上海交大 中文翻译 生物化学课本：第22章 脂肪酸代谢

第22章脂肪酸代谢

脂肪是储存能量已被后用的主要手段。（右边）脂肪酸合

成（能量储存）和脂肪酸降解（制造可使用的能量）在很

现在我们从糖代谢转向脂肪代谢。脂肪酸有一个长的碳氢链和一个末端羧基。脂肪酸有四个主要的生理作用。（1）脂肪酸是燃料分子，以甘油三酯（也称为中性脂肪或三酯酰甘油）的形式存储。甘油三酯是甘油与不带电荷的脂肪酸形成的酯（图22.1）。从甘油三酯动用的脂肪酸被氧化，产生能量满足细胞或机体的需求。在休息或温和运动（如散步）状态，脂肪酸是我们的主要能源。（2）脂肪酸是磷脂和糖脂的构建原料。磷脂和糖脂是两性化合物，是生物膜的重要组分（第12章）。（3）很多蛋白质为脂肪酸共价连接，将蛋白质锚定在生物膜上。（4）脂肪酸衍生物充当激素和胞内信使。本章我们集中讨论脂肪酸的合成和降解。

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三酯酰甘油

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图22.1 脂肪细胞的电镜图谱。在三酯酰甘油储藏体周围有少量细胞质包裹。

脂肪酸合成与降解是互为镜像的化学反应

脂肪酸降解和合成由4个步骤构成，这4步是化学相反的过程。降解是氧化过程，将脂肪酸转化成一套活化的乙酰单位（乙酰CoA）。乙酰CoA在柠檬酸循环加工（图22.2）。活化脂肪酸被氧化，引入一个双键；双键水合引入一个羟基；醇氧化产生一个酮；最后为HCoA断裂形成乙酰CoA和缺少两个碳原子的脂肪酸链。如果脂肪酸有偶数碳原子并且是饱和脂肪酸，就是简单地重复上述过程直到脂肪酸被全部转化成乙酰CoA。

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图22.2 脂肪酸降解和合成的步骤。这两个过程在很多方面是互为镜像的。

脂肪酸合成基本上是脂肪酸降解的逆反应。合成过程起始用构建单位（即活化的酰基，最简单的是乙酰基）和丙二酰单位缩合（图22.2）。丙二酰单位与乙酰单位缩合形成四碳片段。为了产生所需的脂肪链，用三个步骤（还原，脱水，再还原）将羰基还原成亚甲基。这三个步骤完全是脂肪酸分解代谢的逆反应。还原产物是丁酰CoA。丁酰单位与另一活化的丙二酰单位缩合，重复前面介绍的反应步骤直至合成C16脂肪酸。

22.1 三酯酰甘油是高能量储存物

由于三酯酰甘油是还原的，不含水分的化合物，因此三酯酰甘油是能量代谢的高能储存

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物。完全氧化脂肪酸的能量约为38 kJ g－1，而糖或蛋白质所产生的能量约为17 kJ g－1。在能量产出方面的巨大差异源于脂肪酸的还原程度更高。而且三酯酰甘油是非极性分子，所以能够储存于接近无水的环境。实际上，1g 糖原干物质能够结合2g 水。因此1g几乎无水的脂肪存储的能量相当于6.75 g结合水的糖原所储存的能量。这就是在进化过程中选择三酯酰甘油（而不是糖原）作为主要的能源库的原因。一个70 kg体重的男人，有420,000 kJ以三酯酰甘油存储，有100,000 kJ以蛋白质形式（多数以肌肉的形式）存储，2500 kJ 以糖原形式存储，170 kJ以葡萄糖存储。三酯酰甘油有11 kg的体重。如果将三酯酰甘油转化成糖原形式存储，此人的体重降增加64 kg。糖原和葡萄糖所存储的能量只能维持他24小时左右的生理需求，而三酯酰甘油所存储的能量足以维持数周。

哺乳动物储存甘油的主要位置在脂肪细胞的细胞质。三酯酰甘油的油滴合并形成一个大油滴。这个大油滴可能占据细胞体积的绝大部分（图22.1）。脂肪细胞是专门用来合成、存储三酯酰甘油，动员三酯酰甘油经过血液供应其他组织使用的特异化细胞。肌肉也能储存三酯酰甘油，但是这些三酯酰甘油只供应肌肉自身使用。很明显，三酯酰甘油是昂贵牛肉上的“点缀花纹”。

使用三酯酰甘油作为能源使鸟儿能长途迁移。当鸟儿储存足量三酯酰甘油后，它们能够飞跃很长的距离。美国金斑行鸟和红宝石喉蜂鸟就是这类例子。金斑行鸟能够从Alaska飞到南美洲南端。它们飞行的大部分距离是跨过海洋的（有3800千米），在这期间它们无法进食。红宝石喉蜂鸟能够不间断地飞越墨西哥湾。脂肪酸提供的能源使它们有如此惊人的能力。

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三酯酰甘油提供能源使美国金斑行鸟能够长途飞行。

膳食的脂类物质为胰脂肪酶消化

我们摄取的大多数脂质是三酯酰甘油，必须消化成脂肪酸才能被小肠细胞吸收。小肠的脂肪酶是胰脏合成分泌的，能够将三酯酰甘油转化成游离的脂肪酸和单酰基甘油（图22.3）。与碳水化合物和蛋白质不同，脂质分子不溶于水，那么这些脂质分子如何接近水相的脂肪酶？解决的办法是将脂质分子包裹在一个能够溶于水的容器内。在肠道的三酯酰甘油整合在含有胆汁的微囊内（图22.4）。胆汁是肝脏从胆固醇合成，并从胆囊分泌的两性分子。每个脂质分子的酯键朝向微囊的表面，使这个化学键易于为脂肪酶接触而更为敏感。微囊携带的最后消化产物到达小肠表皮，跨过细胞膜进入细胞内（图22.5）。如果肝脏有病不能产生足量的胆汁盐，粪便将排出大量的脂肪（如每天30克），这种疾病叫脂肪痢(steatorrhea)。

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图22.3 胰脂肪酶的作用。胰脏分泌的脂肪酶能够将三酯酰甘油转化成脂肪酸和单酰基甘油，使小肠能够吸收。

图22.4 胆酸盐。胆汁盐，如胆酸盐，有助于肠道消化脂质。

图22.5 乳糜微粒（chylomicron）的形成。游离脂肪酸和单酰基甘油为肠道表皮细胞吸收。然后重新形成三酰基甘油，与其他脂质分子和载脂蛋白（apolipoprotein) B-48一起包装形成乳糜微粒，释放到淋巴系统。

食物脂质以乳糜微粒的形式运输

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在小肠粘膜细胞内，脂肪酸和胆酯酰甘油重新生成甘油三酯，然后包装成运输颗粒，即乳糜微粒，其直径约200 nm （图22.5）。这些颗粒的主要组成是三酯酰甘油和载脂蛋白B-48 (apo B-48)（乳糜微粒主要的蛋白组分）。脂蛋白颗粒的蛋白组分被称为载脂蛋白(apolipoprotein)。乳糜颗粒也能运输脂溶性的维生素和胆固醇。

乳糜微粒释放，进入淋巴系统，然后进入血液。这些颗粒结合于脂肪酶（一种膜蛋白，主要分布在脂肪组织和肌肉组织），三酯酰甘油再次分解成游离的脂肪酸和单酯酰甘油，以便进入这些组织。在细胞内，游离脂肪酸和单酯酰甘油重新生成三酯酰甘油并储存之。在肌肉细胞，游离脂肪酸和单酯酰甘油可被氧化，提供能量。

22.2 用脂肪酸作为燃料需要三个反应步骤

经过三个阶段的加工，外周组织能得到脂肪组织储存的脂肪。首先要动员脂质。在这个过程中，三酯酰甘油分解成游离脂肪酸和甘油，这些物质自脂肪组织释放，被运输到需能组织。第二步，在需能组织内将脂肪酸活化并转入线粒体准备降解。第三步脂肪酸一步步断裂

成乙酰CoA，后者进入柠檬酸循环。

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