生物化学 第四章 脂类代谢

一、脂质的消化 （一）单胃动物的消化与吸收 1、口腔消化：幼龄动物的唾液脂肪酶，对乳脂有较好的消化作 用，但此酶随年龄增加分泌减少，成年动物没有此酶。 2、胃中消化：食肉动物胃中有脂肪酶，但对饲料中脂肪消化作 用很弱，猪胃中也由此酶，仅对短、中链脂肪酸组成的脂肪有 一定的消化作用。 3、小肠消化：脂类消化的主要场所是在小肠中： （1）胰液中有多种水解脂类的酶： 胰脂肪酶：甘油三酯甘油二酯 + 甘油一酯+游离脂肪酸+甘 油 磷脂酶：磷脂甘油磷酸+脂肪酸
（一）酮体的生成
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、两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，缩合生成一分子乙 酰乙酰CoA。
(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。
(3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。
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：
（2）脂肪酸β -氧化过程中生成的乙酰CoA是一种十分重要的中间化合物 乙酰辅酶A是人体内重要的化学物质。首先，丙酮酸氧化脱羧，脂酸 的β -氧化的产物。同时，它是脂酸合成，胆固醇合成和酮体生成的碳来 源。三大营养物质的彻底氧化殊途同归，都会生成乙酰辅酶A以进入三羧 酸循环。 乙酰辅酶A是能源物质代谢的重要中间代谢产物，在体内能源物质代 谢中是一个枢纽性的物质。糖、脂肪、蛋白质三大营养物质通过乙酰辅 酶A汇聚成一条共同的代谢通路——三羧酸循环和氧化磷酸化，经过这条 通路彻底氧化生成二氧化碳和水，释放能量用以ATP的合成。乙酰辅酶A 是合成脂肪酸、酮体等能源物质的前体物质，也是合成胆固醇及其衍生 物等生理活性物质的前体物质。
R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH
（一）脂肪酸的活化 1、生成酯酰-CoA 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(存在于内质网及线粒体外膜上。
发生酮血症的同时，在尿液中有大量的酮体出现，称酮尿症。
简单概括：严重饥饿或未经治疗的糖尿病人血糖浓度低，导致脂肪 酸氧化加速，产生大量乙酰—CoA。而葡萄糖异生使草酰乙酸耗尽，而后 者又是乙酰—CoA进入柠檬酸循环所必需的，由此乙酰—CoA转向酮体的 方向。最终血液和尿液中出现了大量的酮体。
酮体为酸性物质，若在血中 含量过多，超过血液的缓冲能 力时，可以引起酸中毒。 当血酮体阳性而尿酮体阴性 或反应较弱时，提示患者存在 肾功能衰竭。
三、酮体代谢
脂肪酸的β -氧化过程中产生大量的乙酰CoA，在肌肉中进入三 羧酸循环，但在肝细胞中氧化不完全而形成乙酰乙酸(约占30%);β 羟丁酸(70%)和极少量的丙酮。乙酰乙酸、β -羟丁酸、丙酮这三种 物质统称为酮体。 血浆水平：0.03~0.5mmol/L 代谢定位： 生成：肝细胞线粒体 利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）线粒体
脂酰CoA进入线粒体的过程
胞液 外膜 肉碱 内膜 基质
RCO~SCoA
RCO-肉碱 HSCoA
脂酰转 移酶Ⅰ
HSCoA
*
脂酰转 移酶Ⅱ RCO-肉碱 转位酶 RCO~SCoA 肉碱
（二）β-氧化的反应过程
1、FAD脱氢
β
O H3C (CH2)7 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C S CoA O
蜡：主要成分是高级脂肪酸和高级一元醇所构成的酯，还 含有少量游离高级脂肪酸、高级醇和烃。 存在：
存在于植物根、茎、叶、果实的表面，可防止水分的蒸发， 防止细菌及某些药物的侵蚀；
在动物—家畜家禽：水禽（鸭、鹅）的尾骶腺可分泌鲸蜡， 分布在羽毛表面，有防水作用，鲸蜡：由十六醇和软脂酸所 形成的酯。
二、脂质的吸收
脂肪与类脂的消化产物，包括甘油一酯、脂酸、胆固醇及溶血
磷脂等以及中链脂酸（6～10C）及短链脂酸（2～4C）构成的的甘油
三酯与胆汁酸盐，形成混合微团，被肠粘膜细胞吸收。
第二节 甘油脂类的氧化代谢
一、甘油的氧化 二、脂肪酸的β-氧化 三、酮体代谢
一、甘油的氧化
甘油主要由心、肝、骨骼肌等组织摄取利用，在细胞内经甘油激酶 的作用，生成α -磷酸甘油（3-磷酸甘油），后者在磷酸甘油脱氢酶的催 化下生成磷酸二羟丙酮。磷酸二羟丙酮可循糖代谢途径氧化分解释放能 量。1分子甘油彻底氧化可净生成17.5~19.5分子ATP。也可以在肝脏循糖 异生途径转变为糖原和葡萄糖。
3、脂类在小肠的消化：进入十二指肠食糜中的脂类由脂肪酸、 微生物脂类和未被瘤胃微生物消化的饲料脂肪。 由于甘油在瘤胃中被大量转化为挥发性脂肪酸，因而反刍 家畜十二指肠中缺乏甘油一酯，消化过程形成的混合微粒构成 与非反刍动物不同。成年反刍动物小肠中混合微粒由溶血性卵 磷脂、脂肪酸和胆酸构成。未消化的饲料脂类在小肠中的消化 与单胃动物相同。已消化的脂类在胆汁和胰液作用下形成乳糜 微粒。 反刍动物消化道对脂类的消化损失较小，加之微生物脂 类的合成，因此进入十二直肠的脂肪酸总量可能大于摄入量。 用绵羊饲喂高精饲粮，进入十二指肠的脂肪酸量是采饲脂肪酸 的104%。
甘油磷酸酶：甘油磷酸甘油 + 磷酸 胆碱磷酸酶、胆胺磷酸酶、丝氨酸磷酶： 胆固醇酯胆固醇 + 脂肪酸 4、大肠消化：与反刍动物瘤胃消化相似。 5、吸收：部位 小肠 吸收形式：脂类是非极性的，不能与水混溶，必须先形成 一种能溶于水的乳糜微粒，才能通过小肠微绒毛将其吸收。 脂类水解产物通过异化扩散过程吸收。鸡的吸收过程不需 要胆汁参加。甘油和中短链脂肪酸可以通过直接扩散进入 小肠上皮细胞内。
第四章 脂 类 代 谢
第一节 脂质的消化、吸收与转运 第二节 甘油脂类的氧化代谢
第三节 脂类的合成代谢
第一节 脂质的消化、吸收与转运
一、脂质的消化 二、脂质的吸收
脂类的分类 （一）脂类的分类：脂类按其是否能皂化，将其分为两大类： 皂化反应——油脂与氢氧化钠或氢氧化钾混合，得到高 级脂肪酸的钠/钾盐和甘油的反应。这个反应是制造肥皂流程 中的一步，因此而得名。 1、可皂化脂类： （1）简单脂类：只是由各种脂肪酸与醇所构成的酯。包括两 大类： 甘油酯（也叫油脂）：
二、脂肪酸的β-氧化
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。 组织：除脑组织和成熟红细胞外,大多数组织均可进行，其中肝、肌 肉最活跃。 亚细胞：胞液、线粒体
4、瘤胃壁吸收：瘤胃中产生的短链脂肪酸由瘤胃壁吸收 5、小肠吸收 呈酸性环境的空肠前段主要吸收混合乳糜微粒中的长链脂 肪酸；中、后段空肠主要吸收混合乳糜微粒中的其他脂肪酸； 链长小于或等于14个碳原子的脂肪酸可不形成混合乳糜微粒而 直接被吸收。 溶血磷脂酰胆碱也在中、后段空肠被吸收，胰液分泌不足 时，磷脂酰胆碱可能在回肠吸收积累。
(4)乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下，加氢还原为-羟丁酸。
(5) 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮。
（二）酮体的利用 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）。 (1) -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢，生成乙酰乙酸。
呼吸链
氧 化 的 生 化 历 程
RCH=CH-CO-SCoA
H20
β -烯脂酰CoA 水化酶
RCHOHCH2CO~ScoA β -羟脂酰CoA 脱氢酶 RCOCH2CO-SCoA β -酮酯酰CoA 硫解酶
H2O
NAD
+
NADH CoASH
呼吸链
H20
脂酰CoA R-CO~SCoA+ CH3CO~SCoA 乙酰CoA
2. 脂酰-CoA转运入线粒体（肉毒
碱穿梭）
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， 此过程必须要由肉毒碱来携带脂 酰基。 行，所以涉及特殊的转运机制来 帮助跨膜。中进行，所以涉及特 殊的转运机制来帮助跨膜。
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。此转移过程是脂肪酸氧化的限速步骤。
=
=
=
HSCoA
（三）酮体生成的意义 酮体是肝为肝外组织提供的一种能源物质。酮体分子量小，易溶于水， 能通过血脑屏障、毛细血管壁，是肌肉，尤其是脑组织的重要能源。 由于脂肪酸碳链长，不易通过血脑屏障。脑组织几乎不能摄取脂肪酸， 主要由血糖氧化分解供能。当糖供应不足或利用出现障碍时，酮体可以代 替葡萄糖成为脑组织和肌肉的主要能源。
H 3C
C S CoA
O H3C (CH2)7 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C
H3C
CoA
S
O
CoA
O H3C (CH 2)7 CH2 CH2 CH2 C
C S
CoA
O
O C
H3C
S CoA
O C
C
CoA
H3C (CH2)7 CH2
5 H3C
S
CoA
RCH2CH2CO-SCoA 脂酰CoA 脱氢酶 FAD FADH2
(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。
(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。
O O CH3CCH2CSCoA (乙酰乙酰CoA)
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乙酰乙酰CoA硫解酶
O 2 CH3CSCoA
(4) 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解。
第三节 脂类的合成代谢
一、脂肪酸的合成 二、脂酰甘油的合成 三、磷脂的合成
一、脂肪酸的合成
1、脂肪酸的合成
脂肪酸的从头合成是在胞液中,在线粒体中形成的乙酰辅酶A必 需借助载体出线粒体,进入胞浆中参与脂肪酸的合成。
组织：肝（主要） 、脂肪等组织 亚细胞： 胞液：主要合成16碳的软脂酸（棕榈酸） 肝线粒体、内质网：碳链延长
（1）丙二酰-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。 乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶，存在于胞液中，其辅基是生物素， Mn2+是其激活剂。
乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA
TCA
ATP
乙酰CoA
三羧酸循环
乙酰CoA 生成酮体 2ATP
呼吸链
彻底氧化
肝外组织氧化利用
FADH2
H2O
3ATP
NADH + H+
呼吸链
H2O
（三）脂肪酸β -氧化生理意义
1、为机体提供能量
1分子FADH2可生成2分子ATP，1分子NADH可生成3分子ATP，故一 次-氧化循环可生成5分子ATP。 1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成12分子ATP。
（1）酮体易运输：长链脂肪酸穿过线粒体内膜需要载体肉毒碱转运， 脂肪酸在血中转运需要与白蛋白结合生成脂酸白蛋白，而酮体通过线粒 体内膜以及在血中转运并不需要载体。 （2）易利用：脂肪酸活化后进入β -氧化，每经4步反应才能生成一 分子乙酰CoA，而乙酰乙酸活化后只需一步反应就可以生成两分子乙酰 CoA，β -羟丁酸的利用只比乙酰乙酸多一步氧化反应。因此，可以把酮 体看作是脂肪酸在肝脏加工生成的半成品。 （3）肌肉组织利用酮体，可以抑制肌肉蛋白质的分解，防止蛋白质 过多消耗。 （4）酮体生成增多常见于饥饿、妊娠中毒症、糖尿病等情况下。低 糖高脂饮食也可使酮体生成增多。
（二）反刍动物的消化与吸收 1、口腔消化：幼龄反刍动物脂类消化同单胃动物。 2、脂类在瘤胃中消化：瘤胃中脂类消化，实质上是微生物 消化，从而导致脂类在量和质量发生明显变化：
（1）使饲料中大量不饱和脂肪酸由于瘤胃微生物作用，变 为饱和脂肪酸，必需脂肪酸减少。瘤胃微生物使饲粮中90% 以上的含有多个不饱和双键的脂肪酸被氢化，使之变为饱 和脂肪酸。氢化作用必须在脂类水解释放出不饱和脂肪酸 后才能发生。 （2）部分氢化的不饱和脂肪酸发生异构变化。 （3）脂类中的甘油被大量转化为挥发性脂肪酸。 （4）支链脂肪酸和奇数碳原子脂肪酸增加。