脂肪酸的分解代谢

1、第一节第一节 脂肪酸的脂肪酸的分解代谢分解代谢脂类（脂类（lipidslipids）是生物体维持正常生命活是生物体维持正常生命活动不可缺少的一大类有机化合物，是与糖类、动不可缺少的一大类有机化合物，是与糖类、蛋白质、核酸并列为四大类重要基本物质之一。蛋白质、核酸并列为四大类重要基本物质之一。脂类的一个共性就是难溶于水，易溶于有机溶脂类的一个共性就是难溶于水，易溶于有机溶剂。脂类的生物学功能主要包括剂。脂类的生物学功能主要包括 一一. . 脂肪的概念脂肪的概念脂的定义与生物学功能 (1) (1) 是生物细胞能量的储存物质。在高等动物是生物细胞能量的储存物质。在高等动物体中，甘油三酯主要积累在皮下

2、组织、肠间膜体中，甘油三酯主要积累在皮下组织、肠间膜内等，动物的血液、淋巴液、肝脏、骨髓等中内等，动物的血液、淋巴液、肝脏、骨髓等中也都储藏一定量的脂肪。植物的甘油三酯多存也都储藏一定量的脂肪。植物的甘油三酯多存在于种子和果实中，一些油料作物种子的含油在于种子和果实中，一些油料作物种子的含油量高达量高达3030 50%50%。甘油脂通过氧化可以供给人类。甘油脂通过氧化可以供给人类及动植物生命过程所需的热能。及动植物生命过程所需的热能。1 1g g甘油脂在体甘油脂在体内氧化可产生内氧化可产生3939kJkJ的热量，比碳水化合物和蛋的热量，比碳水化合物和蛋白质在同样条件下的热量约高一倍；白质在同样

3、条件下的热量约高一倍； 一一. 脂肪的概念脂肪的概念一一. 脂肪的概念脂肪的概念(2) 是生物细胞的结构物质。其中的磷脂是构是生物细胞的结构物质。其中的磷脂是构成细胞生物膜（成细胞生物膜（Biomembrane）的重要结构物的重要结构物质。现代研究表明，细胞质膜（质。现代研究表明，细胞质膜（plasma membrane）是细胞的界膜，控制着细胞内外是细胞的界膜，控制着细胞内外所有物质的出入。同时，细胞质膜上各种脂、所有物质的出入。同时，细胞质膜上各种脂、蛋白质、糖等表面复合物质的存在与细胞的识蛋白质、糖等表面复合物质的存在与细胞的识别、信号转导、种质特异性和组织免疫等有密别、信号转导、种质特

4、异性和组织免疫等有密切关系。因此，生物膜对细胞的生命活动具有切关系。因此，生物膜对细胞的生命活动具有特别重要的作用；特别重要的作用； 一一. 脂肪的概念脂肪的概念A topological model of the A. thaliana monosaccharide transporter (3) 许多脂类物质行使着各种重要特殊的生理许多脂类物质行使着各种重要特殊的生理功能。这些物质包括某些维生素和激素等。例功能。这些物质包括某些维生素和激素等。例如，萜类化合物中包含着维生素如，萜类化合物中包含着维生素A、维生素维生素D、维生素维生素E和维生素和维生素K，它们是调节生理代谢重要它们是调节生理

5、代谢重要的活性物质。还有定位在质膜上磷脂化合物，的活性物质。还有定位在质膜上磷脂化合物，如磷脂酰肌醇、如磷脂酰肌醇、N-磷脂酰乙醇胺等是调节细磷脂酰乙醇胺等是调节细胞生长发育、抗逆境反应的脂质信号分子。胞生长发育、抗逆境反应的脂质信号分子。 一一. 脂肪的概念脂肪的概念(1) 单纯脂单纯脂是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典型的为甘油三酯。型的为甘油三酯。(2) 复合脂复合脂除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，如磷酸、含氮化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其如磷酸、含氮化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。衍生物等。 (3) 其它脂其

6、它脂为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜类、前列腺素类和甾类化合物等。包括萜类、前列腺素类和甾类化合物等。 一一. 脂肪的概念脂肪的概念脂的分类 一一. 脂肪的概念脂肪的概念单纯脂单纯脂 CHOCH O2CH O2COCOCOR2R1R3OCHCH O2CH O2COCOCOR2R1R3CHOCH O2CH O2COCOCOR2R1R3或OCHCH O2CH O2COCOCOR2R1R3一一. 脂肪的概念脂肪的概念复合脂复合脂 O|COO|COCH |C H O | |CHOPO | O22 -非极性尾极性头 磷酸甘油脂，又称甘油磷脂磷酸甘油脂，又称甘油磷脂，

7、是最具有代是最具有代表性的复合脂，广泛存在于动物、植物和微生表性的复合脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷脂甘油脂是细胞膜结构重要的组分之一物。磷脂甘油脂是细胞膜结构重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、骨髓、卵以及植，在动物的脑、心、肾、肝、骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简单的磷物的种子和果实中含量较为丰富。最简单的磷酸甘油脂结构如图酸甘油脂结构如图 二二. 脂肪的水解脂肪的水解二二. 脂肪的水解脂肪的水解甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成3-3-磷酸甘磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。三三. 甘油的

8、代谢甘油的代谢其反应如下：其反应如下：三三. 甘油的代谢甘油的代谢其中第一步反应需要消耗其中第一步反应需要消耗ATPATP，而第二步反应可生而第二步反应可生成还原辅酶成还原辅酶。磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是糖酵解途径的中间磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是糖酵解途径的中间产物，因此既可以继续氧化，经丙酮酸进入三羧酸循产物，因此既可以继续氧化，经丙酮酸进入三羧酸循环彻底氧化成环彻底氧化成COCO2 2和水，又可经糖异生作用合成葡萄和水，又可经糖异生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。糖，乃至合成多糖。（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成) )）甘油激酶甘油激酶磷酸甘油磷酸甘油

9、脱氢酶脱氢酶异构酶异构酶磷酸酶磷酸酶三三. 甘油的代谢甘油的代谢四四.脂肪酸的氧化分解脂肪酸的氧化分解 - -氧化作用的提出是在十九世纪初，氧化作用的提出是在十九世纪初，Franz Franz Knoop Knoop 在此方面作出了关键性的贡献。他将末端甲在此方面作出了关键性的贡献。他将末端甲基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗，然后检测狗尿中的基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗，然后检测狗尿中的产物。结果发现，食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿产物。结果发现，食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇数碳的中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。脂

10、肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。 KnoopKnoop由此推测无论脂肪酸链的长短，脂肪酸的降由此推测无论脂肪酸链的长短，脂肪酸的降解总是每次水解下两个碳原子。解总是每次水解下两个碳原子。 四四.脂肪酸的氧化分解脂肪酸的氧化分解 四四.脂肪酸的氧化分解脂肪酸的氧化分解 据此，据此，Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在提出脂肪酸的氧化发生在 -碳原子上，碳原子上，而后而后Ca与与Cb之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位二碳单位Knoop推测是乙酸。推测是乙酸。 以后的实验证明以后的实验证明Knoop推测的准确性，由此提出了脂推测的准确性，由此提出

11、了脂肪酸的肪酸的b-氧化作用。氧化作用。 -氧化作用是指脂肪酸在氧化作用是指脂肪酸在 -碳原子上进行氧化，然碳原子上进行氧化，然后后a-碳原子和碳原子和b-碳原子之间键发生断裂。每进行一次碳原子之间键发生断裂。每进行一次 -氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来少两个碳氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。原子的脂肪酸。 - -氧化作用的部位：氧化作用的部位：Localization of -oxidation occurs in mitochondria, , 油料作物种油料作物种子萌发时子萌发时乙醛酸循环体乙醛酸循环体( (glyoxysomeglyoxysome

12、，简称乙醛酸体简称乙醛酸体) ) 线粒体基质线粒体基质matrix四四.脂肪酸的氧化分解脂肪酸的氧化分解 1.1.脂肪酸脂肪酸 - -氧化的过程氧化的过程 (1) 脂肪酸的活化脂肪酸的活化 (2) (2) 脂肪酸的转运脂肪酸的转运 (3) (3) - -氧化氧化四四.脂肪酸的氧化分解脂肪酸的氧化分解 (1) 脂肪酸的活化（胞液胞液） 脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoACoA酯化成脂酯化成脂酰酰CoACoA的过程。反应如下：的过程。反应如下：1.1.脂肪酸脂肪酸 - -氧化的过程氧化的过程* 脂酰脂酰CoA合成酶合成酶(acyl-CoA synthetase)存存

13、在于内质网及线粒体外膜上在于内质网及线粒体外膜上脂肪酸的活化需要脂肪酸的活化需要ATPATP的参与。每活化的参与。每活化1 1分分子脂肪酸，需要子脂肪酸，需要1 1分子分子ATPATP转化为转化为AMPAMP，即要消即要消耗耗2 2个高能磷酸键。这可以折算成需要个高能磷酸键。这可以折算成需要2 2分子分子ATPATP水解成水解成ADPADP。在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不可逆。反应不可逆。1.1.脂肪酸脂肪酸 - -氧化的过程氧化的过程(2)脂酰脂酰CoA 进入线粒体进入线粒体 脂肪酸的脂肪酸的b-b-氧化作用通常是在线粒体的基氧化作用通常是在线

14、粒体的基质中进行的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒质中进行的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，碱，CarnitineCarnitine）携带，以脂酰肉碱的形式跨携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。越内膜而进入基质，故称肉碱转运。 肉碱（也叫肉毒碱，肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）的结构如下：的结构如下：(2)脂酰脂酰CoA 进入线粒体进入线粒体 肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用

15、价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。得到广泛的研究和应用。(2)脂酰脂酰CoA 进入线粒体进入线粒体其中的肉碱脂酰转移酶其中的肉碱脂酰转移酶和和是一组同工是一组同工酶。前者在线粒体外催化脂酰酶。前者在线粒体外催化脂酰CoACoA上的脂酰基上的脂酰基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；后者则在线粒体转移给肉碱，生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至内将运入的脂酰肉碱上的脂

16、酰基重新转移至CoACoA，游离的肉碱被运回内膜外侧循环使用。游离的肉碱被运回内膜外侧循环使用。(2)脂酰脂酰CoA 进入线粒体进入线粒体(3) -氧化的历程脂酰脂酰CoACoA进入线粒体后，经历多次进入线粒体后，经历多次 - -氧化氧化作用而逐步降解成多个二碳单位作用而逐步降解成多个二碳单位 乙酰乙酰CoACoA。每次每次 - -氧化作用包括四个步骤。氧化作用包括四个步骤。 a. 脱氢，在脂酰辅酶A脱氢酶的催化下，脂酰CoA脱氢形成反式双键的脂酰辅酶A，同时 FAD接受H被还原为 FADH2(catalyzed by acyl CoA dehydrogenase 脂酰辅酶A脱氢酶). b.

17、水化， 在烯脂酰CoA水合酶催化下， 反式2-烯脂酰CoA 在双键上加上一分子水，变成羟脂酰。c. 脱氢，在羟脂酰CoA脱氢酶的催化下，羟脂酰CoA 位上的羟基脱氢氧化成为酮脂酰CoA，同时 NAD接受H被还原成NADH 。d. 硫解，在-酮脂酰CoA硫解酶作用下， -酮脂酰CoA 在，之间被1分子CoA 硫解。乙酰乙酰CoACoA乙酰乙酰CoACoA对于长链脂肪酸，需要经过多次对于长链脂肪酸，需要经过多次 - -氧化作氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）

18、的脂酰奇数碳时）的脂酰CoACoA。(3) (3) -氧化的历程氧化的历程下图是软脂酸（棕榈酸下图是软脂酸（棕榈酸 C C1515H H3131COOHCOOH）的的 - -氧氧化过程，它需经历七轮化过程，它需经历七轮 - -氧化作用而生成氧化作用而生成8 8分子分子乙酰乙酰CoACoA。 2. 偶数碳饱和脂肪酸的氧化活活 化：消耗化：消耗2个高能磷酸键个高能磷酸键 氧氧 化：化： 每轮循环每轮循环 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解解 产物：产物：1分子乙酰分子乙酰CoA1分子少两个碳原子的脂酰分子少两个碳原子的脂酰CoA1分子分子NADH+H+1分子

19、分子FADH2 3. 脂酸氧化的能量生成脂酸氧化的能量生成 以以16碳饱和软脂酸的氧化为例碳饱和软脂酸的氧化为例7 轮循环产物：轮循环产物：8分子乙酰分子乙酰CoA7分子分子NADH+H+7分子分子FADH2能量计算：能量计算： 生成生成ATP 812 + 73 + 72 = 131 净生成净生成ATP 131 2 = 129公式总结公式总结:(n/2)-1 (2+3)+ (n/2) 12-2 n为碳原子的数目为碳原子的数目生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，而且位置也相当有规律构型，而且位置也相当有规律 第一个双第一个双键都是在键都是在C C9 9和

20、和C C1010之间（写作之间（写作D D9 9），），以后每隔三以后每隔三个碳原子出现一个。例如，亚油酸个碳原子出现一个。例如，亚油酸18:218:2D D9 9，1212； - -亚亚油酸油酸18:318:3D D9,12,159,12,15。3.3.不饱和脂肪酸的氧化不饱和脂肪酸的氧化 不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需其它酶的参与，现以油同，只是某些步骤还需其它酶的参与，现以油酸为例加以说明。酸为例加以说明。经历了三轮经历了三轮 - -氧化作用后，产物在氧化作用后，产物在 , ,g g位有一位有一顺式双键，因此接下来的反应不是脱

21、氢，而是双顺式双键，因此接下来的反应不是脱氢，而是双键的异构化，生成反式的键的异构化，生成反式的 , , 双键，然后双键，然后 - -氧化作氧化作用继续正常进行。因此油酸的氧化与相同碳的饱用继续正常进行。因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADHFADH2 2。3.不饱和脂肪酸的氧化不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和脂肪酸的前四轮脂肪酸的前四轮 - -氧化作用都与油酸相类同，氧化作用都与油酸相类同，

22、都在第四轮时需要一种异构酶的参与。都在第四轮时需要一种异构酶的参与。大多数脂肪酸含偶数碳原子，它们通过大多数脂肪酸含偶数碳原子，它们通过 - -氧化可全部转变成乙酰氧化可全部转变成乙酰CoACoA，但一些植物和海但一些植物和海洋生物能合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一洋生物能合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一轮轮 - -氧化作用后，产生丙酰氧化作用后，产生丙酰CoACoA。4. 4. 奇数碳链脂肪酸的氧化奇数碳链脂肪酸的氧化丙酰丙酰CoACoA的代谢在动物体内依照如下图所的代谢在动物体内依照如下图所示的途径进行，先进行羧化，然后经过两次示的途径进行，先进行羧化，然后经过两次异构化，形成琥珀酰异构化，形

23、成琥珀酰CoACoA。4. 4. 奇数碳链脂肪酸的氧化奇数碳链脂肪酸的氧化油酰CoA 的氧化脂肪酸在一些酶的催化下，在脂肪酸在一些酶的催化下，在 - -碳原子碳原子上发生氧化作用，分解出一个一碳单位上发生氧化作用，分解出一个一碳单位COCO2 2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂肪酸的作用称为脂肪酸的 - -氧化作用氧化作用。五五. .脂肪酸的脂肪酸的a-a-氧化途径氧化途径 - -氧化作用是氧化作用是19561956年由年由P.K.StumpfP.K.Stumpf首先首先在植物种子和叶片中发现的，后来在动物脑在植物种子和叶片中发现的，后来

24、在动物脑和肝细胞中也发现了脂肪酸的这种氧化作用。和肝细胞中也发现了脂肪酸的这种氧化作用。该途径以游离该途径以游离脂肪酸作为底物，脂肪酸作为底物，在在 - -碳原子上发生碳原子上发生羟化（羟化（- -OHOH）或氢过或氢过氧化（氧化（- -OOHOOH），），然然后进一步氧化脱羧，后进一步氧化脱羧，其可能的机理下图其可能的机理下图所示。所示。 - -氧化作用对于生物体内氧化作用对于生物体内 奇数碳脂肪酸的形成；奇数碳脂肪酸的形成； 含甲基的支链脂肪酸的降解；含甲基的支链脂肪酸的降解； 过长的脂肪酸（如过长的脂肪酸（如C C2222、C C2424）的降解的降解起着重要的作用起着重要的作用哺乳动物

25、将绿色蔬菜中植醇降解就是通过这哺乳动物将绿色蔬菜中植醇降解就是通过这种途径而实现的种途径而实现的五五. .脂肪酸的脂肪酸的a-a-氧化途径氧化途径脂肪酸的脂肪酸的 - -氧化氧化是指脂肪酸的末端是指脂肪酸的末端（ - -端）甲基发生氧化，先转变成羟甲基，端）甲基发生氧化，先转变成羟甲基，继而再氧化成羧基，从而形成继而再氧化成羧基，从而形成a, a, - -二羧酸二羧酸的过程的过程。六六. .脂肪酸的脂肪酸的 - -氧化途径氧化途径生成的生成的 , , - -二羧二羧酸可从两端酸可从两端进行进行b-b-氧化氧化作用而降解。作用而降解。动物体内的十二碳以下的脂肪酸常常通过动物体内的十二碳以下的脂肪

26、酸常常通过 - -氧化途氧化途径进行降解。径进行降解。植物体内的在植物体内的在 - -端具有含氧基团（羟基、醛基或羧端具有含氧基团（羟基、醛基或羧基）的脂肪酸大多也是通过基）的脂肪酸大多也是通过 - -氧化作用生成的，这些脂肪氧化作用生成的，这些脂肪酸常常是角质层或细胞壁的组成成分。酸常常是角质层或细胞壁的组成成分。一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产物，这种降解过程首先要进行物，这种降解过程首先要进行 - -氧化作用，生成二羧基脂氧化作用，生成二羧基脂肪酸后再通过肪酸后再通过 - -氧化作用降解，如海洋中的某些浮游细菌氧化作用降解，如海

27、洋中的某些浮游细菌可降解海面上的浮油，其氧化速率可高达可降解海面上的浮油，其氧化速率可高达0.50.5克克/ /天天/ /平方平方米米。六六. .脂肪酸的脂肪酸的 - -氧化途径氧化途径乙醛酸循环发生在乙醛酸循环发生在乙醛酸循环体乙醛酸循环体, 其中有其中有许多物质和许多物质和 TCA 循环中的物质相似。在高循环中的物质相似。在高等植物萌发的种子，特别是高含油量的种子等植物萌发的种子，特别是高含油量的种子中检测到中检测到乙醛酸循环，在一些微生物中，有乙醛酸循环，在一些微生物中，有利于它们利用乙酸盐作为能源和碳源来生长。利于它们利用乙酸盐作为能源和碳源来生长。七七. 乙醛酸循环乙醛酸循环Glyo

28、xylate cycle 有不少的细菌、藻类或处于一定生长阶段的高有不少的细菌、藻类或处于一定生长阶段的高等植物（如正在萌发的油料种子），脂肪酸降解的等植物（如正在萌发的油料种子），脂肪酸降解的主要产物乙酰主要产物乙酰CoA还可以通过另外一条途径还可以通过另外一条途径 乙醛酸循环乙醛酸循环（glyoxylate cycle），），将将2分子乙酰分子乙酰CoA合成合成1分子四碳化合物琥珀酸。分子四碳化合物琥珀酸。七七. Glyoxylate cycle乙醛酸循环乙醛酸循环1. 乙醛酸循环的过程1. 乙醛酸循环的过程在乙醛酸循环中，存在两种重要的酶，异异柠檬酸裂解酶柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶。苹果酸

29、合酶。异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶转化异柠檬酸 为琥珀酸和乙醛酸;苹果酸合酶苹果酸合酶催化一个和柠檬酸合成酶相似的反应，催化一个和柠檬酸合成酶相似的反应，催化乙酰酰CoA 和乙醛酸 形成苹果酸。 1. 乙醛酸循环的过程这两种酶这两种酶, 加上加上TCA循环中的一些酶循环中的一些酶, 琥珀琥珀酸能够转化为草酰乙酸。酸能够转化为草酰乙酸。 CoASH柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶乙醛酸循环乙醛酸循环反应历程反应历程NAD +NADH苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-CSCoACoASH OCH3-CSCoACOOCOO- -CH2CH2CH2CH2COOCOO- -

30、琥珀酸琥珀酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶苹果酸苹果酸合成酶合成酶 O OH-C-C OH乙醛酸乙醛酸苹果酸苹果酸合成酶合成酶苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶1. 乙醛酸循环的过程乙醛酸循环的净结果是把两分子乙酰乙醛酸循环的净结果是把两分子乙酰CoACoA转变成一分子琥珀酸。其总反应为：转变成一分子琥珀酸。其总反应为：1. 乙醛酸循环的过程Functions:Functions:1. 乙醛酸循环的过程乙醛酸循环与三羧酸循环相比，可以看成是三羧乙醛酸循环与三羧酸循环相比，可以看成是三羧酸循环的一个支路，它在异柠檬酸处分支，绕过了三酸循环的一个支路，它在异柠檬

31、酸处分支，绕过了三羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。参与乙醛酸循环的酶除了异柠檬酸裂解酶和苹果参与乙醛酸循环的酶除了异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。酸合酶外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的关异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的关键酶。键酶。 2. 乙醛酸循环的生物学意义乙醛酸循环不存在于动物及高等植物的营乙醛酸循环不存在于动物及高等植物的营养器官内，它存在于一些细菌、藻类和油料养器官内，它存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中。植物的种子的乙醛酸体中。油料

32、植物的种子中主要的贮藏物质是脂肪油料植物的种子中主要的贮藏物质是脂肪，在种子萌发时乙醛酸体大量出现，由于它，在种子萌发时乙醛酸体大量出现，由于它含有脂肪分解和乙醛酸循环的整套酶系，因含有脂肪分解和乙醛酸循环的整套酶系，因此可以将脂肪分解，并将分解产物乙酰此可以将脂肪分解，并将分解产物乙酰CoACoA转转变为琥珀酸。变为琥珀酸。脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循环循环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷

33、酸二羟丙酮PEP丙酮酸丙酮酸合合成成植物和植物和微生物微生物由乙醛酸循环转变成的琥珀酸，需要在线由乙醛酸循环转变成的琥珀酸，需要在线粒体中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹粒体中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸，然后进入细胞质，沿糖异生途径转变果酸，然后进入细胞质，沿糖异生途径转变成糖类。成糖类。乙醛酸循环中有苹果酸中间体，它也可以乙醛酸循环中有苹果酸中间体，它也可以到细胞质中异生成糖，但它需要及时回补，到细胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环的正常进行，这仍来自循环的产以保证循环的正常进行，这仍来自循环的产物琥珀酸在线粒体中的转变。物琥珀酸在线粒体中的转变。 2. 乙醛酸循环的生物

34、学意义2. 乙醛酸循环的生物学意义琥珀酸可异生成糖并以蔗糖的形式运至种琥珀酸可异生成糖并以蔗糖的形式运至种苗的其它组织供给它们生长所需的能源和碳苗的其它组织供给它们生长所需的能源和碳源；而当种子萌发终止、贮脂耗尽，同时叶源；而当种子萌发终止、贮脂耗尽，同时叶片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可以由太阳光和以由太阳光和COCO2 2获得时，乙醛酸体的数量迅获得时，乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失。速下降以至完全消失。对于一些细菌和藻类，乙醛酸循环使它们对于一些细菌和藻类，乙醛酸循环使它们能以乙酸盐为能源和碳源生长。能以乙酸盐为能源和碳源生长。由脂肪酸的由

35、脂肪酸的 -氧化及其它代谢所产生的乙酰氧化及其它代谢所产生的乙酰CoA，在一般的细胞中可进入三羧酸循环进行氧化在一般的细胞中可进入三羧酸循环进行氧化分解；但在动物的肝脏、肾脏、脑等组织中，尤其分解；但在动物的肝脏、肾脏、脑等组织中，尤其在饥饿、禁食、糖尿病等情形下，乙酰在饥饿、禁食、糖尿病等情形下，乙酰CoA还有另还有另一条代谢去路，最终生成乙酰乙酸、一条代谢去路，最终生成乙酰乙酸、 -羟丁酸和丙羟丁酸和丙酮，这三种产物统称为酮体（酮，这三种产物统称为酮体（ketone bodies）。）。 八八. 酮体代谢酮体代谢 1. 酮体的合成 (1) 两分子两分子乙酰乙酰CoA缩合缩合成 乙 酰 乙

36、酰成 乙 酰 乙 酰CoA，反应由反应由硫解酶催化。硫解酶催化。此外，脂肪酸此外，脂肪酸b-氧化作用的最氧化作用的最后一轮也能产后一轮也能产生 乙 酰 乙 酰生 乙 酰 乙 酰CoA。 CH3SCoAOC乙酰 CoACH3SCoAOC乙酰 CoA硫解酶HSCoA乙酰乙酰 CoACH3CH2CSCoAOOCCH3SCoAOC乙酰CH3SCoAOC乙酰硫解酶HSCoACH3CH2CSCoAOOC(2) 又一分子乙酰又一分子乙酰C o A 与 乙 酰 乙 酰与 乙 酰 乙 酰CoA缩合，生成缩合，生成 -羟羟基基- -甲基戊二酸甲基戊二酸单酰单酰CoA（HMG-C o A ） ，） ， 反 应 由反

37、 应 由HMG-CoA合成酶合成酶催化。催化。 HSCoAHO2CH3SCoAOC乙酰 CoA- -羟 甲基戊二酸单酰CoACH2-OOCCH3CH2CSCoAOOHCHSCoAHO2HMGCoA-合成酶CH3SCoAOC乙酰 CoACoACH2-OOCCH3CH2CSCoAOOHC乙酰乙酰 CoACH3CH2CSCoAOOCCH3CH2CSCoAOOC3-Hydroxy-3methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)1. 酮体的合成 (3) MG-CoA分解成乙酰乙酸和乙酰分解成乙酰乙酸和乙酰CoA，反反应由应由HMG-CoA裂解酶催化。裂解酶催化。 CH3SCoAOC乙酰CoA

38、乙酰乙酸CH3CH2COCOO-HMGCoA-裂解酶CH3SCoAOC乙酰CoA乙酰乙酸CH3CH2COCOO-羟甲基戊二酸单酰CoACH2-OOCCH3CH2CSCoAOOHCCoACH2-OOCCH3CH2CSCoAOOHC1. 酮体的合成 (4) 生成的乙酰生成的乙酰乙酸一部分可还原乙酸一部分可还原成成 -羟丁酸，反应羟丁酸，反应由由 -羟丁酸脱氢酶羟丁酸脱氢酶催化；也有极少一催化；也有极少一部分可脱羧形成丙部分可脱羧形成丙酮，反应可自发进酮，反应可自发进行，也可由乙酰乙行，也可由乙酰乙酸脱羧酶催化。酸脱羧酶催化。 还原 脱羧丙酮CH3CH3CO-羟丁酸CH2CHCH3OHCOO-CO2

39、NADH+H+NAD+还原 脱羧丙酮CH3CH3COCH2CH3OHCOO-CO2NA H+H+NAD+乙酰乙酸CH3CH2COCOO-乙酰乙酸CH3CH2COCOO-1. 酮体的合成2. 酮体的分解乙酰乙酸CH3CH2COCOO-氧化NADH+H+NAD+-羟丁酸CH2CHCH3OHCOO-3-CoA 酮脂酰转移酶琥珀酸琥珀酰CoA乙酰乙酸CH3CH2COCOO-CH3CH2COSCoAOC乙酰乙酰CoA硫解酶HSCoACH3CH2COSCoAOC乙酰乙酰 CoACH3SCoAOC2乙酰 CoACO2三羧酸循环CH3SCoAOC2乙酰 CoA2. 酮体的分解脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡

40、索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循环循环乙醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮PEP丙酮酸丙酮酸合合成成植物和植物和微生物微生物第二节第二节 脂肪酸的合成代谢脂肪酸的合成代谢（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成) )）甘油激酶甘油激酶磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶脱氢酶异构酶异构酶磷酸酶磷酸酶甘油的生物合成甘油的生物合成(一) 脂肪酸的从头合成原料：乙酰：乙酰CoACoA 产物：不超过：不超过161

41、6碳的饱和脂肪酸碳的饱和脂肪酸部位：动物体动物体 细胞质细胞质植物体植物体 叶绿体和前质体叶绿体和前质体 1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(1) (1) 乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 因为乙酰因为乙酰CoACoA在线粒体产生，乙酰在线粒体产生，乙酰CoACoA不能直接穿过线粒体内膜，需要通过不能直接穿过线粒体内膜，需要通过“柠柠檬酸穿梭檬酸穿梭”的方式从线粒体基质到达细胞的方式从线粒体基质到达细胞质，才能用于合成脂肪酸。质，才能用于合成脂肪酸。(一) 脂肪酸的从头合成(1) (1) 乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运(一) 脂肪酸的从头合成1. 1

42、. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(1) (1) 乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 循环的净结果是将乙酰循环的净结果是将乙酰CoACoA从线粒体转运从线粒体转运到了细胞质，同时也消耗了化学能到了细胞质，同时也消耗了化学能ATPATP。 在植物体中，线粒体内产生的乙酰在植物体中，线粒体内产生的乙酰CoACoA先先脱去脱去CoACoA以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒体外由脂酰体外由脂酰CoACoA合成酶催化重新形成乙酰合成酶催化重新形成乙酰CoACoA。(一) 脂肪酸的从头合成(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 在脂肪

43、酸的从头合成过程中，参入脂肪在脂肪酸的从头合成过程中，参入脂肪酸链的二碳单位的直接提供者并不是乙酰酸链的二碳单位的直接提供者并不是乙酰CoA，而是乙酰而是乙酰CoA的羧化产物的羧化产物 丙二酸丙二酸单酰单酰CoA（malonyl-CoA）。）。(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成乙酰乙酰CoACoA羧化酶的组成羧化酶的组成 在原核生物中，由两种酶和一种蛋白质组在原核生物中，由两种酶和一种蛋白质组成三元多酶复合体成三元多酶复合体 生物素羧基载体蛋白生物素羧基载体蛋白 生物素羧化酶生物素羧化酶 羧基转移酶羧基转移酶 在动物及高等植物体内，乙酰在动物及高等植物体内，乙酰CoA

44、CoA羧化酶是羧化酶是由多个亚基组成的寡聚酶，每个亚基兼具上述由多个亚基组成的寡聚酶，每个亚基兼具上述的三种催化活性，但只有当它们聚合成完整的的三种催化活性，但只有当它们聚合成完整的寡聚酶后才有活性。寡聚酶后才有活性。 (2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 乙酰乙酰CoACoA的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤，故乙酰的限速步骤，故乙酰CoACoA羧化酶的活性高低控制羧化酶的活性高低控制着脂肪酸合成的速度。着脂肪酸合成的速度。(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 影响乙酰影响乙酰CoACoA羧化酶活性的因素

45、：（在动物体中）羧化酶活性的因素：（在动物体中） 柠檬酸：促进无活性的单体聚合成有活性的全酶，从柠檬酸：促进无活性的单体聚合成有活性的全酶，从而加速脂肪酸的合成；而加速脂肪酸的合成； 软脂酰软脂酰CoACoA：促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合成。成。1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS） FA的组成的组成 乙酰乙酰CoA-ACP转移酶转移酶 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA-ACP转移酶转移酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP还原酶还原

46、酶 -羟脂酰羟脂酰-ACP脱水酶脱水酶 烯脂酰烯脂酰-ACP还原酶还原酶 硫酯酶硫酯酶ACP 脂酰基载体蛋白脂酰基载体蛋白1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程脂肪酸合酶系统脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS(3) (3) 脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成ACPACP：不同生物体中的不同生物体中的ACPACP十分相似：大肠杆菌中的十分相似：大肠杆菌中的ACPACP是一个由是一个由7777个氨基酸残基组成的热稳定蛋白个氨基酸残基组成的热稳定蛋白质，在它的第质，在它的第3636位丝氨酸残基的侧链上，连有辅位丝氨酸残基的侧链上，连有辅基基4-4-磷

47、酸泛酰巯基乙胺。磷酸泛酰巯基乙胺。(3) (3) 脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成 ACP ACP辅基犹如辅基犹如一个转动的手臂，一个转动的手臂，以其末端的巯基携以其末端的巯基携带着脂酰基依次转带着脂酰基依次转到各酶的活性中心到各酶的活性中心，从而发生各种反，从而发生各种反应，如下图所示。应，如下图所示。FASFAS上的活性巯基：（用上的活性巯基：（用于 运 载 脂于 运 载 脂酰基）酰基）中央巯基中央巯基 ACPACP上的巯上的巯基；基；外围巯基外围巯基 - -酮脂酰酮脂酰- -ACPACP合酶上合酶上的 巯 基 ，的 巯 基 ，由 该 酶 的由 该 酶 的一个一个CysCys残残基提供。基提供

48、。乙酰乙酰CoA:ACP转移酶转移酶丙二酸单酰丙二酸单酰CoA:ACP转移酶转移酶 -酮脂酮脂酰酰ACP合酶合酶 -酮脂酮脂酰酰ACP还原酶还原酶 -羟脂羟脂酰酰ACP脱水酶脱水酶烯脂烯脂酰酰ACP还原酶还原酶(3) (3) 脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成整个过程都是在脂肪酸合酶系统中进行。整个过程都是在脂肪酸合酶系统中进行。 这一阶段包含有多轮酶促反应，每经历一这一阶段包含有多轮酶促反应，每经历一轮可以使脂肪酸链在羧基端延长一个二碳单位轮可以使脂肪酸链在羧基端延长一个二碳单位，同时消耗，同时消耗2 2分子还原剂分子还原剂NADPHNADPH。 从乙酰从乙酰CoACoA的穿梭、丙二酸单酰的穿梭、

49、丙二酸单酰CoACoA的生成，的生成，到脂肪酸链的形成，需要消耗化学能到脂肪酸链的形成，需要消耗化学能ATPATP及及还原剂还原剂NADPHNADPH。 整个合成的碳源来自乙酰整个合成的碳源来自乙酰CoACoA，尽管尽管COCO2 2参参与了合成，但没有被消耗，其作用是乙酰与了合成，但没有被消耗，其作用是乙酰CoACoA通过羧化将通过羧化将ATPATP的能量贮存在丙二酸单的能量贮存在丙二酸单酰酰CoACoA中，从而在缩合反应中通过脱羧放能中，从而在缩合反应中通过脱羧放能而使反应向正方向即合成的方向进行，这而使反应向正方向即合成的方向进行，这要比两分子的乙酰要比两分子的乙酰CoACoA进行的缩合

50、反应更易进行的缩合反应更易进行。进行。 2. 2. 脂肪酸从头合成的化学计量脂肪酸从头合成的化学计量2. 2. 脂肪酸从头合成的化学计量脂肪酸从头合成的化学计量 由此可见，由脂肪酸合酶系统形成由此可见，由脂肪酸合酶系统形成1 1分子软分子软脂酸需要消耗脂酸需要消耗1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA、7 7分子丙二酸单分子丙二酸单酰酰CoACoA以及以及1414分子还原辅酶分子还原辅酶，同时释放出，同时释放出7 7分分子子COCO2 2。1.1.延长发生的部位延长发生的部位(二) 脂肪酸碳链的延长内质网内质网动物体线粒体动物体线粒体植物体叶绿体或前质体植物体叶绿体或前质体2. 2. 延长过程延长

51、过程该过程是以脂酰该过程是以脂酰CoA（不是脂肪酸）作为不是脂肪酸）作为起点起点(引物引物)，通过与从头合成相似的步骤，即，通过与从头合成相似的步骤，即缩合缩合还原还原脱水脱水再还原，逐步在羧基端再还原，逐步在羧基端增加二碳单位。增加二碳单位。 至于延长的具体方式，在细胞的不同部位至于延长的具体方式，在细胞的不同部位都不相同。都不相同。线粒体中的延长过程：相当于脂肪酸线粒体中的延长过程：相当于脂肪酸 -氧氧化过程的逆转，只是第二次还原反应由还原化过程的逆转，只是第二次还原反应由还原酶而不是脱氢酶催化，电子载体为酶而不是脱氢酶催化，电子载体为NADPH而而不是不是FADH2；内质网上的延长过程：

52、与从头合成过程内质网上的延长过程：与从头合成过程相似，只是脂酰基的载体为相似，只是脂酰基的载体为CoA而不是而不是ACP。2. 2. 脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程1) 1) 动物体中脂肪酸链的延长动物体中脂肪酸链的延长植物的脂肪酸延长系统有两个植物的脂肪酸延长系统有两个 叶绿体或前质体中的只负责将软脂酸转叶绿体或前质体中的只负责将软脂酸转变为硬脂酸（变为硬脂酸（18:0），这一过程类似于从头），这一过程类似于从头合成途径；合成途径；碳链的进一步延长则由内质网上的延长碳链的进一步延长则由内质网上的延长系统完成。系统完成。 2. 2. 脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程(2)(2

53、)植物体中脂肪酸链的延长植物体中脂肪酸链的延长细胞内进行细胞内进行部位部位动动 物物植植 物物线粒体线粒体叶绿体、前质体叶绿体、前质体ACPACP内质网内质网电子供体电子供体脂酰基的载体脂酰基的载体二碳单位的供体二碳单位的供体内质网内质网NADPHNADPH丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA不不明明确确NADHNADHNADPHNADPHCoACoA乙酰乙酰CoACoA 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoACoACoANADPHNADPH2. 2. 脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程在生物体内存在大量的各种不饱和脂肪在生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸 ， 如 棕 榈 油 酸 （酸 ， 如 棕

54、 榈 油 酸 （ 1 6 : 11 6 : 1 D D9 9） 、） 、 油 酸油 酸（18:118:1D D9 9）、）、亚油酸（亚油酸（18:218:2D D9,129,12）、）、亚麻亚麻酸（酸（18:318:3D D9,12,159,12,15）等，它们都是由饱和脂等，它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。肪酸经去饱和作用而形成的。去饱和作用有需氧和厌氧两条途径，前去饱和作用有需氧和厌氧两条途径，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厌者主要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。氧微生物中。(三) 脂肪酸碳链的去饱和1. 需氧途径该途径由去饱和酶系催化，需要该途径由去饱和酶系催化

55、，需要O O2 2和和NADPHNADPH的共同参与。的共同参与。去饱和酶系由去饱和酶（去饱和酶系由去饱和酶（desaturasedesaturase）及一系列的电子及一系列的电子传递体组成。在该途径中，一分子氧接受来自去饱和酶的两传递体组成。在该途径中，一分子氧接受来自去饱和酶的两对电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从对电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从NADPHNADPH获得，另一对则是从脂酰基获得，结果获得，另一对则是从脂酰基获得，结果NADPHNADPH被氧化成被氧化成NADPNADP+ +，脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的9 9、1010位碳原子上，生成单不饱和脂肪酸（如棕榈位碳原子上，生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸）。接下来，对于动物，尤其是哺油酸、油酸）。接下来，对于动物，尤其是哺乳动物，从该双键向脂酸的羧基端继续去饱和乳动物，从该双键向脂酸的羧基端