第八章脂类代谢

第八章脂类代谢 Lipids Metabolism

脂肪的分解 本章内容甘油的分解脂肪酸的氧化脂肪的合成代谢脂肪酸的生物合成磷脂的降解与生物合成

脂类:脂肪和类脂的总称，它是有脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类不溶于水而溶于有机溶剂。脂类:脂肪和类脂的总称，它是有脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类不溶于水而溶于有机溶剂。脂肪(fat):又称三酯酰甘油或甘油三酯 (triglyceride,TG) 脂类胆固醇(cholesterol,CH) 胆固醇酯(cholesteryl ester,CE) (lipids) 类脂磷脂(phospholipid,PL) (lipoids): 糖脂(glycolipid,GL)

第一节脂肪的分解代谢 一、脂肪的分解 • 脂肪的动员 • 储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸（FFA）及甘油，并释放入血以供其他组织氧化利用的过程。脂肪经脂肪酶分解为甘油和脂肪酸，最后彻底氧化成CO2和水。

TCA 磷酸二羟丙酮丙酮酸糖异生二、甘油的分解

注意：动物的脂肪细胞中，没有甘油激酶，无法利用脂解产生的甘油。甘油进入血液，转运至肝脏后才能被甘油激酶磷酸化为3-磷酸甘油，再经磷酸甘油脱氢酶氧化成磷酸二羟丙酮，进入糖酵解途径或糖异生途径。注意：动物的脂肪细胞中，没有甘油激酶，无法利用脂解产生的甘油。甘油进入血液，转运至肝脏后才能被甘油激酶磷酸化为3-磷酸甘油，再经磷酸甘油脱氢酶氧化成磷酸二羟丙酮，进入糖酵解途径或糖异生途径。三、脂肪酸的氧化（一）饱和脂肪酸的β-氧化(β-Oxidation) • 1.Knoop实验用苯环标记末端的偶数或奇数脂肪酸饲喂狗,然后分析其尿中的代谢产物。

b a b a FA的分解氧化是从羧基端β-碳原子，碳链逐次断裂下一个2C单位。

2.β-氧化过程 （1).脂肪酸的活化(activation）脂肪酸转变为脂酰辅酶A的过程。部位：细胞液中(cytosol) 条件：脂酰辅酶A合成酶、ATP、辅酶A、Mg+存在耗能：2 个高能 P 键

(CH3)3N+ (CH3)3N+ CH2CH CH2COOH CH2CH CH2COOH RCO-O OH 脂酰肉碱肉碱（2）. 脂酰CoA从液胞转移至进入线粒体脂酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞液中活化的长链脂酰CoA（12C以上）却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱（carnitine）(L-β-羟-γ-三甲氨基丁酸) 结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。反应由肉碱脂酰转移酶(CAT-Ⅰ和CAT-Ⅱ)催化 CoA-SH RCO-SCoA 肉碱脂酰转移酶Ⅰ

脂酰辅酶A进入线粒体基质示意图

FAD FADH2 脂酰CoA 脱氢酶反⊿2-烯酰CoA H2O ⊿2--烯脂酰CoA 水化酶（水合酶） NAD+ L(+)-β羟脂酰 CoA脱氢酶 NADH+H+ β酮脂酰CoA 硫解酶 CoA-SH （3）脂肪酸的β氧化脂酰CoA 脱氢加水 L(+)-β-羟脂酰CoA 再脱氢 β酮脂酰CoA 硫解脂酰CoA+乙酰CoA 目录

3. 脂肪酸氧化的能量生成 ——以16碳软脂酸的氧化为例活化：消耗2个高能磷酸键 β氧化： • 每轮循环 • 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解 • 产物：1分子乙酰CoA • 1分子少两个碳原子的脂酰CoA • 1分子NADH+H+ • 1分子FADH2

7 轮循环产物：8分子乙酰CoA • 7分子NADH+H+ • 7分子FADH2 • 能量计算： • 生成ATP8×12 + 7×3 + 7×2 = 131 • 净生成ATP131 – 2 = 129

脂肪酸β-Oxidation要点 • 脂肪酸仅需活化一次（cytosol），消耗一个ATP的两个高能键； • Acyl-CoA由carnitine运入线粒体，限速酶：CAT-Ⅰ； • β-Oxidation（mitochondrion）: 包括dehydrogenation、hydration、dehydrogenation、thiolysis四个重复步骤。

脂肪酸β-氧化的定义：激活的脂肪酸运进线粒体后，在一系列酶的作用下，β－碳原子（CH2）被氧化形成酮基(C=O)，然后在α－碳原子和β－碳原子之间的化学键发生裂解，生成乙酰CoA和较原来少两个碳原子的脂酰CoA的过程为脂肪酸的β－氧化。脂肪酸β-氧化的定义：激活的脂肪酸运进线粒体后，在一系列酶的作用下，β－碳原子（CH2）被氧化形成酮基(C=O)，然后在α－碳原子和β－碳原子之间的化学键发生裂解，生成乙酰CoA和较原来少两个碳原子的脂酰CoA的过程为脂肪酸的β－氧化。 β-氧化的生理意义：是脂肪酸分解供能的主要形式，可产生大量ATP，提供空腹时机体所需总能量的50％。

（二）酮体的生成与利用 • 概念： (脂酸在心肌、骨骼肌等组织中β-氧化生成的大量乙酰CoA，通过TAC彻底氧化成CO2和H2O)。肝脏中脂酸β－氧化生成的乙酰CoA，有一部分转变成乙酰乙酸(acetoacetate)、β－羟丁酸(β-hydroxybutyrate) 及丙酮(acetone)。这三种中间产物统称为酮体(ketone bodies KB)。 β－羟丁酸约70％，乙酰乙酸约30％，丙酮含量极微。

１．酮体的生成 肝细胞线粒体中含有活性较强的酮体合成的酶系。脂酸在线粒体β－氧化生成的乙酰CoA是合成酮体的原料。场所：肝脏线粒体原料：乙酰COA 关键酶：β-羟-β-甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）合成酶（肝中）

酮体的生成(Formation of Ketone Bodies)

2. 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。特点：肝内生酮肝外用

3. 酮体生成的生理意义 1) 酮体具水溶性，能透过血脑屏障及毛细血管壁。是肝输出脂肪能源的一种形式。 2) 长期饥饿时，酮体供给脑组织50～70%的能量。 3) 禁食、应激及糖尿病时，心、肾、骨骼肌摄取酮体代替葡萄糖供能，节省葡萄糖以供脑和红细胞所需。并可防止肌肉蛋白的过多消耗。 4.酮病正常情况下，血液中酮体含量很少，人的血浆中，100ml含0.3—5mg,其中乙酰乙酸占30％，β-羟丁酸占70％，反刍动物正常血中的酮体也在这个水平。

长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，酮体生成增多。长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，酮体生成增多。 • 当肝内产生酮体超过肝外组织氧化酮体的能力时，血中酮体蓄积，称为酮血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。二者统称酮症酸中毒。

三、乙醛酸循环 不少细菌、藻类以及在一定生育阶段的一些高等植物均能以乙酸为碳源去合成它们生长所需的其它含碳化合物，若乙酰辅酶A只能经三羧酸循环进行氧化降解，那么就无法解释以上现象。经研究提出了有关乙酰辅酶A代谢的另一个循环途径，乙醛酸循环。关键酶：异柠檬酸裂解酶、苹果酸合成酶

草酰乙酸 O CH3-C~SCoA O CH3-C~SCoA COO- CH2 CH2 COO- 琥珀酸 OO H-C-C~ OH 乙醛酸乙醛酸循环反应历程 CoASH 柠檬酸合成酶 NADH 顺乌头酸酶苹果酸脱氢酶 NAD + 苹果酸合成酶异柠檬酸裂解酶 CoASH 2乙酰 CoA + NAD+ 琥珀酸+ 2CoASH + NADH + H+

糖原（或淀粉） 1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮 氧化 PEP 丙酮酸合成三羧酸循环乙醛酸循环脂肪代谢和糖代谢的关系甘油三酰甘油 3-磷酸甘油脂肪酸草酰乙酸乙酰 CoA 植物和微生物苹果酸延胡索酸琥珀酸

第二节脂肪的合成代谢 一、甘油-α-磷酸的生物合成甘油激酶甘油+ ATP 甘油-α-磷酸+ ADP 甘油-α-磷酸脱氢酶二羟丙酮磷酸+ NADH + H+ 甘油-α-磷酸+ NAD+

二、脂肪酸的生物合成 脂肪酸合成主要有2种方式： 1）从头合成（“从无到有”）途径－－胞液以乙酰辅酶A为碳源，合成不超过16个碳的饱和脂肪酸。 2）延伸合成－－线粒体、内质网、叶绿体或前质体（植物）

（一）脂肪酸的从头合成－十六碳饱和脂肪酸合成（一）脂肪酸的从头合成－十六碳饱和脂肪酸合成 1.乙酰辅酶A的来源和转移：来源：脂肪酸的β-氧化、丙酮酸的氧化脱羧、氨基酸代谢。转移：通过“柠檬酸穿梭”跨越线粒体内膜 2.丙二酸单酰-CoA的形成脂肪酸合成的基本原料（包括起始物质或称引物）是乙酰CoA，其合成是二碳单位的延长过程，但逐加的二碳单位并非直接来源于乙酰CoA，而是乙酰CoA的羧化产物丙二酸单酰CoA。

O HOOC-CH2-C~S-CoA || O CH3C~S-CoA || + CO 2 乙酰CoA羧化酶生物素, Mn2+ ATP+H2O ADP + Pi 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶是FA合成的限速酶该酶由3亚基组成，其单体形式无活性, 多聚体形式有活性，辅因子:生物素,Mn2+ 别构激活剂－－柠檬酸别构抑制剂－－长链脂酰CoA

中央巯基SH ③ ④ 外围巯基SH ACP ③ ④ ② ⑤ ② ⑤ ⑥ ① ⑥ ① 3. 脂肪酸合成酶（系）在大肠杆菌和植物中，FA合成酶是由 6 种酶和 1 种酰基载体蛋白(ACP)组成的多酶体系。 ① 脂酰基转移酶 ② 丙二酰转移酶 ③ β-酮脂酰-ACP合成酶 ④ β-酮脂酰-ACP还原酶 ⑤ β-羟脂酰-ACP脱水酶 ⑥ β-烯脂酰-ACP还原酶

HS -CH2-Ser-ACP 酰基载体蛋白——ACPSH • ①结构：4-P-泛酸巯基乙胺 +肽链（E.coli 77AA 36-ser-OH） • ②作用：ACP共价结合脂酰基中间产物，靠臂摆动使之接近各酶的活性部位，从而使反应进行。 • ACP牢固结合在脂肪合成酶复合体上。泛酰巯基乙胺4-磷酸

O CH3-C-S-CoA O CH3-C-S-ACP || 脂酰基转移酶 || 乙酰CoA 乙酰-ACP ACP-SH CoA-SH 丙二酰ACP的形成：乙酰ACP的形成： 4. 脂肪酸合成过程 O HOOC-CH2-C-S-CoA O HOOC-CH2-C-S-ACP 丙二酰转移酶 || || 丙二酰CoA 丙二酰ACP CoA-SH ACP-SH

O CH3COCH2C-SACP O CH3C~SACP || || β-酮丁酰ACP + 乙酰ACP O CH3CH CH-C-S-ACP NADPH OH O CH3-CH-CH2-C-S-ACP NAD P+ || = | || α,β-烯丁酰ACP β-羟丁酰-ACP H2O Ｏ CH3 CH2CH2C-SACP NADP+ NADPH 丁酰ACP O O HO-C-CH2C-S-ACP β-酮脂酰-ACP合成酶 || || 丙二酸单酰-ACP CO2 + ACP-SH 由于缩合反应中， β-酮脂酰-ACP合成酶是对链长有专一性的酶，仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性，故从头合成只能合成16C及以下饱和脂酰-ACP。 β-酮脂酰ACP还原酶 β-羟脂酰ACP脱水酶 β-烯脂酰ACP还原酶

丙二酰基 乙酰基脂肪酸合成酶 (起始脂酰基) 缩合

还原

脱水

还原延长2C的饱和脂酰基

FA合成小结： 部位：胞液原料：乙酰CoA（直接原料：丙二酰CoA）酶系：FA合成酶系限速酶:乙酰CoA羧化酶酰基载体：ACP-SH 一次循环：缩合、加氢、脱水、加氢－－延长2C 合成方向：CH3- -COOH 供氢体：NADPH+H+(主要来自戊糖磷酸途径) 终产物：软脂酸（即：棕榈酸）能量：消耗7分子ATP和14分子NADPH+H+

区别点 脂酸合成脂酸氧化 1.细胞中的部位细胞质线粒体 ACP CoA 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA NADPH FAD，NAD＋ 4.电子供体或受体 7种酶，复合体 4种酶 5.酶系消耗7个ATP及14个NADPH 6.能量变化产生129个ATP 软脂酸分解与合成代谢的区别 2.酰基载体 3.二碳单元参加或断裂的形式

（二）脂肪酸碳链的延长 ★软脂酰CoA或软脂酸生成后，可在滑面内质网及动物的线粒体和植物的叶绿体或前质体中经脂酸碳链延长酶系的催化作用下，形成更长碳链的饱和脂酸。不同的部位延长的具体方式不同。参见P229 表8-2

三、脂肪的生物合成 磷酸甘油酯酰转移酶溶血磷脂酸磷脂酸磷酸甘油酯酰转移酶甘油二脂磷酸酶二酰甘油酯酰转移酶甘油三脂

第三节类脂的代谢

第三节类脂的代谢 一、磷脂的降解与生物合成甘油磷脂（磷脂酰甘油）由甘油构成的磷脂。是生物膜的主要组分。磷脂鞘氨醇磷脂（鞘磷脂）含鞘氨醇而不含甘油的磷脂。是神经组织各种膜如神经髓鞘）的主要结构脂之一。分子中含磷酸的复合脂

CH2O—COR1 R2CO—O—CH O = CH2O—P—O—X OH （一）、甘油磷脂的代谢甘油磷脂的分子结构： X= -CH2CH2N+(CH3)3 磷脂酰胆碱(卵磷脂)(PC) X= -CH2CH2NH3+ 磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)(PE) X= -CH2CH2NH2COOH 磷脂酰丝氨酸(PS) X= -肌醇磷脂酰肌醇（PI）

B1 A1 O O O B2 = = = CH2—O——C—R1 R2—C——O—CH CH2—O——p——O—X A2 OH C D A.甘油磷脂的降解磷脂酶 A1 存在于细胞溶酶体、蛇毒、蜂毒、蝎毒。产物为溶血磷脂2。磷脂酶 A2 存在于细胞膜及线粒体膜、蛇、蜂、蝎毒。产物为溶血磷脂1。急性胰腺炎时，组织中的溶血磷脂A2原被激活。磷脂酶 B1水解溶血磷脂1 磷脂酶 B2水解溶血磷脂2 存在于细胞膜、蛇毒及某些细菌磷脂酶 C 磷脂酶 D 主要存在于高等植物，动物脑组织亦有。

溶血磷脂：只有一个脂肪酸，是强去污剂，可破坏细胞膜，使红细胞破裂而发生溶血。某些蛇毒含溶血磷脂，所以有剧毒。当经磷脂酶B作用脱去脂肪酸后，转变成甘油磷酸胆碱或甘油磷酸乙醇胺，即失去溶解细胞膜的作用。溶血磷脂：只有一个脂肪酸，是强去污剂，可破坏细胞膜，使红细胞破裂而发生溶血。某些蛇毒含溶血磷脂，所以有剧毒。当经磷脂酶B作用脱去脂肪酸后，转变成甘油磷酸胆碱或甘油磷酸乙醇胺，即失去溶解细胞膜的作用。

CO2 3S-腺苷蛋氨酸 HOCH2CHCOOH NH2 ATP ATP 胆碱激酶乙醇胺激酶 ADP ADP CTP CTP P -OCH2CH2NH2 PPi PPi P -OCH2CH2N+(CH3)3 CTP：磷酸乙醇胺胞苷转移酶 CTP：磷酸胆碱胞苷转移酶 B.甘油磷脂的合成 (1) CDP-胆碱、CDP-乙醇胺的生成 HOCH2CH2NH2 HOCH2CH2N+(CH3)3 CDP-OCH2CH2N+(CH3)3 CDP-OCH2CH2NH2 CDP-乙醇胺 CDP-胆碱

H2O 磷脂酸磷酸酶 Pi 磷酸胆碱转移酶 CMP 乙醇胺丝氨酸磷脂酰乙醇胺丝氨酸转移酶 3S-腺苷蛋氨酸脱羧酶磷脂酰乙醇胺甲基转移酶 H+ CO2 (2) 磷脂酰胆碱与磷脂酰乙醇胺的生成磷脂酸 1,2-甘油二酯 CDP-胆碱 CDP-乙醇胺磷酸乙醇胺转移酶磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺

第八章 脂类代谢