第六章脂类代谢 第六章脂类代谢 第一节概述 脂类是机体内的一类有机大分子物质,它包括范围很广,其化学结构有 很大差异,生理功能各不相同,其共同理化性质是不溶于水而溶于有机溶剂, 在水中可相互聚集形成内部疏水的聚集体。 脂类的分类及其功能 (一)定义 是一类不溶于水而溶于有机溶剂的生物有机分子(根据溶解性定义),对 多数脂质,其化学本质是脂肪酸和醇形成的酯类及其衍生物 1.脂肪酸:4C以上的长链(饱和或不饱和)一元羧酸 2.醇:甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇 (二)分类 根据溶解性定义,在化学组成上变化较大。按化学组成分 单纯脂质 (1)三酰甘油(甘油三酯):由1分子的甘油和3分子的脂肪酸组成 (2)蜡:由长链脂肪酸和高级长链一元醇或固醇组成。 2.复合脂质 按照非脂成分的不同,可分为 (1)磷脂—一根据醇成分的不同可分:①甘油磷脂(磷脂酸、磷 脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等);②鞘磷脂(即鞘氨醇磷脂)。 CH2O-C-RI 甘油磷脂(磷酸甘油酯)由于取代基可以分为多种,其中重要的 有(下册P246): 般C1是饱和脂肪酸,C2是不饱和脂肪酸 鞘磷脂:鞘氨醇+脂肪酸+磷酸P248 (2)糖脂——根据醇不同:①甘油糖脂②鞘糖脂 CH0-C-R 鞘糖脂:鞘氨醇+脂肪酸+糖 R 糖=半乳糖—一单半乳糖二脂酰甘油酯 CH20-FO一糖苷键一糖 3.衍生脂质 (1)取代烃:脂肪酸、高级醇,少量脂肪醛、 C-C-C 脂肪胺 (2)固醇类(甾类)是环戊烷多氢菲的衍生物 因含有醇基故命名为固醇 (3)萜 (4)其它:Ⅵ、VD、VE、VK、脂酰CoA、脂多糖、脂蛋白
第六章 脂类代谢 ·1· 第六章 脂类代谢 第一节 概 述 脂类是机体内的一类有机大分子物质，它包括范围很广，其化学结构有 很大差异，生理功能各不相同，其共同理化性质是不溶于水而溶于有机溶剂， 在水中可相互聚集形成内部疏水的聚集体。 一、脂类的分类及其功能 （一）定义 是一类不溶于水而溶于有机溶剂的生物有机分子（根据溶解性定义），对 多数脂质，其化学本质是脂肪酸和醇形成的酯类及其衍生物。 1. 脂肪酸：4C 以上的长链（饱和或不饱和）一元羧酸 2．醇：甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇 （二）分类 根据溶解性定义，在化学组成上变化较大。按化学组成分 1．单纯脂质 （1）三酰甘油（甘油三酯）：由 1 分子的甘油和 3 分子的脂肪酸组成。 （2）蜡：由长链脂肪酸和高级长链一元醇或固醇组成。 2．复合脂质 按照非脂成分的不同，可分为 （1）磷脂——根据醇成分的不同可分：①甘油磷脂（磷脂酸、磷 脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等）；②鞘磷脂（即鞘氨醇磷脂）。 甘油磷脂（磷酸甘油酯）由于取代基可以分为多种，其中重要的 有(下册 P246)： 一般 C1 是饱和脂肪酸，C2 是不饱和脂肪酸 鞘磷脂：鞘氨醇+脂肪酸+ 磷酸 P248 （2）糖脂——根据醇不同：①甘油糖脂 ②鞘糖脂 鞘糖脂：鞘氨醇+脂肪酸+糖 糖=半乳糖——单半乳糖二脂酰甘油酯 3．衍生脂质 （1）取代烃：脂肪酸、高级醇，少量脂肪醛、 脂肪胺。 （2）固醇类（甾类）是环戊烷多氢菲的衍生物， 因含有醇基故命名为固醇。 （3）萜 （4）其它：VA、VD、VE、VK、脂酰 CoA、脂多糖、脂蛋白
第六章脂类代谢 脂类分为两大类,即脂肪(fat)和类脂( lipids) )脂质的生物学功能(上册P80) 贮存能量和供给能量是脂肪最重要的生理功能(90%的脂肪贮存)。 lg脂肪在体内完全氧化时可释放出38k9.3kcal),比lg糖原或蛋白质多 2倍以上。糖原形式的能量只够12h,而比较胖的人足够供给1个月使用。脂 肪组织是专门用于贮存脂肪的组织,当机体需要时,脂肪组织中贮存在脂肪 可动员出来分解供给机体能量 蜡是海洋浮游生物代谢燃料的主要贮存形式 2结构脂质 包括磷脂( phospholipids),糖脂( glycolipid)和胆固醇及其酯( cholesterol and cholesterol ester)三大类。磷脂是含有磷酸的脂类,包括由甘油构成的甘油磷脂 ( phosphoglycerides)和由鞘氨醇构成的鞘磷脂( sphingomyelin)。糖脂是含有糖基 的脂类。胆固醇还是脂肪酸盐和维生素D3以及类固醇激素合成的原料,对于 调节机体脂类物质的吸收,尤其是脂溶性维生素(A,D,E,K)的吸收以及钙 磷代谢等均起着重要作用。磷脂、糖脂、固醇是生物膜的主要组成成分,构 成疏水性的“屏障”( barrier)分隔细胞水溶性成分和细胞器,维持细胞正常结 构与功能。 3生物活性物质 (1)胆固醇是脂肪酸盐和维生素D以及类固醇激素(雄性、雌性激素) 合成的原料,对于调节机体脂类的吸收,尤其是脂溶性维生素(A,D,E,K) 的吸收以及钙磷代谢等均起着重要作用。 (2)萜类:包括脂溶性维生素(A,D,E,K)和多种光合色素(如类胡萝 卜素)。 (3)电子载体:泛醌、质体醌 (4)信号分子:磷脂酰肌醇、肌醇三磷酸 4.其它: (1)脂肪组织还可起到保持体温,保护内脏器官的作用。 (2)蜡:脊椎动物保护皮肤、水鸟防水 二、脂肪酸( fatty acid,FA)(上册P82) 脂肪酸在生物体内多以结合形式存在,如甘油三酯、磷脂、糖脂,少量 游离 (一)脂肪酸的种类 天然脂肪酸绝大多数是偶数C、多数16C或18C,某些海洋生物含奇数C 饱和 月桂酸(120)、豆蔻酸(14-0)、软脂酸(棕榈酸)(160、硬脂酸(180) 2.不饱和(单、多):
第六章 脂类代谢 ·2· 脂类分为两大类，即脂肪(fat)和类脂(lipids) （三）脂质的生物学功能(上册 P80) 1．贮存能量和供给能量是脂肪最重要的生理功能（90%的脂肪贮存）。 1g 脂肪在体内完全氧化时可释放出 38kJ(9.3kcal)，比 1g 糖原或蛋白质多 2 倍以上。糖原形式的能量只够 12h，而比较胖的人足够供给 1 个月使用。脂 肪组织是专门用于贮存脂肪的组织，当机体需要时，脂肪组织中贮存在脂肪 可动员出来分解供给机体能量。 蜡是海洋浮游生物代谢燃料的主要贮存形式 2.结构脂质 包括磷脂(phospholipids)，糖脂(glycolipid)和胆固醇及其酯(cholesterol and cholesterol ester)三大类。磷脂是含有磷酸的脂类，包括由甘油构成的甘油磷脂 (phosphoglycerides)和由鞘氨醇构成的鞘磷脂(sphingomyelin)。糖脂是含有糖基 的脂类。胆固醇还是脂肪酸盐和维生素 D3 以及类固醇激素合成的原料，对于 调节机体脂类物质的吸收，尤其是脂溶性维生素(A，D，E，K)的吸收以及钙 磷代谢等均起着重要作用。磷脂、糖脂、固醇是生物膜的主要组成成分，构 成疏水性的“屏障”(barrier),分隔细胞水溶性成分和细胞器，维持细胞正常结 构与功能。 3.生物活性物质 （1）胆固醇是脂肪酸盐和维生素 D3 以及类固醇激素（雄性、雌性激素） 合成的原料，对于调节机体脂类的吸收，尤其是脂溶性维生素(A，D，E，K) 的吸收以及钙磷代谢等均起着重要作用。 （2）萜类：包括脂溶性维生素(A，D，E，K)和多种光合色素（如类胡萝 卜素）。 （3）电子载体：泛醌、质体醌 （4）信号分子：磷脂酰肌醇、肌醇三磷酸 4. 其它： （1）脂肪组织还可起到保持体温，保护内脏器官的作用。 （2）蜡：脊椎动物保护皮肤、水鸟防水 二、脂肪酸（fatty acid,FA）(上册 P82) 脂肪酸在生物体内多以结合形式存在，如甘油三酯、磷脂、糖脂，少量 游离。 （一）脂肪酸的种类 天然脂肪酸绝大多数是偶数 C、多数 16C 或 18C，某些海洋生物含奇数 C： 1．饱和： 月桂酸（12:0）、豆蔻酸（14:0）、软脂酸（棕榈酸）（16:0）、硬脂酸（18:0） 2．不饱和（单、多）：
第六章脂类代谢 油酸(18:1△9)、亚油酸(18:2△12)、亚麻酸(18:3△c12c15)、花 生四烯酸(204△5e8elle14 简写方法:C原子数目双键数目△双键位置(近魔,c顺式从 (二)必需多不饱和脂肪酸 哺乳动物能够合成多种脂肪酸,但不能合成多不饱和脂肪酸,必须由膳 食摄入。 1.亚油酸:可以合成γ-亚麻酸和花生四烯酸,因此如果不能正常得到亚 油酸,γ-亚麻酸和花生四烯酸也成为必需脂肪酸。 2.α-亚麻酸:可以合成EPA(二十碳五烯酸烯酸)、DHA(二十二碳六 烯酸烯酸)(在眼睛视网膜和大脑皮层活跃,一半出生前积累)。 三、三酰甘油(甘油三酯) 主要分布于脂肪组织,具有储能、供能、保温、保护脏器等功能 (一)动植物油脂 油脂的本质是酰基甘油(主要三酰甘油,少量二酰甘油、单酰甘油)。 根据脂肪酸的不同分为 油:常温为液态(植物油),不饱和脂肪酸含量高, 2.脂:常温为固态(动物油),不饱和脂肪酸含量低 (二)三酰甘油的结构 是由1分子甘油与3分子脂肪酸(烃链的末端羧基通过酯键形成的甘 油三酯( (triacylglycerol) 2.L-甘油-3-磷酸 HOH (1)酸败的原因是自动氧化(脂质过氧化):空气氧对化合物作用,产生过氧化物并进一步降解形成挥 发性醛 酸的混合物:微生物对油脂的分解 (2)脂质过氧化是活性氧参与的自由基链反应。生物膜是最容易发生脂质过氧化的场所,将直接干扰和 破坏膜的功能。蛋白的聚集和交联(上册P96-103) (3)抗氧化剂的保护(上册P103) SOD、过氧化氢酶、Vc、VE、β-胡萝卜素 四、脂类的消化和吸收 (一)消化 正常人每日每人从食物中消化60-150g脂类,其中甘油三脂占90%以上, 还有少量的磷脂、胆固醇及其酯和一些游离脂肪酸( free fatty acids) 消化部位: 肝、胆有病的人不能吃油腻的食物 (1)食物中的脂类在成人口腔和胃中不能被消化。 这是由于口腔中没有消化脂类的酶,胃中虽有少量脂肪酶,但此酶只有
第六章 脂类代谢 ·3· （1）酸败的原因是自动氧化（脂质过氧化）：空气氧对化合物作用，产生过氧化物并进一步降解形成挥 发性醛、酮、酸的混合物；微生物对油脂的分解。 （2）脂质过氧化是活性氧参与的自由基链反应。生物膜是最容易发生脂质过氧化的场所，将直接干扰和 破坏膜的功能。蛋白的聚集和交联(上册 P96-103) （3）抗氧化剂的保护(上册 P103) SOD、过氧化氢酶、Vc、VE、β-胡萝卜素 油酸（18:1△9c）、亚油酸（18:2△9c，12c）、亚麻酸（18:3△9c，12c，15c）、花 生四烯酸（20:4△5c，8c，11c，14c） 简写方法： C 原子数目:双键数目△双键位置（近羧基、c-顺式 t-反式） （二）必需多不饱和脂肪酸 哺乳动物能够合成多种脂肪酸，但不能合成多不饱和脂肪酸，必须由膳 食摄入。 1．亚油酸：可以合成γ-亚麻酸和花生四烯酸，因此如果不能正常得到亚 油酸，γ-亚麻酸和花生四烯酸也成为必需脂肪酸。 2．α-亚麻酸：可以合成 EPA（二十碳五烯酸烯酸）、DHA（二十二碳六 烯酸烯酸）（在眼睛视网膜和大脑皮层活跃，一半出生前积累）。 三、三酰甘油（甘油三酯） 主要分布于脂肪组织，具有储能、供能、保温、保护脏器等功能。 （一）动植物油脂 油脂的本质是酰基甘油（主要三酰甘油，少量二酰甘油、单酰甘油）。 根据脂肪酸的不同分为： 1．油：常温为液态（植物油），不饱和脂肪酸含量高， 2．脂：常温为固态（动物油），不饱和脂肪酸含量低， （二）三酰甘油的结构 1．是由 1 分子甘油与 3 分子脂肪酸（烃链的末端羧基通过酯键形成的甘 油三酯(triacylglycerol)。 2．L-甘油-3-磷酸。 3．α-位、β-位。 四、脂类的消化和吸收 （一）消化 正常人每日每人从食物中消化 60-150g 脂类，其中甘油三脂占 90%以上， 还有少量的磷脂、胆固醇及其酯和一些游离脂肪酸(free fatty acids)。 １．消化部位： 肝、胆有病的人不能吃油腻的食物。 （１）食物中的脂类在成人口腔和胃中不能被消化。 这是由于口腔中没有消化脂类的酶，胃中虽有少量脂肪酶，但此酶只有
第六章脂类代谢 在中性PH值时才有活性,因此正常胃液中此酶几乎没有活性(但婴儿时期, 胃酸浓度低,PH值接近中性,脂肪尤其是乳脂可被部分消化)。 (2)脂类的消化主要在小肠上段进行。 2.酶 (1)通过小肠蠕动,由胆汁中的胆汁酸盐使食物脂类乳化,使不溶于 水的脂类分散成水包油的小胶体颗粒,提高溶解度增加了酶与脂类的接触面 积,有利于脂类的消化及吸收 (2)在形成的水油界面上,进入小肠的胰分泌液中的酶类(包括胰脂 肪酶,辅脂酶,胆固醇酯酶和磷脂酶A2)对脂类进行消化 3.消化的产物 胰脂肪酶:1和3位酯键水解。生成脂肪酸和2一甘油一脂 辅脂酶:以酶原形式存在,被胰蛋白酶切下N端5个肽而激活。 磷脂酶A:磷脂2位酯键水解。生成脂肪酸和溶血磷脂 胆固醇酯酶:水解生成脂肪酸和胆固醇 (二)吸收 食物中的脂类经胰液中酶消化后,生成2一单酰甘油、脂肪酸、胆固醇 及溶血磷脂等,它们极性明显增强,与胆汁乳化成混合微团,体积很小(20nm), 极性较强,可被肠粘膜细胞吸收。 1.吸收部位:主要在十二指肠下段和盲肠 2.吸收方式 (1)直接吸收:中短链脂肪,经胆汁酸盐乳化后即被吸收。在肠粘膜 细胞脂肪酶的作用下,水解为甘油及中短链脂肪酸,通过门静脉进入血液 2)长链脂肪酸及2-甘油一脂随微团吸收入小肠粘膜细胞 ①长链脂肪酸在脂酰CoA合成酶催化下,生成脂酰CoA,此反应消耗AIP (2个高能键)。 ②脂酰CoA在转酰基酶作用下,将甘油一酯、溶血磷脂和胆固醇酯化生 成相应的甘油三酯、磷脂和胆固醇酯。这些反应可看成脂类的改造过程,即 将食物中动、植物的脂类转变为人体的脂类。 ③乳糜微粒:小肠粘膜细胞中,生成的甘油三酯、磷脂、胆固醇酯及少 量胆固醇,与细胞内合成的载脂蛋白构成乳糜微粒,通过淋巴最终进入血液, 被其它细胞所利用 本章主要讲授脂肪、特别是脂肪酸的代谢
第六章 脂类代谢 ·4· 在中性 PH 值时才有活性，因此正常胃液中此酶几乎没有活性(但婴儿时期， 胃酸浓度低，PH 值接近中性，脂肪尤其是乳脂可被部分消化)。 （２）脂类的消化主要在小肠上段进行。 ２．酶 （１）通过小肠蠕动，由胆汁中的胆汁酸盐使食物脂类乳化，使不溶于 水的脂类分散成水包油的小胶体颗粒，提高溶解度增加了酶与脂类的接触面 积，有利于脂类的消化及吸收。 （２）在形成的水油界面上，进入小肠的胰分泌液中的酶类（包括胰脂 肪酶，辅脂酶，胆固醇酯酶和磷脂酶 A2）对脂类进行消化。 ３．消化的产物 胰脂肪酶：１和３位酯键水解。生成脂肪酸和２－甘油一脂 辅脂酶：以酶原形式存在，被胰蛋白酶切下 N 端５个肽而激活。 磷脂酶 A2：磷脂２位酯键水解。生成脂肪酸和溶血磷脂 胆固醇酯酶：水解生成脂肪酸和胆固醇 （二）吸收 食物中的脂类经胰液中酶消化后，生成２－单酰甘油、脂肪酸、胆固醇 及溶血磷脂等，它们极性明显增强，与胆汁乳化成混合微团，体积很小(20nm)， 极性较强，可被肠粘膜细胞吸收。 １．吸收部位：主要在十二指肠下段和盲肠。 ２．吸收方式： （１）直接吸收：中短链脂肪，经胆汁酸盐乳化后即被吸收。在肠粘膜 细胞脂肪酶的作用下，水解为甘油及中短链脂肪酸，通过门静脉进入血液。 （２）长链脂肪酸及２-甘油一脂随微团吸收入小肠粘膜细胞。 ①长链脂肪酸在脂酰 CoA 合成酶催化下，生成脂酰 CoA，此反应消耗 ATP （2 个高能键）。 ②脂酰 CoA 在转酰基酶作用下，将甘油一酯、溶血磷脂和胆固醇酯化生 成相应的甘油三酯、磷脂和胆固醇酯。这些反应可看成脂类的改造过程，即 将食物中动、植物的脂类转变为人体的脂类。 ③乳糜微粒：小肠粘膜细胞中，生成的甘油三酯、磷脂、胆固醇酯及少 量胆固醇，与细胞内合成的载脂蛋白构成乳糜微粒，通过淋巴最终进入血液， 被其它细胞所利用。 本章主要讲授脂肪、特别是脂肪酸的代谢
第二节脂肪酸的分解代谢 、脂肪酸的酶促水解(脂肪动员)P266 脂肪酸的分解代谢发生于原核生物的细胞溶胶和真核生物的线粒体基质 中 脂肪酶广泛存在于动物、植物和微生物中。它能催化脂肪逐步水解产生 脂肪酸和甘油 生物体内存在着对磷脂分子的不同部位进行水解的磷脂酶。参与磷脂分 解的酶主要有磷脂酶A、A2、磷脂酶B、B、磷脂酶C、磷脂酶D等,其作 用方式如下所示 磷脂酶A(B1) 磷脂酶A2(B2) CHOPOX OH 磷脂酶C 胆固醇酯可以在胆固醇酯酶作用下水解生成胆固醇和脂肪酸。 脂肪动员 脂肪组织中的甘油三酯在一系列脂肪酶的作用下,分解生成甘油和脂肪酸, 并释放入血供其它组织利用的过程,称为脂肪动员 当G来源紧张时,比如紧张、长时间运动及饥饿会动用贮存的脂类。减 肥应当注意 甘油三酯脂酶一一限速酶: 此酶受磷酸化(有活性)和去磷酸化(无活性)调节 (1)脂肪分解的加强主要是相应于肾上腺素和胰高血糖素两种激素发生 的。两种激素使脂肪细胞中的cAMP增多,进一步使脂酶磷酸化有活性,从 而加速脂肪水解 (2)胰岛素和前列腺素等与上述激素作用相反。 甘油的分解与转化 脂肪和肌肉组织中缺乏甘油激酶而不能利用甘油。甘油被运输到肝脏, 被甘油激酶催化生成3-磷酸甘油,进入糖酵解途径或用于糖异生。 CH2OH ATP ADP CH2OH 合成 糖异生→栽 CHOH H2OH甘油激酶 脱氢酶 卡 EMP TCA+H a磷酸甘油 DHAP
第六章 脂类代谢 ·5· 第二节 脂肪酸的分解代谢 一、脂肪酸的酶促水解（脂肪动员） P266 脂肪酸的分解代谢发生于原核生物的细胞溶胶和真核生物的线粒体基质 中。 脂肪酶广泛存在于动物、植物和微生物中。它能催化脂肪逐步水解产生 脂肪酸和甘油。 生物体内存在着对磷脂分子的不同部位进行水解的磷脂酶。参与磷脂分 解的酶主要有磷脂酶 Al、A2、磷脂酶 Bl、B2、磷脂酶 C、磷脂酶 D 等，其作 用方式如下所示： 胆固醇酯可以在胆固醇酯酶作用下水解生成胆固醇和脂肪酸。 脂肪动员： 脂肪组织中的甘油三酯在一系列脂肪酶的作用下，分解生成甘油和脂肪酸， 并释放入血供其它组织利用的过程，称为脂肪动员。 当 G 来源紧张时，比如紧张、长时间运动及饥饿会动用贮存的脂类。减 肥应当注意。 甘油三酯脂酶——限速酶： 此酶受磷酸化(有活性)和去磷酸化(无活性)调节。 （1）脂肪分解的加强主要是相应于肾上腺素和胰高血糖素两种激素发生 的。两种激素使脂肪细胞中的 cAMP 增多，进一步使脂酶磷酸化有活性，从 而加速脂肪水解。 （2）胰岛素和前列腺素等与上述激素作用相反。 二、甘油的分解与转化 脂肪和肌肉组织中缺乏甘油激酶而不能利用甘油。甘油被运输到肝脏， 被甘油激酶催化生成 3-磷酸甘油，进入糖酵解途径或用于糖异生
第六章脂类代谢 、脂肪酸的氧化(β-氧化) 除脑组织外,多数组织可氧化脂肪酸,以肝、肌肉最活跃。脂肪酸氧化 过程可概括为活化、转移、β氧化及最后经三羧酸循环被彻底氧化生成CO 和水并释放出能量等四个阶段。 (一)脂肪酸的活化 其活化形式是硫酯:脂肪酰COA,分两步,回顾 COASH 脂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CoA合成酶(ayl- CoA synthetase)在ATP、 CoASH、Mg2+存在的 条件下,催化脂酸活化,生成脂酰CoA。 协酸+CMH人一脂一8M+ 活化后生成的脂酰CoA极性增强,含有高能硫酯键,而且増加了水溶性 分子中有高能键、性质活泼:是酶的特异底物,与酶的亲和力大,因此更容 易参加反应 脂酰CoA合成酶又称硫激酶,分布在胞浆中、线粒体膜和内质网膜上。 胞浆中的硫激酶催化中短链脂肪酸活化:内质网膜上的酶活化长链脂肪酸 生成脂酰CoA,然后进入内质网用于甘油三酯合成;而线粒体膜上的酶活化 的长链脂酰CoA,进入线粒体进入B-氧化 2.能量消耗:PPi水解的作用 反应过程中生成的焦磷酸(PPi)立即被细胞内的焦磷酸酶水解,阻止了 逆向反应的进行。故1分子脂酸活化,实际上消耗了2个高能磷酸键 3.活化场所:脂酰CoA合成酶(家族)又称硫激酶,作用底物脂肪酸链 长度不同,分布在胞浆中、线粒体膜和内质网膜上。 胞浆中的硫激酶催化中、短链脂肪酸活化:内质网膜上的酶活化长链脂 肪酸,生成脂酰CoA,然后进入内质网用于甘油三酯合成 而线粒体膜上的酶活化的长链脂酰CoA,进入线粒体进入β氧化。 (二)脂肪酸的转运P233 1.催化反应的酶为肉毒碱脂酰基转移酶。 脂酸的活化在胞液中进行,而催化脂酸氧化的酶系存在于线粒体的基质 因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。实验证明,长链脂酰 CoA不能直接透过线粒体内膜。它进入线粒体需肉毒碱( carnitine的转运。线 粒体内膜内外两侧均有此酶,系同工酶,分别为肉毒碱脂酰转移酶( carnitine acyl transferase)l(脂肪酸氧化的限速酶)和肉毒碱脂酰转移酶Ⅱ 肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ使胞浆的脂酰CoA转化为CoA和脂肪酰肉毒碱,后 者进入线粒体内膜。在线粒体膜内侧面的肉碱一脂酰肉碱转位酶的作用下
第六章 脂类代谢 ·6· 三、脂肪酸的氧化（β-氧化） 除脑组织外，多数组织可氧化脂肪酸，以肝、肌肉最活跃。脂肪酸氧化 过程可概括为活化、转移、β氧化及最后经三羧酸循环被彻底氧化生成 CO2 和水并释放出能量等四个阶段。 （一）脂肪酸的活化 1．其活化形式是硫酯：脂肪酰 CoA，分两步，回顾 CoASH 脂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 CoA 合成酶（acyl-CoA synthetase）在 ATP、 CoASH、Mg2+存在的 条件下，催化脂酸活化，生成脂酰 CoA。 活化后生成的脂酰 CoA 极性增强，含有高能硫酯键，而且增加了水溶性， 分子中有高能键、性质活泼；是酶的特异底物，与酶的亲和力大，因此更容 易参加反应。 脂酰 CoA 合成酶又称硫激酶，分布在胞浆中、线粒体膜和内质网膜上。 胞浆中的硫激酶催化中短链脂肪酸活化；内质网膜上的酶活化长链脂肪酸， 生成脂酰 CoA，然后进入内质网用于甘油三酯合成；而线粒体膜上的酶活化 的长链脂酰 CoA，进入线粒体进入β-氧化。 2．能量消耗：PPi 水解的作用 反应过程中生成的焦磷酸（PPi）立即被细胞内的焦磷酸酶水解，阻止了 逆向反应的进行。故 1 分子脂酸活化，实际上消耗了 2 个高能磷酸键。 3．活化场所：脂酰 CoA 合成酶（家族）又称硫激酶，作用底物脂肪酸链 长度不同，分布在胞浆中、线粒体膜和内质网膜上。 胞浆中的硫激酶催化中、短链脂肪酸活化；内质网膜上的酶活化长链脂 肪酸，生成脂酰 CoA，然后进入内质网用于甘油三酯合成； 而线粒体膜上的酶活化的长链脂酰 CoA，进入线粒体进入β-氧化。 （二）脂肪酸的转运 P233 1. 催化反应的酶为肉毒碱脂酰基转移酶。 脂酸的活化在胞液中进行，而催化脂酸氧化的酶系存在于线粒体的基质 内，因此活化的脂酰 CoA 必须进入线粒体内才能代谢。实验证明，长链脂酰 CoA 不能直接透过线粒体内膜。它进入线粒体需肉毒碱(carnitine)的转运。线 粒体内膜内外两侧均有此酶，系同工酶，分别为肉毒碱脂酰转移酶(carnitine acyl transferase)I（脂肪酸氧化的限速酶）和肉毒碱脂酰转移酶Ⅱ。 肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ使胞浆的脂酰 CoA 转化为 CoA 和脂肪酰肉毒碱，后 者进入线粒体内膜。在线粒体膜内侧面的肉碱一脂酰肉碱转位酶的作用下
第六章脂类代谢 通过内膜进入线粒体基质内。位于线粒体内膜内侧的肉碱脂酸转移酶Ⅱ又使 脂肪酰肉毒碱转化成肉毒碱和脂酰CoA 肉碱脂酸转移酶I是脂酸β氧化的限速酶,脂酸CoA进入线粒体是脂酸 β-氧化的主要限速步骤。 脂酸CoA即可在线粒体基质中酶体系的作用下,进行R氧化 2.膜运输蛋白穿过内膜 丙二酸单酰CoA是肉 示意图 ATP 酰CoA 毒碱脂酰转移酶I的抑制 肉碱脂酰 线粒体内膜 长链脂酰CoA进入线 合成酶 转移 粒体的速度受到肉毒碱脂酰 转移酶Ⅰ和酶Ⅱ的调节,酶 脂酰一COA I受丙二酰CoA抑制,酶Ⅱ 肉碱 脂酰肉碱线粒体内膜 受胰岛素抑制。丙二酰CoA 合成脂肪酸的原料,胰岛 肉 素通过诱导乙酰CoA羧化 内侧面 酶的合成使丙二酰CoA浓 转移酶 肉碱 度增加,进而抑制酶I。可 转位酶 以看出胰岛素对肉毒碱脂酰c。A 脂酰肉碱 转移酶Ⅰ和酶Ⅱ有间接或直 接抑制作用。饥饿或禁食时脂酰肉碱脂酰-CA→B-氧化 基质 胰岛素分泌减少,肉毒碱脂 酰转移酶Ⅰ和酶Ⅱ活性增 高,转移的长链脂肪酸进入线粒体氧化供能 (三)B氧化 1904年, knoop阐明了脂肪酸的氧化,实验证据: 原理 (1)苯环不能被高等动物氧化分解,保持苯环的形式排出体外。 (2)将脂肪酸与苯环连接后,实验动物分别饲喂奇、偶数碳的苯脂酸, 检测尿液中分别只有:苯甲尿酸(奇)和苯乙尿酸(偶)。 他提出脂酸在体内的氧化分解是从羧基端β-碳原子开始,每次断裂2个 碳原子的“β-氧化学说 脂酰CoA进入线粒体基质后,在线粒体基质中疏松结合的脂酸β-氧化 多酶复合体的催化下,从脂酰基的β-碳原子开始,进行四步反应,即脱氢、 加水、再脱氢及硫解等四步连续反应,脂酸基断裂生成1分子比原来少2个
第六章 脂类代谢 ·7· 通过内膜进入线粒体基质内。位于线粒体内膜内侧的肉碱脂酸转移酶Ⅱ又使 脂肪酰肉毒碱转化成肉毒碱和脂酰 CoA。 肉碱脂酸转移酶 I 是脂酸β氧化的限速酶，脂酸 CoA 进入线粒体是脂酸 β-氧化的主要限速步骤。 脂酸 CoA 即可在线粒体基质中酶体系的作用下，进行 R 氧化 2. 膜运输蛋白穿过内膜 示意图： 丙二酸单酰 CoA 是肉 毒碱脂酰转移酶 I 的抑制 剂。 长链脂酰 CoA 进入线 粒体的速度受到肉毒碱脂酰 转移酶Ⅰ和酶Ⅱ的调节，酶 Ⅰ受丙二酰 CoA 抑制，酶Ⅱ 受胰岛素抑制。丙二酰 CoA 是合成脂肪酸的原料，胰岛 素通过诱导乙酰 CoA 羧化 酶的合成使丙二酰 CoA 浓 度增加，进而抑制酶Ⅰ。可 以看出胰岛素对肉毒碱脂酰 转移酶Ⅰ和酶Ⅱ有间接或直 接抑制作用。饥饿或禁食时 胰岛素分泌减少，肉毒碱脂 酰转移酶Ⅰ和酶Ⅱ活性增 高，转移的长链脂肪酸进入线粒体氧化供能。 （三）β-氧化 1904 年，knoop 阐明了脂肪酸的氧化，实验证据： 原理： （1）苯环不能被高等动物氧化分解，保持苯环的形式排出体外。 （2）将脂肪酸与苯环连接后，实验动物分别饲喂奇、偶数碳的苯脂酸， 检测尿液中分别只有：苯甲尿酸（奇）和苯乙尿酸（偶）。 他提出脂酸在体内的氧化分解是从羧基端β-碳原子开始，每次断裂 2 个 碳原子的“β-氧化学说”。 1.脂酰 CoA 进入线粒体基质后，在线粒体基质中疏松结合的脂酸β-氧化 多酶复合体的催化下，从脂酰基的β-碳原子开始，进行四步反应，即脱氢、 加水、再脱氢及硫解等四步连续反应，脂酸基断裂生成 1 分子比原来少 2 个
第六章脂类代谢 碳原子的脂酸CoA及1分子乙酰CoA。 2.B氧化过程一乙酰CoA 场所:线粒体基质——由酶决定 1)脂肪酸的激活:脂肪酸在硫激酶催化下的激活是氧化降解的预备步 骤。脂肪酸先与AP形成脂酰-磷酸腺苷。脂酸-磷酸腺苷再与CoA化合,生 成脂酰COA RCHyCH, CH,CO0+ATP=RCH, CH, CH,C0- AMP+ PPi 脂肪酸 脂酰磷酸腺苷 RCH, CH, CH, CO-AMP+ CoA FRCH, CH, CH, COSCoA+ AMP (2)第一步脱氢( dehydrogenation)反应 在脂酰CoA脱氢酶催化(辅基为FAD)下,脂酰CoA在a和β碳原子上 各脱去一个氢原子生成具有反式双键的α,β-烯脂肪酰辅酶A。这一反应需要 黄素腺嘌嘌呤二核苷酸(FAD)作为氢的载体 RCH, CH, CH, COSCoA+ FAD =RCH, CH-CHCOSCoA +FADH, 脂酰辅酶A △2反烯脂酰辅酶A (3)第二步加水反应 a,β-烯脂酰辅酶A经过水化酶的催化,变成β-羟脂酰辅酶A RCH2CH-CHCOSCoA+ H,0*RCH, CHOHCH, COSCoA △3反烯脂酰辅酶A L+)羟脂酰辅酶A (4)第三步再脱氢反应 羟脂酰辅酶A经β羟脂酮辅酶A脱氢酶及辅酶NAD的催化,脱去两 个H而变成B-酮脂酰辅酶A+a L(+}羟脂酰辅酶A}酮脂酰输酶A 5)最后一个步骤硫解酶的反应 β-酮脂酰辅酶A经另一分子CoA的分解(硫酯解酶参加)生成一分子乙 酰-CoA及一分子碳链短两个碳原子的脂酰CoA RCH, COCH, COSC.A+ CoASH E RCH, COSCoA + CH1COSCoA 南脂酰辅酶A 碳链较短的脂酰辅酶A乙酰辅酶A 此碳链较短的脂酰辅酶A又经过活化、脱氢、加水、脱氢及硫脂解等反 应,生成乙酰辅酶地如此重复进行,一分子脂肪酸终于变成许多分子乙酰辅 酶A。乙酰辅酶A可以进入三羧酸循环氧化成CO2及H2O,也可以参加其他 合成代谢
第六章 脂类代谢 ·8· 碳原子的脂酸 CoA 及 1 分子乙酰 CoA。 2．β-氧化过程—乙酰 CoA 场所：线粒体基质——由酶决定 （1）脂肪酸的激活：脂肪酸在硫激酶催化下的激活是氧化降解的预备步 骤。脂肪酸先与 ATP 形成脂酰-磷酸腺苷。脂酸-磷酸腺苷再与 CoA 化合，生 成脂酰-CoA。 （2）第一步脱氢(dehydrogenation)反应 在脂酰 CoA 脱氢酶催化（辅基为 FAD）下，脂酰 CoA 在α和β碳原子上 各脱去一个氢原子生成具有反式双键的α,β-烯脂肪酰辅酶 A。这一反应需要 黄素腺嘌嘌呤二核苷酸（FAD）作为氢的载体。 （3）第二步加水反应 a,β--烯脂酰辅酶 A 经过水化酶的催化，变成β-羟脂酰辅酶 A （4）第三步再脱氢反应 β-羟脂酰辅酶 A 经β-羟脂酮辅酶 A 脱氢酶及辅酶 NAD 的催化，脱去两 个 H 而变成β-酮脂酰辅酶 A。 （5）最后一个步骤硫解酶的反应 β-酮脂酰辅酶 A 经另一分子 CoA 的分解（硫酯解酶参加）生成一分子乙 酰-CoA 及一分子碳链短两个碳原子的脂酰-CoA。 此碳链较短的脂酰辅酶 A 又经过活化、脱氢、加水、脱氢及硫脂解等反 应，生成乙酰辅酶地如此重复进行，一分子脂肪酸终于变成许多分子乙酰辅 酶 A。乙酰辅酶 A 可以进入三羧酸循环氧化成 CO2 及 H2O，也可以参加其他 合成代谢
第六章脂类代谢 RCH2CH2 C-OH 脂酰CoA ATP, CoASH 合成酶AMP,P 脂酰 CoA RCH2CH2C~SCoA 线粒体内膜 肉碱转运载体 脂酰 CoA RCH2CH2C~SCaA 脂酸CnAF一FAD ①脱氢 脱氡酶卜FADH 呼吸链 H20 反△2-烯酰 COA RCH=CHC-SCoA △2-烯酰CoA|H2O ②加水 水化酶 B L.(+)B-羟脂酰 CoA RCHO用HCH2C~SCA L(+)B-羟脂酰LNAD+ CoA脱氢酶 NADH+H呼吸链一H20③再脱氢 B-酮脂酰CoA RCOCH2C-SCoA B-酮脂酰CoAp CoASH ④硫解 硫解酶 脂酰 CoA RC~SCoA+CH3CO~SCoA乙酰CoA Acetyl-CoA Acetyl-CoA 三羧酸 循环 Acetyl-CoA Acetyl-CoA Acetyl-CoA Acetyl-CoA 2CO2,4H20,12ATP Acetyl -CoA
第六章 脂类代谢 ·9·
肪酸 HS-CoA- ATP AP+的 CH-O0-SCoA 旅QoAI R-aI-CH=(/ 唑续进行 -愿(aAAR 氟化C CH-C0-SCoA Ⅱ辅酶A水 CH 合画 R-CH-CH Ⅲp-轻际院辅酪 R-CH-00~0A 0-AA氮酶 -￡CAN阝-带徒解酶 止酰CoA CHLO-SCoA ZR COA R al-C-CH-C0-SCoA -酬指酰CA
第六章 脂类代谢 ·10·
