第九章 脂 类 代 谢

1. 第九章 脂 类 代 谢 Metabolism of Lipids

2. 第一节 脂类的概念及生理作用 第二节 脂肪的水解 第三节 甘油的代谢 第四节 脂肪酸的β-氧化作用

3. 第一节 脂类的概念及生理作用 脂类（lipids）是生物体维持正常生命活动不可缺少的一大类有机化合物，是与糖类、蛋白质、核酸并列为四大类重要基本物质之一。脂类的一个共性就是难溶于水，易溶于有机溶剂。脂类的生物学功能主要包括：

4. 一、 供能、贮能 1 g 脂肪：38 kJ （9kcal） 1 g 葡萄糖：16.9kJ （4kcal） 脂肪是非极性化合物，以无水状态贮存 糖原是极性化合物，以水合形式贮存 同等重量计算，脂肪的代谢能量实际高达糖原的6倍

5. 四、缓冲作用 二、是生物细胞的结构物质 类脂：胆固醇，磷脂 其中的磷脂是构成细胞生物膜（Biomembrane）的重要结构物质。 三、生物活性物质 前列腺素，VD，性激素

6. 脂的分类 (1) 单纯脂——是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典型的为甘油三酯。 (2) 复合脂——除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，如磷酸、含氮化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。磷脂 (3) 其它脂——为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜类、前列腺素类和甾类化合物等。

7. 单纯脂

8. 复合脂 磷酸甘油脂，又称甘油磷脂，是最具有代表性的复合脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷脂甘油脂是细胞膜结构重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简单的磷酸甘油脂结构如图

9. 第二节 脂肪的水解

11. 第三节 甘油的水解 甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成3-磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。 其反应如下：

12. 其中第一步反应需要消耗ATP，而第二步反应可生成还原辅酶Ⅰ。其中第一步反应需要消耗ATP，而第二步反应可生成还原辅酶Ⅰ。 磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是糖酵解途径的中间产物，因此既可以继续氧化，经丙酮酸进入三羧酸循环彻底氧化成CO2和水，又可经糖异生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。

13. 第四节 脂肪酸的水解 步骤 一、脂肪酸的活化（线粒体外膜） 二、脂肪酸的转运 三、脂肪酸的β-氧化过程（线粒体基质） 四、氧化磷酸化（线粒体基质）

14. 线粒体基质 乙醛酸循环体(glyoxysome，简称乙醛酸体) b-氧化作用的部位： 油料作物种子萌发时

15. 一、 脂肪酸的活化 脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoA酯化成脂酰CoA的过程。反应如下：

16. 脂肪酸的活化需要ATP的参与。每活化1分子脂肪酸，需要1分子ATP转化为AMP，即要消耗2个高能磷酸键。这可以折算成需要2分子ATP水解成ADP。脂肪酸的活化需要ATP的参与。每活化1分子脂肪酸，需要1分子ATP转化为AMP，即要消耗2个高能磷酸键。这可以折算成需要2分子ATP水解成ADP。 在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不可逆。

17. 二、脂肪酸的转运 脂肪酸的-氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。

18. 肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）的结构如下：

19. 肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。

20. 其中的肉碱脂酰转移酶Ⅰ和Ⅱ是一组同工酶。前者在线粒体外催化脂酰CoA上的脂酰基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至CoA，游离的肉碱被运回内膜外侧循环使用。其中的肉碱脂酰转移酶Ⅰ和Ⅱ是一组同工酶。前者在线粒体外催化脂酰CoA上的脂酰基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至CoA，游离的肉碱被运回内膜外侧循环使用。

22. 三、脂肪酸的 β-氧化 1. 偶数碳链脂肪酸的氧化 脂酰CoA进入线粒体后，经历多次b-氧化作用而逐步降解成多个二碳单位 ——乙酰CoA。 每次b-氧化作用包括四个步骤：

23. a.氧化（ 脂酰辅酶A脱氢酶）

24. b.水合 （烯脂酰CoA水合酶）

25. c.氧化 （羟脂酰CoA脱氢酶）

26. d.断裂/硫解 （-酮脂酰CoA硫解酶）

27. 乙酰CoA

28. 对于长链脂肪酸，需要经过多次b-氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰CoA。对于长链脂肪酸，需要经过多次b-氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰CoA。

29. 下图是软脂酸（棕榈酸 C15H31COOH）的b-氧化过程，它需经历七轮b-氧化作用而生成8分子乙酰CoA。

30. 对于偶数碳饱和脂肪酸，b-氧化过程的化学计量：对于偶数碳饱和脂肪酸，b-氧化过程的化学计量： • 脂肪酸在b-氧化作用前的活化作用需消耗能量，即1分子ATP转变成了AMP，消耗了2个高能磷酸键，相当于2分子ATP。 • 在b-氧化过程中，每进行一轮，使1分子FAD还原成FADH2、1分子NAD+还原成NADH，两者经呼吸链可分别生成2分子和3分子ATP，因此每轮b-氧化作用可生成5分子ATP。 • b-氧化作用的产物乙酰CoA可通过三羧酸循环而彻底氧化成CO2和水，同时每分子乙酰CoA可生成12分子ATP。

31. 总 计 一次活化作用 -2 7轮b-氧化作用 +5×7 = +35 8分子乙酰CoA的氧化 +12×8 = +96 +129 1分子软脂酸彻底氧化 生成ATP的分子数 在油料种子萌发时乙醛酸体中通过b-氧化产生的乙酰CoA一般不用作产能形成ATP，而是通过乙醛酸循环（见后）转变成琥珀酸，再经糖的异生作用转化成糖。

32. 2. 奇数碳链脂肪酸的氧化 大多数脂肪酸含偶数碳原子，它们通过b-氧化可全部转变成乙酰CoA，但一些植物和海洋生物能合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一轮b-氧化作用后，产生丙酰CoA。 丙酰CoA的代谢在动物体内依照如下图所示的途径进行，先进行羧化，然后经过两次异构化，形成琥珀酰CoA。

33. 油酰CoA 的氧化

34. 3.不饱和脂肪酸的氧化 生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，而且位置也相当有规律 ——第一个双键都是在C9和C10之间（写作D9），以后每隔三个碳原子出现一个。例如，亚油酸18:2D9，12；-亚油酸18:3D9,12,15。 不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需其它酶的参与，现以油酸为例加以说明。

36. 它经历了三轮b-氧化作用后，产物在b,g位有一顺式双键，因此接下来的反应不是脱氢，而是双键的异构化，生成反式的a,b双键，然后b-氧化作用继续正常进行。因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADH2。它经历了三轮b-氧化作用后，产物在b,g位有一顺式双键，因此接下来的反应不是脱氢，而是双键的异构化，生成反式的a,b双键，然后b-氧化作用继续正常进行。因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADH2。 不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和脂肪酸的前四轮b-氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时需要一种异构酶的参与。

37. 四、脂肪酸的α-氧化途径 脂肪酸在一些酶的催化下，在a-碳原子上发生氧化作用，分解出一个一碳单位CO2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂肪酸的a-氧化作用。 a-氧化作用是1956年由P.K.Stumpf首先在植物种子和叶片中发现的，后来在动物脑和肝细胞中也发现了脂肪酸的这种氧化作用。

38. 该途径以游离脂肪酸作为底物，在a-碳原子上发生羟化（-OH）或氢过氧化（-OOH），然后进一步氧化脱羧，其可能的机理下图所示。该途径以游离脂肪酸作为底物，在a-碳原子上发生羟化（-OH）或氢过氧化（-OOH），然后进一步氧化脱羧，其可能的机理下图所示。

39. a-氧化作用对于生物体内 奇数碳脂肪酸的形成； 含甲基的支链脂肪酸的降解； 过长的脂肪酸（如C22、C24）的降解 起着重要的作用 哺乳动物将绿色蔬菜中植醇降解就是通过这种途径而实现的

40. 五、脂肪酸的-氧化途径 脂肪酸的-氧化是指脂肪酸的末端（-端）甲基发生氧化，先转变成羟甲基，继而再氧化成羧基，从而形成a, -二羧酸的过程。

41. 生成的,-二羧酸可从两端进行β-氧化作用而降解。生成的,-二羧酸可从两端进行β-氧化作用而降解。

42. 动物体内的十二碳以下的脂肪酸常常通过w-氧化途径进行降解。动物体内的十二碳以下的脂肪酸常常通过w-氧化途径进行降解。 植物体内的在w-端具有含氧基团（羟基、醛基或羧基）的脂肪酸大多也是通过w-氧化作用生成的，这些脂肪酸常常是角质层或细胞壁的组成成分。 一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产物，这种降解过程首先要进行w-氧化作用，生成二羧基脂肪酸后再通过b-氧化作用降解，如海洋中的某些浮游细菌可降解海面上的浮油，其氧化速率可高达0.5克/天/平方米。

43. 六. 乙醛酸循环（Glyoxylate cycle） 乙醛酸循环不存在于动物及高等植物的营养器官内，它存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中。 油料植物的种子中主要的贮藏物质是脂肪，在种子萌发时乙醛酸体大量出现，由于它含有脂肪分解和乙醛酸循环的整套酶系，因此可以将脂肪分解，并将2分子乙酰CoA合成1分子四碳化合物琥珀酸。

44. 微生物、植物细胞内脂肪酸氧化分解为乙酰CoA之后，在乙醛酸体（glyoxysome）内生成琥珀酸、乙醛酸和苹果酸；琥珀酸可用于糖的合成，该过程称为乙醛酸循环（glyoxylic acid cycle,GAC）。

45. 动物和人类细胞中没有乙醛酸体，无法将脂肪酸转变为糖。动物和人类细胞中没有乙醛酸体，无法将脂肪酸转变为糖。 植物和微生物有乙醛酸体。油料植物种子(花生、油菜、棉籽等)萌发时存在着能够将脂肪酸转化为糖的乙醛酸循环。 水稻叶片中也分离出了乙醛酸循环中的两个关键酶——异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶。

46. 琥珀酸可异生成糖并以蔗糖的形式运至种苗的其它组织供给它们生长所需的能源和碳源；而当种子萌发终止、贮脂耗尽，同时叶片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可以由太阳光和CO2获得时，乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失。琥珀酸可异生成糖并以蔗糖的形式运至种苗的其它组织供给它们生长所需的能源和碳源；而当种子萌发终止、贮脂耗尽，同时叶片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可以由太阳光和CO2获得时，乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失。 对于一些细菌和藻类，乙醛酸循环使它们能以乙酸盐为能源和碳源生长。

47. 1. 乙醛酸循环的过程

48. 1. 乙醛酸循环的过程 乙醛酸循环的净结果是把两分子乙酰CoA转变成一分子琥珀酸。其总反应为：

50. 1. 乙醛酸循环的过程 乙醛酸循环与三羧酸循环相比，可以看成是三羧酸循环的一个支路，它在异柠檬酸处分支，绕过了三羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。 参与乙醛酸循环的酶除了异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。 异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的关键酶。