生物化学 脂类与脂代谢

第七章脂类与脂类代谢生物化学脂类与脂代谢本章内容脂类甘油三酯的分解代谢脂肪的生物合成磷脂的代谢胆固醇的代谢生物化学脂类与脂代谢

脂类（lipid）亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。

脂类的元素组成主要是C、H、O,有些尚含N、

S、P。一、定义:第一节脂类参见P124生物化学脂类与脂代谢构成脂类的脂肪酸：参见表5-1生物化学脂类与脂代谢硬脂酸18∶0（脂）油酸18∶1（油）生物化学脂类与脂代谢I按化学组成分类单纯脂类复合脂类衍生脂类二、脂类的分类生物化学脂类与脂代谢单纯脂类

由脂肪酸和醇类所形成的酯

脂酰甘油酯（最丰富的为甘油三酯<三酰甘油>)

蜡（含14-36个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30个碳原子的一元醇所形成的酯）参见P124生物化学脂类与脂代谢单纯脂类的衍生物：除了含有脂肪酸和醇外，还含有非脂分子的成分，包括：复合脂类

磷脂（磷酸和含氮碱）糖脂（糖）硫脂（硫酸）参见P124生物化学脂类与脂代谢

由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。萜类：天然色素、香精油、天然橡胶固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素）其他脂类：维生素A、D、E、K等。衍生脂类生物化学脂类与脂代谢可皂化脂类：一类能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。不可皂化脂类：不能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。

主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类。II按能否被碱水解分类生物化学脂类与脂代谢甘油三酯的分子结构三、重要脂类的结构生物化学脂类与脂代谢1.甘油三酯n、m、k可以相同，也可以不全相同甚至完全不同，其中n多是不饱和的。生物化学脂类与脂代谢X=胆碱、乙醇胺、丝氨酸、甘油2.甘油磷脂X=H磷脂酸（PA）参见表5-2生物化学脂类与脂代谢

分类含量

分布

生理功能脂肪

甘油三酯（贮脂）95﹪，（随机体营养状况而变动）脂肪组织、皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、肾脏周围（脂库）、血浆1.储脂供能2.提供必需脂肪酸3.促进脂溶性维生素吸收4.热垫作用5.保护垫作用6.构成血浆脂蛋白类脂糖酯、胆固醇及其酯、磷脂(组织脂）5﹪（含量相当稳定）动物所有细胞的生物膜、神经、血浆1.维持生物膜的结构和功能2.胆固醇可转变成类固醇激素、维生素、胆汁酸等3.构成血浆脂蛋白四、脂类的分布与生理功能生物化学脂类与脂代谢脂肪（甘油三酯，TG）脂类类脂磷酸甘油酯（PL）鞘磷脂脑苷脂神经节苷脂磷脂糖脂胆固醇（Ch）及其酯（ChE）生物化学脂类与脂代谢第二节甘油三酯的分解代谢参见P263生物化学脂类与脂代谢一、脂肪的酶促水解脂肪脂肪酶甘油+脂肪酸CH2OHHCOHCH2OHCH2OHR2-C-O-CHCH2OHO=--H2OR1COOH二酰甘油脂肪酶H2OR2COOH单酰甘油脂肪酶----CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2-O-C-R3O=O=O=

H2OR3COOH三酰甘油脂肪酶O=O=---CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2OH限速酶生物化学脂类与脂代谢二、甘油的氧化分解与转化

思考：1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量（形成ATP?)22

动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.生物化学脂类与脂代谢β-氧化作用α-氧化作用饱和脂肪酸的氧化分解三脂肪酸的氧化分解

不饱和脂肪酸的氧化分解奇数C原子脂肪酸的氧化分解生物化学脂类与脂代谢

概念脂肪酸的β-氧化作用能量计算(一)饱和脂肪酸的β-氧化作用生物化学脂类与脂代谢饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，碳链在α位C原子与β位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为β-氧化.R1CH2CH2CH2CH2

CH2COOH1.概念生物化学脂类与脂代谢2.脂肪酸的β-氧化作用（1）脂肪酸的活化

脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。在脂酰CoA合成酶(硫激酶)

催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：脂酰CoA合成酶R-COOHAMP+PPiHSCoA+ATPR-CO～SCoA生物化学脂类与脂代谢在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱,carnitine）来携带脂酰基。（2）脂酰CoA转运入线粒体HOOC-CH2-CH-CH2-N+-CH3

OHCH3CH3β-羟基-γ-三甲基铵基丁酸参见P267生物化学脂类与脂代谢借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。其中，肉碱脂酰转移酶Ⅰ(carnitineacyltransferaseⅠ)是脂肪酸-氧化的关键酶。生物化学脂类与脂代谢生物化学脂类与脂代谢脂酰CoA进入线粒体的过程

胞液外膜内膜基质

*脂酰转移酶ⅠRCO~SCoA

HSCoA

肉碱RCO-肉碱

转位酶RCO-肉碱

脂酰转移酶ⅡRCO~SCoA

肉碱HSCoA

参见P267生物化学脂类与脂代谢关键酶生物化学脂类与脂代谢-氧化过程由四个连续的酶促反应组成：①脱氢②水化③再脱氢④硫解

(3)-氧化循环生物化学脂类与脂代谢①脱氢脂酰CoA脱氢酶

R-CH2-CH2-CH2-CO~SCoAFAD

FADH2R-CH2-CH=CH-CO~SCoA④硫解硫解酶

-2CCH3-CO~SCoAHSCoA②水化水化酶

H2OR-CH2-CH(OH)-CH2-CO~SCoA-氧化循环的反应过程（△2反式烯脂酰COA）L-β-羟脂酰COA③再脱氢L-β-羟脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CO-CH2-CO~SCoANADH+H+

NAD+β-酮脂酰COA生物化学脂类与脂代谢①-氧化循环过程在线粒体基质内进行；②-氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆；③需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子；④每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。脂肪酸-氧化循环的特点生物化学脂类与脂代谢生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。(4)彻底氧化：生物化学脂类与脂代谢肉碱转运载体线粒体膜脂酰CoA脱氢酶L(+)-β羟脂酰CoA脱氢酶

NAD+NADH+H+反2-烯酰CoA

水化酶H2OFADFADH2β酮脂酰CoA

硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶ATPCoASHAMPPPiH2O呼吸链1.5ATPH2O呼吸链2.5ATPTCA生物化学脂类与脂代谢1分子FADH2可生成1.5分子ATP，1分子NADH可生成2.5分子ATP，故一次-氧化循环可生成4分子ATP。1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成10分子ATP。3、脂肪酸氧化分解时的能量释放生物化学脂类与脂代谢以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为：7次-氧化分解产生4×7=28分子ATP；8分子乙酰CoA可得10×8=80分子ATP；共可得108分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP。生物化学脂类与脂代谢对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：410生物化学脂类与脂代谢3.饱和脂肪酸的α-氧化作用(自学)1.概念脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化。RCH2CH2COOHRCH2COOH+CO2参见P270生物化学脂类与脂代谢RCH2COOHO2，NADPH+H+

单加氧酶Fe2+，抗坏血酸R-CH-COOHOH-（L-α-羟脂肪酸）NAD+NADH+H+脱氢酶R-C-COOHO=（α-酮脂酸）ATP，NAD+，抗坏血酸脱羧酶RCOOH+CO2（少一个C原子）2.α-氧化的可能反应历程生物化学脂类与脂代谢

不饱和脂酸

3次β氧化

顺3-烯酰CoA顺2-烯酰CoA反2-烯酰CoA3顺-2反烯酰CoA

异构酶β氧化L(+)-β羟脂酰CoAD(-)-β羟脂酰CoAD(-)-β羟脂酰CoA

表构酶H2O(二)不饱和脂肪酸的氧化单不饱和脂肪酸的氧化如油酸(18C:1)参见P268生物化学脂类与脂代谢多不饱和脂肪酸的氧化如亚油酸(18C:2)生物化学脂类与脂代谢3D(-)L(+)生物化学脂类与脂代谢L-甲基丙二酸单酰CoA消旋酶

变位酶5-脱氧腺苷钴胺素琥珀酰CoA

奇数碳脂肪酸CH3CH2CO~CoA-氧化

丙酰CoA羧化酶（生物素）ADP+PiD-甲基丙二酸单酰CoAATP+CO2经三羧酸循环途径→丙酮酸羧化支路→糖有氧氧化途径彻底氧化分解(三)奇数碳脂肪酸的氧化参见P269生物化学脂类与脂代谢脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三种中间代谢产物，统称为酮体(ketonebodies)。四、酮体的生成及利用(自学)参见P270-272生物化学脂类与脂代谢酮体的分子结构CHCH3CHCOOHOH2D(-)-β-羟丁酸酮体生物化学脂类与脂代谢酮体主要在肝细胞线粒体中生成。酮体生成的原料为乙酰CoA。1．酮体的生成生物化学脂类与脂代谢(1)两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶(thiolase)的催化下，缩合生成一分子乙酰乙酰CoA。乙酰乙酰CoA硫解酶2×(乙酰CoA)酮体生成的反应过程生物化学脂类与脂代谢

(2)乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合，生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶是酮体生成的关键酶。HMG-CoA合酶*CoASH限速酶生物化学脂类与脂代谢(3)HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。HMG-CoA裂解酶生物化学脂类与脂代谢(4)乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下，加氢还原为-羟丁酸。β-羟丁酸脱氢酶NAD+NADH+H+生物化学脂类与脂代谢(5)乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮。CO2生物化学脂类与脂代谢CO2CoASHCoASHNAD+NADH+H+β-羟丁酸脱氢酶HMGCoA

合成酶乙酰乙酰CoA硫解酶HMGCoA

裂解酶

酮体的生成Β-羟-Β-甲基戊二酸单酰CoA合成酶生物化学脂类与脂代谢生物化学脂类与脂代谢

利用酮体的酶有两种：1.琥珀酰CoA转硫酶（主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中）2.乙酰乙酸硫激酶（主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中）。2．酮体的利用生物化学脂类与脂代谢

(1)-羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢，生成乙酰乙酸。酮体利用的基本过程β-羟丁酸脱氢酶NAD+NADH+H+生物化学脂类与脂代谢(2)乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA。琥珀酰CoA转硫酶琥珀酰CoA

琥珀酸乙酰乙酸硫激酶HSCoA+ATPAMP+PPi生物化学脂类与脂代谢(3)乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，裂解为两分子乙酰CoA。(4)生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解。乙酰乙酰CoA硫解酶HSCoA

生物化学脂类与脂代谢

心、肾、脑、骨骼肌细胞心、肾、脑细胞β羟丁酸-NAD+NADH+H

HSCoA+ATP乙酰乙酸琥珀酰CoA乙酰乙酸硫激酶琥珀酰CoA转硫酶AMP+PPi乙酰乙酰CoA琥珀酸硫解酶2×乙酰CoA三羧酸循环+

β-羟丁酸脱氢酶

生物化学脂类与脂代谢当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可净生成24分子ATP，-羟丁酸可净生成27分子ATP；而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成22分子ATP，-羟丁酸可净生成25分子ATP

。生物化学脂类与脂代谢(1)在正常情况下，酮体是肝输出能源的一种重要的形式；(2)在饥饿或疾病情况下，酮体可为心、脑等重要器官提供必要的能源。

3．酮体生成及利用的生理意义生物化学脂类与脂代谢第三节脂肪的生物合成甘油的合成脂肪酸的合成二者分别转变为3—磷酸甘油和脂酰CoA后的连接参见P272生物化学脂类与脂代谢合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成：

1．由糖代谢生成（脂肪细胞、肝）：3-磷酸甘油脱氢酶NADH+H+磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油NAD+一、3-磷酸甘油的生成生物化学脂类与脂代谢2．由脂肪分解形成的甘油甘油磷酸激酶甘油ATP3-磷酸甘油ADP生物化学脂类与脂代谢二、饱和脂肪酸的从头合成（在细胞质中）参见P272生物化学脂类与脂代谢来源线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖）脂肪酸的β-氧化氨基酸的氧化转运柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系）1.乙酰CoA（碳源）的来源及转运生物化学脂类与脂代谢线粒体基质内膜胞液HSCoA柠檬酸草酰乙酸柠檬酸合酶H2O+乙酰CoAHSCoA+ATP柠檬酸裂解酶草酰乙酸乙酰CoA+ADP+Pi

丙酮酸NADH+H+苹果酸脱氢酶苹果酸NAD+ADP+Pi丙酮酸羧化酶

ATP+CO2柠檬酸苹果酸酶NADP+NADPH+H++CO2

丙酮酸苹果酸NAD+NADH+H+苹果酸脱氢酶

乙酰CoA转运出线粒体参见P273生物化学脂类与脂代谢在关键酶乙酰CoA羧化酶的催化下，将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA。乙酰CoA羧化酶（生物素）*CH3CO~SCoAADP+PiHCO3-

+H++ATPHOOC-CH2-CO~SCoA

长链脂酰CoA-柠檬酸异柠檬酸+2．丙二酸单酰CoA的合成参见P273生物化学脂类与脂代谢脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白（acylcarrierprotein,ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体。3．脂肪酸合成循环生物化学脂类与脂代谢脂酰基载体蛋白（ACP-SH）ACP-脂酰基转移酶丙二酸单酰CoA-ACP转移酶β-酮脂酰-ACP合酶β-酮脂酰-ACP还原酶β-羟脂酰-ACP脱水酶烯脂酰-ACP还原酶硫酯酶ACPSH原核生物的脂肪酸合成酶系生物化学脂类与脂代谢

乙酰基转移反应CH3-C～SCOA=OCH3-C～SACP=OACP-SH酮脂酰-ACP合酶CH3-C～S-合酶=O

丙二酸单酰基转移反应COA-SHACP-SHACP脂酰基转移酶HOOC-CH2-C～SCOA+ACP-SHHOOC-CH2-C～SACPO=丙二酸单酰转移酶HOOC-CH2-C～SCOAO=+COA-SH4.反应历程生物化学脂类与脂代谢缩合反应CH3-C～S-合酶+=OHOOC-CH2-C～SACPO=β-酮脂酰-ACP合酶CH3-C-CH2-C～SACPO=O=+合酶-SH+CO2还原反应CH3-C-CH2-C～SACPO=O=+NADPH++

H+

β-酮脂酰-ACP还原酶CH3-CH-CH2-C～SACPO-OH=+NADP+

D-β-羟丁酰-ACP生物化学脂类与脂代谢脱水反应CH3-CH-CH2-C～SACPO-OH==-C-C==CO-CH3-HH～SACPβ-羟脂酰-ACP脱水酶+H2O（△2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）再还原反应-C==CO-CH3HH～SACPC-=-

32+NADPH+H+β-烯脂酰-ACP还原酶CH3-CH2-CH-C～SACPO=+NADP+（丁酰-ACP）丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成软脂酰-ACP。生物化学脂类与脂代谢缩合反应CH3-C～S-合酶+=OHOOC-CH2-C～SACPO=β-酮脂酰-ACP合酶CH3-C-CH2-C～SACPO=O=+合酶-SH+CO2由于缩合反应中，β-酮脂酰-ACP合酶是对链长有专一性的酶，仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性，故从头合成只能合成16C及以下饱和脂酰-ACP。软脂酰-ACP硫酯酶水解ACP+软脂酸（棕榈酸）释放H2O生物化学脂类与脂代谢8CH3-C～SCOA=O+7ATP+14NADPH++14H+CH3(

CH2)14COOH+14NADP+

+8CoASH+

7ADP

+7Pi+

6H2O

那么这个过程与糖代谢有一定关系：原料（乙酰辅酶A

）来源羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供还原力NADPH从哪来？总反应式生物化学脂类与脂代谢①合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA；②在胞液中进行，关键酶是乙酰CoA羧化酶；③合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于转运，7分子用于活化）；④需NADPH作为供氢体，对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性。脂肪酸合成的特点：生物化学脂类与脂代谢5.饱和脂肪酸的从头合成与β-氧化的比较区别要点从头合成β-氧化细胞内进行部位胞液线粒体酰基载体ACP-SHCOA-SH二碳单位参与或断裂形式丙二酸单酰ACP

乙酰COA电子供体或受体NADPH+H+FAD,NAD-羟酰基中间物的立体构型不同

D型L型对HCO3-和柠檬酸的需求需要不需要所需酶7种4种能量需求或放出消耗7ATP及14NADPH+H+产生106ATP(软脂酸)生物化学脂类与脂代谢脂酰CoA转移酶

CoAR1COCoA

脂酰CoA

转移酶

CoAR2COCoA磷脂酸磷酸酶Pi

脂酰CoA

转移酶

CoAR3COCoA三、甘油三酯的合成参见P277-278生物化学脂类与脂代谢Section4MetabolismofPhospholipids第四节磷脂的代谢

参见P279自学!生物化学脂类与脂代谢（一）甘油磷脂的基本结构：CH2-O-CO-R'R"-CO-O-CHCH2-O-PO3H-X||一、甘油磷脂的代谢生物化学脂类与脂代谢体内几种重要的甘油磷脂生物化学脂类与脂代谢1．甘油二酯合成途径：

磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成。合成过程中所需胆碱及乙醇胺以CDP-胆碱和CDP-乙醇胺的形式提供。（二）甘油磷脂的合成代谢生物化学脂类与脂代谢甘油二酯合成途径3×S-腺苷同型半胱氨酸3×S-腺苷蛋氨酸胆碱乙醇胺ATPADP磷酸胆碱胆碱激酶磷酸乙醇胺乙醇胺激酶CDP-乙醇胺转胞苷酸酶CDP-胆碱CTPPPi转胞苷酸酶

甘油二酯CMP磷酸胆碱甘油二酯转移酶磷脂酰胆碱磷酸乙醇胺甘油二酯转移酶磷脂酰乙醇胺生物化学脂类与脂代谢磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸和心磷脂通过此途径合成。合成过程所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供。

2．CDP-甘油二酯合成途径：生物化学脂类与脂代谢磷脂酸转胞苷酸酶CTPPPiCDP-甘油二酯肌醇磷脂酰肌醇合成酶CMP磷脂酰肌醇磷脂酰丝氨酸CMP丝氨酸磷脂酰丝氨酸合成酶心磷脂CMP心磷脂合成酶磷脂酰甘油CDP-甘油二酯合成途径生物化学脂类与脂代谢↓A2↓A1CH2－O－P－O－X