生物化学重点串讲(5)

第六章脂类代谢

二〇一三年十一月二十六日星期二

目标：

1.掌握脂类的结构、生理功能及酶促水解。

2.掌握甘油的氧化、脂肪酸的β-氧化途径；酮体的生成和利用；了解脂肪酸氧化的其他途径。

3.掌握软脂酸合成的部位、原料、途径及关键酶；熟悉脂肪酸链的加长和去饱和；了解脂肪酸代谢的调节。

4.熟悉卵磷脂和脑磷脂的生物合成。

5.熟悉胆固醇合成的部位、原料、过程及其转化。

导入：脂类是人体的重要营养素，分为脂肪和类脂两大类。脂肪的主要功能是储能和供能。类脂包括磷脂、糖脂、胆固醇及其酯，是生物膜的重要组分，参与细胞识别及信息传递，并是多种生理活性物质的前体。体内脂肪酸的来源有二：一是机体自身合成，以脂肪形式储存在脂肪组织中，需要时从脂肪动员。饱和脂酸及单不饱和脂酸主要靠机体自身合成。另一来源系膳食的脂肪供给，特别是某些多不饱和脂酸，动物机体自身不能合成，需从植物油摄取，称为必需脂酸。重点掌握脂肪的分解和合成代谢。

第一节概论

一、脂类

脂肪(fat)又称甘油三酯（triglyceride ,TG）。脂肪细胞是哺乳动物脂肪主要储存处。糖原可在短时间（1h左右）提供用于肌肉收缩的能量，但持续、剧烈地工作，如马拉松选手竞赛、侯鸟持久的飞行和蝗虫迁移，其能量来源依赖TG的代谢。1g脂肪氧化释能37.6 kJ，比等量的糖或蛋白质高出2倍以上。

天然脂肪酸多为偶数C，16C或18C多见；不饱和脂肪酸中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸是必需脂肪酸。

磷脂按其化学结构分为甘油磷脂和鞘磷脂。

甘油磷脂是生物膜中含量最多的脂类物质，核心结构是甘油-3-磷酸，C1和C2位的羟基被2条脂酰基长链取代（形成疏水尾），C3的磷酸羟基结合各种取代基形成极性头。包括磷脂酰胆碱（卵磷脂，PC）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂，PE）、磷脂酰丝氨酸(PS）、磷脂酰甘油、二磷脂酰甘油（心磷脂）及磷脂酰肌醇（PI）六类，每一类又因组成的脂酸不同而有若干种，红细胞就有100种以上的不同的磷脂。鞘磷脂、脑苷脂和神经节苷脂属鞘脂类，在神经组织和脑内含量较高。不含甘油，由一分子脂肪酸，一分子鞘氨醇或其衍生物，一分子极性头基团组成。

固醇是环戊烷多氢菲的衍生物。胆固醇（cholesterol ,Ch）及胆固醇酯是血浆蛋白和细胞外膜的重要组分。胆固醇可调节生物膜的流动性，同时也是合成胆汁酸、类固醇激素和维生素D 等生理活性物质的前体。

二、生物膜

细胞的外周膜和细胞器的内膜系统统称为生物膜。其功能是维持细胞内环境相对稳定的屏障，又是进行物质交换、细胞识别、信息传递的场所，内膜系统使酶区域化分布保证各种生化反应有序进行。膜的基本结构是脂质双分子层，用“流体镶嵌模型”解说。

三、脂类的酶促水解

1.脂肪酶广泛存在于动物、植物和微生物中。在人体内，脂肪的消化主要在小肠，由胰脂肪酶催化，胆汁酸盐和辅脂肪酶的协助使脂肪逐步水解生成脂肪酸和甘油。

2.磷脂酶有多种，作用于磷脂分子不同部位的酯键。作用于1位、2位酯键的分别称为磷脂

酶A1及A2，生成溶血磷脂和游离脂肪酸。作用于3位的称为磷脂酶C，作用磷酸取代基间酯键的酶称磷脂酶D。作用溶血磷脂1位酯键的酶称磷脂酶B1。

3.胆固醇酯酶水解胆固醇酯生成胆固醇和脂肪酸。

4.小肠可吸收脂类的水解产物。胆汁酸盐帮助乳化，结合载脂蛋白（apoprotein,apo）形成乳糜微粒经肠粘膜细胞吸收进入血循环。所以乳糜微粒(chylomicron,CM)是转运外源性脂类（主要是TG）的脂蛋白。

第二节脂肪的分解代谢

食物中的脂肪通过消化被脂肪酶逐步降解为甘油和游离脂肪酸（FFA）,而储存于脂肪细胞中的脂肪通过脂肪动员降解，在脂肪动员中，三酰甘油脂肪酶的活性低，是脂肪动员的限速酶。脂肪分解是生物体利用脂肪作为供能原料的第一个步骤。

一、甘油的氧化

脂肪动员产生的甘油主要在肝细胞经甘油激酶作用生成3-磷酸甘油，再脱氢生成磷酸二羟丙酮后循糖代谢途径分解或经糖异生途径转化成葡萄糖。脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低，不能很好利用甘油。

二、脂肪酸的氧化分解

脂肪酸不溶于水，在血液中与清蛋白结合后（10:1），运送全身各组织，在组织的线粒体内氧化分解，释放大量的能量，以肝脏和肌肉最为活跃。1904年，Knoop用苯环作标记，追踪脂肪酸在动物体内的转变过程，发现当奇数碳脂肪酸衍生物被降解时，尿中检测出的是马尿酸，如果是偶数碳，尿中排出的是苯乙尿酸。显然脂肪酸酰基链的降解发生在β-碳原子上，即每次从脂酸链上切下一个二碳单位。以后的科学实验证明β-氧化学说是正确的，切下的二碳单位是乙酰CoA，脂肪酸进入线粒体前先被活化。

（一）脂肪酸的活化

在胞液中FFA通过与CoA酯化被激活,催化该反应的酶是脂酰CoA合成酶，需ATP、Mg2+参与。反应产生的PPi立即被焦磷酸酶水解，阻止了逆反应，所以1分子FFA的活化实际上消耗2个高能磷酸键。

RCOOH+ATP+CoASH—→RCO~SCoA+AMP+PPi

（二）脂酰CoA进入线粒体

脂肪酸的氧化是在线粒体内进行的, 而脂酰CoA不能自由通过线粒体内膜进入基质, 需耍通过线粒体内膜上肉毒碱转运才能将脂酰基带入线粒体。内膜两侧的脂酰CoA肉毒碱酰基转移酶Ⅰ、Ⅱ（同工酶）催化完成脂酰基的转运和肉毒碱的释放。酶Ⅰ是FFA氧化分解的主要限速酶。

（三）脂酰CoA的β-氧化

脂酰CoA氧化生成乙酰CoA涉及四个基本反应：第一次氧化反应、水化反应、第二次氧化反应和硫解反应。

第一步由脂酰CoA脱氢酶催化脱氢生成反-⊿2-烯脂酰CoA和FADH2。

第二步由反-⊿2-烯脂酰CoA水化酶催化加水生成L-（+）-β-羟脂酰CoA。

第三步由L-（+）-β-羟脂酰CoA脱氢酶催化生成β-酮脂酰CoA和NADH+H+。

第四步由硫解酶作用底物的α-与β-C间断裂，CoASH参与，生成1分子乙酰CoA和比原来少2个C的脂酰CoA。然后再一轮β-氧化，如此循环反应。

（四）脂肪酸氧化的能量计算

1分子软脂酸（16C）经7次β-氧化可生成8个乙酰CoA、7个NADH2+、7个FADH2。每个乙酰CoA进入TCA循环生成3个NADH2+、1个FADH2、1个GTP，并释放2分子CO2。

总反应方程式是：软脂酰CoA+23O2+131Pi+131ADP→CoASH+16CO2+123H2O+131ATP