第九章脂类代谢的合成与分解

• 肝脏和脂肪组织是合成甘油三酯最活跃的组织。 • 高等植物细胞中油体是合成和贮存甘油三酯的重 要场所。 • 微生物含甘油三酯较少。 • 高等动植物合成甘油三酯需要两种主要前体，即 3-磷酸甘油和脂酰CoA 。
脂肪酸的活化
甘油三酯（脂肪）的合成途径
第三节 脂肪的分解代谢与转化
• 脂肪的水解
• 甘油的分解与转化
第九章 脂类物质的合成与分解
• 生物体内的脂类物质
• 脂肪的合成代谢
• 脂肪的分解代谢与转化源自• 类脂代谢• 脂类（lipids，或称脂质），是一类不溶于水而溶于非极 性溶剂的生物有机分子。
脂类按化学组成分类
• 单纯脂类（simple lipid）：由脂肪酸和醇（甘油或高级一 元醇）形成的酯，如酰基甘油、蜡； • 复合脂类（complex lipid） ：除脂肪酸与醇所组成的酯外， 还含有其他成分，如磷脂、糖脂、硫脂等； • 异戊二烯脂：不含脂肪酸，如萜类、甾醇类（固醇类）化 合物。 甘 油 FA FA FA 甘 油 FA FA Pi X
X = 胆碱、水、乙 醇胺、丝氨酸、甘 油、 肌醇等
甘油三酯
甘油磷脂
脂类物质按生物学功能分类
① 贮存脂质（storage lipid）：如脂酰甘油和蜡，是生物 体的重要能源，且能量高度集中，所占体积最小；在机 体表面的脂类还有防止机械损伤和热量散发的保护作用； ② 结构脂质（structural lipid）：主要是磷脂，构成生物 膜的骨架； ③ 活性脂质（active lipid）：包括甾醇类和萜类化合物， 是生物体内某些生理活性物质（如类固醇激素、脂溶性 维生素）的前体。
反应历程
缩合→还原 →脱水→再 还原
脱氢 →水化→再脱氢 → 硫解
5. 奇数碳脂肪酸的氧化
脂酰CoA脱氢酶对丙酰CoA不起作用 奇数碳脂肪酸 CH3CH2CO~CoA CO2 L-甲基丙二酰CoA 变位酶 消旋酶 羧化酶 （ATP、生物素）
D-甲基丙二酰CoA
5-脱氧腺苷钴胺素
琥珀酰CoA
TCA
乙酰CoA＋7 丙二酸单酰CoA＋14NADPH＋14H+ → 软脂酸＋7CO2＋8CoA-SH + 14NADP+＋6H2O
软脂酸合成的总反应：7次循环
8乙酰CoA＋14NADPH＋14H++7ATP → 软脂酸＋14NADP+＋7CO2＋7H2O＋8CoA-SH+ 7ADP + 7 Pi
小结
• 合成起始物为乙酰CoA，与丙二酸单酰CoA（3C单位） 提供的乙酰基缩合（同时释CO2），使其烃链延长2个碳原 子，经过还原-脱水-再还原的循环往复，脂肪酸的烃链不 断延长。 • 大多数生物合成终产物为软脂酸，这是由β-酮脂酰-ACP 合成酶对链长专一性所定的，该酶对C2-C14脂酰基具有催 化活性。 • 脂肪酸从头合成需要短的脂酰CoA作为引物，主要引物 为乙酰CoA；逐渐增加的二碳单位来自丙二酸单酰CoA。 • 还原剂NADPH+H+ 由柠檬酸穿梭（乙酰CoA自线粒体运 送到细胞液的过程）及磷酸戊糖途径提供。
+
(CH3)3N CH2CH CH2COOH
OH 肉碱 肉碱脂酰 转移酶
+
(CH3)3N CH2CH CH2COOH
RCO-O 脂酰肉碱
肉碱转运脂酰辅酶A 进入线粒体
此过程为脂肪酸β-氧化的限速步骤
3. -氧化途径：
• 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。
-氧化循环的反应过程
生物素在羧化反应中起固定CO2 （以HCO3-形式） 和转移羧基的作用。
3. 脂肪酸合成循环
• 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（缩合、还原、 脱水、再还原），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分子酰基载体蛋 白（acyl carrier protein, ACP）和6种酶单体所构成的多酶 复合体。
（二）饱和脂酸酸的碳链延长 和不饱和脂肪酸的生成
1. 脂肪酸碳链的延长(了解)
软脂酰 CoA 生成后，可在滑面内质网及线粒体经脂肪 酸碳链延长酶系的催化作用下，形成更长碳链的饱和脂 肪酸。
2. 不饱和脂肪酸的合成（了解）
在去饱和酶系的作用下，在已合成的饱和脂肪酸 中引入双键的过程。
三、脂肪（甘油三酯）的生物合成
三、脂肪酸的降解与转化
脂肪酸的-氧化 α-氧化 ω-氧化
（一）脂肪酸的-氧化
概念：脂肪酸在体内氧化时在羧基端的β-碳原子上进行氧化， 碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，即乙酰CoA，该过 程称作β-氧化。 组织：除脑组织外，大多数组织均可进 行，其中肝、肌肉 最活跃。
实验证据：1904年F. Knoop用苯环标记脂肪酸饲喂狗， 根据尿中产物，推导出了β-氧化学说。
常见的不饱和脂肪酸
• 哺乳类动物体内的多不饱和脂肪酸均由相应的母 体脂肪酸衍生而来。
• 哺乳类动物不能合成ω- 6及ω- 3系多不饱和脂肪 酸，因此，ω- 6及ω- 3系多不饱和脂肪酸为必需 脂肪酸（essential fatty acid）。
必需脂肪酸是指机体需要，但自身不能合成， 必须要靠食物提供的多不饱和脂肪酸。如亚油 酸（18：2），α-亚麻酸（18：3）。
β- 氧化小结
1. 脂肪酸的β-氧化主要在线粒体中进行。
2. 脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗2分子ATP。（活化在线 粒体外）
3. 除脂酰CoA合成酶外，其余所有酶都属于线粒体酶（即β-氧 化的酶系存在于线粒体）。 4. β-氧化起始于脂酰CoA，包括氧化（脱氢）、水化、氧化 （脱氢）、硫解等重要步骤。
一、磷酸甘油的生物合成
二、脂肪酸的生物合成
• 饱和脂肪酸的从头合成
• 脂肪酸碳链延长
• 去饱和生成不饱和脂肪酸
（一）饱和脂肪酸的从头合成
• 脂肪酸合成的原料：乙酰CoA（主要来自线粒体内的丙 酮酸氧化脱羧、脂肪酸β-氧化和氨基酸氧化等反应）；
• 细胞定位：细胞液中；
• 线粒体中的乙酰CoA需通过柠檬酸-丙酮酸循环（或称拧 檬酸穿梭系统）运到胞液中，才能供脂肪酸合成所需。
脂肪酸合成酶系结构模式 ①乙酰CoA-ACP脂酰基转移酶 ③丙二酸单酰CoA-ACP转移酶 ⑤β-羟脂酰ACP脱水酶 ②β-酮脂酰ACP合成酶 ④β-酮脂酰ACP还原酶 ⑥β-烯脂酰ACP还原酶
两个阶段： （1）酰基转移阶段； （2）循环阶段：缩 合、还原、脱水和再 还原。
7乙酰CoA＋7CO2＋7ATP→ 7 丙二酸单酰CoA+ 7ADP + 7Pi
2. 丙二酸单酰CoA的合成：
• 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。
反应不可逆，是合成脂肪酸的限速步骤
乙酰CoA羧化酶
大肠杆菌中，乙酰CoA羧 化酶由三个亚基组成： 生物素羧化酶（biotin carboxylase，BC） 羧基转移酶（carboxyl transferase，CT） 生物素羧基载体蛋白 （biotin carboxyl carrier protein，BCCP）
注意：消耗了一个ATP分子中的2个高能键
反应不可逆
2. 脂酰CoA进入线粒体
脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞浆中活化的长链脂 酰CoA（12C以上） 却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱 （肉毒碱，carnitine）结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。 反应由两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化。 RCO-SCoA CoA-SH
• 酶：脂肪酸合成酶系催化。
• 脂肪酸合成的直接产物：软脂酸（ 16C ）或 16C 以下的 饱和脂肪酸。
1. 乙酰CoA的转运— 从线粒体到胞液 柠檬酸 - 丙酮酸循环
①酵解 ②丙酮酸脱氢酶系 ③柠檬酸合酶 ④柠檬酸裂解酶 ⑤苹果酸脱氢酶 ⑥苹果酸酶(以NADP+为辅酶的苹果酸脱氢酶) ⑦丙酮酸羧化酶 ⑧乙酰CoA羧化酶
第一节 生物体内的脂类物质 (了解）
• • • • 脂肪酸 单纯脂类 复合脂类 异戊二烯脂
一、脂肪酸
脂肪酸（fatty acid，FA）是由一条线性长的碳氢链（疏水 尾）和一个末端羧基（亲水头）组成的羧酸。
1. 分类
脂肪酸的共性
• 1. 一般为偶数碳原子； • 2. 绝大多数不饱和脂肪酸中的双键为顺式； • 3. 不饱和脂肪酸双键位置有一定的规律性：单烯酸的双键 位置一般在第9-10 C之间；而多烯酸通常间隔3个C出现1 个双键； • 4. 动物的脂肪酸是直链的，所含双键可多达6个；细菌中 还含有支链的、羟基的和环丙基的脂肪酸；植物脂肪酸中 有含炔基、环氧基、酮基等； • 5. 脂肪酸分子的碳链越长，熔点越高；不饱和脂肪酸的熔 点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。
• 脂肪酸的降解与转化 甘油三酯的分子结构
一、脂肪的水解（了解）
• 在动物消化道内有脂肪酶，分解食物中的脂肪，在被吸收之 前约95%脂肪被水解。 • 植物的脂肪酶存在于脂体、油体及乙醛酸循环体中，油料种 子发芽时，贮藏在种子内的脂肪在脂肪酶作用下发生分解， 供幼苗生长之需。
二、甘油的分解与转化
上述反应过程中，实线为甘油的分解， 虚线为甘油的合成。
不饱和脂肪酸的命名
• 系统命名法：需标示脂肪酸的碳原子数和双键的位置。 ω编码体系：从脂肪酸的碳氢链的甲基碳起计算其碳原 子顺序。 △编码体系：从脂肪酸的羧基碳起计算碳原子的顺序。
CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH
系编码 十六碳-7-烯酸 系编码 十六碳-9-烯酸
二、单纯脂类
酰基甘油是甘油与脂肪酸所形成的酯。 甘油三酯是（triglyceride）脂类中最丰富的一类，通常 称为脂肪或中性脂。 其中不饱和脂肪酸较多时，在室温下为液态，称为油 （oil）；若饱和脂肪酸较多时，在室温下为固态，称为 脂（fat）。