第九章 脂类的代谢
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第九章
脂 类 的 代 谢
第一节
脂肪的分解代谢
甘油三酯是体内储存能量的一种主要形式，机体摄入 糖、脂肪都可以合成脂肪在脂肪组织中储存。长时间 的饥饿、禁食时，脂肪被动员产生能量供机体使用。
脂肪代谢的中心问题：脂肪酸的氧化和合成、酮体的 生成与利用。 脂肪经脂肪酶分解为甘油和脂肪酸，最后彻底氧化成 CO2和水
当遇到双键时，需另加酶处理双键，并催化双键移位 使底物符合β-氧化要求的Δ2－反式，其余氧化同上。
偶数碳链
油酸（18碳烯酸）的 β-氧化：
生成△3顺烯脂酰CoA
△3顺→ △2反烯酰CoA 异构酶催化生成
△2反烯酰CoA再进行 β氧化
亚油酸降解图
四、奇数碳原子脂肪酸的氧化生成丙酰－CoA
1）经历β-氧化，产生多个乙酰-SCoA和一个五碳脂 酰CoA； 2）五碳脂酰CoA裂解为丙酰CoA和乙酰-SCoA；
4、β-氧化的要点：
脂肪酸活化在线粒体外进行，需消耗1个ATP的两个 高能键，。 脂酰-CoA需经肉碱携带进入线粒体。 所有脂肪酸β-氧化的酶都是线粒体酶。 β-氧化包括脱氢、水合、脱氢、硫解4个重复步骤。 乙酰-CoA可进入TCA，氧化生成CO2和水，如此重复。
5、 β-氧化的能量变化
脂肪酸合成酶作用机理
4、脂肪酸合酶催化的各步反应
动物体内的脂肪酸的合成包含以下7步反应：
启动：乙酰－CoA：ACP转酰酶 装载：丙二酸单酰－CoA：ACP转酰酶 缩合：β－酮酰－ACP合酶 还原：β－酮酰－ACP还原酶 脱水：β－羟酰－ACP脱水酶 还原：烯酰－ACP还原酶 释放：软脂酰－ACP硫酯酶
第三节
脂肪酸的合成代谢
脂酸的合成主要是合成16碳的软脂酸，其它脂 酸都是以软脂酸为基础加工而来。
1）从无到有途径： 全合成途径，在胞质进行；
2）碳链延长途径： 在已有脂肪酸链上加2碳物，酶系在线粒体和微粒体中。
一、从无到有途径（软脂酸的合成） 合成原料
碳源：乙酰CoA ，来自线粒体中； 酶：脂肪酸合成酶复合体在胞质； NADPH为还原剂 脂酰载体蛋白（acyl carrier protein,ACP-SH）： 脂肪酸合成时以共价键连接其上
四、脂肪合成
1、甘油-α- 磷酸的生物合成
（1）主要来自EMP：可由磷酸二羟丙酮合成；
（2）来自脂肪动员：甘油激酶催化； 甘油 + ATP → 甘油-α- 磷酸 + ADP
2、脂肪合成过程
丙酰－CoA氧化过程
五、脂肪酸氧化的其它途径 1、α-氧化
在植物种子、叶和动物脑、肝中发现。在细胞微粒 体中含α-氧化，必需α-羟酸氧化脱羧酶系。
CO2 Cn脂肪酸→ α-羟酸→ α-酮酸 C(n-1)脂肪酸
此在降解支链脂肪酸、奇数链脂肪酸、过分长链脂 肪酸有重要作用。
2、ω-氧化
1932年Verkade等人发现11碳脂肪酸在体内可产生 C11、C9、C7的二羧酸，即ω-碳原子被氧化，故称为 ω-氧化。 此在肝脏微粒体和利用石油的细菌中发现。 ω-氧化加速了脂肪酸的降解速度
净生成：131－2 = 129(106)个ATP/1分子软脂酸 即1mol /L软脂酸氧化可产生129(106)mol/L的ATP
三、不饱和脂酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化也发生在线粒体中，它的活化和 跨越线粒体内膜都与饱和的脂肪酸相同，也是经过 β-氧化而降解，但它需要另外两个酶：异构酶、还 原酶。
（1）发生的场所不同; （2）都有一中间体与载体相连，合成为ACP，降解为CoA; （3）从化学反应上看一条途径的4步反应是另一途径的4步反应 的逆反应； （4）都具有转运机制将线粒体合细胞溶胶沟通； （5）都以脂肪酸链的逐次、轮番变化为特色； （6）合成时从分子的甲基一端开始到羧基止，降解时则相反； （7）羟酯基中间体在脂肪酸合成中有D构型，降解时为L构型； （8）脂肪酸合成由还原途径构成，需要NADPH参与，降解则由氧 化途径构成，需要FAD合NAD+参与； （9）两条途径的循环，每一轮回可延长或脱除一个二碳单元； （10）动物体内，脂肪酸合成用的酶都位于同一条多肽链上，降 解的酶如何聚合不清楚。
苯乙酸
苯甲酸
β-氧化所需要的酶及产物
脂酰辅酶A在线粒体基质中，从脂酰基的β-碳原子开 始经历脱氢、水合、再脱氢、硫解4步酶促反应。 每次脂酰基断裂的产物： 1分子的乙酰辅酶A， 1分子比原来少2个碳原子的脂酰辅酶A。
脂肪酸β－氧化过程
（1）脂酰-CoA脱氢 脂酰-CoA脱氢酶催化，FAD作为辅酶，α、β碳原子分别 脱氢，在 C2 - C3 间生成双键，形成反-Δ2 -烯酰-CoA
主要步骤：
(1)来自糖代谢的乙酰－CoA运出线粒体； (2)丙二酰－CoA的合成； (3)碳链的延长（连续7次重复加成反应）。
1、乙酰CoA进入细胞质：
2、丙二酰-CoA形成
3、脂肪酸合酶
乙酰CoA和丙二酰－CoA准备好以后，脂肪酸合 成的下一个反应是在脂肪酸合酶复合体上进行。 高等动物中，该复合体是由7种酶蛋白和ACP （酰基载体蛋白）聚合在一起的多酶体系。 脂肪酸合酶的7种酶蛋白全都定位在一条多功能 肽链上；两条相同的肽链首尾相连形成二聚体 时才有活性。
脱氢
还原
水合
脱水
脱氢
还原
硫解分裂
缩合
丙二酰-
二、碳链延长
在线粒体、内质网中进行； 在16C基础上以丙二酰CoA为2C供体； 反应可看作β-氧化逆反应。 每次加2C，可至22、24C， 多为18C。
不饱和脂肪酸合成
去饱和
三、脂肪酸合成的调节
1 ）磷酸化调节： 2 ）激素调节： 3）变构调节：
酮体的生成通过HMG－CoA途径
（1）肝脏中乙酰乙酸的形成需3步：
第一步：2分子的乙酰－CoA在硫解酶作用下缩合形成 乙酰乙酰－CoA
乙酰－CoA在硫解酶
第二步：乙酰乙酰－CoA与乙酰－CoA在HMG－CoA合酶 催化下缩合形成β－羟－β－甲基戊二酰－CoA
第三步：β－羟－β－甲基戊二酰－CoA在HMG－ CoA裂解酶催化下形成乙酰－CoA和乙酰乙酸
一、甘油的代谢
二、脂肪酸的氧化
脂肪酸是人类及哺乳动物的主要能源 多数组织（脑组织除外）都能够将脂肪酸氧化，而 以肝脏和肌肉最为活跃。 脂肪酸氧化要经过活化、转运和β-氧化三个基本 的过程。
1、脂肪酸活化：
在线粒体外进行。 在脂肪酸硫激酶1(又称Acyl-CoA合酶)作用下，需 ATP和Mg2+ • 脂肪酸和辅酶A形成一个高能硫酯键消耗2个高能磷 酸键。反应的总体是不可逆的，因为生成的ppi立刻 被水解为两分子的pi。
肝细胞线粒体中有生酮作用的所有酶，决定乙酰 －CoA去向的是草酰乙酸，它带动乙酰CoA进入柠檬酸 循环；当饥饿或糖尿病时，草酰乙酸离开柠檬酸循环 而参与葡萄糖的合成，浓度降低，则有利于进入酮体 合成途径。 当乙酰－CoA不经柠檬酸循环而是生成酮体时，酮体 则被不断的运往肝外组织变为乙酰－CoA；因此，脂 肪酸在肝中的氧化仍然能够进行。
合成过程
1）乙酰-丙二酰ACP的合成
2）缩合：
β－酮酰－ACP合酶
3）还原：
β-酮脂酰－ACP还原酶，NADPH为还原剂
4）脱水：β-羟脂酰-ACP脱水酶催化
反－α
5）还原 烯脂酰－ACP还原酶催化
六步反应产生一4C分子，每重复一轮，延长 2C；经7轮反应可产生1分子软脂酸。
5、脂肪酸合成途径与β－氧化的比较
生成酮体是肝脏特有功能，但肝脏利用酮体的酶活 性较低，所产生的酮体必需细胞膜进入血液运送到 肝外组织进行氧化。 在心、肾、脑、骨骼肌中进行。 乙酰乙酸→乙酰乙酰CoA →乙酰CoA β-羟丁酸→乙酰乙酸→ →乙酰CoA 丙酮→ →丙酮酸或乳酸→糖异生 在这些细胞中，酮体进一步分解成 乙酰CoA→TCA，产生ATP。
（2） 水合
反- Δ2 -烯脂酰-CoA在其水合酶△2烯酰水化酶作用 下生成β-羟脂酰-CoA（ 3-L-羟脂酰-CoA）
（3） 再脱氢
β-羟脂酰-CoA脱氢酶催化生成β-酮脂酰-CoA，辅 酶为NAD+。
β-羟脂酰CoA脱氢酶
（4）硫解
在β-酮脂酰-CoA硫解酶作用下， 形成乙酰-CoA和比 原脂酰-CoA少2个C的脂酰-CoA
4乙酰-SCoA 3次β-氧化 + 11碳脂肪酸 动物 丙酰CoA 植物
琥珀酰CoA → TCA 丙二酰CoA 乙酰-Co A → TCA
1、奇数碳原子的脂肪酸、支链氨基酸的代谢 都产生丙酰－CoA，经过3步酶反应进一步代谢为 琥珀酰－ CoA： 第一步：含有生物素辅基的丙酰－CoA羧化酶 第二步：甲基丙二酰－CoA消旋酶 第三步：含有钴胺素的甲基丙二酰－CoA变位酶 生成琥珀酰－ CoA，进入三羧酸循环
（六）酮体的生成与代谢
肝脏线粒体中脂肪酸β-氧化产生的乙酰－CoA代谢方向：
（1）进入柠檬酸循环； （2）作为类固醇的前体，生成胆固醇； （3）在脂肪酸代谢的逆方向中作为合成脂肪酸的前体； （4）转化为乙酰乙酸，D－β－羟丁酸和丙酮等酮体。 D-β-羟丁酸、乙酰乙酸、丙酮合称酮体。
1、肝脏中酮体的形成
3、酮体生成的生理意义
1）是肝正常代谢输出能源的一种形式 2）酮体是小分子，溶于水，可通过血脑屏障和毛细 血管，是肌肉、脑、心、肾的能源分子，长期饥饿 时，可代替葡萄糖为器官供能； 3）正常血液中0.03-0.5mg/ml，体内可分解； 饥饿、糖尿病时，脂肪动员，酮体大量生成，超 过肝外组织利用能力时，引起酮病、酸中毒。
Mg 2+
脂肪酸 脂酰-SCoA
2Pi
2、脂肪酸转运入线粒体：
长链的脂酰-CoA不能轻易的透过线粒内膜，需要借 助肉毒碱载体转运机制 此步骤是脂肪酸氧化的限速步骤 关键酶是肉碱脂酰转移酶Ⅰ。
3、脂肪酸的β-氧化
β-氧化： 1904年F.Knoop实验 证明：脂肪酸的氧化在肝Fra Baidu bibliotek 中逐步进行，每次从羧基端 断下一个二碳单元（C2）， 即β位碳原子首先氧化，此 称为~。
（2） β－羟丁酸和丙酮的生成
乙酰乙酸可被线粒体基质酶D－β－羟丁酸脱氢酶还 原成D－β－羟丁酸。此酶为立体专一性酶，只对D构 型有效； 丙酮可由乙酰乙酸自动脱羧形成。
正常时人体内的丙酮生成量约0.25mmol/min，长期饥 饿时可增加到1～2mmol/min。 “酮病”，“酸中毒”
2、酮体的利用
脂 类 的 代 谢
第一节
脂肪的分解代谢
甘油三酯是体内储存能量的一种主要形式，机体摄入 糖、脂肪都可以合成脂肪在脂肪组织中储存。长时间 的饥饿、禁食时，脂肪被动员产生能量供机体使用。
脂肪代谢的中心问题：脂肪酸的氧化和合成、酮体的 生成与利用。 脂肪经脂肪酶分解为甘油和脂肪酸，最后彻底氧化成 CO2和水
当遇到双键时，需另加酶处理双键，并催化双键移位 使底物符合β-氧化要求的Δ2－反式，其余氧化同上。
偶数碳链
油酸（18碳烯酸）的 β-氧化：
生成△3顺烯脂酰CoA
△3顺→ △2反烯酰CoA 异构酶催化生成
△2反烯酰CoA再进行 β氧化
亚油酸降解图
四、奇数碳原子脂肪酸的氧化生成丙酰－CoA
1）经历β-氧化，产生多个乙酰-SCoA和一个五碳脂 酰CoA； 2）五碳脂酰CoA裂解为丙酰CoA和乙酰-SCoA；
4、β-氧化的要点：
脂肪酸活化在线粒体外进行，需消耗1个ATP的两个 高能键，。 脂酰-CoA需经肉碱携带进入线粒体。 所有脂肪酸β-氧化的酶都是线粒体酶。 β-氧化包括脱氢、水合、脱氢、硫解4个重复步骤。 乙酰-CoA可进入TCA，氧化生成CO2和水，如此重复。
5、 β-氧化的能量变化
脂肪酸合成酶作用机理
4、脂肪酸合酶催化的各步反应
动物体内的脂肪酸的合成包含以下7步反应：
启动：乙酰－CoA：ACP转酰酶 装载：丙二酸单酰－CoA：ACP转酰酶 缩合：β－酮酰－ACP合酶 还原：β－酮酰－ACP还原酶 脱水：β－羟酰－ACP脱水酶 还原：烯酰－ACP还原酶 释放：软脂酰－ACP硫酯酶
第三节
脂肪酸的合成代谢
脂酸的合成主要是合成16碳的软脂酸，其它脂 酸都是以软脂酸为基础加工而来。
1）从无到有途径： 全合成途径，在胞质进行；
2）碳链延长途径： 在已有脂肪酸链上加2碳物，酶系在线粒体和微粒体中。
一、从无到有途径（软脂酸的合成） 合成原料
碳源：乙酰CoA ，来自线粒体中； 酶：脂肪酸合成酶复合体在胞质； NADPH为还原剂 脂酰载体蛋白（acyl carrier protein,ACP-SH）： 脂肪酸合成时以共价键连接其上
四、脂肪合成
1、甘油-α- 磷酸的生物合成
（1）主要来自EMP：可由磷酸二羟丙酮合成；
（2）来自脂肪动员：甘油激酶催化； 甘油 + ATP → 甘油-α- 磷酸 + ADP
2、脂肪合成过程
丙酰－CoA氧化过程
五、脂肪酸氧化的其它途径 1、α-氧化
在植物种子、叶和动物脑、肝中发现。在细胞微粒 体中含α-氧化，必需α-羟酸氧化脱羧酶系。
CO2 Cn脂肪酸→ α-羟酸→ α-酮酸 C(n-1)脂肪酸
此在降解支链脂肪酸、奇数链脂肪酸、过分长链脂 肪酸有重要作用。
2、ω-氧化
1932年Verkade等人发现11碳脂肪酸在体内可产生 C11、C9、C7的二羧酸，即ω-碳原子被氧化，故称为 ω-氧化。 此在肝脏微粒体和利用石油的细菌中发现。 ω-氧化加速了脂肪酸的降解速度
净生成：131－2 = 129(106)个ATP/1分子软脂酸 即1mol /L软脂酸氧化可产生129(106)mol/L的ATP
三、不饱和脂酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化也发生在线粒体中，它的活化和 跨越线粒体内膜都与饱和的脂肪酸相同，也是经过 β-氧化而降解，但它需要另外两个酶：异构酶、还 原酶。
（1）发生的场所不同; （2）都有一中间体与载体相连，合成为ACP，降解为CoA; （3）从化学反应上看一条途径的4步反应是另一途径的4步反应 的逆反应； （4）都具有转运机制将线粒体合细胞溶胶沟通； （5）都以脂肪酸链的逐次、轮番变化为特色； （6）合成时从分子的甲基一端开始到羧基止，降解时则相反； （7）羟酯基中间体在脂肪酸合成中有D构型，降解时为L构型； （8）脂肪酸合成由还原途径构成，需要NADPH参与，降解则由氧 化途径构成，需要FAD合NAD+参与； （9）两条途径的循环，每一轮回可延长或脱除一个二碳单元； （10）动物体内，脂肪酸合成用的酶都位于同一条多肽链上，降 解的酶如何聚合不清楚。
苯乙酸
苯甲酸
β-氧化所需要的酶及产物
脂酰辅酶A在线粒体基质中，从脂酰基的β-碳原子开 始经历脱氢、水合、再脱氢、硫解4步酶促反应。 每次脂酰基断裂的产物： 1分子的乙酰辅酶A， 1分子比原来少2个碳原子的脂酰辅酶A。
脂肪酸β－氧化过程
（1）脂酰-CoA脱氢 脂酰-CoA脱氢酶催化，FAD作为辅酶，α、β碳原子分别 脱氢，在 C2 - C3 间生成双键，形成反-Δ2 -烯酰-CoA
主要步骤：
(1)来自糖代谢的乙酰－CoA运出线粒体； (2)丙二酰－CoA的合成； (3)碳链的延长（连续7次重复加成反应）。
1、乙酰CoA进入细胞质：
2、丙二酰-CoA形成
3、脂肪酸合酶
乙酰CoA和丙二酰－CoA准备好以后，脂肪酸合 成的下一个反应是在脂肪酸合酶复合体上进行。 高等动物中，该复合体是由7种酶蛋白和ACP （酰基载体蛋白）聚合在一起的多酶体系。 脂肪酸合酶的7种酶蛋白全都定位在一条多功能 肽链上；两条相同的肽链首尾相连形成二聚体 时才有活性。
脱氢
还原
水合
脱水
脱氢
还原
硫解分裂
缩合
丙二酰-
二、碳链延长
在线粒体、内质网中进行； 在16C基础上以丙二酰CoA为2C供体； 反应可看作β-氧化逆反应。 每次加2C，可至22、24C， 多为18C。
不饱和脂肪酸合成
去饱和
三、脂肪酸合成的调节
1 ）磷酸化调节： 2 ）激素调节： 3）变构调节：
酮体的生成通过HMG－CoA途径
（1）肝脏中乙酰乙酸的形成需3步：
第一步：2分子的乙酰－CoA在硫解酶作用下缩合形成 乙酰乙酰－CoA
乙酰－CoA在硫解酶
第二步：乙酰乙酰－CoA与乙酰－CoA在HMG－CoA合酶 催化下缩合形成β－羟－β－甲基戊二酰－CoA
第三步：β－羟－β－甲基戊二酰－CoA在HMG－ CoA裂解酶催化下形成乙酰－CoA和乙酰乙酸
一、甘油的代谢
二、脂肪酸的氧化
脂肪酸是人类及哺乳动物的主要能源 多数组织（脑组织除外）都能够将脂肪酸氧化，而 以肝脏和肌肉最为活跃。 脂肪酸氧化要经过活化、转运和β-氧化三个基本 的过程。
1、脂肪酸活化：
在线粒体外进行。 在脂肪酸硫激酶1(又称Acyl-CoA合酶)作用下，需 ATP和Mg2+ • 脂肪酸和辅酶A形成一个高能硫酯键消耗2个高能磷 酸键。反应的总体是不可逆的，因为生成的ppi立刻 被水解为两分子的pi。
肝细胞线粒体中有生酮作用的所有酶，决定乙酰 －CoA去向的是草酰乙酸，它带动乙酰CoA进入柠檬酸 循环；当饥饿或糖尿病时，草酰乙酸离开柠檬酸循环 而参与葡萄糖的合成，浓度降低，则有利于进入酮体 合成途径。 当乙酰－CoA不经柠檬酸循环而是生成酮体时，酮体 则被不断的运往肝外组织变为乙酰－CoA；因此，脂 肪酸在肝中的氧化仍然能够进行。
合成过程
1）乙酰-丙二酰ACP的合成
2）缩合：
β－酮酰－ACP合酶
3）还原：
β-酮脂酰－ACP还原酶，NADPH为还原剂
4）脱水：β-羟脂酰-ACP脱水酶催化
反－α
5）还原 烯脂酰－ACP还原酶催化
六步反应产生一4C分子，每重复一轮，延长 2C；经7轮反应可产生1分子软脂酸。
5、脂肪酸合成途径与β－氧化的比较
生成酮体是肝脏特有功能，但肝脏利用酮体的酶活 性较低，所产生的酮体必需细胞膜进入血液运送到 肝外组织进行氧化。 在心、肾、脑、骨骼肌中进行。 乙酰乙酸→乙酰乙酰CoA →乙酰CoA β-羟丁酸→乙酰乙酸→ →乙酰CoA 丙酮→ →丙酮酸或乳酸→糖异生 在这些细胞中，酮体进一步分解成 乙酰CoA→TCA，产生ATP。
（2） 水合
反- Δ2 -烯脂酰-CoA在其水合酶△2烯酰水化酶作用 下生成β-羟脂酰-CoA（ 3-L-羟脂酰-CoA）
（3） 再脱氢
β-羟脂酰-CoA脱氢酶催化生成β-酮脂酰-CoA，辅 酶为NAD+。
β-羟脂酰CoA脱氢酶
（4）硫解
在β-酮脂酰-CoA硫解酶作用下， 形成乙酰-CoA和比 原脂酰-CoA少2个C的脂酰-CoA
4乙酰-SCoA 3次β-氧化 + 11碳脂肪酸 动物 丙酰CoA 植物
琥珀酰CoA → TCA 丙二酰CoA 乙酰-Co A → TCA
1、奇数碳原子的脂肪酸、支链氨基酸的代谢 都产生丙酰－CoA，经过3步酶反应进一步代谢为 琥珀酰－ CoA： 第一步：含有生物素辅基的丙酰－CoA羧化酶 第二步：甲基丙二酰－CoA消旋酶 第三步：含有钴胺素的甲基丙二酰－CoA变位酶 生成琥珀酰－ CoA，进入三羧酸循环
（六）酮体的生成与代谢
肝脏线粒体中脂肪酸β-氧化产生的乙酰－CoA代谢方向：
（1）进入柠檬酸循环； （2）作为类固醇的前体，生成胆固醇； （3）在脂肪酸代谢的逆方向中作为合成脂肪酸的前体； （4）转化为乙酰乙酸，D－β－羟丁酸和丙酮等酮体。 D-β-羟丁酸、乙酰乙酸、丙酮合称酮体。
1、肝脏中酮体的形成
3、酮体生成的生理意义
1）是肝正常代谢输出能源的一种形式 2）酮体是小分子，溶于水，可通过血脑屏障和毛细 血管，是肌肉、脑、心、肾的能源分子，长期饥饿 时，可代替葡萄糖为器官供能； 3）正常血液中0.03-0.5mg/ml，体内可分解； 饥饿、糖尿病时，脂肪动员，酮体大量生成，超 过肝外组织利用能力时，引起酮病、酸中毒。
Mg 2+
脂肪酸 脂酰-SCoA
2Pi
2、脂肪酸转运入线粒体：
长链的脂酰-CoA不能轻易的透过线粒内膜，需要借 助肉毒碱载体转运机制 此步骤是脂肪酸氧化的限速步骤 关键酶是肉碱脂酰转移酶Ⅰ。
3、脂肪酸的β-氧化
β-氧化： 1904年F.Knoop实验 证明：脂肪酸的氧化在肝Fra Baidu bibliotek 中逐步进行，每次从羧基端 断下一个二碳单元（C2）， 即β位碳原子首先氧化，此 称为~。
（2） β－羟丁酸和丙酮的生成
乙酰乙酸可被线粒体基质酶D－β－羟丁酸脱氢酶还 原成D－β－羟丁酸。此酶为立体专一性酶，只对D构 型有效； 丙酮可由乙酰乙酸自动脱羧形成。
正常时人体内的丙酮生成量约0.25mmol/min，长期饥 饿时可增加到1～2mmol/min。 “酮病”，“酸中毒”
2、酮体的利用