生物化学7 脂类代谢与合成

脂肪酸的分解代谢

脂肪酸对生物体有四种重要的功能，其一脂肪酸是磷脂和糖脂的组成单元，这些分子又是生物膜的组成成分；其二，脂肪酸以共价键与糖蛋白的蛋白质相接，经过修饰的这个糖蛋白在脂肪酸残基的引导下指向膜的靶标位置；其三脂肪酸时燃料分子，它们以三脂酰甘油的形式贮存起来；其四，脂肪酸的某些衍生物担当者激素及胞内信使的职能。

长链脂肪酸的氧化铈动物、许多原生生物和一些细菌获取能量的主要途径。在脂肪酸氧化的过程中，电子的转移通过线粒体呼吸链推动ATP合成，并产生乙酰辅酶A。

乙酰辅酶A经过柠檬酸循环产生二氧化碳，进一步实现能量贮存。

脊椎动物中，乙酰辅酶A在肝脏会转化为酮体，这是一种可溶于水的燃料，当葡萄糖不能供应室，它可向脑和其他组织提供能量。

在高等植物中，脂肪酸氧化产物乙酰辅酶A首先用作生物合成的前体，其次再用作为燃料。脂肪酸氧化的生物功能尽管因不同生物体有所差别，但是它的反应机制都是相同的。

脂肪酸的氧化可分为三步

一是长链脂肪酸降解为两个碳原子即乙酰辅酶Ａ

二是乙酰辅酶A经过柠檬酸循环氧化成二氧化碳

三是还原的电子载体到线粒体呼吸链的电子传递

三脂酰甘油即三酰甘油或脂肪是脂肪酸的甘油三酯。三脂酰甘油在人类的饮食脂肪中，以及作为代谢能量的主要贮存形式中约占百分之九十。脂肪可完全氧化成二氧化碳和水，由于脂肪分子中绝大部分碳原子和葡萄糖相比，都处于较低的氧化状态，因此脂肪氧化代谢产生的能量按同等干重计算比糖类或蛋白值高出２倍以上。脂肪是非极性化合物，它以水合形式贮存，因此按同等重量计算，脂肪的代谢能量实际高达糖原的６倍，

脂肪的酶促降解

三脂酰甘油是水不溶性的，而消化作用的酶确是水溶性的，因此三脂酰甘油的消化是在脂质－水的界面出发生的。三酰甘油的消化速度取决于界面的表面积，在小肠的“剧烈搅拌”下，特别是在胆汁盐的乳化作用下，消化量大幅度增高。

胆汁盐是强有力的，用于消化的“去污剂”，它是在肝脏中合成的，经胆囊分泌进入小肠，脂肪的消化和吸收也主要在小肠中进行。另外，肝脏还产生磷脂酰胆碱，它的亲水和疏水基分居分子的两端，也有助于脂肪的乳化。

胃产生胃脂肪酶，它在胃的低PH环境中是稳定、有活性的。脂肪的消化实际开始于胃中的胃脂肪酶，彻底消化是在小肠内由胰脏分泌的胰脂肪酶完成。

胰脂肪酶消化三脂酰甘油，使它转化为２－单酰甘油和脂肪酸。其作用位点在１，３位，随之形成１，２－二酰甘油和２－单酰甘油，同时得到脂肪酸的钠盐、钾盐（肥皂）辅脂肪酶产生与胰脏是一个小的蛋白质，其实胰脂肪酶活性所必须的。

酯酶，作用于单酰甘油、胆固醇酯和维生素Ａ的酯

另外胰脏还分泌磷脂酶

胆汁盐包括胆酸、甘氨胆酸和牛磺胆酸，是胆固醇的氧化产物，它的极性端曝露于水构成外侧，而内侧一端是非极性的，这样就形成一个胶质颗粒，即微团。具体讲，它的疏水部分指向内侧，羧基和羟基指向外侧。它不仅有着这样的特性，而且还作为载体把脂肪从小肠腔移送到上皮细胞。小肠对脂肪的吸收也即在这里发生。对于游离脂肪酸、单酰甘油和脂溶性维生素、微团也参与它们的吸收

胆汁盐不仅有助与脂肪的吸收，而且有助于脂肪消化产物的吸收。

脂肪经消化后的产物脂肪酸和２－单酰甘油由小肠上皮粘膜细胞吸收随后又经黏膜细胞转化为三脂酰甘油，后者和蛋白质一起包装成乳糜颗粒，释放到血液中，又通过淋巴系统运送到各组织。

脂肪酸的氧化

一、脂肪酸的活化

脂肪酸的分解代谢发生于原核生物的细胞溶胶及真核生物的线粒体基质中。

它在进入线粒体基质前，脂肪酸先与辅酶A形成硫脂键，这个反应是由脂酰辅酶A合酶催化下完成的，此酶存在于线粒体外膜。它起作用需要消耗一个ATP.反应的总体是不可逆的。因为生成的PPi立即被水解为两分子的Pi。在细胞内全部反应完成的驱动力是产物焦磷酸（PPi）发生高度方能得水解，这是由广泛存在的无机焦磷酸酶催化实现的所以说脂肪酸先与辅酶A反应生成脂酰辅酶A，这是脂肪酸的活化形式，同乙酰辅酶A 一样，同样是高能化合物。

二、脂肪酸转入线粒体

短或中长链的脂酰辅酶A分子可容易地渗透通过线粒体内膜，但是更长链的脂酰辅酶A 就不能轻易透过其内膜，需要一个特殊的运送机制，这个机制就是长链脂酰辅酶A要与极性的肉碱相结合，释放出辅酶A到细胞溶胶。结合反应是在线粒体内膜外的肉碱－脂酰转移酶１进行催化反应的。反应使辅酶Ａ基团脱下，肉碱分子进行取代，得到的脂酰肉碱在脂酰肉碱转移酶的催化下被运送透过线粒体内膜。这个“膜运输蛋白”

通过此种方式即将脂酰肉碱分子送机线粒体基质，并在肉碱/脂酰肉碱移位酶ll的作用下释放出游离肉碱，然后又把游离肉碱运出。同时脂酰基又回到辅酶Ａ（来自线粒体的）上。

这使细胞得以维持分别在细胞溶胶和线粒体继之内的辅酶A库。线粒体的辅酶A库除对脂肪酸外，还在丙酮酸和某些氨基酸的氧化降解中起作用，而细胞溶胶中的辅酶A库则满足脂肪酸生物合成的需要。细胞同样地分别维持着分别再细胞溶胶和线粒体基质中的ATP和NAD＋库。

β氧化

即脂肪酸的降解始发于羧基端的第二位（β－位）的碳原子，在这一处断裂切掉两个碳原子单元，这切掉的碳原子单元就是乙酰辅酶Ａ，并且反应系列的中间产物全部都是结合在辅酶Ａ上，降解的起始需要ATP的水解。

脂肪酸分解代谢反应机制的探索，Knoop做出了重要贡献，当时研究反应机制的放射性同位素尚未出现，其巧妙地设计了一个用于生化实验的“示踪物”，他把偶数或奇数碳的脂肪酸分子的末端甲基接上苯基，用这带“示踪物”的脂肪酸喂狗，然后分析排出的尿液，示踪物苯基在体内不被代谢，而以某一特定的有机化合物被排出。Knoop发现，把偶数碳原子的脂肪酸己酸带上苯基示踪物后喂狗，分析尿液的结果是苯基以苯乙酰-N-甘氨酸（苯乙尿酸）的形式出现，同样的对于奇数碳原子的戊酸进行实验，结果得到苯甲酰-N-甘氨酸（马尿酸）。由此他推论：脂肪酸那样话每次降解下一个2碳单元的片断，氧化铈从羧基端的β-位碳原子开始的，释下一个乙酸单元。

脂肪酸的氧化发生于线粒体，包含五个步骤：１.活化２.氧化３.水合４.氧化５.断裂