第28章脂肪酸的分解代谢

第28章脂肪的分解代谢脂类lipids脂肪（甘油三酯TG）是体内储存能量的

fat

(triglyceride)

主要形式（可变脂）类脂lipoid胆固醇（cholesterol,Ch）胆固醇酯（cholesterolester,ChE）磷脂(phospholipid,PL)糖脂（glycolipid,GL）

细胞膜等结构的重要组分(基本脂)脂类：脂肪及类脂的总称，是一类不溶于水而易溶于有机溶剂，并能为机体所利用的有机化合物。脂类的分类：一、脂质的消化、吸收和传送甘油三脂的分子结构CH2-O-CO-R1CH-O-CO-R2CH2-O-CO-R3甘油三酯/三脂酰甘油triglyceride,TG/triacylglycerol,TAG甘油二酯Diglyceride,DG甘油一酯Monoglyceride,MG甘油部分可来自食物﹑脂肪分解和糖代谢。

脂肪酸部分可来自机体自身合成（饱和脂肪酸或单不饱和脂肪酸）或来自食物（特别是某些不饱和脂肪酸，如必需脂肪酸）。

甘油三脂在动物的饮食脂肪中及作为能量代谢的主要贮存形式中约占90%，脂肪完全氧化成CO2和H2O所放出的能量比蛋白质和糖类要高出2倍以上。成分kJ·g-1干重糖类脂肪蛋白质163717表食物成分含有的能量（一）脂肪的消化

脂肪的消化发生在脂质-水界面上，需要肝脏产生的胆汁盐和磷脂酰胆碱做乳化剂。脂肪的消化开始于胃（胃脂肪酶），主要消化在小肠中，由胰脏分泌的脂肪酶完成，需要催化作用辅脂肪酶。此外酯酶和磷脂酶也参与消化作用。（一）脂肪的吸收

游离脂肪酸、胆固醇和甘油-2-单酯等脂解产物经胆汁盐（胆酸、甘氨胆酸和牛磺胆酸）乳化被动扩散进入小肠上皮黏膜细胞。它们在细胞内光滑内质网内重新酯化形成含三脂酰甘油，后者和蛋白质形成乳糜微粒。进入血液，再经淋巴系统进入各个组织。小分子脂肪酸由于水溶性较高，可不经过淋巴系统而直接渗入门静脉血液中。乳糜微粒中的三脂酰甘油在脂蛋白脂肪酶作用下，水解为游离脂肪酸和甘油，游离脂肪酸可被组织吸收，甘油进入肝、肾进一步代谢。贮存在脂肪组织内的三脂酰甘油在三脂酰甘油脂肪酶作用下水解为游离脂肪酸和甘油。游离脂肪酸进入血液，和清蛋白形成复合体。甘油的氧化分解与转化CH2OH

HCOHCH2OH--

ATPADP+Pi甘油激酶CH2OH

HCOHCH2O-P--磷酸酯酶NAD+NADH+H+磷酸甘油脱氢酶CH2OH

C=OCH2O-P--异构酶磷酸丙糖CHO

CHOHCH2O-P--糖异生葡萄糖EMPCH3

C=OCOOH--乙酰COATCACO2+H2O

糖代谢与脂代谢通过磷酸二羟丙酮联系起来。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。1分子甘油彻底氧化分解产生的能量？二脂肪酸的氧化分解饱和脂肪酸的氧化分解不饱和脂肪酸的氧化分解β-氧化作用α-氧化作用ω-氧化作用单不饱和脂肪酸的氧化分解多不饱和脂肪酸的氧化分解

奇数C原子脂肪酸的氧化分解脂肪酸彻底氧化为CO2和H2O可分为三个步骤：①长链脂肪酸降解为乙酰-CoA；②乙酰-CoA

经柠檬酸循环氧化成CO2；③从还原的电子载体到线粒体的电子传递。㈠饱和脂肪酸的β-氧化作用概念脂肪酸的β-氧化作用能量计算乙醛酸循环乙醛酸循环的生物学意义乙酰COA的可能去路1.概念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

CH2COOH脂肪酸的分解发生在原核生物的细胞质及真核生物的线粒体基质中。

1904年，F.Knoop的标记实验：实验前提：已知动物体内不能降解苯环实验方案：用苯基标记的饱和脂肪酸饲喂动物

马尿酸苯乙尿酸饱和脂肪酸β-氧化的实验证据：（1）脂肪酸的活化脂肪酸首先在线粒体外或细胞质中被活化，形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。在催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：2.脂肪酸的β-氧化总反应：脂酰CoA合成酶(硫激酶)（2）脂酰CoA转运入线粒体对于动物来说，β-氧化在线粒体基质中进行，而脂肪酸第一步活化在细胞质中，10个碳原子以下的脂酰-CoA很容易穿过线粒体内膜，但10个碳原子以上的脂酰CoA不能进入线粒体，后面的步骤发生在线粒体中，所以涉及特殊的转运机制来帮助跨膜。1、载体－肉碱（carnitine）1）结构：

L-(CH2)3N+CH2CH(OH)CH2COO-L-

羟--三甲氨基丁酸2）部位:线粒体膜3）功能：运载脂酰CoA进入线粒体2、机理：脂酰肉碱转移酶Ⅰ－

FA分解限速酶（线粒体外膜）脂酰肉碱转移酶Ⅱ－同工酶（线粒体内膜）

L-

羟--三甲氨基丁酸FFACoAATPAMP+PPi脂酰CoA肉碱/脂酰肉碱肉碱移位酶脂酰肉碱转移酶I脂酰-CoACoA肉碱脂酰肉碱脂酰CoA合成酶脂酰肉碱转移酶Ⅱ肉碱脂酰肉碱脂酰肉碱脂酰-CoAβ-氧化CoA线粒体内膜线粒体外膜线粒体基质长链脂酰CoA进入线粒体的机制+细胞质(3)β-氧化的反应历程（偶数C原子）脂肪酸的活化氧化脱HPiRCH2CH2CH2COOHCOA-SH+ATPAMP+PPi脂酰COA合酶（硫激酶）RCH2CH2CH2CO～SCOA（脂酰COA）FADFADH2脂酰COA脱H酶（3种）-RCH2C=CCO～SCOAH-H（△2反式烯脂酰COA）水合氧化脱H-烯脂酰COA水合酶RCH2CH-CH2CO～SCOAOH（L-β-羟脂酰COA）NAD+NADH+H+L-β-羟脂酰COA脱H酶RCH2C-CH2CO～SCOAO=（β-酮脂酰COA）RCH2C-CH2CO～SCOAO=COASH酮脂酰硫解酶（3种）O=RCH2-C～SCOA+CH3-C～SCOAO=（少2个C的脂酰COA）

以16C的脂肪酸（软脂酸）为例，经过7次循环，产生7个NADH，7个FADH2，8分子乙酰COA。

NADH和FADH2进入呼吸链

NADH3(2.5ATP)FADH22(1.5ATP)硫解断裂β-氧化的反应历程小结RCH2CH2COOHRCH2CH2CO～SCOA（脂酰COA）-

RC=CCO～SCOA（△2反式烯脂酰COA）-

RCH-CH2CO～SCOAOH（L-β-羟脂酰COA）

RC-CH2CO～SCOAO=（β-酮脂酰COA）R-C～SCOA+CH3-C～SCOAO=O=继续β-氧化脂酰COA脱H酶（3种）中长链脂酰COA脱H酶缺陷症牙买加呕吐病：一种浆果内含降糖氨基酸，其代谢物抑制该酶HH-3.能量计算

以16C的软脂酸为例8乙酰COA彻底氧化TCA10ATP10×8=80ATP7FADH21.5×7=10.5ATP7NADH+7H+2.5×7=17.5ATP108(131)ATP第一步消耗了2个高能磷酸键，所以应为108-2=106,129个高能磷酸键。当软脂酸氧化时，自由能变化为-2340千卡／摩尔，ATP水解生成ADP+Pi时，自由能变化为-7.30千卡／摩尔。7.3×1062340×100%≈33%(40%)所以软脂酸在β-氧化时能量转化率,约为33%（40%）乙酰COA的可能去路TCACO2+H2O+能量乙醛酸循环糖异生糖脂肪酸、固醇等合成的原料在动物肝、肾脏中有可能产生乙酰乙酸、D--羟丁酸和丙酮（酮体）。在动物肌肉中乙酰COA可以进入TCA。在动物肝、肾的线粒体内乙酰COA进入酮体的合成：乙酰-COACOA-SH硫解酶HMGCOA合酶乙酰-COA+H2OCOA-SHHMGCOA裂解酶乙酰-COA乙酰乙酸D--羟丁酸丙酮D--羟丁酸脱氢酶NADH+H+NAD+CO2在严重饥饿或胰岛素水平过低时，草酰乙酸缺少，则乙酰-COA水平升高——丙酮中毒；酸中毒自动一般情况：乙酰乙酸在肌肉线粒体中的分解

-酮酯酰COA转移酶-氧化TCA++㈡饱和脂肪酸的α-氧化作用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+CO22.α-氧化的可能反应历程

RCH2COOHO2，NADPH+H+

单加氧酶（α-羟化酶），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）书中植烷酸的例子哺乳动物将绿色蔬菜的叶绿醇氧化为植烷酸α-氧化降植烷酸

氧化植烷酸的代谢

RCH2CH2COOHH2O2（α-氢过氧脂肪酸）-RCH2-CH-

COOHOOH

RCH2CH2COOHRCH2-C-

HO=CO2RCH2COOH脂肪过氧化物酶NAD+NADH+H+醛脱氢酶（少一个C的脂肪醛）（少一个C的脂肪酸）

α-氧化对于降解支链脂肪酸、奇数脂肪酸或过分长链脂肪酸有重要作用。㈢饱和脂肪酸的ω-氧化作用

（12C以下的脂肪酸）在动物体内，12碳以上的脂肪酸是通过β-氧化进行分解作用；存在的少量的少于12碳的脂肪酸可在微粒体中经ω-氧化作用分解，其在脂肪酸分解代谢中不占主要地位。1.概念脂肪酸在酶催化下，其ω碳（末端甲基C）原子发生氧化，先生成ω-羟脂酸，继而氧化成α,ω-二羧酸的反应过程，称为ω-氧化。2.反应历程（12C以下）

CH3(CH2)nCOOHNADPH+H+NADP+混合功能氧化酶HOCH2(CH2)nCOOHNAD(P)+NAD(P)H+H+醇酸脱氢酶OHC(CH2)nCOOHNAD(P)+NAD(P)H+H+醛酸脱氢酶HOOC(CH2)nCOOHNADPH+H+NADP+混合功能氧化酶从脂肪酸两端进行β-氧化（海洋中浮游细菌降解海面浮油）ω-氧化加速了脂肪酸的降解速度。㈣不饱和脂肪酸的氧化分解1.单不饱和脂肪酸的氧化（单个双键，油酸）△3-顺-十二烯脂酰COAHCH3(CH2)7C=CCH2(CH2)6C-SCOA-H

O油酰COA(18:1,△9)

-=3次β-氧化3CH3-C～SCOAO=321-

OCH3(CH2)7C=CCH2C-SCOAHH-△3顺-△2反烯脂酰COA

异构酶（β-氧化中无）=-

OCH3(CH2)7CH2C=C-C-SCOAHH-=321△2-反-十二烯脂酰COA烯脂酰COA水合酶

OCH3(CH2)7CH2C-CH2-C-SCOAH-=OH-5次β-氧化6CH3-C-SCOA

O=能量计算？9乙酰-CoA、8NADH+8H+、7FADH29×10ATP+8×2.5ATP+7×1.5ATP=130.5ATP多不饱和脂肪酸的氧化

≥2个双键，亚油酸（18：2，△9,12）HCH3(CH2)4C=C-CH2-C=CCH2(CH2)6C-SCOA-H-=3次β-氧化3CH3-C～SCOAO=-

CH3(CH2)4C=C-CH2-C=CCH2C-SCOAHH-=HH--OH-H-O

9-cis,

12-cis

3-cis,

6-cis烯脂酰COA

异构酶-

CH3(CH2)4C=C-CH2-C=CCH2C-SCOAHH-=H-OH-

2-trans,

6-cis1次β-氧化-

CH3(CH2)4C=C-CH2-CH2C-SCOAHH-=O-cis4-

CH3(CH2)4C=C-C=C-C-SCOAHH-=H-OH-脂酰COA脱H酶

2-trans,

4-cis-

CH3(CH2)4-CH2-C=C-CH2C-SCOA=H-H-O2,4-烯脂酰-COA

还原酶

3-trans烯脂酰COA

异构酶-

CH3(CH2)4CH2-CH2-C=C-C-SCOA=H-OH-

2-trans4次β-氧化5乙酰-CoA丙酸代谢的一条途径丙酰COA羧化酶甲基丙二酰COA消旋酶

HOCCHC~SCoAO=CH3O=D-甲基丙二酰-CoA

HOCCHC~SCoAO=CH3O=维生素B12甲基丙二酰COA变位酶柠檬酸循环（五）奇数C原子的脂肪酸氧化生成丙酰-COA丙酸的氧化生物素L-甲基丙二酰-CoA丙酸代谢的-羟丙酸支路途径脂酰COA脱H酶FADFADH2烯脂酰COA水合酶H2O水解酶H2OHSCOA脱氢酶NAD+NADH+H+脱氢酶NADP++CO2+NADPH+H+HSCOATCA丙酸的来源反刍动物胃中碳水化合物经细菌发酵产生大量丙酸某些含有支链氨基酸降解（如ValIle）产生丙酸脂肪酸的降解

所以丙酸代谢非常重要四、酮体的生成和利用酮体（ketonebodies）：脂肪酸在肝脏中分解氧化时生成的乙酰-CoA在酶的催化下转变成的三种中间代谢物的总称。包括乙酰乙酸﹑β–羟丁酸和丙酮。肝外组织（如心肌﹑骨骼肌）：β–氧化→乙酰CoA→TCA→CO2＋H2O肝组织：β–氧化→乙酰CoA→酮体酮体生成及利用的特点：肝内生酮肝外用。酮体的生成

场所：肝细胞线粒体

原料：乙酰CoA

反应：3分子乙酰CoA缩合裂解出酮体三物质

过程：右图

限速酶：HMGCoA合成酶生成的酮体迅速透过肝线粒体膜入血，输送到肝外组织进一步氧化分解。2.酮体的利用（1）琥珀酰CoA转硫酶（心﹑肾﹑脑﹑骨骼肌线粒体）（2）乙酰乙酰CoA硫解酶（心﹑肾﹑脑﹑骨骼肌线粒体）CH3COCH2CO～SCoA2CH3CO～SCoA

乙酰乙酰CoA硫解酶CoASH（3）乙酰乙酰硫激酶（肾﹑心﹑脑线粒体）CH3COCH2COOH＋CoASH＋ATPCH3COCH2CO～SCoA＋AMP＋PPi乙酰乙酰硫激酶β–羟丁酸的氧化：β–羟丁酸乙酰乙酸→进一步氧化丙酮的氧化：丙酮→→→丙酮酸／乳酸→→→葡萄糖β–羟丁酸脱氢酶3.酮体生成的生理意义：

（１）肝脏向肝外组织提供的第二能源（２）饥饿，低糖时代替葡萄糖供能（３）防止肌肉蛋白的过多消耗正常人体血液酮体：０.03～0.5mmol/L

血中酮体＞0.5mmol/L——酮血症（ketonemia）

酮症酸中毒(ketoacidosis)

尿中出现酮体——酮尿症(ketonuria)

☆酮症酸中毒是临床上较常见的酸中毒，严重时可危及生命。4.酮体生成的调节（1）饱食和饥饿的影响

饱食→胰岛素↑→脂肪动员↓→酮体生成↓饥饿→胰高血糖素↑→脂肪动员↑→酮体生成↑（2）肝细胞糖原含量及代谢的影响

肝糖原丰富，糖代谢旺盛FFA→TG﹑PL酮体生成↓肝糖原不足，糖代谢减弱FFA→β–

氧化酮体生成↑（3）丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体