第九章脂类的代谢

脂类的酶促水解 脂肪的分解代谢脂肪的合成代谢磷脂的代谢胆固醇的代谢脂类代谢的紊乱第九章脂类的代谢

第九章脂类的代谢 Metabolism of Lipids 脂类是生物体内一大类重要的有机化合物，不仅是能量的来源，也是生物体内不可缺少的组成成分。脂类代谢的中间产物异戊烯衍生物可转变为维生素A、E、K及植物次生物质。人类的一些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝、酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。脂肪 (fat)：脂类 (lipid) 类脂 (lipoid): 磷脂，糖脂，胆固醇，胆固醇酯

脂肪酶：广泛分布于动植物、微生物体内 肾上腺素、胰高血糖素激活脂肪酸胰岛素抑制甘油第一节脂类的酶促水解脂肪

第二节脂肪的分解代谢 脂肪分解为甘油和脂肪酸后，在组织内氧化生成CO2和水，所放出的能量被用于完成各种生理功能。一、甘油的氧化在脂肪细胞中，因为没有甘油激酶，无法直接利用甘油，只有通过血液运至肝脏。3-磷酸-甘油醛可通过酵解途径转化为丙酮酸继续氧化，或经糖异生途径生成葡萄糖。

磷酸甘油脱氢酶 甘油激酶: 肝,肾,肠糖酵解中间产物逆过程合成葡萄糖及糖原正常途径形成丙酮酸糖酵解中间产物甘油的代谢（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)）

二、脂肪酸的-氧化 （一） -氧化 1、脂肪酸的激活脂肪酸进入细胞后，首先被激活，形成酯酰辅酶A衍生物，然后进入线粒体内氧化。

2、脂肪酸经线粒体膜外至膜内的转运 -氧化作用是在肝脏及其他组织的线粒体中进行的。中、短碳链脂肪酸可以直接穿过线粒体膜进入线粒体内膜，长碳链脂肪酸的通过线粒体膜需经过载体肉碱（carnitine）的协助。肉碱：β羟γ三甲基氨基丁酸,是一个由赖氨酸衍生而成的兼性化合物。 CH3 | CH3-N+-CH2-CH-CH2-COOH | | CH3OH

3.脂肪酸的β-氧化反应步骤 (1) 酯酰辅酶A的、 脱氢作用 (2) 2反式烯酯酰辅酶A的水化 (3) L- -羟酯酰辅酶A的脱氢 (4) -酮酯酰辅酶A的硫解胞液 (1)脂肪酸的活化 (2)脂酰CoA进入线粒体 (3)脂酰CoA β-氧化过程

总结脂肪酸-氧化作用有四个要点： (1) 脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗1个ATP分子的二个高能键，其活化的酯酰辅酶A合成酶在线粒体外。 (2) 长链酯酰辅酶A需经肉碱携带在肉碱转移酶的催化下进入线粒体氧化。 (3) 所有脂肪酸-氧化的酶都是线粒体酶。 (4) -氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。

重要 4、脂肪酸-氧化过程中的能量转变以软脂酸（CH3[CH2 ] 14COOH）为例，1 mol软脂酸完全氧化为乙酰辅酶A共经过7次-氧化，生成7个FADH2（ 1.57= 10.5）， 7个还原型NAD（2.57= 17.5），产生10.5+17.5=28mol ATP和8个乙酰辅酶A 。 8mol乙酰辅酶A彻底氧化可生成108=80 mol ATP，活化过程消耗2个ATP，因此净得 ATP为 28+80-2=106mol，脂肪代谢的能量有33.1%以ATP的形式贮存起来。

10.5 ATP 17.5 ATP 80 ATP -30.54KJ 106 33 能量转换率 = 100% = -9730KJ β-氧化过程中能量的释放及转换效率例：软脂酸 CH3(CH2)14COOH 7次β-氧化 1.5 ATP 7 FADH2 2.5 ATP  7 NADH 108 ATP 10 ATP  8 乙酰CoA 净生成：108 – 2 = 106 ATP

异构酶 （二）不饱和脂肪酸的氧化单双键脂肪酸在烯酯酰辅酶A异构酶的催化下，将顺式3化合物转变为反式3烯酯酰辅酶A继续氧化，多双键脂肪酸除了需烯酯酰辅酶A异构酶外，还需一种表异构酶使D(-)异构体转变为L(+)异构体——差向异构化作用，使-氧化继续进行。天然不饱和脂肪酸多为顺式

（三）奇数碳链脂肪酸的氧化 含奇数碳原子的脂肪酸依偶数碳原子脂肪酸相同的方式进行氧化，但在氧化降解的最后一轮，产物是丙酰辅酶A和乙酰辅酶A。丙酰辅酶A在羧化酶、表异构酶、变位酶作用下生成琥珀酰辅酶A，进入TCA被氧化。丙酰CoA CH3-CH2-CO SCoA 琥珀酰CoA

脑苷脂 神经节苷脂三、-氧化和 -氧化 1、 -氧化 1956年，Stumpf.P.K在植物线粒体中发现。 RCH2COOH 脂肪酸 RCH(OH)COOH -羟脂酸 RCOCOOH -酮酸 CO2 + RCOOH 脂肪酸 -氧化对降解支链脂肪酸、奇数脂肪酸或过分长链脂肪酸有重要作用，其中间产物还原可生成长链脂肪醇，在植物蜡中含量很丰富。

2、  -氧化 1932年，Verkade等人发现。脂肪酸的末端甲基（  端）可经氧化作用后转变为 -羟脂酸，然后再氧化成、 -二羟酸进行-氧化。此途径称为 -氧化。油浸土壤中分离出的需氧细菌能迅速降解烃或脂肪酸或水溶性产物，其起始步骤本质上即是 -氧化。

2 CH3-CO SCoA 乙酰CoA HOOC-CH2-CH-CH3 | OH CH3-C-CH3 || O β酮硫解酶 CoASH -羟丁酸丙酮 CH3-CO ~ SCoA NAD+ NADH +H+ CH3-CO-CH2-CO SCoA 乙酰乙酰CoA CH3-CO ~ SCoA β羟丁酸脱氢酶 HMG辅酶 A合酶 CO2 CoASH HMG辅酶A 裂解酶 CH3 | HOOC-CH2-C-CH2-CO SCoA | OH HOOC-CH2-C-CH3 || O 乙酰乙酸羟甲基戊二酰CoA HMG CoA：限速酶四、酮体的生成和利用 1、酮体的生成：肝线粒体

2、酮体的氧化 -羟丁酸酮酸乙酰乙酰CoA 2乙酰CoA 丙酮除随尿排出外，有一部分从肺部呼出，还可转变为丙酮酸，丙酮酸可以氧化也可合成糖原。肝脏中产生酮体，但不能加以利用，而肝外组织则具有较强的使乙酰乙酸氧化的酶系，迅速加以利用。对于不能利用脂肪酸的脑组织来说，利用酮体作为能源具有重要意义。

二、脂肪酸的生物合成 主要在胞浆中进行，在线粒体和微粒体中也可以。（一）从头合成在ATP、NADPH、Mg++，Mn++及CO2存在下催化乙酰CoA合成脂肪酸。脂肪合成时，乙酰CoA是合成脂肪酸的引物，但脂肪酸合成每次延长都需丙二酸单酰CoA参加。乙酰CoA羧化酶（acety-CoA carboxylase）的辅基是生物素（biotin），别构剂是柠檬酸，只有别构部位结合柠檬酸后，才有活性，胞液中柠檬酸浓度是脂肪酸合成的最重要的调节物。

1、原初反应 ACP（脂酰基载体蛋白，acyl carrier protein）是脂肪酸合成酶复合体系中中心蛋白质。 2、丙二酸酰基的反应 3、缩合反应 4、第一次还原反应 5、脱水反应 6、第二次还原反应

脂肪酸合成的反应步骤 还原缩合还原脱水

丁酰ACP（C4）是脂肪酸合成的第一轮产物，依上述过程一轮一轮反应，每轮反应延长两个C原子，7轮最后生成软脂酸，软脂酸是大多数有机体脂肪酸合成酶系的终产物。因为从ACP移去脂酰基的脱酰基酶（硫酯酶）对16个C原子脂酰基表现最大的活性。“丙酮酸—苹果酸循环”解决线粒体生成的乙酰CoA难以直接进入细胞质的问题。丁酰ACP（C4）是脂肪酸合成的第一轮产物，依上述过程一轮一轮反应，每轮反应延长两个C原子，7轮最后生成软脂酸，软脂酸是大多数有机体脂肪酸合成酶系的终产物。因为从ACP移去脂酰基的脱酰基酶（硫酯酶）对16个C原子脂酰基表现最大的活性。“丙酮酸—苹果酸循环”解决线粒体生成的乙酰CoA难以直接进入细胞质的问题。

（二）线粒体中脂肪酸的合成 在线粒体中可以进行与脂肪酸 -氧化相似的逆向过程，使得一些脂肪酸碳链（C16）加长，利用乙酰CoA一次加长2个碳原子。微粒体系统的特点是利用丙二酰CoA加长碳链，中间过程与脂肪酸从头合成系统相似，但没有ACP为核心的多酶复合体系。

软脂酰 CoANADPH+H++O2 软脂酰 CoANADP++H2O 硬脂酰 CoANADPH+H++O2 油酰 CoANADP++H2O （三）不饱和脂肪酸的合成双键通过脂酰 CoA加氧酶所催化的氧化反应引入脂肪酸链。

哺乳动物由于缺乏在脂肪酸的第9位C原子以上位置引入不饱和双键的去饱和酶，所以不能自身合成亚油酸和亚麻酸，必须由植物获得，因此称为必需脂肪酸（essential fatty acid）。幼鼠膳食缺乏必需脂肪酸时，生长缓慢，患鳞屑状皮炎，同时皮肤加厚。除添加亚油酸、亚麻酸外，必需添加花生四烯酸才能解除，花生四烯酸是含量最丰富的多烯脂酸，是前列腺素（prostaglandins，缩写PG）的前体。 PG是生物活性物质，对神经递质的活动有调节作用。

脂肪酸硫激酶 甘油磷酯转酰基酶磷脂酸磷酸酶甘油二酯转酰基酶三、脂肪的合成脂肪酸 + CoASH——————脂酰CoA 甘油--磷酸 + 2脂酰CoA——磷脂酸 + 2CoASH 磷脂酸 + H2O——————甘油二酯+ Pi 甘油二酯 + 脂酰CoA——————脂肪 + CoASH

脂肪酸的从头合成与-氧化的区别 比较从头合成 -氧化线粒体位置细胞质运转载体柠檬酸肉毒碱酰基载体 ACP CoA 电子供体、受体 NADPH+H+ NAD+、FAD -羟酰基CoA立体异构型 D-型 L-型需要对CO2、柠檬酸的要求不需要 2C单位加上或断裂方式丙二酰CoA 乙酰CoA 酶多酶复合体较松散能量转化消耗7ATP、14NADPH+H+ 放能106molATP 反应历程还原、脱水氧化、加水

第四节磷脂的代谢 phospholipid 磷脂是一类含有磷酸的脂类机体中主要含有两大类磷脂: 甘油磷脂(phosphoglyceride):由甘油构成的磷脂鞘磷脂(sphingolipid):由神经鞘氨醇构成的磷脂结构特点：具有由磷酸相连的取代基团(含氨碱或醇类)构成的亲水头和由脂肪酸链构成的疏水尾。

一、磷脂的生物合成 以卵磷脂（磷脂酰胆碱）的合成过程为例说明如下：胆碱在激酶催化下发生磷酸化：磷酸胆碱与CTP反应，生成胞苷二磷酸胆碱（CDP-胆碱）：最后是CDP-胆碱与二酰甘油化合：磷酸胆碱胞苷转移酶 CTP+磷酸胆碱CDP-胆碱+PPi 胆碱激酶 HOCH2—CH2—N+(CH3)3+ATP P—OCH2CH2N+(CH3)3+ADP CDP-胆碱+二酰甘油磷脂酰胆碱+CMP

磷脂酸和取代基团在合成之前，两者之一必须首先被CTP活化而被CDP携带，胆碱与乙醇胺可生成CDP-胆碱和CDP-乙醇胺。磷脂酸和取代基团在合成之前，两者之一必须首先被CTP活化而被CDP携带，胆碱与乙醇胺可生成CDP-胆碱和CDP-乙醇胺。二、磷脂的合成部位　　在细胞质滑面内质网上进行，通过高尔基体加工，最后可被组织生物膜利用或成为脂蛋白分泌出细胞。机体各种组织(除成熟红细胞外)即可以进行磷脂合成。　

第五节胆固醇的代谢 一、胆固醇的合成胆固醇(cholesterol,Ch))可以在体内合成，乙酰CoA是合成胆固醇的原料，机体合成胆固醇作用最强的组织是肝脏及小肠，合成是在胞浆及微粒体内进行。虽然脑中含有丰富的胆固醇，但一般认为其自行合成的能力很小。

2 CH3-CO SCoA CoASH CH3-CO~ SCoA HMGCoA 合酶 CoASH CH3-CO-CH2-CO SCoA 6X CH3 | CH3-C=CH-CH2-O- P - P 2 NADPH + H+ HMGCoA 还原酶 2 NADP+ 胆固醇的合成途径：羊毛胆固醇转变为胆固醇胆固醇 C27 羊毛固醇 C30（环）鲨烯 C30 鲨烯转变为羊毛胆固醇 CH3 | HOOC-CH2-C-CH2-CO~SCoA | OH 异戊二烯单位缩合羟甲基戊二酰CoA CH3 | HOOC-CH2-C-CH2-CH2-OH | OH 乙酰乙酰CoA与乙酰CoA生成-羟--甲基戊二酸从-羟--甲基戊二酸丢失CO2形成异戊二烯单位

O ‖ O CH2-C-O-R1 ‖ | R2-C-O-CH | CH2- P - 胆碱二、胆固醇的转化胆固醇能转化为孕酮、肾上腺皮质激素、睾丸酮、雌性激素、维生素D3、胆酸等。胆酸是胆固醇在肝脏中的代谢产物，胆酸在CoA、ATP和Mg++存在下合成胆酰CoA，再与牛磺酸（taurine）或甘氨酸结合形成胆汁盐，对油脂消化和脂溶维生素吸收有重要作用。胆固醇胆固醇酯卵磷脂胆固醇脂肪酰基转移酶 LCAT lecithin-cholesterol acyl transferase 溶血卵磷脂

三、胆固醇的排泄 胆固醇从肝脏随胆汁或通过肠粘膜进入肠道，大部分重新吸收，小部分可直接或被肠细菌还原成类固醇随粪排出，值得注意的是，类固醇不是机体本身的代谢最终产物。

第六节脂类代谢的紊乱 一、酮体和酮血症、酮尿症酮血症，酮尿症（> 70 mg %)，酮症酸中毒二、磷脂和脂肪肝肝脏中脂类代谢率很高，但肝内脂含量仅为4%，其中25%是磷脂。

“脂肪肝”是当肝脏脂蛋白不能及时将肝细胞中脂肪运出，造成脂肪在肝细胞中的堆积所致，肝脏堆积大量脂肪，占据肝细胞很大空间，影响了肝细胞的机能，甚至使许多肝细胞破坏，结缔组织增生，造成“肝硬变”。磷脂有利于脂蛋白合成，肝脂肪运出的物质成为“抗脂肪肝因子”，如卵磷脂或其组分胆碱或参加胆碱合成的甲硫氨酸及甜菜碱。

三、胆固醇代谢与动脉粥样硬化 胆固醇进食过量，甲状腺机能衰退、肾病综合症、胆道阻塞及糖尿病等情况常出现高胆固醇血症，血清中胆固醇水平增高，沉积形成动脉粥样硬化。遗传性载脂蛋白（APO）基因突变造成外源性胆固醇运输系统不健全，使血浆中低密度脂蛋白（LDL）与高密度脂蛋白（HDL）比例失常，此情况下食物中胆固醇的含量就会影响血中胆固醇含量，因此病人应采用控制膳食中胆固醇治疗。引起动脉粥样硬化的另一个原因是LDL的受体基因的遗传性缺损，LDL不能将胆固醇送入细胞内降解，因此内源性胆固醇降解受到障碍，致使血浆中胆固醇增高。

胆固醇酯 甘油三脂胆固醇载脂蛋白磷脂脂蛋白的结构

负极 CM LDL VLDL HDL 点样区血浆脂蛋白分类 1.密度法：乳糜微粒 chylomicron, CM 极低密度脂蛋白 very low density lipoprotein, VLDL 低密度脂蛋白 low density lipoprotein, LDL 高密度脂蛋白 high density lipoprotein, HDL 2.电泳法：正极 CM,,β-脂蛋白, 前β-脂蛋白, α-脂蛋白

正常人空腹血中四种脂蛋白的含量： HDL约占脂蛋白总量的30-47％； LDL是含量最多的一种，约占总脂蛋白的2/3左右（48-68％）； VLDL含量很少，仅占总脂蛋白4-16% ；正常人空腹血浆中不应检出乳糜微粒，仅在进食后出现。

第九章 脂类的代谢