第十一章脂类代谢 脂肪酸是高等动、植物的重要能源。脂肪在动物脂肪组织、细胞中可大量储存。植物的种子和果实中 常储有大量脂肪。脂肪酸对正常膳食的人约提供所需全部能量的40%。对于饥饿或冬眠动物以及候鸟迁移 时,脂肪酸则更是主要的能量来源。 第一节脂类在机体内的消化、吸收和储存 脂类在动物体内的消化和吸收主要是在小肠内进行的。 油脂进入小肠后即和胆盐混合。胆盐能使油脂乳化成微滴,还可以使脂肪酶的活力增强。胰液中含有 消化油脂的脂肪酶,在脂肪酶的作用下,油脂被水解为甘油和脂肪酸。小肠既能吸收完全被水解的油脂, 也可吸收部分水解或未经水解的油脂微滴,吸收后,主要经淋巴系统进入血液循环,小分子脂肪酸因水溶 性较高,可经门静脉进入肝脏。 磷酸甘油脂在小肠内被磷酸甘油脂酶和磷酸酶水解为甘油、脂眆酸、磷酸和胆碱或乙醇胺等,然后再 被吸收:末水解或部分水解的磷酸甘油酯也可被吸收。磷酸甘油酯的主要吸收途径也是由门静脉进入肝脏 或由淋巴进入血液循环 胆固醇及胆固醇酯必须在胆汁的协助下才能被吸收。在肠粘膜细胞中它们与脂蛋白结合在一起,这与 吸收有关(参见表2-3) 未被吸收的脂类进人大肠后,被细菌分解成甘油、脂肪酸、磷酸和各种氨基醇而吸收。胆固醇经大肠 细菌作用还原成粪固醇随粪便排出体外。 由淋巴系统进入血液循环中的脂肪或甘油与脂肪酸在肝内合成的脂肪是与脂蛋白结合在一起运送的。 脂肪在脂肪组织中,经β-脂蛋白酶水解成游离的脂肪酸和甘油,然后再合成脂肪而储存起来。 第二节脂类的生物合成 、甘油的生物合成 在生物体内,甘油来自糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮,后者在细胞质的3-磷酸甘油脱氢酶催化下还 原为3-磷酸甘油: CH2OH NADH+时NAD+H2OH HOCH 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 之后,磷酸甘油和脂肪酰-CoA化合而生成三酰甘油。 当用酵母进行酒精发酵时,如果加入亚硫酸氢盐,则由发酵生成的乙醛与亚硫酸氢盐形成加合物。这 便妨碍乙醛被还原为酒精,结果在细胞内积累NADH,这NADH便将磷酸二羟丙酮还原为磷酸甘油。磷 酸甘油在磷酸酶作用下脱去磷酸而生成甘油: O 磷酸甘油醛 丙酮酸 乙醛一一加合物 葡萄 NAD NADH+ H 磷酸二羟丙酮 磷酸甘油 这个反应很重要,在工业上便利用这个反应生产甘油。 、脂肪酸的生物合成 (一)饱和脂肪酸的从头合成 脂肪酸的合成过程是比较复杂的,有两个系统参加。 235
第十一章 脂类代谢 脂肪酸是高等动、植物的重要能源。脂肪在动物脂肪组织、细胞中可大量储存。植物的种子和果实中 常储有大量脂肪。脂肪酸对正常膳食的人约提供所需全部能量的 40％。对于饥饿或冬眠动物以及候鸟迁移 时，脂肪酸则更是主要的能量来源。 第一节 脂类在机体内的消化、吸收和储存 脂类在动物体内的消化和吸收主要是在小肠内进行的。 油脂进入小肠后即和胆盐混合。胆盐能使油脂乳化成微滴，还可以使脂肪酶的活力增强。胰液中含有 消化油脂的脂肪酶，在脂肪酶的作用下，油脂被水解为甘油和脂肪酸。小肠既能吸收完全被水解的油脂， 也可吸收部分水解或未经水解的油脂微滴，吸收后，主要经淋巴系统进入血液循环，小分子脂肪酸因水溶 性较高，可经门静脉进入肝脏。 磷酸甘油脂在小肠内被磷酸甘油脂酶和磷酸酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱或乙醇胺等，然后再 被吸收；末水解或部分水解的磷酸甘油酯也可被吸收。磷酸甘油酯的主要吸收途径也是由门静脉进入肝脏 或由淋巴进入血液循环。 胆固醇及胆固醇酯必须在胆汁的协助下才能被吸收。在肠粘膜细胞中它们与脂蛋白结合在一起，这与 吸收有关(参见表 2-3)。 未被吸收的脂类进人大肠后，被细菌分解成甘油、脂肪酸、磷酸和各种氨基醇而吸收。胆固醇经大肠 细菌作用还原成粪固醇随粪便排出体外。 由淋巴系统进入血液循环中的脂肪或甘油与脂肪酸在肝内合成的脂肪是与脂蛋白结合在一起运送的。 脂肪在脂肪组织中，经β-脂蛋白酶水解成游离的脂肪酸和甘油，然后再合成脂肪而储存起来。 第二节 脂类的生物合成 一、甘油的生物合成 在生物体内，甘油来自糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮，后者在细胞质的 3-磷酸甘油脱氢酶催化下还 原为 3-磷酸甘油： C CH2OH CH2O NADH + H+ O P HOCH CH2OH CH2O P NAD+ 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 之后，磷酸甘油和脂肪酰-CoA 化合而生成三酰甘油。 当用酵母进行酒精发酵时，如果加入亚硫酸氢盐，则由发酵生成的乙醛与亚硫酸氢盐形成加合物。这 便妨碍乙醛被还原为酒精，结果在细胞内积累 NADH，这 NADH 便将磷酸二羟丙酮还原为磷酸甘油。磷 酸甘油在磷酸酶作用下脱去磷酸而生成甘油： 葡萄糖 磷酸甘油醛 丙酮酸 乙醛 加合物 磷酸甘油 甘油 CO2 NAD+ NADH + H+ 磷酸二羟丙酮 HSO3 这个反应很重要，在工业上便利用这个反应生产甘油。 二、脂肪酸的生物合成 (一)饱和脂肪酸的从头合成 脂肪酸的合成过程是比较复杂的，有两个系统参加。 235
1、乙酰CoA羧化酶乙酰-CoA羧化酶是含生物素的酶,大肠杆菌的乙酰-CoA羧化酶含有三种成分: 生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白(BCCP)、转羧基酶,它们共同作用,催化下列反应 ATP+ HCO3+ BCCP BCCP-CO2+ ADP+ Pi 生物素羧化酶 BCCP-CO+乙酰CoA BCCP+丙二酸单酰-CoA 上述反应中的乙酰-CoA是由糖酵解的产物丙酮酸生成的。丙酮酸在细胞质中形成后,扩散进入线粒 体内衬质中,在线粒体内,丙酮酸被氧化脱羧生成乙酰CoA。乙酰CoA在线粒体内可与草酰乙酸结合成 柠檬酸,柠檬酸可以透过线粒体膜进λ细胞质,然后在柠檬酸裂解酶催化下再生成乙酰-CoA,这个反应要 求ATP参与 柠檬酸+ATP+CoA酸裂解乙酰CoA+草酰乙酸+ADP+p 抗生物素蛋白对乙酰-CoA羧化酶有抑制作用。此酶亦可被棕榈酸抑制,这可对脂肪酸的合成起反馈 调节作用。 2、脂肪酸合成酶系统脂肪酸合成酶系统是一个多酶复合物。包括下列多种酶:乙酰转酰酶、丙ˉ 酸单酰转酰酶、缩合酶(β-酮脂酰ACP合成酶)、β-酮脂酰-ACP还原酶、β-羟脂酰-ACP脱水酶,烯脂酰 ACP还原酶;此外在复合物中还含有酰基载体蛋白(ACP)。ACP是一种对热稳定的蛋白质,在其丝氨酸 残基上结合一个4-磷酸泛酰巯基乙胺。ACP的-SH基与酰基结合,其作用和CoA相似, 由脂肪酸合成酶催化下列反应步骤 (1)乙酰COA与ACP作用,生成乙酰-ACP CH= CO-S--CoA+ ACPSH二酰转 CHCO~S-ACP+CoA一SH 乙酰-ACP 乙酰基随即转移至β酮脂酰-ACP合成酶分子的半胱氨酸残基上 CH2COS一AC+酶一CH2CO~S一酶+ACP-SH (2)丙二酸单酰CoA与ACP作用,生成丙二酸单酰-ACP HOO—CHCO~S—CoA+ACP-SH 丙二酸单酰转酰酶 CoA-SH +HOOC-CH-CO-S--ACP 丙二酸单酰COA 丙二酸单酰ACP (3)乙酰~S-酶与丙二酸单酰ACP起缩合反应,生成乙酰乙酰ACP,同时放出CO2。此反应由β-酮脂 酰ACP合成酶(缩合酶)催化 CH3一CO~S—酶 缩合酶 CH3-CO-CH2-CO~S-ACP+酶一SH+CO2 HOOC一CH2-CO~S一ACP 乙酰乙酸ACP (4)乙酰乙酰ACP被 NADPH还原: NadPH +h CH3-CO-CH2-CO-S-ACP β-酮脂酰-ACP还原酶 CH3-CHOH-CH2--CO-S-ACP (5)-羟乙酰-ACP发生脱水反应,生成相应的a1B不饱和脂酰~S一ACP(巴豆酰ACP) H-CHOH-CH-C0-S-ACP ACPHEK-CH-CH=CH-CO-S-ACP+H,O 巴豆酰ACP (6巴豆酰-ACP再由 NADPH还原为丁酰ACP。 烯脂酰-ACP还原酶 CH,CHECHCO-S-ACP CH3-CH2-CH2-CO-S-ACP NAdPh +H NADP 丁酰ACP 36
1、乙酰-CoA 羧化酶 乙酰-CoA 羧化酶是含生物素的酶，大肠杆菌的乙酰-CoA 羧化酶含有三种成分： 生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白(BCCP)、转羧基酶，它们共同作用，催化下列反应： ATP + HCO3+ BCCP Mg2+ BCCP-CO2+ ADP + Pi BCCP-CO2+ 乙酰-CoA BCCP + 丙二酸单酰-CoA 转羧基酶 生物素羧化酶 上述反应中的乙酰-CoA 是由糖酵解的产物丙酮酸生成的。丙酮酸在细胞质中形成后，扩散进入线粒 体内衬质中，在线粒体内，丙酮酸被氧化脱羧生成乙酰-CoA。乙酰-CoA 在线粒体内可与草酰乙酸结合成 柠檬酸，柠檬酸可以透过线粒体膜进入细胞质，然后在柠檬酸裂解酶催化下再生成乙酰-CoA，这个反应要 求 ATP 参与： 柠檬酸 + ATP + CoA 乙酰-CoA + 草酰乙酸 + ADP + Pi 柠檬酸裂解酶 抗生物素蛋白对乙酰-CoA 羧化酶有抑制作用。此酶亦可被棕榈酸抑制，这可对脂肪酸的合成起反馈 调节作用。 2、脂肪酸合成酶系统 脂肪酸合成酶系统是一个多酶复合物。包括下列多种酶：乙酰转酰酶、丙二 酸单酰转酰酶、缩合酶(β-酮脂酰 ACP 合成酶)、 β-酮脂酰-ACP 还原酶、β-羟脂酰-ACP 脱水酶，烯脂酰 -ACP 还原酶；此外在复合物中还含有酰基载体蛋白(ACP)。 ACP 是一种对热稳定的蛋白质，在其丝氨酸 残基上结合一个 4´-磷酸泛酰巯基乙胺。ACP 的-SH 基与酰基结合，其作用和 CoA 相似。 由脂肪酸合成酶催化下列反应步骤： (l)乙酰-CoA 与 ACP 作用，生成乙酰-ACP： CoA + ACPSH ACP + CoA 乙酰-CoA 乙酰-ACP CH3 CH3 CO～S CO～ S SH 乙酰转酰酶 乙酰基随即转移至β-酮脂酰-ACP 合成酶分子的半胱氨酸残基上： CH3 CO~S ACP+ C 酶 H3 CO~S 酶+ACP SH (2)丙二酸单酰-CoA 与 ACP 作用，生成丙二酸单酰-ACP 丙二酸单酰转酰酶 丙二酸单酰-CoA 丙二酸单酰-ACP HOOC CH2 CO~S CoA+ACP SH CoA SH +HOOC CH2 CO~S ACP (3)乙酰～S-酶与丙二酸单酰-ACP起缩合反应，生成乙酰乙酰-ACP，同时放出CO2。此反应由 β-酮脂 酰-ACP合成酶(缩合酶)催化： 乙酰乙酸-ACP CH3 CO S 缩合酶 + HOOC CH2 CO ACP CH3 CH2 SH CO2 酶 S CO CO S ACP +酶 + ~ ~ ~ (4)乙酰乙酰-ACP 被 NADPH 还原： NADPH + H+ NADP+ β-酮脂酰-ACP还原酶 CH3 CO CH2 CO~S A ACP CH3 CHOH CH2 CO~S CP (5)β-羟乙酰-ACP 发生脱水反应，生成相应的 α,β不饱和脂酰～S－ACP(巴豆酰-ACP)： CH3 CH CH + H2O 巴豆酰 -ACP CH3 CHOH CH2 CO S ACP β-羟脂酰- ACP脱水酶 ~ CO~S ACP (6)巴豆酰-ACP 再由 NADPH 还原为丁酰-ACP。 CH3 CH CH CO~S ACP 烯脂酰-ACP还原酶 NADPH + H+ NADP+ CH3 CH2 CH CO~S ACP 2 丁酰-ACP 236
这样,由乙酰-CoA起,经缩合、还原、脱水、再还原几个反应步骤,便生成含4个碳原子的丁酰基。 总反应是: 2乙酰CoA+ATP+ACP+2 NADPH+2H一丁酰-ACP+2CoA+ADP+Pi+2NADP+H2O 脂肪酸合成需要的 NADPH有60%是由磷酸戊糖循环提供的,其余部分可由糖酵解生成的NADH 经下列反应转变而来 NADH+H+草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 苹果酸+NAD 苹果酸+NADP平果酸摩丙酮酸+CO+ NADPH 上述反应系列使碳链延长2个碳原子。如果以丁酰-ACP代替乙酰-ACP作为起始反应物,重复上述 反应系列,又可以使碳链延长2个碳原子而生成已酰-ACP。如此重复下去,反应每循环一次,碳链便延长 2个原子,直至生成含16个碳的棕榈酸为止。 (二)脂肪酸链的延长 在生物细胞内还含有碳链长度在C16以上的脂肪酸,如硬脂酸(18:0)、花生酸(20:0)等。这些脂肪 酸是在延长系统催化下,以棕榈酸为基础,进一步延长碳链形成的。不同生物的延长系统(Ⅱ型,Ⅲ型)在 细胞内的分布及反应物均不同,如表11所示 表11-1不同生物的脂肪酸延长系统 生物在细胞内的部位 反应物 动物 线粒体内外膜 棕榈酰CoA、乙酰CoA、 NADPH 内质网棕榈酰CoA、丙二酸单酰CoA、 NADPH 植物 细胞溶质 棕榈酰ACP、丙二酸单酰ACP、 NADPH 型即从头系统,形成棕榈酸(C16)。由Ⅱ型系统则形成硬脂酸(C1ε)。Ⅱ型系统对低浓度的亚砷酸盐十 分敏感,但Ⅰ型系统则不敏感。此外,Ⅰ型系统则只用 NADPH和NADH为还原剂,但Ⅱ型系统则只用 NADPH。由Ⅲ型系统则形成C2以上的脂肪酸。延长反应如图11 RCO-SCoA+ Ch3 CO-SCoA COASH 硫解酶 RCO一CH2-CO~SCoA NADPH+ L-β-羟脂酰 CoA脱羟酶 NADP RCHOH一CH2-CO~SCoA H241烯脂酰o水合酶 RCH=CH—CO~SCoA NADPH 烯脂酰CoA还原酶 RCHCH2-CO- SCoA 图11-1脂肪酸链的延长 (三)不饱和脂肪酸的合成 在生物细胞内还含有多种不饱和脂肪酸,如油酸、亚油酸、亚麻酸等。不饱和脂肪酸的生物合成途径 有 1、氧化脱氢途径在所有真核生物中,不饱和脂肪酸的合成是通过氧化脱氢途径进行的。催化这个 反应的酶叫脱饱和酶,它在氧和NAD(PH参与下,将长链饱和脂肪酸转化为相应的顺式不饱和脂肪酸。 例如由硬脂酰-CoA转变为油酰CoA 237
这样，由乙酰-CoA 起，经缩合、还原、脱水、再还原几个反应步骤，便生成含 4 个碳原子的丁酰基。 总反应是： 2乙酰-CoA+ATP+ACP+2NADPH+2H+ 丁酰-ACP+2CoA+ADP+Pi +2NADP+ +H2O 脂肪酸合成需要的 NADPH 有 60％是由磷酸戊糖循环提供的，其余部分可由糖酵解生成的 NADH 经下列反应转变而来： NADH+H+ +草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 苹果酸+NAD+ 苹果酸+NADP+ 苹果酸酶 丙酮酸+CO2+NADPH+H+ 上述反应系列使碳链延长 2 个碳原子。如果以丁酰-ACP 代替乙酰-ACP 作为起始反应 物，重复上述 反应系列，又可以使碳链延长 2 个碳原子而生成已酰-ACP。如此重复下去，反应每循环一次，碳链便延长 2 个原子，直至生成含 16 个碳的棕榈酸为止。 (二)脂肪酸链的延长 在生物细胞内还含有碳链长度在 C16以上的脂肪酸，如硬脂酸(18︰0)、花生酸(20︰0)等。这些脂肪 酸是在延长系统催化下，以棕榈酸为基础，进一步延长碳链形成的。不同生物的延长系统(Ⅱ型，Ⅲ型)在 细胞内的分布及反应物均不同，如表 11-1 所示。 表 11-1 不同生物的脂肪酸延长系统 生物 在细胞内的部位 反 应 物 动物 线粒体内外膜 内质网 棕榈酰-CoA、乙酰-CoA、NADPH 棕榈酰-CoA、丙二酸单酰-CoA、NADPH 植物 细胞溶质 棕榈酰-ACP、丙二酸单酰-ACP、NADPH Ⅰ型即从头系统，形成棕榈酸(C16)。由Ⅱ型系统则形成硬脂酸(C18)。Ⅱ型系统对低浓度的亚砷酸盐十 分敏感，但Ⅰ型系统则不敏感。此外，Ⅰ型系统则只用NADPH和NADH为还原剂，但Ⅱ型系统则只用 NADPH。由Ⅲ型系统则形成C20以上的脂肪酸。延长反应如图 11-1。 RCO~SCoA + CH3CO~SCoA CoASH NADPH + H+ NADP+ NADP+ NADPH + H+ H2O 硫解酶 L-β-羟脂酰- CoA脱羟酶 烯脂酰-CoA还原酶 RCO CH2 CO SCoA RCHOH RCH CH RCH2CH2 ~ CH2 CO~ SCoA CO~ SCoA CO~ SCoA 烯脂酰-CoA水合酶 图11-1 脂肪酸链的延长 (三)不饱和脂肪酸的合成 在生物细胞内还含有多种不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸等。不饱和脂肪酸的生物合成途径 有二： 1、氧化脱氢途径 在所有真核生物中，不饱和脂肪酸的合成是通过氧化脱氢途径进行的。催化这个 反应的酶叫脱饱和酶，它在氧和 NAD(P)H 参与下，将长链饱和脂肪酸转化为相应的顺式不饱和脂肪酸。 例如由硬脂酰-CoA 转变为油酰-CoA： 237
CH3(CH2)7CH2CH2(CH2)CO-S-CoA- CH3(CH2)7CH=CH(CH27CO-S-CoA NAD(P)* 动物的脱饱和酶与内质网结合,植物的脱饱和酶是在细胞溶质中。动物用硬脂酰CoA为底物,植物则用 硬脂酰ACP。大多数脱饱和酶均被氰化物抑制。 脱饱和反应是一个复杂的过程,除要求NADP)H为电子供体外,在动物细胞内还要求细胞色素bs还原 酶(一种黄素蛋白)和细胞色素b作为电子传递体,在植物细胞内则用黄素蛋白和铁氧还蛋白代替上述二种 传递体,其电子传递过程如下 NADH- 细胞素b还原酶—一细胞色素bs 酶 不饱和酯酰CoA NADPH 生物和多素蛋白2铁氧还蛋白e 酶O2 饱和酯酰 整个过程传递4个电子,其中2个电子来自底物饱和脂肪酸,另2个电子来自 NAD(P)H 由单烯脂肪酸进一步脱饱和可生成二烯及三烯脂肪酸。单烯脂肪酸的脱饱和是以单烯脂酰-CoA形式 进行的。例如由油酰CoA可生成亚油酰CoA(十八碳二烯-9,12-酸),由亚油酰CoA又可生成亚麻酰CoA(十 八碳三烯-9,12,15-酸)。 2、厌氧途径许多微生物在厌氧条件下通过厌氧途径生成含一个双键的不饱和脂肪酸。先由脂肪酸 合成酶形成含C10的β-羟癸酰-ACP,然后在不同的脱水酶作用下,发生不同的脱水反应:aβ-C之间脱水则 生成饱和脂肪酸;如果是在βγ-C之间脱水,则生成顺式34-癸烯酰-ACP,以后碳链继续延长,生成不同长 度的单酰酸。 B,Y-脱 CH3(CH2)sCH=CHCH,COOH OH H2-COoH1o, B-B, CH3(CH2)CH=CHCOOH (用于合成不饱和脂肪酸) (用于合成饱和脂肪酸 三、三酰甘油的生物合成 三酰甘油是由3-磷酸甘油和脂肪酰-CoA缩合形成的,合成过程如下 H,OH H,O- R1CO~S-CoA磷酸甘油转酰酶 HOCH OcH O 2C0A-SH R,CO-S-CoA CH2O① OCH2O① 3-磷酸甘油 磷脂 磷脂酸在脱去磷酸后,再和一分子脂酰-CoA反应生成三脂酰甘油 RC-O-CH 二脂酰甘油转酰酶 RoC-O-CH RoC-O--CH H C-OH K3 CO-SCoA COASH H,C-OC-R3 脂酰甘油 三脂酰甘油 上式表明,参加三脂酰甘油合成的是脂酰CoA,而脂肪酸合成系统及脱饱和酶生成的却是脂酰-ACP。由 脂酰-ACP转变为脂酰-CoA是由脂酰-ACP硫脂酶和脂酰硫激酶共同催化下完成的 脂酰-ACP硫脂酶 酰~S→ACP+H2O 脂肪酸+ACP-SH 脂肪酸+ATP+CoA、脂酰硫激酶 脂酰~CoA+AMP+PPi 四、磷脂的生物合成 238
CoA CH3(CH2)7CH CH(CH2) CH3(CH2)7CH2CH2(CH2)7CO~S 7CO~S CoA 1/2O2 H2O NAD(P)H+H+ NAD(P) + 动物的脱饱和酶与内质网结合，植物的脱饱和酶是在细胞溶质中。动物用硬脂酰-CoA 为底物，植物则用 硬脂酰-ACP。大多数脱饱和酶均被氰化物抑制。 脱饱和反应是一个复杂的过程，除要求NAD(P)H为电子供体外，在动物细胞内还要求细胞色素b5还原 酶(一种黄素蛋白)和细胞色素b5作为电子传递体，在植物细胞内则用黄素蛋白和铁氧还蛋白代替上述二种 传递体，其电子传递过程如下： NADH b5还原酶 细胞色素b5 NADPH 铁氧还蛋白 酶 -O2 2H2O +O2 +2H+ (动物) 细胞素 2e (微生物和植物) 酶 不饱和酯酰-CoA 饱和酯酰-CoA 2e 2e 黄素蛋白 2e 2e 2e 整个过程传递 4 个电子，其中 2 个电子来自底物饱和脂肪酸，另 2 个电子来自 NAD(P)H。 由单烯脂肪酸进一步脱饱和可生成二烯及三烯脂肪酸。单烯脂肪酸的脱饱和是以单烯脂酰-CoA 形式 进行的。例如由油酰-CoA 可生成亚油酰-CoA(十八碳二烯-9,12-酸)，由亚油酰-CoA 又可生成亚麻酰-CoA(十 八碳三烯-9,12,15-酸)。 2、厌氧途径 许多微生物在厌氧条件下通过厌氧途径生成含一个双键的不饱和脂肪酸。先由脂肪酸 合成酶形成含C10的β-羟癸酰-ACP，然后在不同的脱水酶作用下，发生不同的脱水反应：α,β-C之间脱水则 生成饱和脂肪酸；如果是在β,γ-C之间脱水，则生成顺式 3,4-癸烯酰-ACP，以后碳链继续延长，生成不同长 度的单酰酸。 CH2 CH CH2 COOH OH CH3(CH2)5CH CHCH2COOH CH3(CH2)6CH CHCOOH γ α γ β α β α (用于合成饱和脂肪酸) CH3(CH2)5 (用于合成不饱和脂肪酸) β,γ-脱水 α,β-脱水 三、三酰甘油的生物合成 三酰甘油是由 3-磷酸甘油和脂肪酰-CoA 缩合形成的，合成过程如下： HOCH CH2OH CH2O + R1CO + 2CoA 3-磷酸甘油 磷脂酸 CoA P O ~S R2CO ~S CoA 磷酸甘油转酰酶 R2 C OCH CH2O P CH2O C R1 SH O 磷脂酸在脱去磷酸后，再和一分子脂酰-CoA 反应生成三脂酰甘油： R2C O CH H2C O P O H2C O C R1 O O R3 磷酸酶 二脂酰甘油转酰酶 磷脂酸 二脂酰甘油 三脂酰甘油 H2O Pi R3CO CoASH R2C O CH H2C OH O H2C O C R1 O ~SCoA R2C O CH H2C OC O H2C O C R1 O 上式表明，参加三脂酰甘油合成的是脂酰-CoA，而脂肪酸合成系统及脱饱和酶生成的却是脂酰-ACP。由 脂酰-ACP 转变为脂酰-CoA 是由脂酰-ACP 硫脂酶和脂酰硫激酶共同催化下完成的： S ACP +H2O 脂酰-ACP 脂肪酸+ACP SH 脂肪酸+ATP+CoA CoA+AMP+PPi 脂酰~ 脂酰 ~ 硫脂酶 脂酰硫激酶 四、磷脂的生物合成 238
在生物细胞内的磷脂有多种,其合成途径也不一样,在此不逐一详述,仅以卵磷脂(磷脂酰胆碱)的合成 过程为例说明如下。 胆碱在激酶催化下发生磷酸化: HOCH2CH2一N(CH+ATP想碱激酶 ⑨OCH2CH2N(CH3)3+ADP 磷酸胆碱与CTP反应,生成胞苷二磷酸胆碱(CDP-胆碱) CTP+磷酸胆碱 酸胆碱胞苷转移酶 CDP胆碱+PPi 最后是CDP-胆碱与二脂酰甘油化合 CDP-胆碱+1,2-二脂酰甘油一一磷脂酰胆碱+CMP 磷脂酰胆碱还有别的合成途径,在此从略。 五、胆固醇的生物合成 胆固醇生物合成主要是在肝中进行的,其它器官如心、脾、肾、血管、皮肤和肾上腺等亦能合成少量 胆固醇,它从乙酰-CoA缩合开始。胆固醇合成酶体系存在于内质网和胞液部分,并且需要胞液中的辅助 因素如 NADPH、ATP等参加 细胞内胆固醇的合成过程可概括为三大步骤: 1、二羟甲基戊酸(MⅥA)的生成一条途径是由乙酰CoA经乙酰乙酰-CoA、β-羟-β-甲基戊二酰 -CoA( HMG-COA缩合成βδ-二羟-β-甲基戊酸(MⅥA)。另一途径是亮氨酸经β羟异戊酸CoA、 HMG-COA 生成βδ-二羟-β-甲基戊酸(图11-2) 乙酰-CoA聚合途径 2CH, CO-SCOA 硫解酶 亮氨酸途径 CoASH 亮氨酸等 CH3 COCH, CO- SCoA CH3CO-SCOA-HMG(CH3),COH.CH)CO-SCoA CoASH- 合成酶 HOOC.CHCOH.CH,. CO-SCoA . 2NADPH +2H 还原酶}2NADP+ CoASH HOCH2CH2· COHOCH2COOH MVA 图11-2二羟甲基戊酸(MVA)的生物合成 2、鲨烯的合成MⅥA经磷酸化反应,成为活泼的异戊烯醇焦磷酸酯(IPP),可进一步互相缩合,延长 碳链合成胆固醇、胆酸、固醇类激素、维生素D、维生素E、维生素K、类胡萝卜素等。 3ATP 3ADP+Pi+CO? CH2O-①⑩ 一鲨烯 H2C 异戊烯醇焦磷酸酯(PP) 6个分子IPP缩合延长成为30个碳原子组成的鲨烯
在生物细胞内的磷脂有多种，其合成途径也不一样，在此不逐一详述，仅以卵磷脂(磷脂酰胆碱)的合成 过程为例说明如下。 胆碱在激酶催化下发生磷酸化： N+ (CH3)3+ATP 胆碱激酶 OCH2CH2N+ (CH3)3+ADP 胆碱 磷酸胆碱 HOCH2 CH2 P 磷酸胆碱与 CTP 反应，生成胞苷二磷酸胆碱(CDP-胆碱)： CTP+磷酸胆碱 CDP-胆碱+PPi 磷酸胆碱胞苷转移酶 最后是 CDP-胆碱与二脂酰甘油化合： CDP-胆碱 + 1,2-二脂酰甘油 磷脂酰胆碱 + CMP 磷脂酰胆碱还有别的合成途径，在此从略。 五、胆固醇的生物合成 胆固醇生物合成主要是在肝中进行的，其它器官如心、脾、肾、血管、皮肤和肾上腺等亦能合成少量 胆固醇，它从乙酰-CoA 缩合开始。胆固醇合成酶体系存在于内质网和胞液部分，并且需要胞液中的辅助 因素如 NADPH、ATP 等参加。 细胞内胆固醇的合成过程可概括为三大步骤： 1、二羟甲基戊酸(MVA)的生成 一条途径是由乙酰-CoA 经乙酰乙酰-CoA、β-羟-β-甲基戊二酰 -CoA(HMG-CoA)缩合成 β,δ-二羟-β-甲基戊酸(MVA)。另一途径是亮氨酸经 β-羟异戊酸-CoA、HMG-CoA， 生成 β,δ-二羟-β-甲基戊酸(图 11-2)。 2CH3CO HOOC CH2 CH3 (CH3)2COH CH2COOH CH3 H2O CoASH CH3CO CoASH 2NADPH + 2H+ 2NADP+ + CoASH 硫解酶 HMG 合成酶 CO2 HMG-CoA MVA CH2CO SCoA SCoA CH3COCH2CO SCoA SCoA CO SCoA 亮氨酸等 ~ ~ ~ ~ HMG-CoA 还原酶 亮氨酸途径： 乙酰-CoA聚合途径： COH CH2 ~ HOCH2CH2 COH 图11-2 二羟甲基戊酸(MVA)的生物合成 2、鲨烯的合成 MVA 经磷酸化反应，成为活泼的异戊烯醇焦磷酸酯(IPP)，可进一步互相缩合，延长 碳链合成胆固醇、胆酸、固醇类激素、维生素 D、维生素 E、维生素 K、类胡萝卜素等。 MVA C CH3 H2C CH2 O P 3ATP 3ADP+Pi+CO2 Mg2+ CH2 P 缩合 鲨烯 PPi 异戊烯醇焦磷酸酯(IPP) 6 个分子 IPP 缩合延长成为 30 个碳原子组成的鲨烯。 239
3、胆固醇的形成固醇载体蛋白将在胞液中形成的鲨烯转运至内质网的微粒体中,在其中环化成羊 毛脂固醇,再转变成胆固醇。而后通过血液送入其它组织。 第三节脂类的降解 脂肪的水解 脂肪在脂肪酶、二脂酰甘油脂肪酶、一脂酰甘油脂肪酶的作用下逐步水解成甘油和脂肪酸: 脂酰甘油脂肪酶 R2C-O--CH HOH HC-O-c-R, H20 R3COOH H2o R, COOH H20 R2COOH CH,OH 三脂酰甘油 甘油可进一步转化为磷酸丙糖 CHOH H2OH NAD+ NADH+H+ CH,OH CHOH CHOH 十油激酶 磷酸甘油股氢人C CHOH CH2O⑩ CH2O① 3-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 然后通过糖酵解转变为丙酮酸,进入三羧酸循环,彻底氧化分解为CO3和HO。磷酸丙糖也可以逆酵解反 应而转变为葡萄糖-1-磷酸,以后合成淀粉或糖原。 、脂肪酸的氧化分解 脂肪酸的氧化分解有几种不同的方式,其中最主要的是B氧化作用 (一)脂肪酸的β氧化作用 这种氧化是在脂肪酸的β-碳位发生,在氧化开始之前,脂肪酸需先行活化,活化过程是在脂肪酸硫激 酶催化下与ATP及CoA作用变为脂酰CoA(亦称活性脂肪酸),并放出AMP和焦磷酸,脂酰CoA再经一 系列脱氢、水化、再脱氢和硫解加CoA基而产生乙酰-CoA及比原脂肪酸少两个碳原子的脂酰CoA(图11-3)。 生成的脂酰-CoA又可以重复上述反应,每循环一次,去掉一个二碳单位,直至将整个脂肪酸分解完毕为 止,其产物是乙酰CoA。这些乙酰-CoA在正常生理情况下,一部分用来合成新的脂肪酸,大部分是进入 三羧酸循环完全氧化,在动物体中如生理反常(如胰岛素分泌不足),则乙酰CoA可变为酮体。 240
3、胆固醇的形成 固醇载体蛋白将在胞液中形成的鲨烯转运至内质网的微粒体中，在其中环化成羊 毛脂固醇，再转变成胆固醇。而后通过血液送入其它组织。 第三节 脂类的降解 一、脂肪的水解 脂肪在脂肪酶、二脂酰甘油脂肪酶、一脂酰甘油脂肪酶的作用下逐步水解成甘油和脂肪酸： C O CH H2C H2C O C R1 O O C R3 一脂酰甘油脂肪酶 三脂酰甘油 H2O R3COOH R1COOH R2COOH R2 O CHOH CH2OH 甘油 CH2OH 脂肪酶 H2O H2O O 二脂酰甘油脂肪酶 甘油可进一步转化为磷酸丙糖： CHOH CH2OH 甘油 CH2OH CHOH CH2O 3-磷酸甘油 CH2OH C CH2O 磷酸二羟丙酮 CH2OH O 磷酸甘油脱氢酶 ATP ADP NAD+ NADH+H+ 甘油激酶 P P 然后通过糖酵解转变为丙酮酸，进入三羧酸循环，彻底氧化分解为CO2和H2O。磷酸丙糖也可以逆酵解反 应而转变为葡萄糖-1-磷酸，以后合成淀粉或糖原。 二、脂肪酸的氧化分解 脂肪酸的氧化分解有几种不同的方式，其中最主要的是 β-氧化作用。 (一)脂肪酸的 β-氧化作用 这种氧化是在脂肪酸的 β-碳位发生，在氧化开始之前，脂肪酸需先行活化，活化过程是在脂肪酸硫激 酶催化下与 ATP 及 CoA 作用变为脂酰-CoA(亦称活性脂肪酸)，并放出 AMP 和焦磷酸，脂酰-CoA 再经一 系列脱氢、水化、再脱氢和硫解加CoA基而产生乙酰-CoA及比原脂肪酸少两个碳原子的脂酰-CoA(图11-3)。 生成的脂酰-CoA 又可以重复上述反应，每循环一次，去掉一个二碳单位，直至将整个脂肪酸分解完毕为 止，其产物是乙酰-CoA。这些乙酰-CoA 在正常生理情况下，一部分用来合成新的脂肪酸，大部分是进入 三羧酸循环完全氧化，在动物体中如生理反常(如胰岛素分泌不足)，则乙酰-CoA 可变为酮体。 240
脂肪酸←一脂肛 ATP (活化 COASH M: 脂酰-CoA合成酶 AMP+Ppi- 即硫激 RCH2CH2CH2CO-SCoA(脂酰-CoA) FAD (脱氢2(脂酰二(A脱氢酶 RCH2CH=CH-CO~SCoA(α,β烯脂酰CoA) (水化) 烯脂酰-COoA水化酶 RCH2 CHOHCH2-CO~SCoA(β-羟脂酰-CoA) NAD (脱氢)④【L·B-羟脂酰~CoA脱氢 NADH2 CH-CO-CH2 CO-S CoA(B-酮脂酰CoA) 硫解) 7]-CO-SCOA R-CH-CO S CoA 重复β-氧化 CHx-CO-SCoA 三羧酸循环 CO,+hO 图11-3脂肪酸β-氧化途径示意图 脂肪酸的β-氧化是在线粒体中进行,主要在肝细胞线粒体中进行。长链脂肪酸不能透过线粒体内膜 细胞质内的脂肪酸先与一种脂肪酸载体(肉碱)结合才能透过线粒体内膜,进入线粒体进行氧化。其作用机 制是通过肉碱软脂酰基转移酶催化使肉碱变成脂酰肉碱。 RCO-SCoA+(H,C)N=CHyCHOH-CH]COO=(H3 C)3N-CH2-CH-O-C-R+COASH 脂酰-CoA OOC—CH 脂肪酸活化(反应①)的酶在动物组织中主要为硫激酶,在微生物中大部分是转硫酶 反应⑤酮硫解酶(β- Keto thiolase)又称乙酰CoA脂酰基转移酶,已知者有三种,各适合于不同长度的碳 天然不饱和脂肪酸的氧化途径同饱和脂肪酸的氧化途径基本相同。差异在于含一个双键的不饱和脂肪 酸还需要一个顺-反-烯脂酰CoA异构酶将不饱和脂肪酸分解产物中的顺式结构中间产物变为反式结构。 ACO-scoA性入/CoSA超水化瘦R CO-SCOA △-顺-烯脂酰-CoA △2-反-烯脂酰CoA β-羟脂酰-CoA 含一个以上双键的脂肪酸除需要顺反异构酶外,还需要β-羟脂肪酰-CoA立体异构酶将中间产物中的 D-β-羟脂酰-CoA转变成L-β-羟脂酰CoA,才可按照β氧化途径进行氧化。 在许多植物、海洋生物及微生物体内还有奇数碳脂肪酸。它们经反复β-氧化作用后剩下丙酰-CoA,经 转化成琥珀酰CoA COx+ATP ADP+Pi CH2CO-SCOA CHa CH,CO-SCoA 丙酰CoA羧化酶 HOOC一CHCO-SCoA 丙酰-CoA D甲基丙二酸单酰单酰-CoA 差向酶,变位酶CH2COOH 虎珀酰-CoA 或径β-羟丙酸支路形成乙酰-CoA进入三羧酸循环。 241
脂肪酸 脂肪 ATP (活化) AMP + PPi FAD FADH2 (α,β烯脂酰-CoA) (水化) H2O 烯脂酰-CoA水化酶 (β-羟脂酰-CoA) (脱氢) NAD+ L·β-羟脂酰～CoA脱氢酶 NADH2 RCH2 CO CH2 (β-酮脂酰-CoA) (硫解) CoASH CH3 CO β-酮硫解酶 重复β-氧化 三羧酸循环 CO2 + H2O 图11-3 脂肪酸β-氧化途径示意图 ② ③ ④ ⑤ CoASH ,Mg2+， 脂酰-CoA合成酶， 即硫激酶 ~SCoA ① RCH2CH2CH2CO~SCoA(脂酰-CoA) 脂酰-CoA脱氢酶 RCH2CH CH CO~S CoA RCH2CHOH CH2 CO~S CoA CO~S CoA R CH2 CO~S CoA CH3 CO~SCoA (脱氢) 脂肪酸的 β-氧化是在线粒体中进行，主要在肝细胞线粒体中进行。长链脂肪酸不能透过线粒体内膜， 细胞质内的脂肪酸先与一种脂肪酸载体(肉碱)结合才能透过线粒体内膜，进入线粒体进行氧化。其作用机 制是通过肉碱软脂酰基转移酶催化使肉碱变成脂酰肉碱。 RCO~SCoA+(H3C)3N+ O 脂酰-CoA 肉碱 脂酰-肉碱 CH2 CHOH (H3C)3N+ CH2 CH O C R CH2 +CoASH OOC CH2 COO 脂肪酸活化(反应①)的酶在动物组织中主要为硫激酶，在微生物中大部分是转硫酶。 反应⑤酮硫解酶(β-Keto thiolase)又称乙酰-CoA 脂酰基转移酶，已知者有三种，各适合于不同长度的碳 链。 天然不饱和脂肪酸的氧化途径同饱和脂肪酸的氧化途径基本相同。差异在于含一个双键的不饱和脂肪 酸还需要一个顺-反-烯脂酰-CoA 异构酶将不饱和脂肪酸分解产物中的顺式结构中间产物变为反式结构。 R CO~SCoA R CO~SCoA R CO~SCoA OH H2O 烯脂酰-CoA水化酶 β-羟脂酰-CoA 异构酶 △3 -顺-烯脂酰-CoA 2 △-反-烯脂酰-CoA 含一个以上双键的脂肪酸除需要顺-反异构酶外，还需要 β-羟脂肪酰-CoA 立体异构酶将中间产物中的 D-β-羟脂酰-CoA 转变成 L-β-羟脂酰-CoA，才可按照 β-氧化途径进行氧化。 在许多植物、海洋生物及微生物体内还有奇数碳脂肪酸。它们经反复 β-氧化作用后剩下丙酰-CoA，经 转化成琥珀酰-CoA： ADP+Pi HOOC CH CH2CO~SCoA CH2COOH CH3CH2CO~SCoA CH3 B12辅酶 丙酰-CoA 丙酰-CoA羧化酶 D-甲基丙二酸单酰单酰-CoA 琥珀酰-CoA 差向酶,变位酶 CO2+ATP CO~SCoA 或径 β-羟丙酸支路形成乙酰-CoA 进入三羧酸循环。 241
FAD FADI H CH,OH CH3CH, CO-SCoA H,C=CHCO-SCOA 酯酰CoA脱氢酶 烯酯酰-oA水合酶CH,CO-SCoA 丙酰 β-羟基丙酰CoA H,O CoASH CH,OH NAD* NADH+H CHO NADP+CoASH NADPH +H+CO, B-羟丙酰 coA Ch2 COOH B-羟基丙酸脱氢酶CH2COH丙二酸半醛脱氢酶 CH3 CO-SCOA 水解酶 β-羟基丙酸 丙二酸半醛 乙酰-CoA 在动物体内,脂肪酸的β氧化产物乙酰CoA、FADH2和NADH进入三羧酸循环,最后氧化为CO2和H2O 并释放出能量。如果被氧化的是棕榈酸,则生成8个乙酸-CoA,7个FADH2和7个NADH。经TCAC氧化 可净获130个ATP。能量利用率为48% 在植物的一些组织内脂肪酸氧化也在线粒体内进行,但在发芽的油料种子(如蓖麻)内,脂肪酸的β-氧 化是在乙醛酸循环体内进行的。生成的乙酰-CoA进入乙醛酸循环,以后转变为糖类。 (二)脂肪酸的∝-氧化作用 在动物组织内,脂肪酸主要是通过β氧化分解的。在植物的发芽种子和叶子内及动物肝、脑和神经细 胞的微体中还存在一特殊的氧化途径,即α-氧化途径。 α-氧化作用只以游离脂肪酸为底物,分子氧间接地参加这个氧化作用,氧化产物是D-α-羟脂肪酸或少 个碳原子的脂肪酸。a-氧化作用的可能途径是 0+NadPh+h+ NAD NADH+H+ RCH2COOH一单加氧酶 R--CH-COoH- R一C-COOH 脂肪酸 L-a-羟脂肪酸 ATP+NAD+V脱羧酶 过氧化物酶 NAD NADH+Ht 醛脱氢酶 RCOOH [R-CH-COOF RCHO NADH+H NaDt OOH 醇(醛)脱氢酶 RCH,OH D-q-氢过氧脂酸 脂肪醇 α-氧化对降解支链脂肪酸,奇数或过长链脂肪酸有重要作用。哺乳动物组织将绿色蔬菜的叶绿醇氧化 为植烷酸后,即通过α-氧化系统将植烷酸氧化为降植烷酸和CO2。 (三)脂肪酸的-氧化作用 动物肝细胞微粒体能将C6、C8、Clo、Cn2脂肪酸的烷基端碳(ω-碳原子)氧化成羟基,再进一步氧化而成 为羧基,生成α、ω-二羧酸。以后可以在两端通过β氧化而分解。有些土壤的好气性细菌也能对烃类或脂肪 酸进行ω-氧化分解,生成水溶性产物,故可以利用来大量清除海水表面的浮油 ω-氧化过程如图11-4所示。在动物细胞内的ω-羟化酶利用细胞色素P450,细菌则用红素氧还蛋白将脂肪 酸的o-碳原子氧化生成RCH2OH,然后由醇脱氢酶进一步氧化为醛(RCHO,再由醛脱氢酶氧化为羧酸 ( RCOOH)。 242
CH3CH2CO~SCoA 丙酰-CoA 酯酰-CoA脱氢酶 FAD FADH2 CHCO~SCoA H2O CH2OH 烯酯酰-CoA水合酶 CH2CO~SCoA β-羟基丙酰-CoA H2O CoASH CH2OH CH2COOH NAD+ CHO CH2COOH NADP++CoASH CH3CO~SCoA β-羟丙酰-CoA 水解酶 β-羟基丙酸脱氢酶 丙二酸半醛 丙二酸半醛脱氢酶 乙酰-CoA β-羟基丙酸 丙烯酰-CoA +H++CO2 H2C NADH+H+ NADPH 在动物体内，脂肪酸的β-氧化产物乙酰-CoA、FADH2和NADH进入三羧酸循环，最后氧化为CO2和H2O， 并释放出能量。如果被氧化的是棕榈酸，则生成 8 个乙酸-CoA，7 个FADH2和 7 个NADH。经TCAC氧化 可净获 130 个ATP。能量利用率为 48％。 在植物的一些组织内脂肪酸氧化也在线粒体内进行，但在发芽的油料种子(如蓖麻)内，脂肪酸的 β-氧 化是在乙醛酸循环体内进行的。生成的乙酰-CoA 进入乙醛酸循环，以后转变为糖类。 (二)脂肪酸的 α-氧化作用 在动物组织内，脂肪酸主要是通过 β-氧化分解的。在植物的发芽种子和叶子内及动物肝、脑和神经细 胞的微体中还存在一特殊的氧化途径，即 α-氧化途径。 α-氧化作用只以游离脂肪酸为底物，分子氧间接地参加这个氧化作用，氧化产物是 D-α-羟脂肪酸或少 一个碳原子的脂肪酸。α-氧化作用的可能途径是： RCH2COOH O2+NADPH+H+ R CH COOH OH NAD+ NADH+H+ COOH ATP+NAD+ +V OOH RCHO RCOOH RCH2OH 脂肪酸 单加氧酶 L-α-羟脂肪酸 D-α-氢过氧脂酸 脱氢酶 脱羧酶 脂肪醛 (少一个碳) 醛脱氢酶 醇(醛)脱氢酶 脂肪酸 脂肪醇 R C O C CO2 R CH COOH CO2 NAD+ NADH+H+ NAD NADH + +H+ (少一个碳) (少一个碳) H2O2 过氧化物酶 α-氧化对降解支链脂肪酸，奇数或过长链脂肪酸有重要作用。哺乳动物组织将绿色蔬菜的叶绿醇氧化 为植烷酸后，即通过α-氧化系统将植烷酸氧化为降植烷酸和CO2。 (三)脂肪酸的 ω-氧化作用 动物肝细胞微粒体能将C6、C8、C10、C12脂肪酸的烷基端碳(ω-碳原子)氧化成羟基，再进一步氧化而成 为羧基，生成α、ω-二羧酸。以后可以在两端通过β-氧化而分解。有些土壤的好气性细菌也能对烃类或脂肪 酸进行ω-氧化分解，生成水溶性产物，故可以利用来大量清除海水表面的浮油。 ω-氧化过程如图 11-4 所示。在动物细胞内的ω-羟化酶利用细胞色素P450，细菌则用红素氧还蛋白将脂肪 酸的ω-碳原子氧化生成RCH2OH，然后由醇脱氢酶进一步氧化为醛(RCHO)，再由醛脱氢酶氧化为羧酸 (RCOOH)。 242
NHI+Fe- NADPH+H,Fp 氧化型(一种特殊的NH蛋白-羟化酶 H, 黄素蛋白 nh+Fe- .HOch,r- CytPi50 OCH NAD 还原型 NH蛋白 醇脱氢酶 NADH +H NHI+Fe< CytP450-0 RCHO 脱氢酶 nadh +h 动物微粒体 图114细菌和动物中的链烷ω-氧化过程 NIHI:非正铁血红素铁蛋白 三、磷脂的降解 磷脂能被不同的磷脂酶分解。例如作用于卵磷脂的酶有四种,这四种酶分别命名为磷脂酶A、磷脂酶 A2、磷脂酹C、磷脂酶D,各作用于磷脂分子的不同位置 CH2-O CH2CHN(CH3)3 磷脂酶A存在于动物细胞中,作用于①位置,生成2-脂酰基甘油磷酸胆碱和1分子脂肪酸。 磷脂酶A2存在于蛇毒、蜂毒中,也常以酶原形式存在于动物胰脏中,作用于②位,生成1-脂酰基甘油 磷酸胆碱和1分子脂肪酸。 磷脂酶C存在于动物脑、蛇毒和细菌中,从蜡状芽孢杆菌中提取的酶为一含锌蛋白。作用于③位,生 成二脂酰基甘油和磷酸胆碱。 磷脂酶D存在于高等植物中,亦可作用于其它磷脂酰酯,要求Ca2离子。作用于④位,生成磷脂酸和 胆碱。磷脂酶D亦能催化转磷脂酰基的反应,将卵磷脂分子上的磷脂酰基转移至别的含羟基化合物(如甘油、 乙醇胺、丝氨酸)上: 磷脂酰胆碱+ROH亠磷脂酰一OR+胆碱 这一反应在植物细胞膜的磷脂合成和转换上起重要作用。 此外还有溶血磷脂酶,过去称为磷脂酶B,它催化磷脂酶A2的水解产物1-脂酰基甘油磷酸胆碱在①位 发生水解 -脂酰基甘油磷酸胆碱+H2O一甘油磷酰胆碱+脂肪酸 此酶存在于动物、植物组织及霉菌中。 四、胆固醇的降解和转变 人体每日合成胆固醇量为1~1.5g,其中约0.3g转变为胆酸和脱氧胆酸。胆汁中的胆酸盐经胆管入十 二指肠,起消化作用。胆酸的大部分为小肠吸收,通过门静脉入肝。肠道内胆固醇经细菌作用,转变为固 醇随粪便排出体外,每日随粪便约排泄04g胆固醇。 243
NADP+ Fp 氧化型 黄素蛋白 还原型 细 菌 NHI+Fe 2+ 一种特殊的NHI蛋白 NHI+Fe 3+ NHI+Fe 2+ O2 ω-羟化酶 H2O HOCH2R CytP HOCH2R RCH3 O RCHO NAD+ 醇脱氢酶 NADH + H+ 脱氢酶 RCOOH 动物微粒体 Fp NHI蛋白 NHI+Fe 3+ CytP450 2+ CytP450 O2 NHI:非正铁血红素铁蛋白 图11-4 细菌和动物中的链烷ω-氧化过程 NAD+ 450 3+ CH3 R NADPH+H+ NADH + H+ 三、磷脂的降解 磷脂能被不同的磷脂酶分解。例如作用于卵磷脂的酶有四种，这四种酶分别命名为磷脂酶A1、磷脂酶 A2、磷脂酶C、磷脂酶D，各作用于磷脂分子的不同位置： R2 C O CH CH2 R1 P OH CH2CH2N+ (CH3)3 ① ③ ④ O ② CH2 O O C O O O 磷脂酶A1存在于动物细胞中，作用于①位置，生成 2-脂酰基甘油磷酸胆碱和 1 分子脂肪酸。 磷脂酶A2存在于蛇毒、蜂毒中，也常以酶原形式存在于动物胰脏中，作用于②位，生成 1-脂酰基甘油 磷酸胆碱和 1 分子脂肪酸。 磷脂酶 C 存在于动物脑、蛇毒和细菌中，从蜡状芽孢杆菌中提取的酶为一含锌蛋白。作用于③位，生 成二脂酰基甘油和磷酸胆碱。 磷脂酶D存在于高等植物中，亦可作用于其它磷脂酰酯，要求Ca2+离子。作用于④位，生成磷脂酸和 胆碱。磷脂酶D亦能催化转磷脂酰基的反应，将卵磷脂分子上的磷脂酰基转移至别的含羟基化合物(如甘油、 乙醇胺、丝氨酸)上： 磷脂酰胆碱+ ROH 磷脂酰 OR+胆碱 这一反应在植物细胞膜的磷脂合成和转换上起重要作用。 此外还有溶血磷脂酶，过去称为磷脂酶B，它催化磷脂酶A2的水解产物 1-脂酰基甘油磷酸胆碱在①位 发生水解： 1-脂酰基甘油磷酸胆碱+H2O 甘油磷酰胆碱+脂肪酸 此酶存在于动物、植物组织及霉菌中。 四、胆固醇的降解和转变 人体每日合成胆固醇量为 1～1.5g，其中约 0.3g 转变为胆酸和脱氧胆酸。胆汁中的胆酸盐经胆管入十 二指肠，起消化作用。胆酸的大部分为小肠吸收，通过门静脉入肝。肠道内胆固醇经细菌作用，转变为固 醇随粪便排出体外，每日随粪便约排泄 0.4g 胆固醇。 243
胆固醇的环核结构不在动物体内彻底分解为最简单化合物排出体外,但其支链可被氧化。更重要的是 胆固醇可转变成许多具有重要生理意义的化合物(图115) 7-脱氢胆固醇一维生素D 肾上腺皮质激素 胆固醇 性激素雄性激素 雌性激素 羊毛脂固醇 胆固醇脂蛋白 胆酸等 其它固醇类固摩 氢胆固醇 其它 图11-5胆固醇的转变 在血浆脂蛋白分子内的游离胆固醇,可以通过肝脏合成的卵磷脂——胆固醇酰基转移酶的作用,接受 磷脂酰胆碱分子上的脂肪酸,形成胆固醇酯 活体内的胆固醇主要形成胆酸。胆酸的20%左右为牛磺胆酸,其余为甘氨胆酸。胆酸在辅酶A、ATP 和Mg2存在下,合成胆酸酰CoA,再与甘氨酸或牛磺氨酸结合。它对油脂消化和脂溶性维生素的吸收有重 要作用。 从胆固醇还可形成固醇类激素。少量胆固醇可演变为维生素D 胆固醇代谢对人类来说极为重要,因为除可变为许多重要的生理活性物质外,某些疾病如心血管硬化 及胆结石疾病,亦可能由于胆固醇代谢失常而引起。 第四节脂代谢的调节 机体可以通过神经及体液系统来调节脂类代谢,改变合成和分解代谢的强度,以适应机体活动的需要。 对脂类代谢影响较大的激素有胰岛素、肾上腺素、生长激素、高血糖素、促肾上腺皮质激素(ACTH)、甲状 腺素、甲状腺刺激激素(TSH)、前列腺素等。 可将上述各种激素的作用概括如下图11-6 肝脏血浆脂蛋白脂肪组织 胰岛素 IG一FFA TG 前列腺素 抑制 a-磷酸甘油 激素敏感性脂酶 促进 肾上腺素 高血糖素 ACTH 糖皮质类固醇 肠管食物性脂质 甲状腺刺激激素 图11-6各种激素对三酯酰甘油代谢的作用 TG:三酯酰甘油FFA:游离脂肪酸 这些激素中,肾上腺素、生长激素、高血糖素、促肾上腺皮质激素(ACTP)、甲状腺素、甲状腺刺激激 素(ISH)等能促进脂肪动员和脂解作用,而胰岛素、前列腺素则相反 机体也可以通过变构酶系统来调节脂类代谢。如从肠管吸收(外源性进入肝脏的胆固醇量多,则肝脏 内合成胆固醇的量就少。其作用机制是:外源性胆固醇以脂蛋白的形式作用于HMG还原酶的别构部位 从而使β羟基-β-甲基戊二酸(HMG)不能还原成B,6-二羟-甲基戊酸MVA)而转向酮体生成 胆汁酸的生成量对胆固醇合成也有影响
胆固醇的环核结构不在动物体内彻底分解为最简单化合物排出体外，但其支链可被氧化。更重要的是 胆固醇可转变成许多具有重要生理意义的化合物(图 11-5)。 肾上腺皮质激素 7-脱氢胆固醇 维生素D 胆固醇 性激素 雄性激素 雌性激素 胆固醇脂 胆固醇脂蛋白 胆酸等 其它固醇 类固醇 二氢胆固醇 其它 羊毛脂固醇 图11-5 胆固醇的转变 在血浆脂蛋白分子内的游离胆固醇，可以通过肝脏合成的卵磷脂——胆固醇酰基转移酶的作用，接受 磷脂酰胆碱分子上的脂肪酸，形成胆固醇酯。 活体内的胆固醇主要形成胆酸。胆酸的 20％左右为牛磺胆酸，其余为甘氨胆酸。胆酸在辅酶A、ATP 和Mg2+存在下，合成胆酸酰-CoA，再与甘氨酸或牛磺氨酸结合。它对油脂消化和脂溶性维生素的吸收有重 要作用。 从胆固醇还可形成固醇类激素。少量胆固醇可演变为维生素 D。 胆固醇代谢对人类来说极为重要，因为除可变为许多重要的生理活性物质外，某些疾病如心血管硬化 及胆结石疾病，亦可能由于胆固醇代谢失常而引起。 第四节 脂代谢的调节 机体可以通过神经及体液系统来调节脂类代谢，改变合成和分解代谢的强度，以适应机体活动的需要。 对脂类代谢影响较大的激素有胰岛素、肾上腺素、生长激素、高血糖素、促肾上腺皮质激素(ACTH)、甲状 腺素、甲状腺刺激激素(TSH)、前列腺素等。 可将上述各种激素的作用概括如下图 11-6： 肝脏 TG α-磷酸甘油 血浆脂蛋白 FFA 清蛋白 脂肪组织 胸管 肠管 食物性脂质 胰岛素 前列腺素 激素敏感性脂酶 促进 肾上腺素 高血糖素 ACTH 糖皮质类固醇 甲状腺刺激激素 TG:三酯酰甘油 FFA:游离脂肪酸 图11-6 各种激素对三酯酰甘油代谢的作用 TG TG FFA TG 抑制 糖 这些激素中，肾上腺素、生长激素、高血糖素、促肾上腺皮质激素(ACTP)、甲状腺素、甲状腺刺激激 素(TSH)等能促进脂肪动员和脂解作用，而胰岛素、前列腺素则相反。 机体也可以通过变构酶系统来调节脂类代谢。如从肠管吸收(外源性)进入肝脏的胆固醇量多，则肝脏 内合成胆固醇的量就少。其作用机制是：外源性胆固醇以脂蛋白的形式作用于 HMG-还原酶的别构部位， 从而使 β-羟基-β-甲基戊二酸(HMG)不能还原成 β,δ-二羟-β-甲基戊酸(MVA)而转向酮体生成。 胆汁酸的生成量对胆固醇合成也有影响。 244