第七章脂类代谢 脂类化合物包括甘油三酯和类脂质。甘油三酯是生物体的主要储能物质，类脂质大都 是细胞的重要结构物质和生理活性物质。本章主要介绍脂类化合物的概念、类别、分布和 生理功能，并重点讨论中性脂肪 三酰甘油在有机体内的合成和降解代谢。 脂类(lipids)是指一类在化学组成和结构上有很大差异，但都有一个共同特性，即不 溶于水而易溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂的物质。通常脂类可按不同组成分为五类，即单 纯脂、复合 ,萜类和类固醇及其衍生物 ,衍生脂类及结合脂类 脂类物质具有重婴的生物功能。脂肪是生物体的能量提供者。1g脂肪彻底氧化可放出 46.5 kJ/mol能量，比1g糖或蛋白质放出的能量大一倍以上，因此脂肪是生物体内贮藏能量 最多的物质。 每1g蛋白质、糖和脂肪所产生的代谢能量比较为： 1g蛋白质 20.5km0 1g糖 20.5kJ/mo 1g脂肪 46.5kJ/mol 这样大的能量差异是因为脂肪是非极性的，它以近于无水的形式储藏者，而糖类和蛋 白质均具有极性，它们以高度水合形式储藏者。1g干燥的糖元约结合2g水，所以实际上 ,这就说明了为什么在进化过程中选择 脂肪也是组成生物体的重要成分，如磷脂是构成生物膜的重要组分，油脂是机体代谢 所需燃料的贮存和运输形式。脂类物质也可为动物机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂 溶性维生素。某些茜类及类固醇类物质如维生素A、D、E、K、胆酸及固醇类激素具有营 养、代谢及调节功能。有机体表面的脂类物质有防止机械损伤与防止热量散发等保护作用。 脂类作为细 的表面物质 与细胞识别和种特异性以及组织免疫等有密切关系 脂类代谢主要讨论脂类在有机体内的降解和合成过程。了解脂类代谢对农业、工业 医学等方面都有重要的意义。例如种子的发芽率直接和种子的脂类代谢有关：又如利用微 生物氧化石油中脂肪烃、工业生产低凝点油及其他化工产品：脂蛋白异常和威胁人类健康 的冠心病等都与脂肪代谢关系密切。 第一节脂肪的降解 一、脂肪的酶促降解 脂肪即脂肪酸的甘油三酯(triacyl glycerol)是脂类中含量最丰富的一大类，它是甘油 的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合、失水后形成的酯，是植物和动物细胞贮脂的主要组分
225 第七章 脂类代谢 脂类化合物包括甘油三酯和类脂质。甘油三酯是生物体的主要储能物质，类脂质大都 是细胞的重要结构物质和生理活性物质。本章主要介绍脂类化合物的概念、类别、分布和 生理功能，并重点讨论中性脂肪 三酰甘油在有机体内的合成和降解代谢。 脂类（lipids）是指一类在化学组成和结构上有很大差异，但都有一个共同特性，即不 溶于水而易溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂的物质。通常脂类可按不同组成分为五类，即单 纯脂、复合脂、萜类和类固醇及其衍生物、衍生脂类及结合脂类。 脂类物质具有重要的生物功能。脂肪是生物体的能量提供者。1g 脂肪彻底氧化可放出 46.5kJ/mol 能量，比 1g 糖或蛋白质放出的能量大一倍以上，因此脂肪是生物体内贮藏能量 最多的物质。 每 1g 蛋白质、糖和脂肪所产生的代谢能量比较为： 1g 蛋白质 20.5kJ/mol 1g 糖 20.5kJ/mol 1g 脂肪 46.5kJ/mol 这样大的能量差异是因为脂肪是非极性的，它以近于无水的形式储藏着，而糖类和蛋 白质均具有极性，它们以高度水合形式储藏着。1g 干燥的糖元约结合 2g 水，所以实际上 1g 脂肪所贮存的能量为 1g 水合糖元贮存的六倍多。这就说明了为什么在进化过程中选择 脂肪作为能量的储备形式。 脂肪也是组成生物体的重要成分，如磷脂是构成生物膜的重要组分，油脂是机体代谢 所需燃料的贮存和运输形式。脂类物质也可为动物机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂 溶性维生素。某些萜类及类固醇类物质如维生素 A、D、E、K、胆酸及固醇类激素具有营 养、代谢及调节功能。有机体表面的脂类物质有防止机械损伤与防止热量散发等保护作用。 脂类作为细胞的表面物质，与细胞识别和种特异性以及组织免疫等有密切关系。 脂类代谢主要讨论脂类在有机体内的降解和合成过程。了解脂类代谢对农业、工业、 医学等方面都有重要的意义。例如种子的发芽率直接和种子的脂类代谢有关；又如利用微 生物氧化石油中脂肪烃、工业生产低凝点油及其他化工产品；脂蛋白异常和威胁人类健康 的冠心病等都与脂肪代谢关系密切。 第一节 脂肪的降解 一、脂肪的酶促降解 脂肪即脂肪酸的甘油三酯（triacyl glycerol）是脂类中含量最丰富的一大类，它是甘油 的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合、失水后形成的酯，是植物和动物细胞贮脂的主要组分
脂肪降解的第一步是水解成甘油和脂肪酸，此反应由脂肪酶（简称脂酶，las)催化。组 织中有三种脂肪酶：即脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶，逐步把甘油三酯水解 成甘油和脂肪酸。这三种酶水解步骤为： o CH:-0-C-R 十品0脂防晓 0H4C-0-C-R B- H CH:O-C-R H:COH 甘油三 脂肪酸 甘油二面 甘油二酯脂防酶 甘油单酯脂肪酶 H:C-OH -0 H- R.COOH R COOH H.COH HC-OH 脂肪酸 脂肪酸 甘油单酯 甘油 在人和动物消化道内有脂肪醇，分解食物中的脂肪：以后甘油和脂肪酸在组织内再进 一步氧化分解。植物也有类似的脂肪消化作用。如油料作物的种子萌发时，种子内脂肪酶 活力增加，促使脂肪发生分解。凡能利用脂肪的微生物也都有脂肪酶，生产春雷霉素的培 养基中需含有一定配出的物油，说明春需露黄能铭产生脂肪酶，所以能利用植物油，假 丝酵母、圆酵母等都能产生较多的脂肪酶， 已经利用它们作为制造脂肪酶制剂的原 二、甘油的降解与转化 甘油先与ATP作用，在甘油激酶(glycerol kinase)催化下生成a-磷酸甘油。然后再 被氧化生成磷酸二羟丙酮，再经异构化，生成3-磷酸甘油醛，然后可经糖酵解途径转化成 丙酮酸，进入三羧酸循环而彻底氧化，或经过糖异生途径合成糖元。因此甘油代谢和糖代 谢的关系极为密切。甘油转化成磷酸二羟丙酮以及与糖的相互转变关系如下： 226
226 脂肪降解的第一步是水解成甘油和脂肪酸，此反应由脂肪酶（简称脂酶，lipase）催化。组 织中有三种脂肪酶：即脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶，逐步把甘油三酯水解 成甘油和脂肪酸。这三种酶水解步骤为： 在人和动物消化道内有脂肪酶，分解食物中的脂肪；以后甘油和脂肪酸在组织内再进 一步氧化分解。植物也有类似的脂肪消化作用。如油料作物的种子萌发时，种子内脂肪酶 活力增加，促使脂肪发生分解。凡能利用脂肪的微生物也都有脂肪酶，生产春雷霉素的培 养基中需含有一定配比的植物油，说明春雷霉菌能够产生脂肪酶，所以能利用植物油，假 丝酵母、圆酵母等都能产生较多的脂肪酶，工业上已经利用它们作为制造脂肪酶制剂的原 料。 二、甘油的降解与转化 甘油先与 ATP 作用，在甘油激酶（glycerol kinase）催化下生成α-磷酸甘油。然后再 被氧化生成磷酸二羟丙酮，再经异构化，生成 3-磷酸甘油醛，然后可经糖酵解途径转化成 丙酮酸，进入三羧酸循环而彻底氧化，或经过糖异生途径合成糖元。因此甘油代谢和糖代 谢的关系极为密切。甘油转化成磷酸二羟丙酮以及与糖的相互转变关系如下：
CH.OH ATP ADP CH.OH NAD NADH+H CHOH 口-醉酸甘袖脱氢酶 一葡萄培一一一一一糖元 CH2OH c=0 CHOP 两酸二羟丙扇 CO:+H.O+ATP 三、脂肪酸的氧化分解 (一）饱和脂肪酸的B-氧化作用 1.B氧化作用的概念 脂肪酸的B氧化作用是指脂肪酸在一系列酶的作用下，在ā，B碳原子之间断裂，B 碳原子氧化成羧基，生成含2个碳原子的乙酰-C0A和较原来少2个碳原子的脂肪酸。脂 肪酸的B氧化过程是在线粒体中进行的 B氧化作用最初是根据动物实验提出来的一个学说。通过制备一系列的苯（基） 脂（肪）酸，即脂肪酸的甲基(-CH)上的一个氢原子被苯基取代而成的苯脂酸，再将它 们饲喂动物。在动物体内，苯基不被破坏，而是通过解毒机制，形成无毒性的衍生物，从 尿中排出。鉴定尿中含苯基的化合物，可以推测脂肪酸在体内的分解途径。将带有苯基的 双数和单数碳的脂肪酸喂给狗吃，从尿中分离到两种含苯基的化合 种是由苯甲酸和 甘氨酸缩合而成的马尿酸，另一种是由苯乙酸和甘氨酸缩合而成的苯乙尿酸。凡是吃了 数碳苯脂酸的狗，尿中的苯基化合物为苯乙尿酸，凡是吃了单数碳苯脂酸的狗，尿中的苯 基化合物为马尿酸。由于每次断下1个碳或断下3个碳都不符合实验结果，Koop认为脂 肪酸在体内氧化时每次都断下1个二碳物（见图7-1）。他在1904年提出的B-氧化学说， 至今仍旧是正确的」 氧化作用并不是一步完成的，而是要经过活化、转运，然后再进入氧化过程。 2.脂肪酸的活化 脂肪酸在进行B-氧化降解前，在细胞质内必须先被激活成脂酰-CA,该反应由脂酰 -CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)催化，需要ATP和CoA参与，总反应为： 27
227 三、脂肪酸的氧化分解 （一）饱和脂肪酸的β-氧化作用 1. β-氧化作用的概念 脂肪酸的β-氧化作用是指脂肪酸在一系列酶的作用下，在α,β-碳原子之间断裂，β -碳原子氧化成羧基，生成含 2 个碳原子的乙酰-CoA 和较原来少 2 个碳原子的脂肪酸。脂 肪酸的β-氧化过程是在线粒体中进行的。 β-氧化作用最初是根据动物实验提出来的一个学说。通过制备一系列的ω-苯（基） 脂（肪）酸，即脂肪酸的甲基（-CH3）上的一个氢原子被苯基取代而成的苯脂酸，再将它 们饲喂动物。在动物体内，苯基不被破坏，而是通过解毒机制，形成无毒性的衍生物，从 尿中排出。鉴定尿中含苯基的化合物，可以推测脂肪酸在体内的分解途径。将带有苯基的 双数和单数碳的脂肪酸喂给狗吃，从尿中分离到两种含苯基的化合物。一种是由苯甲酸和 甘氨酸缩合而成的马尿酸，另一种是由苯乙酸和甘氨酸缩合而成的苯乙尿酸。凡是吃了双 数碳苯脂酸的狗，尿中的苯基化合物为苯乙尿酸，凡是吃了单数碳苯脂酸的狗，尿中的苯 基化合物为马尿酸。由于每次断下 1 个碳或断下 3 个碳都不符合实验结果，Knoop 认为脂 肪酸在体内氧化时每次都断下 1 个二碳物（见图 7-1）。他在 1904 年提出的β-氧化学说， 至今仍旧是正确的。 β-氧化作用并不是一步完成的，而是要经过活化、转运，然后再进入氧化过程。 2. 脂肪酸的活化 脂肪酸在进行β-氧化降解前，在细胞质内必须先被激活成脂酰-CoA，该反应由脂酰 -CoA 合成酶(acyl-CoA synthetase)催化，需要 ATP 和 CoA 参与，总反应为：
吟 R-CH2-C02 +0- 脂肪酸 CH,- C -S-CoA AMP +H* 脂酰CoA 228
228
单数 CH.CH,COOH C,化合物 CONHCH.COOH 马尿酸（甲尿酸） 双数 a CH.CH,CH,COOH C化合物 NHCOOH CH,CONHCH.COOH 苯乙尿酸 图7-1苯基脂防酸氧化实验 由于体内焦磷酸酶可迅速将产物焦磷酸水解为无机磷，从而使活化反应自左向右几乎不可 逆，形成一个活化的脂酰C0A需消耗2个高能磁酸辩的能量。 3。脂防酸经线粒体腻外至膜内的转运 由于脂肪酸活化是在内质网或线粒体膜外，反应产物必须被转运至发生B氧化作用的 线粒体基质中，而脂酰-C0A不能直接穿过线粒体内膜，因此需嬰一个转运系统。转运脂酰 -CoA的载体是肉毒碱(carnitine),即L-B羟基-Y-三甲基铵基丁酸，是一个由赖氨酸衍生 而成的兼性化合物。它可将脂肪酸以酰基形式从线粒体膜外转运至膜内。其转运机制如下 肉毒碱与脂酰-CA结合生成脂酰肉毒碱，该反应由肉毒碱脂酰转移酶 transferase)催化，并在线粒体膜外侧进行，脂酰肉毒碱通过线粒体内膜的移位酶 (translocase)穿过内膜，脂酰基与线粒体基质中的辅醇A结合，重新产生脂酰-CoA,释 229
229 图 7-1 苯基脂肪酸氧化实验 由于体内焦磷酸酶可迅速将产物焦磷酸水解为无机磷，从而使活化反应自左向右几乎不可 逆，形成一个活化的脂酰-CoA 需消耗 2 个高能磷酸键的能量。 3. 脂肪酸经线粒体膜外至膜内的转运 由于脂肪酸活化是在内质网或线粒体膜外,反应产物必须被转运至发生β-氧化作用的 线粒体基质中，而脂酰-CoA 不能直接穿过线粒体内膜,因此需要一个转运系统。转运脂酰 -CoA 的载体是肉毒碱（carnitine）,即 L-β羟基-γ-三甲基铵基丁酸,是一个由赖氨酸衍生 而成的兼性化合物。它可将脂肪酸以酰基形式从线粒体膜外转运至膜内。其转运机制如下: 肉毒碱与脂酰-CoA 结合生成脂酰肉毒碱，该反应由肉毒碱脂酰转移酶（acyl-CoA transferase）催化，并在线粒体膜外侧进行，脂酰肉毒碱通过线粒体内膜的移位酶 （translocase）穿过内膜，脂酰基与线粒体基质中的辅酶 A 结合，重新产生脂酰-CoA，释
放肉毒碱。线粒体内膜内侧的肉毒碱转移酶(acyl-CoA transferase)催化此反应。最后经肉 毒碱移位 斯酰CoA 多位 一脂酰碱 骄酰CA 图7-2肉毒碱转运系统 4.脂肪酸B氧化作用的步骤 脂酰C0A进入线粒体后，在基质中进行B氧化作用，包括4个循环步骤： (1)脂酰-CoA的a ,B脱氢作用：脂酰CoA在脂酰-COA脱氢酶 (acyl-CoA dehydrogenase)的催化下，在C和C,(即a、B位)之间脱氢，形成的产物是△2反烯脂 酰-C0A。在线粒体基质中发现有三种脂酰-CoA脱氢酶，分别对短、中、长链的脂肪酸起 专一反应。这3种酶均为黄素蛋白，可与FAD紧密结合，但只催化反式异构体的生成。 脂酰辅牌A脱氢韩 RCH:CH:C~SCoA RCH=CH-( ~SCoA 0 FAD FADHL 0 脂酰CoA △2反烯脂酰-CoA (2)△2-反烯脂酰-CoA的水化：△2-反烯脂酰-CoA在烯脂酰-CoA水合酶(enoyl CoA hydratase)催化下，在双键上加水生成(+B羟脂酰-CoA,此酶具立体化学专一性，只 催化L异构体的生成。 RCH=CH-C一SCOA十H,O,A水合 RCHCH-C~SCoA 0 △2反式烯脂酰：C0A L(+),B-羟脂酰-CoA (3)LB羟脂酰CoA的脱氢作用：在B羟脂酰-CoA脱氢酶(L3-hydr 230
230 放肉毒碱。线粒体内膜内侧的肉毒碱转移酶 (acyl-CoA transferase)催化此反应。最后经肉 毒碱移位酶协助，又回到线粒体外细胞质中（见图 7-2）。 图 7-2 肉毒碱转运系统 4. 脂肪酸β-氧化作用的步骤 脂酰-CoA 进入线粒体后，在基质中进行β-氧化作用，包括 4 个循环步骤： （1）脂酰-CoA 的α、β-脱氢作用：脂酰-CoA 在脂酰-CoA 脱氢酶（acyl-CoA dehydrogenase）的催化下，在 C2 和 C3（即α、β位）之间脱氢，形成的产物是Δ 2反烯脂 酰-CoA。在线粒体基质中发现有三种脂酰-CoA 脱氢酶，分别对短、中、长链的脂肪酸起 专一反应。这 3 种酶均为黄素蛋白，可与 FAD 紧密结合，但只催化反式异构体的生成。 脂酰-CoA Δ2 反烯脂酰-CoA （2）Δ2 -反烯脂酰-CoA 的水化：Δ2 -反烯脂酰-CoA 在烯脂酰-CoA 水合酶（enoyl CoA hydratase）催化下，在双键上加水生成 L(+)-β-羟脂酰-CoA，此酶具立体化学专一性，只 催化 L-异构体的生成。 Δ2 反式烯脂酰-CoA L（+）-β-羟脂酰-CoA （3）L-β-羟脂酰-CoA 的脱氢作用：在β-羟脂酰-CoA 脱氢酶（L-3-hydroxyacyl CoA dehydrogenase ）催化下，在 L-β-羟脂酰-CoA 的 C3羟基上脱氢氧化成β-酮脂酰辅酶 A， 反应以 NAD +为辅酶
RHCH,c一sCoA脉满人股室RCCH,一SCoA OH O NAD+ NADH+H+ L(+)-B-羟脂酰.CoA B-酮脂酰-CoA (4)B-酮脂酰-CoA的疏解：在硫解酶(thiolase)即酮脂酰硫解酶催化下B-酮脂酰-CoA 被第二个CoA-SH分子硫解，产生乙酰-CoA和比原来脂酰-CoA少2个碳原子的脂酰 CoA。 g+ RC~SCoA CHC SCoA B酮脂酰辅酶A 脂酰辅酶A 尽管B氧化作用中4个反应步骤都是可逆的，但是由于B酮脂酰CA硫解酶催化的 硫解作用是高度的放能反应（△G,=一28.03km0l),整个反应平衡点趋于裂解方向， 难以进行逆向反应 ,所以使脂肪酸氧化得以继续进行。 经上述5步反应，原脂肪酸脱掉2个碳单位，新形成的脂酰辅酶Λ又可经脱氢、加水、 再脱氢和硫解四步反应进行再一次的B氧化作用。如此重复多次，1分子长链脂肪酸即可 分解成许多分子的乙酰-C0A。B-氧化的整个过程见图7-3。 231
231 L（+）-β-羟脂酰-CoA β-酮脂酰-CoA （4）β-酮脂酰-CoA 的硫解：在硫解酶（thiolase）即酮脂酰硫解酶催化下β-酮脂酰-CoA 被第二个 CoA-SH 分子硫解，产生乙酰-CoA 和比原来脂酰-CoA 少 2 个碳原子的脂酰 -CoA 。 β-酮脂酰辅酶 A 脂酰辅酶 A 尽管β-氧化作用中 4 个反应步骤都是可逆的，但是由于β-酮脂酰-CoA 硫解酶催化的 硫解作用是高度的放能反应（ΔG 0′= －28.03kJ/mol），整个反应平衡点趋于裂解方向， 难以进行逆向反应，所以使脂肪酸氧化得以继续进行。 经上述 5 步反应，原脂肪酸脱掉 2 个碳单位，新形成的脂酰辅酶 A 又可经脱氢、加水、 再脱氢和硫解四步反应进行再一次的β-氧化作用。如此重复多次，1 分子长链脂肪酸即可 分解成许多分子的乙酰-CoA。β-氧化的整个过程见图 7-3
RCH,CH,COOH 酯防酸 ①活化日 AMP+PP RCH.CH.C ~SCoA 后酰铺A、 FAD RCH-CHC~SCoA 再继续进行B氧化 a,B烯脂酰辅德A C +H0 ③加水 RC~SCoA 乙胺能鼻A RCHCH,C~SCoA 0脂酰辅獰A B羟脂酰辅酵A NAD+ CH,C SCoA Na82- @硫解 乙酰辅酶A HSCoA RCCH.C -SCoA B酮贴A 图7-3脂防酸的B氧化作用 5.脂肪酸B氧化作用的要点总结 (1)脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗1个ATP分子的2个高能键，其活化所需 脂酰CoA合成酶在线粒体外。 (2)脂酰C0A合成酶在线粒体外活化的长链脂酰COA需经肉毒碱携带，在肉毒碱 脂酰转移酶催化下进入线粒体氧化， (3)脂肪酸B氧化的酶都在线粒体内。 (4)B氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。 232
232 图 7-3 脂肪酸的β-氧化作用 5. 脂肪酸β-氧化作用的要点总结 （1）脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗 1 个 ATP 分子的 2 个高能键，其活化所需 脂酰-CoA 合成酶在线粒体外。 （2）脂酰-CoA 合成酶在线粒体外活化的长链脂酰-CoA 需经肉毒碱携带，在肉毒碱 脂酰转移酶催化下进入线粒体氧化。 （3）脂肪酸β-氧化的酶都在线粒体内。 （4）β-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解 4 个重复步骤
6.脂防酸B,氧化过程中的能量贮存 脂肪酸B-氧化后形成的乙酰-C0A进入三羧酸循环，最后形成CO2和H,O。 脂肪酸在B氧化中，每形成1分子乙酰-CoA,就使1分子FAD还原为FADH2,并使 I分子NAD还原为NADH+H。FADH进入呼吸链，生成2分子ATP:NADH H进入 呼吸链，生成3分子ATP。因此，每生成1分子乙酰-CoA,就生成5分子ATP。现以软脂 酰-CoA为例，说明其产生ATP分子的过程如下： 软脂酰-COA+HS-COA+FAD+NAD+H,O 豆蔻脂酰CoA+乙酰-COA+FADH,+NADH+H广 经过7次上述的B氧化循环，即可将软脂酰-CoA转变为8分子的乙酰CA 软脂酰-CoA+7HS-CoA+7FAD+7NAD+7HO 8乙酰-CoA+7FADH2+7NADH+7H 每分子乙酰-CoA进入三羧酸循环彻底氧化共生成12分子ATP.因此由8个分子乙酰-COA 氧化为H0和CO2,共形成812=96分子ATP。 由于软脂酸转化为软脂酰-CoA消耗1分子ATP中的两个高能磷酸键的能量，因此净 生成131-2=12 当软脂酸氧化时，自由能的变化是-9790.56 kJ/mol。ATP水解为ADP和Pi时，自由 能的变化为一30.54kJ/mol。软脂酸生物氧化净产生129个ATP,可形成3962.3kJ/mol能量。 因此在软脂酸氧化时约有40%的能量转换成磷酸键能。 (二)脂肪酸的a-氧化 Smp卫K19S6)发现植物线粒体中除有B.氧化作用外，还有1种特殊的氧化途 径，称为a 化作用。这种特殊类型的氧化系统，首先发现于植物种子和 物叶子组织 中，但后来也在脑和肝细胞中发现。在这个系统中，仅游离脂肪酸能作为底物，而且直接 涉及到分子氧，每1次氧化经脂肪酸羧基端只失去1个碳原子，产物既可以是D-ā羟基 脂肪酸，也可以是少1个碳原子的脂肪酸。 脂肪酸α氧化概念是脂肪酸在一些酶的催化下，其ā碳原子发生氧化，结果生成1 分子C0和比原来少1个碳原子的脂肪酸 R-CH2-COOH-R-CH-COOH-R-COOH +CO2 OH ā氧化的机制尚不十分清楚，其可能的途径是： 1.长链脂肪酸在一定条件下，可直接羟化，产生α-羟脂肪酸，再经氧化脱羧作用， 形成以CO,形式去掉一个碳原子的脂肪酸。 233
233 6. 脂肪酸β-氧化过程中的能量贮存 脂肪酸β-氧化后形成的乙酰-CoA 进入三羧酸循环，最后形成 CO2 和 H2O。 脂肪酸在β-氧化中，每形成 1 分子乙酰-CoA，就使 1 分子 FAD 还原为 FADH2，并使 1 分子 NAD +还原为 NADH＋H +。FADH2进入呼吸链，生成 2 分子 ATP；NADH＋H +进入 呼吸链，生成 3 分子 ATP。因此，每生成 1 分子乙酰-CoA，就生成 5 分子 ATP。现以软脂 酰-CoA 为例，说明其产生 ATP 分子的过程如下： 软脂酰-CoA + HS-CoA + FAD + NAD + + H2O 豆蔻脂酰-CoA +乙酰-CoA + FADH2 + NADH + H + 经过 7 次上述的β-氧化循环，即可将软脂酰-CoA 转变为 8 分子的乙酰-CoA。 软脂酰-CoA + 7HS-CoA + 7FAD + 7NAD + + 7H2O 8 乙酰-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H + 每分子乙酰-CoA 进入三羧酸循环彻底氧化共生成 12 分子 ATP。因此由 8 个分子乙酰-CoA 氧化为 H2O 和 CO2，共形成 8 12=96 分子 ATP。 由于软脂酸转化为软脂酰-CoA 消耗 1 分子 ATP 中的两个高能磷酸键的能量，因此净 生成 131－2=129 个 ATP。 当软脂酸氧化时，自由能的变化是－9790.56kJ/mol。ATP 水解为 ADP 和 Pi 时，自由 能的变化为－30.54kJ/mol。软脂酸生物氧化净产生 129 个 ATP，可形成 3962.3kJ/mol 能量。 因此在软脂酸氧化时约有 40%的能量转换成磷酸键能。 （二）脂肪酸的α-氧化 Stumpf. P. K.（1956）发现植物线粒体中除有β-氧化作用外，还有 1 种特殊的氧化途 径，称为α-氧化作用。这种特殊类型的氧化系统，首先发现于植物种子和植物叶子组织 中，但后来也在脑和肝细胞中发现。在这个系统中，仅游离脂肪酸能作为底物，而且直接 涉及到分子氧，每 1 次氧化经脂肪酸羧基端只失去 1 个碳原子，产物既可以是 D-α-羟基 脂肪酸，也可以是少 1 个碳原子的脂肪酸。 脂肪酸α-氧化概念是脂肪酸在一些酶的催化下，其α碳原子发生氧化，结果生成 1 分子 CO2 和比原来少 1 个碳原子的脂肪酸。 R CH OH R CH2 COOH COOH R COOH ＋CO2 α α α-氧化的机制尚不十分清楚，其可能的途径是： 1. 长链脂肪酸在一定条件下，可直接羟化，产生α-羟脂肪酸，再经氧化脱羧作用， 形成以 CO2 形式去掉一个碳原子的脂肪酸
O.NADPH+H' (单加氧酶 R-CH-COOH- 脱氢酶 RCHCOOH Fe2抗坏血酸 →R-C-CoOH OH L-a-羟脂肪酸NAD NADH+Fa-酮脂酸 R-C-C0 OH ATP,NAD抗环直，RC0OH+c0, 脱羧醇 脂肪酸 ā-酮脂酸 (少1个碳原子) Dā羟基胎肪酸不能被脱氢酶催化，但可经脱羧和脱氢协同作用最后产生脂肪醛。 2在过氢化氢存在下，脂肪酸经过氧化物酶催化下，形成D.▣，氢过每脂肪酸。再 脱羧成为脂肪醛，然后被以NAD为辅酶的专一性的醛脱氢酶氧化成脂肪酸，也可以被还 原成脂肪醇。 RCH,CH COO a-o-cwa0∠9a-g OH D一a=复过氧的 NMD个的脂时 .NADH+ NAD+ 少一个碳的脂肪酸 RCH:CH:OH 少一个碳的脂肪醇 ā氧化对降解支链脂肪酸，奇数碳脂肪酸或过分长链胎肪酸有重要作用。 (三)脂肪酸的山-氫化途径 动物体内贮存的多是碳原子数在12个以上的脂肪酸，这些脂肪酸可进行B氧化， 不产生二羧酸。但机体内也存在有少量的十二碳以下的脂肪酸，如十碳的癸酸和十一碳酸， 这些脂肪酸通过氧化途径进行氧化降解。 脂肪酸的“氧化作用是指脂肪酸在混合功能氧化酶等酶的催化下，其~碳（末端甲 基碳)原子发生氧化，先生成⊙羟脂酸，继而氧化成ā，“二羧酸的反应过程。 脂肪酸。氧化过程可简示如下： 234
234 CH2 R COOH O2，NADPH＋H + 单加氧酶 Fe 2+抗坏血酸 R CH COOH OH L-α-羟脂肪酸 脱氢酶 NAD + NADH＋H + R C COOH O α-酮脂酸 R C COOH O ATP，NAD +，抗坏血酸 脱羧酶 RCOOH ＋ CO2 脂肪酸 α-酮脂酸 （少1个碳原子） D-α-羟基脂肪酸不能被脱氢酶催化，但可经脱羧和脱氢协同作用最后产生脂肪醛。 2. 在过氧化氢存在下，脂肪酸经过氧化物酶催化下，形成 D-α-氢过氧脂肪酸，再 脱羧成为脂肪醛，然后被以 NAD +为辅酶的专一性的醛脱氢酶氧化成脂肪酸，也可以被还 原成脂肪醇。 α-氧化对降解支链脂肪酸，奇数碳脂肪酸或过分长链脂肪酸有重要作用。 （三）脂肪酸的ω-氧化途径 动物体内贮存的多是碳原子数在 12 个以上的脂肪酸，这些脂肪酸可进行β-氧化， 不产生二羧酸。但机体内也存在有少量的十二碳以下的脂肪酸，如十碳的癸酸和十一碳酸， 这些脂肪酸通过ω-氧化途径进行氧化降解。 脂肪酸的ω-氧化作用是指脂肪酸在混合功能氧化酶等酶的催化下，其ω碳（末端甲 基碳）原子发生氧化，先生成ω-羟脂酸，继而氧化成α,ω-二羧酸的反应过程。 脂肪酸ω-氧化过程可简示如下：