五脂类的代谢

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1、 第五章第五章 脂类的代谢脂类的代谢 脂类是脂肪及类脂的总称，是一类不溶于水而易溶于有机溶剂 如乙醚、氯仿、丙酮等，并能为机体利用的有机化合物。它是动 物和植物体的重要组成成分。 脂类按其化学结构可分为单脂和复脂两大类。重要的单脂为脂 肪，是甘油的三脂肪酸酯，它占食物脂的99%。复脂也称类脂，包 括固醇及其酯、磷脂、糖脂等，它们除了含有脂肪酸和各种醇以 外，还含有糖、磷酸及胆碱等物质。 第一节第一节 概概 述述 一、脂肪和类脂在体内的分布 人体的脂肪绝大部分储存在脂肪组织中，即分布在皮下结缔组 织、腹腔大网膜及肠系膜等处，这部分脂肪称为储存脂(stored fat) ，是机体储存能量的一种形式

2、，脂肪组织则称为脂库。储存脂在 正常体温下多为液态或半液态，皮下脂肪含不饱和脂酸较多，所 以熔点低且流动度大，这就使得皮下脂肪能在较冷的体表温度下 仍保持液态，从而有利于各种代谢的进行。机体深处的储存脂熔 点较高，通常处于半固体状态，因此有利于保护内脏器官。 脂肪在不同个体间差异较大，同一个体的不同时期也有明显的差异 。一般成年男性的脂肪含量占体重的1020，女性稍高。体内 的脂肪含量还受营养状况和机体活动等诸多因素的影响，当进食的 热量超过消耗的热量时，储存脂增加，反之则减少，因此储存脂又 称为可变脂。脂肪在细胞内主要以乳化状的微粒存在于胞浆中，也 能与蛋白质和其他类脂疏松地结合而形成复杂的

3、脂蛋白形式存在。 类脂是生物膜的基本组成成分，约占体重的5。类脂在体内的 含量不受营养状况和机体活动的影响，因此又称固定脂或基本脂。 类脂主要存在于细胞的各种膜性结构中，不同的组织中类脂的含量 不同，以神经组织中较多，而一般组织中则较少。 二、脂质的主要生理功能 （一）储能与供能 脂肪的主要功能是储能与供能，在体内氧化分解时可释放出大量 能量以供机体利用。人体生理活动所需的能量2030由脂肪提 供。1 g脂肪彻底氧化分解可释放出38.9 kJ(9.3 kcal)的能量，比同等 重量的糖或蛋白质大一倍多。体内可储存大量的脂肪，在饥饿或禁 食等特殊情况时可被动员，以满足机体能量的需要。 (二)维持

4、正常生物膜的结构与功能 类脂，特别是磷脂和胆固醇是构成所有生物膜如细胞膜、线粒 体膜、核膜及内质网膜等的重要组成成分，它们与蛋白质结合形 成脂蛋白参与生物膜的组成。细胞膜含胆固醇较多，而亚细胞结 构的膜含磷脂较多。 (三)转变成多种重要的生理活性物质 脂质提供必需的脂肪酸如亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等。在 体内可转变成多种重要的生理活性物质，如花生四烯酸可转变成 前列腺素、白三烯及血栓素等多种生物活性物质。胆固醇在体内 可转变成胆汁酸、维生素D3、性激素及肾上腺皮质激素等具有重 要生理功能的物质。 (四)参与物质代谢调节 细胞膜上的磷脂酰肌醇4，5一二磷酸被磷脂酶水解生成三磷酸 肌醇和甘油二酯

5、，两者均为激素作用的第二信使参与代谢调节。 此外，脂肪还可协助脂溶性维生素A、D、E、K和胡萝卜素 等吸收。存在于器官组织间，使器官之间减少摩擦，免受损伤。 不易传热，防止体温过度散失，维持体温恒定。 三、脂肪的消化与吸收三、脂肪的消化与吸收 (一)脂质的消化 食物中的脂质主要是脂肪，此外还有少量的磷脂、胆固醇及胆 固醇酯等。脂质的消化主要在小肠上段进行。在该处有胆汁和胰液 的流入。胆汁中含有胆汁酸盐，胆汁酸盐属于一种较强的乳化剂， 能降低油与水相之间的界面张力，使脂肪及胆固醇酯等疏水性脂质 乳化成细小微团(micelles)，增加消化酶对脂质的接触面，有利于脂 质的消化。胰液中含有胰脂酶(p

6、ancreatic 1ipase)、磷脂酶A2 (phospholipase A2)、胆固醇酯酶(cholesterol esterase)和辅脂酶(colipase) 等消化酶。胰脂酶催化甘油三酯水解生成甘油一酯和脂酸。辅脂酶 本身不具有脂肪酶的活性，但它是脂胰酶水解甘油三酯必不可少的 辅因子，它能与胰脂酶结合并同时与甘油三酯结合，使其锚于微团 的水油界面上，有利于胰脂酶发挥催化甘油三酯的水解作用。磷脂 酶A2催化磷脂水解生成脂酸和溶血磷脂。胆固醇酯酶催化胆固醇酯 水解生成游离胆固醇和脂酸。脂质的消化产物包括甘油一酯、脂酸 、胆固醇及溶血磷脂等，这些消化产物可与胆汁酸盐乳化成更小的 混合微团

7、(mixed micelles)。这种微团体积小，极性大，易扩散，可穿 过小肠黏膜细胞表面的水屏障被肠黏膜细胞所吸收。 (二)脂质的吸收 脂质吸收的主要部位在十二指肠下部和空肠上部。短链脂酸(C2 C4)及中链脂酸(C6C10)构成的甘油三酯经胆汁酸盐乳化后即可 被吸收。进入肠黏膜细胞后由脂肪酶催化水解生成甘油和脂酸， 通过门静脉进入血液循环。长链脂酸(C12C26)及甘油一酯吸收入 肠黏膜细胞后重新合成甘油三酯并与磷脂、胆固醇、胆固醇酯及 载脂蛋白(apolipoprotein，apo)结合成乳糜微粒(chylomicron，CM)经 淋巴进入血液循环。 四、脂肪的贮藏与动员 生物体所有组织

8、都能贮存脂肪，但主要贮存在脂肪组织中。因 此，称脂肪组织为脂库。由于食物的来源、环境条件、生活习惯 等不同，贮存脂肪的性质也不同。但是长期食用同样类型食物时 ，也能改变贮脂的性质。 脂肪的动员是指脂肪在激素敏感脂肪酶的催化下水解并释放出 脂肪酸，供给全身各组织细胞摄取利用的过程。激素敏感脂肪酶 (HSI。)是脂肪动员的关键酶，其活性受激素的调节。 HSI的激活 剂是胰高血糖素等，抑制剂是胰岛素等。正常情况，机体在胰岛 素和胰高血糖素等的作用下，脂肪动员的速度由脂解和酯化两个 相反的过程调节，所以脂肪的贮存与动员是动态平衡的，并且贮存 和动员是处于不断的更新状态中。 第二节脂肪的分解代谢 脂肪是

9、生物体中重要的贮藏物质，它将能量和各种代谢中间物提 供给各种生命活动，这是通过脂肪的分解代谢来实现。脂肪的分解 必须有充分的氧供应才能进行，这和糖可以在无氧下进行分解是不 同的。 一、脂肪的降解 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及 甘油并释放入血以供其它组织氧化利用，该过程称为脂肪的动员。 脂肪经脂肪酶催化水解，水解产物然后按各自不同的途径进一步分 解或转化。动植物组织中一般有三种脂肪酶，脂肪酶、二脂酰甘油 脂肪酶、单脂酰甘油脂肪酶，它们将脂肪逐步水解成脂肪酸和甘油 。水解过程见图。在脂肪动员中，脂肪细胞内激素敏感性甘油三酯 脂肪酶（HSL）起决定性作用，它是脂肪分解的限速

10、酶。由于它可 受多种激素调控，故称为激素敏感性脂肪酶。能促进脂肪分解的 激素称为脂解激素，如肾上腺素、胰高血糖素、促肾上腺皮质激素 （ACTH）及促甲状腺素（TSH）等。胰岛素、前列腺素E2(PGE2) 及烟酸等抑制脂肪的分解，对抗脂解激素的作用。活化的脂肪酶使 脂肪水解成脂肪酸和甘油，这两种水解产物再分别进行氧化分解。 二、 甘油三酯的分解代谢 （一）甘油的分解 甘油溶于水，直接由血液运送至肝、肾、肠等组织。主要在肝 脏甘油激酶的作用下，消耗ATP，转变为-磷酸甘油，然后脱氢 生成磷酸二羟丙酮，循糖代谢途径进行分解或经糖异生转变为糖 。甘油的分解过程如下： 磷酸甘油脱氢酶催化的反应是可逆的，

11、故糖代谢的中间产物磷酸 二羟丙酮也能还原成磷酸甘油。肌肉和脂肪组织因甘油激酶活性 很低，故不能很好利用甘油。 （二） 脂肪酸的氧化作用 在氧供给充足的条件下，脂肪酸在体内可被彻底氧化为CO2和 H2O并释放大量能量供机体利用。除成熟红细胞和脑组织外，几乎 所有组织都能氧化利用脂肪酸，但以肝和肌肉组织最为活跃。已经 知道，脂肪酸是通过-氧化作用被降解的，辅酶在脂肪酸的-氧 化起始过程即脂肪酸的活化反应中具有重要作用。 (1) -氧化的反应过程（饱和偶数碳原子脂肪酸的氧化分解） a 脂肪酸的活化脂酰CoA的生成：在体内饱和偶数碳原子脂 肪酸占绝对优势，其氧化分解是在细胞的线粒体中进行，线粒体含 有

12、脂肪酸氧化的全部酶系。脂肪酸进行-氧化前必须活化，活化在 线粒体外进行。内质网及线粒体外膜上的脂酰辅酶合成酶在ATP 、CoASH、Mg2+的存在下，催化脂肪酸活化，生成脂酰CoA。 n脂肪酸活化后不仅含有高能硫酯键，而且增加 了水溶性，可提高脂肪酸的代谢活性。反应生成 的焦磷酸（PPi）立即被细胞内的焦磷酸酶水解， 阻止逆向反应的进行。故一分子脂肪酸活化，实 际上消耗了两个高能磷酸键。 n在脂肪组织中有三种脂酰CoA合成酶：乙酰 CoA合成酶：以乙酸为主要底物；辛酰CoA合成 酶：以辛酸为主要底物，作用范围可自4C12C羧 酸；十二碳酰CoA合成酶，对12C羧酸的活力最 强，作用范围自 12

13、C20C羧酸。 b 脱氢反应：脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶的催化，脱去两 个氢，在其，碳之间形成一个带有反式双键的反 烯酯酰CoA，此脱氢酶的辅基为FAD： c 水合反应：反烯酯酰CoA在反烯酯酰CoA 水合酶的催化下，双键水解生成L羟脂酰CoA： 反烯脂酰CoA水合酶具有立体专一性，专一催化2- 反 式烯脂酰CoA。 d 脱氢反应：L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA脱氢酶的催化下， 脱氢氧化生成-酮脂酰CoA，该脱氢酶的辅酶为NAD+： e 硫解断链：-酮脂酰CoA在-酮脂酰CoA硫解酶的催化下，和 另一分子CoA作用，硫解产生一分子乙酰CoA和比原来减少了两个 碳原子的脂酰CoA： 综上所

14、述，一分子脂肪酸活化生成脂酰CoA，通过脱氢、水合、再 脱氢和硫解等4步反应(为一次-氧化)后，生成一分子乙酰CoA和少 了两个碳原子的脂酰CoA。新生成的脂酰CoA可继续重复上述4步反 应，直至完全分解为乙酰CoA为止。脂肪酸氧化过程见下图。 图 9-1 脂肪酸的氧化过程 （2）肉毒碱的作用 脂肪酸的-氧化在线粒体的基质中进行，而脂肪酸的活化 在细胞液中进行。长链脂酰CoA是不能直接透过线粒体内膜的 ，我们现在知道长链脂酰CoA是通过一种特异的转运载体进入 线粒体内膜的，这个载体就是肉毒碱： 图9-2.长链脂酰CoA进入线粒体的机制 脂酰CoA进入线粒体是脂肪酸-氧化的 主要限速步骤，肉碱脂

15、酰转移酶是-氧化 的限速酶。当饥饿、高脂低糖膳食或糖尿 病时，机体不能利用糖，需要脂肪酸氧化 供能，此时肉碱脂酰转移酶活性增加， 脂肪酸氧化增强；相反饱食后，脂肪合成 及丙二酰CoA浓度增加，后者抑制肉碱脂酰 转移酶活性，脂肪酸的氧化被抑制。 （3）不饱和脂肪酸的氧化 机体中不饱和脂肪酸也在线粒体中进行-氧化，所 不同的是饱和脂肪酸-氧化过程中产生的烯脂酰CoA是反 式2烯脂酰CoA，而天然不饱和脂肪酸中的双键均为顺 式。因此当不饱和脂肪酸在氧化过程中产生顺式3中间 产物时，需经线粒体内特异的3顺-2反烯脂酰CoA异 构酶的催化，将3顺式转为-氧化酶系所需的正常的 2反式构型，-氧化才能进行。

16、反应过程如下： 对于多不饱和脂肪酸如亚油酸、亚麻酸等，在-氧化过程中 生成2 顺烯脂酰CoA，再水解生成D-羟脂酰CoA，此时须 经线粒体的-羟脂酰CoA表异构酶的催化，将D构型的右旋体 转变为-氧化酶系所催化的L构型左旋体，才能继续氧化。如 例： （4）-氧化过程中能量的生成 以软脂酸为例计算其完全氧化生成的ATP分子数。软 脂酸为十六碳酸，须经7次-氧化循环，共生成8分子乙酰 CoA，一次-氧化有两次脱氢反应，分别生成FADH2和 NADH，FADH2可通过呼吸链产生1.5分子ATP， NADH 通过呼吸链产生2.5分子ATP，故一次反应可生成4分子 ATP。每分子乙酰CoA经循环可产生10分子ATP，脂肪酸 活化成脂酰CoA时消耗2分子ATP，故1分子软脂酸完全氧 化成H2O和CO2生成的ATP分子是: 74+8102=106 1mol软脂酸在体外彻底氧化成CO2