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1、 第十三章 脂类代谢 第一节 概述一、生理功能（一）储存能量，是水化糖原的 6 倍（二）结构成分，磷脂、胆固醇等（三）生物活性物质，如激素、第二信使、维生素等 二、消化吸收（一）消化：主要在十二指肠，胰脂肪酶有三种：甘油三酯脂肪酶，水解生成 2-单脂酰甘油需胆汁和共脂肪酶激活，否则被胆汁酸盐抑制；胆固醇酯酶，生成胆固醇和脂肪酸；磷脂酶 A2，生成溶血磷脂和脂肪酸。食物中的脂肪主要是甘油三酯，与胆汁结合生成胆汁酸盐微团，其中的甘油三酯 70%被胰脂肪酶水解，20%被肠脂肪酶水解成甘油和脂肪酸。微团逐渐变小，95%的胆汁酸盐被回肠重吸收。（二）吸收：水解产物经胆汁乳化，被动扩散进入肠粘膜细胞，在光
2、滑内质网重新酯化，形成前乳糜微粒，进入高尔基体糖化，加磷脂和胆固醇外壳，形成乳糜微粒，经淋巴系统进入血液。甘油和小分子脂肪酸（12 个碳以下）可直接进入门静脉血液。（三）转运：甘油三酯和胆固醇酯由脂蛋白转运。在脂蛋白中，疏水脂类构成核心，外面围绕着极性脂和载脂蛋白，以增加溶解度。载脂蛋白主要有 7 种，由肝脏和小肠合成，可使疏水脂类溶解，定向转运到特异组织。1. 乳糜微粒转运外源脂肪，被脂肪酶水解后成为乳糜残留物。2. 极低密度脂蛋白转运内源脂肪，水解生成中间密度脂蛋白， （IDL 或 LDL1） ，失去载脂蛋白后转变为低密度脂蛋白，3. 低密度脂蛋白又称 脂蛋白，转运胆固醇到肝脏。 脂蛋白高
3、易患动脉粥样硬化。4. 高密度脂蛋白由肝脏和小肠合成，可激活脂肪酶，有清除血中胆固醇的作用。LDL/HDL 称冠心病指数，正常值为 2.0+_0.75. 自由脂肪酸与清蛋白结合，构成极高密度脂蛋白而转运。第二节 甘油三酯的分解代谢 一、甘油三酯的水解（一）组织脂肪酶有三种，脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶，逐步水解R3、R1、R2，生成甘油和游离脂肪酸。（二）第一步是限速步骤，肾上腺素、肾上腺皮质激素、高血糖素通过 cAMP 和蛋白激酶激活，胰岛素和前列腺素 E1 相反，有抗脂解作用。二、甘油代谢脂肪细胞没有甘油激酶，所以甘油被运到肝脏，由甘油激酶磷酸化为 3-磷酸甘油，再由磷酸甘油脱氢
4、酶催化为磷酸二羟丙酮，进入酵解或异生，并生成 NADH。三、脂肪酸的氧化（一）饱和偶数碳脂肪酸的氧化1. 脂肪酸的活化：脂肪酸先生成脂酰辅酶 A 才能进行氧化，称为活化。由脂酰辅酶 A 合成酶（硫激酶）催化，线粒体中的酶作用于 4-10 个碳的脂肪酸，内质网中的酶作用于 12 个碳以上的长链脂肪酸。生成脂酰 AMP 中间物。乙酰 acetyl;脂酰 acyl2. 转运：短链脂肪酸可直接进入线粒体，长链脂肪酸需先在肉碱脂酰转移酶 I 催化下与肉碱生成脂酰肉碱，再通过线粒体内膜的移位酶穿过内膜，由肉碱转移酶 II 催化重新生成脂酰辅酶 A。最后肉碱经移位酶回到细胞质。3. -氧化：在线粒体基质进行
5、，每 4 步一个循环，生成一个乙酰辅酶 A。l 脱氢：在脂酰辅酶 A 脱氢酶作用下，、 位生成反式双键，即 2 反式烯脂酰辅酶 A。酶有三种，底物链长不同，都以 FAD 为辅基。生成的 FADH2 上的氢不能直接氧化，需经电子黄素蛋白（ETF） 、铁硫蛋白和辅酶 Q 进入呼吸链。l 水化：由烯脂酰辅酶 A 水化酶催化，生成 L-羟脂酰辅酶 A。此酶只催化 2 双键，顺式双键生成 D 型产物。l 再脱氢：L-羟脂酰辅酶 A 脱氢酶催化生成 -酮脂酰辅酶 A 和 NADH，只作用于 L 型底物。l 硫解：由酮脂酰硫解酶催化，放出乙酰辅酶 A，产生少 2 个碳的脂酰辅酶 A。酶有三种，底物链长不同，
6、有反应性强的巯基。此步放能较多，不易逆转。4. 要点：活化消耗 2 个高能键，转移需肉碱，场所是线粒体，共四步。每个循环生成一个NADH 和一个 FADH2，放出一个乙酰辅酶 A。软脂酸经 -氧化和三羧酸循环，共产生5*7+12*8-2=129 个 ATP，能量利用率为 40%。（二）不饱和脂肪酸的氧化1. 单不饱和脂肪酸的氧化：油酸在 9 位有顺式双键，三个循环后形成 3 顺烯脂酰辅酶A。在 3 顺 2 反烯脂酰辅酶 A 异构酶催化下继续氧化。这样一个双键少 2 个 ATP。2. 多不饱和脂肪酸的氧化：亚油酸在 9 位和 12 位有两个顺式双键，4 个循环后生成 2 顺烯脂酰辅酶 A，水化生
7、成 D-产物，在 -羟脂酰辅酶 A 差向酶作用下转变为 L 型，继续氧化。（三）奇数碳脂肪酸的氧化奇数碳脂肪酸经 氧化可产生丙酰辅酶 A，某些支链氨基酸也生成丙酸。丙酸有下列两条代谢途径：1. 丙酰辅酶 A 在丙酰辅酶 A 羧化酶催化下生成 D-甲基丙二酸单酰辅酶 A，并消耗一个ATP。在差向酶作用下生成 L-产物，再由变位酶催化生成琥珀酰辅酶 A，进入三羧酸循环。需腺苷钴胺素作辅酶。2. 丙酰辅酶 A 经脱氢、水化生成 -羟基丙酰辅酶 A，水解后在 -羟基丙酸脱氢酶催化下生成丙二酸半醛，产生一个 NADH。丙二酸半醛脱氢酶催化脱羧，生成乙酰辅酶 A，产生一个NADPH。（四）脂肪酸的 -氧化
8、存在于植物种子、叶子，动物脑和肝脏。以游离脂肪酸为底物，涉及分子氧或过氧化氢，对支链、奇数和过长链（22）脂肪酸的降解有重要作用。哺乳动物叶绿素代谢时，经过水解、氧化，生成植烷酸，其 位有甲基，需通过 氧化脱羧才能继续 氧化。 氧化有以下途径：1. 脂肪酸在单加氧酶作用下 羟化，需 Fe2+和抗坏血酸，消耗一个 NADPH。经脱氢生成-酮脂肪酸，脱羧生成少一个碳的脂肪酸。2. 在过氧化氢存在下，经脂肪酸过氧化物酶催化生成 D-氢过氧脂肪酸，脱羧生成脂肪醛，再脱氢产生脂肪酸或还原。（五）-氧化12 个碳以下的脂肪酸可通过 -氧化降解，末端甲基羟化，形成一级醇，再氧化成醛和羧酸。一些细菌可通过 -
9、氧化将烷烃转化为脂肪酸，从两端进行 -氧化降解，速度快。四、酮体代谢乙酰辅酶 A 在肝和肾可生成乙酰乙酸、-羟基丁酸和丙酮，称为酮体。肝通过酮体将乙酰辅酶 A 转运到外周组织中作燃料。心和肾上腺皮质主要以酮体作燃料，脑在饥饿时也主要利用酮体。平时血液中酮体较少，有大量乙酰辅酶 A 必需代谢时酮体增多，可引起代谢性酸中毒，如糖尿病。（一）合成1. 两个乙酰辅酶 A 被硫解酶催化生成乙酰乙酰辅酶 A。-氧化的最后一轮也生成乙酰乙酰辅酶 A。2. 乙酰乙酰辅酶 A 与一分子乙酰辅酶 A 生成 -羟基-甲基戊二酰辅酶 A，由 HMG 辅酶 A合成酶催化。3. HMG 辅酶 A 裂解酶将其裂解为乙酰乙酸
10、和乙酰辅酶 A。4. D-羟丁酸脱氢酶催化，用 NADH 还原生成 羟丁酸，反应可逆，不催化 L-型底物。5. 乙酰乙酸自发或由乙酰乙酸脱羧酶催化脱羧，生成丙酮。（二）分解1. 羟丁酸可由羟丁酸脱氢酶氧化生成乙酰乙酸，在肌肉线粒体中被 3-酮脂酰辅酶 A 转移酶催化生成乙酰乙酰辅酶 A 和琥珀酸。也可由乙酰乙酰辅酶 A 合成酶激活，但前者活力高且分布广泛，起主要作用。乙酰乙酰辅酶 A 可加入 -氧化。2. 丙酮代谢较复杂，先被单加氧酶催化羟化，然后可生成丙酮酸或乳酸、甲酸、乙酸等。大部分丙酮异生成糖，是脂肪酸转化为糖的一个可能途径。第三节 甘油三酯的合成代谢 一、软脂酸的合成（一）乙酰辅酶 A
11、 的转运合成脂肪酸的碳源来自乙酰辅酶 A，乙酰辅酶 A 是在线粒体形成的，而脂肪酸的合成场所在细胞质中，所以必需将乙酰辅酶 A 转运出来。乙酰辅酶 A 在线粒体中与草酰乙酸合成柠檬酸，通过载体转运出线粒体，在柠檬酸裂解酶催化下裂解为乙酰辅酶 A 和草酰乙酸，后者被苹果酸脱氢酶还原成苹果酸，再氧化脱羧生成丙酮酸和 NADPH，丙酮酸进入线粒体，可脱氢生成乙酰辅酶 A，也可羧化生成草酰乙酸。（二）丙二酸单酰辅酶 A 的生成乙酰辅酶 A 以丙二酸单酰辅酶 A 的形式参加合成。乙酰辅酶 A 与碳酸氢根、ATP 反应，羧化生成丙二酸单酰辅酶 A，由乙酰辅酶 A 羧化酶催化。此反应是脂肪酸合成的限速步骤，
12、被柠檬酸别构激活，受软脂酰辅酶 A 抑制。此酶有三个亚基：生物素羧化酶（BC） 、生物素羧基载体蛋白（BCCP）和羧基转移酶（CT） 。（三）脂肪酸合成酶体系有 7 种蛋白，以脂酰基载体蛋白为中心，中间产物以共价键与其相连。载体蛋白含巯基，与辅酶 A 类似，可由辅酶 A 合成。（四）脂肪酸的合成1. 起始：乙酰辅酶 A 在 ACP-酰基转移酶催化下生成乙酰 ACP，然后转移到 -酮脂酰-ACP合成酶的巯基上。2. ACP 与丙二酸单酰辅酶 A 生成丙二酸单酰 ACP，由 ACP：丙二酸单酰转移酶催化。3. 缩合：-酮脂酰 ACP 合成酶将乙酰基转移到丙二酸单酰基的 -碳上，生成乙酰乙酰ACP，
13、并放出 CO2。所以碳酸氢根只起催化作用，羧化时储存能量，缩合时放出，推动反应进行。4. 还原：NADPH 在 -酮脂酰 ACP 还原酶催化下将其还原为 D-羟丁酰 ACP。-氧化的产物是 L-型。5. 脱水：羟脂酰 ACP 脱水酶催化生成 2 反丁烯酰 ACP，即巴豆酰 ACP。6. 再还原：烯脂酰 ACP 还原酶用 NADPH 还原为丁酰 ACP。-氧化时生成 FADH2，此时是为了加速反应。7. 第二次循环从丁酰基转移到 -酮脂酰 ACP 合成酶上开始。7 次循环后生成软脂酰 ACP，可被硫酯酶水解，或转移到辅酶 A 上，或直接形成磷脂酸。-酮脂酰 ACP 合成酶只能接受14 碳酰基，并
14、受软脂酰辅酶 A 反馈抑制，所以只能合成软脂酸。（五）软脂酸的合成与氧化的区别有 8 点：部位、酰基载体、二碳单位、辅酶、羟脂酰构型、对碳酸氢根和柠檬酸的需求、酶系、能量变化。二、其他脂肪酸的合成（一）脂肪酸的延长1. 线粒体酶系：在基质中，可催化短链延长。基本是 -氧化的逆转，但第四个酶是烯脂酰辅酶 A 还原酶，氢供体都是 NADPH。2. 内质网酶系：粗糙内质网可延长饱和及不饱和脂肪酸，与脂肪酸合成相似，但以辅酶 A代替 ACP。可形成 C24。（二）不饱和脂肪酸的形成1. 单烯脂酸的合成：需氧生物可通过单加氧酶在软脂酸和硬脂酸的 9 位引入双键，生成棕榈油酸和油酸。消耗 NADPH。厌氧
15、生物可通过 -羟脂酰 ACP 脱水形成双键。2. 多烯脂酸的合成：由软脂酸通过延长和去饱和作用形成多不饱和脂肪酸。哺乳动物由四种前体转化：棕榈油酸（n7） 、油酸（n9） 、亚油酸（n6）和亚麻酸（n3） ，其中亚油酸和亚麻酸不能自己合成，必需从食物摄取，称为必需脂肪酸。其他脂肪酸可由这四种前体通过延长和去饱和作用形成。三、甘油三酯的合成：肝脏和脂肪组织（一）前体合成：包括 L-磷酸甘油和脂酰辅酶 A。细胞质中的磷酸二羟丙酮经 -磷酸甘油脱氢酶催化，以 NADH 还原生成磷酸甘油。也可由甘油经甘油激酶磷酸化生成，但脂肪组织缺乏有活性的甘油激酶。（二）生成磷脂酸：磷酸甘油与脂酰辅酶 A 生成单脂
16、酰甘油磷酸，即溶血磷脂酸，再与脂酰辅酶 A 生成磷脂酸。都由甘油磷酸脂酰转移酶催化。磷酸二羟丙酮也可先酯化，再还原生成溶血磷脂酸。（三）合成：先被磷脂酸磷酸酶水解，生成甘油二酯，再由甘油二酯转酰基酶合成甘油三酯。四、各组织的脂肪代谢脂肪组织脂解的限速酶是脂肪酶，生成的游离脂肪酸进入血液，可用于氧化或合成，而甘油不能用于合成。肝脏可将脂肪酸氧化或合成酮体或合成甘油三酯。第四节 磷脂代谢 一、分解：（一）磷脂酶有以下 4 类：1. 磷脂酶 A1：水解 C12. 磷脂酶 A2：水解 C23. 磷脂酶 C：水解 C3，生成 1，2-甘油二酯，与第二信使有关。4. 磷脂酶 D：生成磷脂酸和碱基5. 磷脂酶 B：同时水解 C1 和 C2，如点青霉磷脂酶。（二）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。溶血磷脂酶有 L1 和 L2，分别水解 C1 和 C2。（三）产物
