肪酸。在這個氧化系統(tǒng)中，僅以游離脂肪酸能作為底物，而且直接涉及到分子氧，產物既可以是D-α-羥基脂肪酸，也可以是含少一個碳原子的脂肪酸。α-氧化的機制至今尚不十分清楚，其可能的途徑是：3．脂肪酸的ω-氧化

生物體內一些中長鏈(如癸酸、十二碳酸等)以及少量長鏈脂肪酸，能首先從烴基末端碳原子即ω-碳子上被氧化生成α，ω二羧酸，稱為ω-氧化。在肝和植物及細菌中均可進行。

在發(fā)現(xiàn)這一反應的初期，并未重視。目前ω-氧化酶系無論從理論上或實際上已日益受到重視，其原因是可利用它來清除海水表面的大量石油。生物界的脂肪酸大多數(shù)為偶數(shù)碳原子，但在許多植物、海洋生物、石油酵母等體內還有部分奇數(shù)碳脂肪酸存在。它們按β-氧化進行，除產生乙酰輔酶A外，最后還剩下一個丙酰輔酶A。丙酰輔酶A不能再按β-氧化繼續(xù)降解，它經3步酶反應轉變成琥珀酰輔酶A。

二、奇數(shù)碳脂肪酸的氧化L-甲基丙二酸單酰CoA消旋酶

變位酶5-脫氧腺苷鈷胺素琥珀酰CoA

奇數(shù)碳脂肪酸CH3CH2CO~CoA-氧化

丙酰CoA羧化酶ADP+PiD-甲基丙二酸單酰CoAATP+CO2經三羧酸循環(huán)途徑→糖有氧氧化途徑徹底氧化分解脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羥丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三種中間代謝產物，統(tǒng)稱為酮體(ketonebodies)。三、酮體的生成及利用酮體的分子結構CHCH3CHCOOHOH2D(-)-β-羥丁酸酮體酮體主要在肝細胞線粒體中生成。酮體生成的原料為乙酰CoA。1．酮體的生成CO2CoASHCoASHNAD+NADH+H+β-羥丁酸脫氫酶HMGCoA合成酶乙酰乙酰CoA硫解酶HMGCoA裂解酶酮體的生成Β-羥-Β-甲基戊二酸單酰CoA合成酶

利用酮體的酶有兩種：1.琥珀酰CoA轉硫酶（主要存在于心、腎、腦和骨骼肌細胞的線粒體中）2.乙酰乙酸硫激酶（主要存在于心、腎、腦細胞線粒體中）。2．酮體的利用

(1)-羥丁酸在-羥丁酸脫氫酶的催化下脫氫，生成乙酰乙酸。酮體利用的基本過程β-羥丁酸脫氫酶NAD+NADH+H+(2)乙酰乙酸在琥珀酰CoA轉硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下轉變?yōu)橐阴Ｒ阴oA。琥珀酰CoA轉硫酶琥珀酰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，裂解為兩分子乙酰CoA。(4)生成的乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解。乙酰乙酰CoA硫解酶HSCoA

心、腎、腦、骨骼肌細胞心、腎、腦細胞β羥丁酸-NAD+NADH+H

HSCoA+ATP乙酰乙酸琥珀酰CoA乙酰乙酸硫激酶琥珀酰CoA轉硫酶AMP+PPi乙酰乙酰CoA琥珀酸硫解酶2×乙酰CoA三羧酸循環(huán)+

β-羥丁酸脫氫酶

當由琥珀酰CoA轉硫酶催化進行氧化利用時，乙酰乙酸可凈生成22分子ATP，-羥丁酸可凈生成22.5分子ATP；而由乙酰乙酸硫激酶催化進行氧化利用時，乙酰乙酸則可凈生成20分子ATP，-羥丁酸可凈生成20.5分子ATP。酮體的利用

酮體在肝臟合成，但肝臟缺乏利用酮體的酶，因此不能利用酮體。酮體生成后進入血液，輸送到肝外組織利用。肝內生酮肝外用

3.酮體的生理意義1.酮體是肝臟輸出能源的一種形式。能透過血腦屏障，是腦組織的重要能源。2.酮體利用的增加，有利于維持血糖水平的恒定，節(jié)省蛋白質的消耗。正常人空腹時血中酮體水平不高，維持在0.03～0.5mmol/L。但在饑餓、高脂低糖膳食及糖尿病時，脂酸大量動員供能，血中酮體水平可分別高達正常水平40倍和80倍之多，勢必超出肝外組織氧化利用能力。酮體中占絕大部分的β─羥丁酸和乙酰乙酸均為酸性較強的物質，引起酮癥性酸中毒。（血內酮體過多，由尿排出，形成酮尿。酮體為酸性物質，若超過血液的緩沖能力，則引起酸中毒）。酮血癥酮尿癥（ketosis）第二節(jié)脂肪（三酰甘油）的生物合成甘油的合成（兩種途徑）脂肪酸的合成二者分別轉變?yōu)?—磷酸甘油和脂酰CoA后的連接肝、小腸和脂肪組織是主要的合成脂肪的組織器官，其合成的細胞部位主要在胞液。

合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列兩條途徑生成：

1．由糖代謝生成（脂肪細胞、肝）：3-磷酸甘油脫氫酶NADH+H+磷酸二羥丙酮(糖酵解產生）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、飽和脂肪酸的從頭合成（全程合成）（在細胞質中）生物機體脂類合成是十分活躍的，特別在高等動物的肝臟、脂肪組織和乳腺中占優(yōu)勢。脂肪酸的生物合成并不是其氧化降解的逆過程。首先脂肪酸合成是在胞液中進行的，需要CO2和檸檬酸參加，而脂肪酸氧化是在線粒體中進行的；其次脂肪酸合成酶系、?；d體、供氫體等與脂肪酸氧化各不相同。來源線粒體內的丙酮酸氧化脫羧（糖代謝）脂肪酸的β-氧化氨基酸的氧化轉運檸檬酸穿梭（三羧酸轉運體系）1.乙酰CoA（碳源）的來源及轉運脂肪酸合成所需的碳源是來自乙酰輔酶A，但無論是丙酮酸脫羧、氨基酸氧化，還是從脂肪酸β-氧化產生的乙酰CoA都是在線粒體基質中，它們不能任意穿過線粒體內膜到胞液中去。但可以通過以下途徑透過膜，乙酰輔酶A與草酰乙酸結合形成檸檬酸，然后通過三羧酸載體透過膜，再由膜外檸檬酸裂解酶裂解成草酰乙酸和乙酰輔酶A。線粒體基質內膜胞液HSCoA檸檬酸草酰乙酸檸檬酸合酶H2O+乙酰CoAHSCoA+ATP檸檬酸裂解酶草酰乙酸乙酰CoA+ADP+Pi丙酮酸NADH+H+蘋果酸脫氫酶蘋果酸NAD+ADP+Pi丙酮酸羧化酶

ATP+CO2檸檬酸蘋果酸酶NADP+NADPH+H++CO2丙酮酸蘋果酸NAD+NADH+H+蘋果酸脫氫酶

乙酰CoA轉運出線粒體2．丙二酸單酰CoA的合成（乙酰輔酶A羧化）

乙酰輔酶A被用來合成脂肪酸前要先進行羧化，所用的碳原子來自比CO2活潑的HCO3-，形成的羧基是丙二酸單酰CoA的遠端羧基。催化此反應的酶為乙酰輔酶A羧化酶,該酶的輔基為生物素。生物素是CO2分子的中間載體，起到轉移羧基的作用。

脂肪酸合成時碳鏈的縮合延長過程是一循環(huán)反應過程。每經過一次循環(huán)反應，延長兩個碳原子。合成反應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種由1分子酰基載體蛋白（acylcarrierprotein,ACP）和7種酶單體所構成的多酶復合體。3．脂肪酸合成循環(huán)8CH3-C～SCOA=O+7ATP+14NADPH++14H+CH3(

CH2)14COOH+14NADP+

+8CoASH+

7ADP

+7Pi+

6H2O那么這個過程與糖代謝有一定關系：原料（乙酰輔酶A）來源羧化反應中消耗的ATP可由EMP途徑提供總反應式①合成所需原料為乙酰CoA，直接生成的產物是軟脂酸，合成一分子軟脂酸，需七分子丙二酸單酰CoA和一分子乙酰CoA；②在胞液中進行，關鍵酶是乙酰CoA羧化酶；③合成為一耗能過程，每合成一分子軟脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于轉運，7分子用于活化）；④需NADPH作為供氫體，對糖的磷酸戊糖旁路有依賴性。脂肪酸合成的特點：4.飽和脂肪酸的從頭合成與β-氧化的比較區(qū)別要點從頭合成β-氧化細胞內進行部位胞液線粒體酰基載體ACP-SHCoA-SH二碳單位參與或斷裂形式丙二酸單酰ACP乙酰CoA電子供體或受體NADPH+H+FAD,NAD-羥酰基中間物的立體構型不同D型