第九章 脂代谢 (Lipid Metabolism)

主要内容：

脂肪的分解代谢和合成代谢

主讲老师：华南师范大学生命科学学院 陈文利

第一节 概述

一、脂类的一般概念脂类分类重要功能

二、脂肪的消化和吸收

第二节 脂肪的分解代谢

一、体内甘油三酯的分解

脂肪，又称甘油三酯（ triglyceride）。

甘油三酯的水解

甘油三酯脂肪酶

甘油＋ R1COOH＋ R2COOH＋R3COOH

组织中有三种脂肪酶 ： 脂肪酶

甘油二酯脂肪酶

甘油单酯脂肪酶

在 mt中：

磷酸甘油 FAD脱 H CoQ

呼吸链 氧化磷酸化

三、脂肪酸的分解代谢1、脂肪酸的转运（ 1）组织间的转运（ 2）进入线粒体的转运脂肪酸的活化转运机制

脂肪酸进行氧化前必须活化，脂肪酸的活化在胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的酶系存在于mt的基质内 ,因此活化的脂酰 CoA必须进入mt内才能代谢。

二、脂肪的分解代谢

（一）甘油的分解代谢

（二）脂酸的分解代谢

基本上是糖的分解代谢

1． β-氧化

2．不饱和脂酸的氧化

3．奇数碳原子脂酸的氧化

4．脂酸的其他氧化途径

1． β-氧化

1904年德国化学家 Knoop发现

β-氧化途径的要点

细胞质中进行

A. 脂酸的活化

B. 脂酰 CoA的转运

从细胞质转运到线粒体中rate-limiting step for oxidation of FAs

2、饱和脂肪酸的 β－氧化（在 mt和乙醛酸体中进行）

β－氧化： FA活化生成脂酰 CoA进入线粒体基质 后，在脂酰基的 β碳原子上依次进 行脱氢， 加水，再脱氢，硫解， 四步反应，生成一分子乙酰 CoA和 脂酰 CoA（比原来少 2个 C ）的过程。

脂肪的降解

（ 1 ） β－氧化的发现

（ 2 ） β－氧化的步骤P240-241

（ 3 ） β－氧化过程中能量的变化

（ 3 ） β－氧化过程中能量的变化若是 1个 16个 C的饱和脂肪酸（软脂酸、棕榈酸） 7轮的 β－氧化，生成 8分子的乙酰 CoA。

脂肪酸彻底氧化成 CO2和 H2O放出大量 ATP需经过a、 β－氧化 .b、 TCA循环 .c、呼吸链及氧化磷酸化。

（ 4）奇数碳脂肪酸的氧化P242

C. 脂酸的 β-氧化途径

脂酰基的氧化

加水

脱氢

硫解

脂酸 β-氧化所产生的能量

脂肪酸活化： -2ATP

一轮 β- 氧化： 1FADH2 ， 1NADH ， 1乙酰 CoA

(2ATP) (3ATP) (TCAcycle: 12ATP)

棕榈酸（ i.e. 软脂酸 C15H31COOH）彻底氧化产生？ ATP

3、不饱和脂肪酸的氧化（ 1）单不饱和脂肪酸的氧化

（ 2）多不饱和脂肪酸的氧化

2．不饱和脂酸的氧化

3．奇数碳原子脂酸的氧化

奇数 FA n CH3COSCoA

CH3CH2COSCoA

β-OX

甲基丙二酸单酰途径

4、脂肪酸的 ω-氧化和 α-氧化途径ω-氧化 把ω-的 C氧化成羧基，生成二羧基的 HOOC—（ CH2） n—CH2—CH2—COOH （ α，ω二羧酸）机体内存在少量的十二碳以下的脂肪酸，通过ω-氧化途径进行氧化降解，ω-氧化在脂肪酸分解代谢中并不占主要地位。α-氧化 植物种子和植物叶子组织 ，在脑和肝细胞中有发现。

脂肪的降解

脂酸的其他氧化途径

α-氧化：

存在：首先在植物中观察到，但在动物组织，特别是脑组织中也

存在 α-氧化。

R－ COOH ＋ CO2RCH2COOH

αRCH－ COOH

α

OH

叶绿素

例 :

叶绿醇 植烷酸（带甲基的支链 FA） 降植烷酸水解 氧化 α-OX

要点

意义：带甲基的支链 FA、奇数 FA或过分长的长链 FA

ω-氧化 : CH3(CH2)9COOH

HOH2C(CH2)9COOH

2

1+ O2

OHC(CH2)9COOH

- 2H

- H2O， - 2H

HOOC(CH2)9COOH

ω

脂肪

甘油 :

脂酸 :

按糖分解代谢 进行

有不同的代谢途径（其中最重要的是 β-OX）

产生大量 CH3COSCoA

乙酰 CoA的去路

彻底氧化

合成固醇

合成酮体

合成脂酸

乙酰乙酸（ acetoacetate）

四、 酮体 (Ketone bodies)的代谢

β-羟丁酸（ β-hydroxybatyrate）丙酮 (acetone）

三者统称为酮体

（三）酮体的生成和利用

1. 酮体的生成

乙酰乙酸

β-羟丁酸

丙酮

H3C CH2C C

O O

SCoA

H3C C

O

SCoA

HSCoA

H2C C

H2C C

OH O

SCoA

CH3

C

O

O

H3C C

O

SCoA + H3C C

O

SCoA

HSCoA

O CH2C C

O O

CH3 H3C C

O

SCoA+

acetyl-CoA acetyl-CoA

acetoacetyl-CoA

acetyl-CoA

HMG-CoA

acetoacetate acetyl-CoA

Thiolase

HMG-CoA Synthase

HMG-CoA Lyase

2．酮体的利用

第三节 脂肪的合成代谢 （ lipid synthesis）

一、磷酸甘油的生物合成 H2C—OH H2C—OH EMP ∣ 途径 NADH+H+ NAD+ ∣

葡萄糖 C=O HO—CH ∣ ∣ 磷酸甘油脱氢酶 H2C—O—Pi H2C—O—Pi

CH2OH H2C-OH ∣ ∣ 甘油激酶OH—CH OH—CH ∣ ATP ADP ∣ H2C—OH H2C—O—Pi

乙酰 CoA 棕榈酸（从头合成途径，胞浆）

2C单位

饱和脂酸 :

已合成的 FA

（ C12～ C16FA）

碳链的延长（线粒体、内质网等）

2C单位

一 .脂肪酸的生物合成 (Fatty acid synthesis)

1．胞浆中饱和脂酸的生物合成（丙二酸单酰 CoA途径）

棕榈酸中碳原子的来源：

CH3CH2(CH2CH2)6CH2COOH

乙酰 CoA 丙二酸单酰 CoA

起始物（引物）

1、饱和脂肪酸的合成 定位：细胞质

（ 1）乙酰 CoA的转运

乙酰 CoA主要来自葡萄糖。 细胞内的乙酰 COA全部在线粒体内产生，而合成脂肪酸的酶系存在于胞液。

柠檬酸将乙酰 CoA从mt运到胞液

实验证明，乙酰 CoA不能自由透过线粒体内膜，主要通过柠檬酸丙酮酸循环（ citrate pyruvate cycle）完成。 (P245)

（ 2）丙二酸单酰 CoA(malonyl-CoA)的形成

软脂酸需要 一个以乙酰 CoA形式参与反应8个乙酰 CoA 七个以丙二酰 CoA形式参与反应

乙酰 CoA羧化酶（ acetyl CoA carboxylase） : 这是一种别构酶受别构调节和共价调节

（ 3）乙酰 ACP和丙二酸单酰 ACP 的合成 P246

脂肪合成酶系统有 7种蛋白质组成，以没有酶活性的酰基载体蛋白为中心，组成一簇。酰基载体蛋白（ acyl carrier protein,简称 ACP）

ACP的磷酸泛酰巯基乙胺（ 4-phospho pantetheine）在脂肪酸合成的作用与辅酶 A在脂肪酸氧化中的作用相似。

①缩合②第一次还原③脱水④第二次还原每合成 1mol软脂酸 -ACP需循环 7次

总反应 :8乙酰 -S-CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP 软脂酸+ 8HSCOA + 14NADP+ + 7ADP + 7Pi +6H2O

（ 4）合成步骤

（ 5）脂肪酸的延长多数生物的脂肪酸合成步骤仅限于形成软脂酸，原因： ①对链长有专一性的是 β-酮脂酰 -ACP合成酶 ,它接受 14碳酰基的活动力很强 ,但不能接受 16碳酰基。 ②软脂酰 CoA对脂肪酸合成有反馈抑制作用。

脂肪酸合成酶系合成软脂酸后，

可由两个酶系进行延长：

⑴ mt内的脂肪酸延长酶系：

以乙酰 CoA作二碳单位的供体延长途径

⑵ 微粒体延长酶系：

利用丙二酸单酰 CoA作二碳单位的供体。

其中间过程与脂肪酸的合成相似

一般都是先合成饱和的脂肪酸转变成为不饱和的脂肪酸。

从头合成的酰基载体： ACP-SH还原剂：NADPH 能量： ATPCO2的作用：催化作用，让反应向右进行产物： 16个 C的软脂酸

比较项目 从头合成 β-氧化

⒈ 原料 产物 乙酰 COA 软脂酸⒉化学性质 缩合还原 氧化裂解⒊进行部位 细胞质 线粒体 ,乙醛酸体 （植）⒋ 酶系统 7 种酶蛋白 5种酶 不一样 组成复合物⒌酰基载体 ACP-SH COA-SH

饱和脂肪酸从头合成与 β-氧化的比较

脂肪的降解

比较项目 从头合成 β-氧化

⒍ 电子的 NADPH + H+ FAD、 NAD+ 供体或受体 （供体） （受体）

(还原剂 \氧化剂）⒎提供或产生的C2 单位的形式 丙二酸单酰 COA 乙酰 COA ⒏CO2 的需求 需 不需⒐ 能量需求 消耗 ATP 产生 ATP（ ATP的消耗与产生）

饱和脂肪酸从头合成与 β-氧化的比较

返回脂肪的降解

（二）脂肪酸的延长和去饱和化 P201

脂肪酸合成酶系合成软脂酸后， 可由两个酶系进行延长：

⑴ mt内的脂肪酸延长酶系： 以乙酰 CoA作二碳单位的供体延长途径

⑵ 微粒体延长酶系： 利用丙二酸单酰 CoA作二碳单位的供体。 其中间过程与脂肪酸的合成相似

三 . 脂肪的生物合成

三酰甘油 是由 3-磷酸甘油和脂酰 CoA缩合而成 见 P201

返回

（一）脂酸的生物合成

乙酰 CoA 棕榈酸（从头合成途径，胞浆）

2C单位

饱和脂酸 :

已合成的 FA

（ C12～ C16FA）

碳链的延长（线粒体、内质网等）

2C单位

1．胞浆中饱和脂酸的生物合成（丙二酸单酰 CoA途径）

棕榈酸中碳原子的来源：

CH3CH2(CH2CH2)6CH2COOH

乙酰 CoA 丙二酸单酰 CoA

起始物（引物）

（ 1）乙酰 CoA的转运

柠檬酸－丙酮酸循环

（ 2）丙二酸单酰 CoA的形成

CH3COSCoA £«HCO3- ATP

ÒÒõ£CoAôÈ»¯Ã¸

ÉúÎï ËØ¡¢Mn2+£« HOOCCH2COSCoA ADP Pi£« £«

±û¶þõ£CoA

（ 3）由丙二酸单酰 CoA合成饱和脂酸

总反应式 :

CH3CO～ SCoA+7HOOCCH2CO～ SCoA+14NADP+14H+

→ CH3(CH2)14COOH+7CO2+8CoASH

脂肪酸合酶复合物（ fatty acid synthase complex）

6种酶， 1种蛋白质

CoA的磷酸泛酰巯基乙胺基

ACP的磷酸泛酰巯基乙胺基

1. AT:乙酰 CoA－ ACP转酰基酶

2. KS： β-酮脂酰－ ACP合酶

3. MT：丙二酰 CoA－ ACP转酰基酶

4. KR： β-酮脂酰－ ACP还原酶

5. HD： β-羟脂酰－ ACP脱水酶

6. ER：烯脂酰－ ACP还原酶

ACP—SH ： ACP磷酸泛酰巯基乙胺上的－ SH（中央巯基）

Cys－ SH： β-酮脂酰－ ACP合酶上半胱氨酸的－ SH（外围巯基）

脂肪酸的合成：

启动、装载（丙二酸单酰基的转移）、缩合、还原、脱水、还原

S C

O

CH2ACP CH2 CH3

E SH

SHACP

E S COCH3S COCH3ACP

E SH

SACP

E S COCH3

COCH2COOH

S C

O

CH2ACP C CH3

E SHO

S C

O

CH2ACP CH

E SHOH

CH3

S C

O

CHACP CH

E SH

CH3

SHACP

E SH

转酰基酶

CO2

β-酮脂酰 -ACP合酶3

CoASH

HOOCCH2CO-SCoA

丙二酰 CoA-ACP转酰基酶

2

1b

β-酮脂酰 -ACP还

原酶NADP+

NADPH+H+

4

5HO H

β-羟脂酰

-

ACP脱水酶

NADP+

NADPH+H+

烯脂酰 -ACP还原酶

6加氢

启动脱水

加氢

装载

缩合

HSCoA乙酰 CoA-ACP转酰基酶CH3COSCoA

1a

经 7轮 cycle合成了棕榈酰 -S-ACP

CH3(CH2)14CO-S-ACP 硫酯酶 CH3（ CH2） 14COOH+ACP-SH

硫解酶 CH3(CH2)14COSCoA+ACP-SH

+H 2O

+ CoA

脂肪酸合成的调节

（ 1）乙酰 CoA+OAA→Cit→胞浆

FA合成的第一个关键反应

（ 2）丙二酸单酰 CoA的形成（乙酰 CoA羧化酶催化）

FA合成的第二个关键反应 ，是 FA合成的限速反应。

乙酰 CoA羧化酶的别构调节和激素调节

CH3COSCoA £«HCO3- ATP

ÒÒõ£CoAôÈ»¯Ã¸

ÉúÎï ËØ¡¢Mn2+£« HOOCCH2COSCoA ADP Pi£« £«

±û¶þõ£CoA

乙酰CoA羧化酶： 单体(无活性)

多聚体(有活性)

柠檬酸、异柠檬酸

长链脂酰CoA

ÒÒõ£CoAôÈ»¯Ã¸

ÒÒõ£CoAôÈ»¯Ã¸ P

ATP

ADP

蛋白激酶H2O

Pi

蛋白磷酸酶 胰高血糖素胰岛素(+) (+)

（无活性）

（有活性）

真核生物 :

（ 3） FA的合成需要 NADPH， NADPH主要来自糖

代

谢的戊糖磷酸途径

内质网酶系延长脂酸途径：

可延长饱和 FA，也可延长不饱和 FA。

引物：脂酰 CoA

2C单位：来自丙二酸单酰 CoA

载体： CoA

（二）甘油磷酸的合成

（三）脂肪的合成