第十一章脂类代谢 脂肪酸是高等动、植物的重要能源。脂肪在动物脂肪组织、细胞中可大量储存。植物的种子和果实中 常储有大量脂肪。脂肪酸对正常膳食的人约提供所需全部能量的40%。对于饥饿或冬眠动物以及候鸟迁移 时,脂肪酸则更是主要的能量来源。 第一节脂类在机体内的消化、吸收和储存 脂类在动物体内的消化和吸收主要是在小肠内进行的。 油脂进入小肠后即和胆盐混合。胆盐能使油脂乳化成微滴,还可以使脂肪酶的活力增强。胰液中含有 消化油脂的脂肪酶,在脂肪酶的作用下,油脂被水解为甘油和脂肪酸。小肠既能吸收完全被水解的油脂, 也可吸收部分水解或未经水解的油脂微滴,吸收后,主要经淋巴系统进入血液循环,小分子脂肪酸因水溶 性较高,可经门静脉进入肝脏。 磷酸甘油脂在小肠内被磷酸甘油脂酶和磷酸酶水解为甘油、脂眆酸、磷酸和胆碱或乙醇胺等,然后再 被吸收:末水解或部分水解的磷酸甘油酯也可被吸收。磷酸甘油酯的主要吸收途径也是由门静脉进入肝脏 或由淋巴进入血液循环 胆固醇及胆固醇酯必须在胆汁的协助下才能被吸收。在肠粘膜细胞中它们与脂蛋白结合在一起,这与 吸收有关(参见表2-3) 未被吸收的脂类进人大肠后,被细菌分解成甘油、脂肪酸、磷酸和各种氨基醇而吸收。胆固醇经大肠 细菌作用还原成粪固醇随粪便排出体外。 由淋巴系统进入血液循环中的脂肪或甘油与脂肪酸在肝内合成的脂肪是与脂蛋白结合在一起运送的。 脂肪在脂肪组织中,经β-脂蛋白酶水解成游离的脂肪酸和甘油,然后再合成脂肪而储存起来。 第二节脂类的生物合成 、甘油的生物合成 在生物体内,甘油来自糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮,后者在细胞质的3-磷酸甘油脱氢酶催化下还 原为3-磷酸甘油: CH2OH NADH+时NAD+H2OH HOCH 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 之后,磷酸甘油和脂肪酰-CoA化合而生成三酰甘油。 当用酵母进行酒精发酵时,如果加入亚硫酸氢盐,则由发酵生成的乙醛与亚硫酸氢盐形成加合物。这 便妨碍乙醛被还原为酒精,结果在细胞内积累NADH,这NADH便将磷酸二羟丙酮还原为磷酸甘油。磷 酸甘油在磷酸酶作用下脱去磷酸而生成甘油: O 磷酸甘油醛 丙酮酸 乙醛一一加合物 葡萄 NAD NADH+ H 磷酸二羟丙酮 磷酸甘油 这个反应很重要,在工业上便利用这个反应生产甘油。 、脂肪酸的生物合成 (一)饱和脂肪酸的从头合成 脂肪酸的合成过程是比较复杂的,有两个系统参加。 235
第十一章 脂类代谢 脂肪酸是高等动、植物的重要能源。脂肪在动物脂肪组织、细胞中可大量储存。植物的种子和果实中 常储有大量脂肪。脂肪酸对正常膳食的人约提供所需全部能量的 40％。对于饥饿或冬眠动物以及候鸟迁移 时，脂肪酸则更是主要的能量来源。 第一节 脂类在机体内的消化、吸收和储存 脂类在动物体内的消化和吸收主要是在小肠内进行的。 油脂进入小肠后即和胆盐混合。胆盐能使油脂乳化成微滴，还可以使脂肪酶的活力增强。胰液中含有 消化油脂的脂肪酶，在脂肪酶的作用下，油脂被水解为甘油和脂肪酸。小肠既能吸收完全被水解的油脂， 也可吸收部分水解或未经水解的油脂微滴，吸收后，主要经淋巴系统进入血液循环，小分子脂肪酸因水溶 性较高，可经门静脉进入肝脏。 磷酸甘油脂在小肠内被磷酸甘油脂酶和磷酸酶水解为甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱或乙醇胺等，然后再 被吸收；末水解或部分水解的磷酸甘油酯也可被吸收。磷酸甘油酯的主要吸收途径也是由门静脉进入肝脏 或由淋巴进入血液循环。 胆固醇及胆固醇酯必须在胆汁的协助下才能被吸收。在肠粘膜细胞中它们与脂蛋白结合在一起，这与 吸收有关(参见表 2-3)。 未被吸收的脂类进人大肠后，被细菌分解成甘油、脂肪酸、磷酸和各种氨基醇而吸收。胆固醇经大肠 细菌作用还原成粪固醇随粪便排出体外。 由淋巴系统进入血液循环中的脂肪或甘油与脂肪酸在肝内合成的脂肪是与脂蛋白结合在一起运送的。 脂肪在脂肪组织中，经β-脂蛋白酶水解成游离的脂肪酸和甘油，然后再合成脂肪而储存起来。 第二节 脂类的生物合成 一、甘油的生物合成 在生物体内，甘油来自糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮，后者在细胞质的 3-磷酸甘油脱氢酶催化下还 原为 3-磷酸甘油： C CH2OH CH2O NADH + H+ O P HOCH CH2OH CH2O P NAD+ 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油 之后，磷酸甘油和脂肪酰-CoA 化合而生成三酰甘油。 当用酵母进行酒精发酵时，如果加入亚硫酸氢盐，则由发酵生成的乙醛与亚硫酸氢盐形成加合物。这 便妨碍乙醛被还原为酒精，结果在细胞内积累 NADH，这 NADH 便将磷酸二羟丙酮还原为磷酸甘油。磷 酸甘油在磷酸酶作用下脱去磷酸而生成甘油： 葡萄糖 磷酸甘油醛 丙酮酸 乙醛 加合物 磷酸甘油 甘油 CO2 NAD+ NADH + H+ 磷酸二羟丙酮 HSO3 这个反应很重要，在工业上便利用这个反应生产甘油。 二、脂肪酸的生物合成 (一)饱和脂肪酸的从头合成 脂肪酸的合成过程是比较复杂的，有两个系统参加。 235
1、乙酰CoA羧化酶乙酰-CoA羧化酶是含生物素的酶,大肠杆菌的乙酰-CoA羧化酶含有三种成分: 生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白(BCCP)、转羧基酶,它们共同作用,催化下列反应 ATP+ HCO3+ BCCP BCCP-CO2+ ADP+ Pi 生物素羧化酶 BCCP-CO+乙酰CoA BCCP+丙二酸单酰-CoA 上述反应中的乙酰-CoA是由糖酵解的产物丙酮酸生成的。丙酮酸在细胞质中形成后,扩散进入线粒 体内衬质中,在线粒体内,丙酮酸被氧化脱羧生成乙酰CoA。乙酰CoA在线粒体内可与草酰乙酸结合成 柠檬酸,柠檬酸可以透过线粒体膜进λ细胞质,然后在柠檬酸裂解酶催化下再生成乙酰-CoA,这个反应要 求ATP参与 柠檬酸+ATP+CoA酸裂解乙酰CoA+草酰乙酸+ADP+p 抗生物素蛋白对乙酰-CoA羧化酶有抑制作用。此酶亦可被棕榈酸抑制,这可对脂肪酸的合成起反馈 调节作用。 2、脂肪酸合成酶系统脂肪酸合成酶系统是一个多酶复合物。包括下列多种酶:乙酰转酰酶、丙ˉ 酸单酰转酰酶、缩合酶(β-酮脂酰ACP合成酶)、β-酮脂酰-ACP还原酶、β-羟脂酰-ACP脱水酶,烯脂酰 ACP还原酶;此外在复合物中还含有酰基载体蛋白(ACP)。ACP是一种对热稳定的蛋白质,在其丝氨酸 残基上结合一个4-磷酸泛酰巯基乙胺。ACP的-SH基与酰基结合,其作用和CoA相似, 由脂肪酸合成酶催化下列反应步骤 (1)乙酰COA与ACP作用,生成乙酰-ACP CH= CO-S--CoA+ ACPSH二酰转 CHCO~S-ACP+CoA一SH 乙酰-ACP 乙酰基随即转移至β酮脂酰-ACP合成酶分子的半胱氨酸残基上 CH2COS一AC+酶一CH2CO~S一酶+ACP-SH (2)丙二酸单酰CoA与ACP作用,生成丙二酸单酰-ACP HOO—CHCO~S—CoA+ACP-SH 丙二酸单酰转酰酶 CoA-SH +HOOC-CH-CO-S--ACP 丙二酸单酰COA 丙二酸单酰ACP (3)乙酰~S-酶与丙二酸单酰ACP起缩合反应,生成乙酰乙酰ACP,同时放出CO2。此反应由β-酮脂 酰ACP合成酶(缩合酶)催化 CH3一CO~S—酶 缩合酶 CH3-CO-CH2-CO~S-ACP+酶一SH+CO2 HOOC一CH2-CO~S一ACP 乙酰乙酸ACP (4)乙酰乙酰ACP被 NADPH还原: NadPH +h CH3-CO-CH2-CO-S-ACP β-酮脂酰-ACP还原酶 CH3-CHOH-CH2--CO-S-ACP (5)-羟乙酰-ACP发生脱水反应,生成相应的a1B不饱和脂酰~S一ACP(巴豆酰ACP) H-CHOH-CH-C0-S-ACP ACPHEK-CH-CH=CH-CO-S-ACP+H,O 巴豆酰ACP (6巴豆酰-ACP再由 NADPH还原为丁酰ACP。 烯脂酰-ACP还原酶 CH,CHECHCO-S-ACP CH3-CH2-CH2-CO-S-ACP NAdPh +H NADP 丁酰ACP 36
1、乙酰-CoA 羧化酶 乙酰-CoA 羧化酶是含生物素的酶，大肠杆菌的乙酰-CoA 羧化酶含有三种成分： 生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白(BCCP)、转羧基酶，它们共同作用，催化下列反应： ATP + HCO3+ BCCP Mg2+ BCCP-CO2+ ADP + Pi BCCP-CO2+ 乙酰-CoA BCCP + 丙二酸单酰-CoA 转羧基酶 生物素羧化酶 上述反应中的乙酰-CoA 是由糖酵解的产物丙酮酸生成的。丙酮酸在细胞质中形成后，扩散进入线粒 体内衬质中，在线粒体内，丙酮酸被氧化脱羧生成乙酰-CoA。乙酰-CoA 在线粒体内可与草酰乙酸结合成 柠檬酸，柠檬酸可以透过线粒体膜进入细胞质，然后在柠檬酸裂解酶催化下再生成乙酰-CoA，这个反应要 求 ATP 参与： 柠檬酸 + ATP + CoA 乙酰-CoA + 草酰乙酸 + ADP + Pi 柠檬酸裂解酶 抗生物素蛋白对乙酰-CoA 羧化酶有抑制作用。此酶亦可被棕榈酸抑制，这可对脂肪酸的合成起反馈 调节作用。 2、脂肪酸合成酶系统 脂肪酸合成酶系统是一个多酶复合物。包括下列多种酶：乙酰转酰酶、丙二 酸单酰转酰酶、缩合酶(β-酮脂酰 ACP 合成酶)、 β-酮脂酰-ACP 还原酶、β-羟脂酰-ACP 脱水酶，烯脂酰 -ACP 还原酶；此外在复合物中还含有酰基载体蛋白(ACP)。 ACP 是一种对热稳定的蛋白质，在其丝氨酸 残基上结合一个 4´-磷酸泛酰巯基乙胺。ACP 的-SH 基与酰基结合，其作用和 CoA 相似。 由脂肪酸合成酶催化下列反应步骤： (l)乙酰-CoA 与 ACP 作用，生成乙酰-ACP： CoA + ACPSH ACP + CoA 乙酰-CoA 乙酰-ACP CH3 CH3 CO～S CO～ S SH 乙酰转酰酶 乙酰基随即转移至β-酮脂酰-ACP 合成酶分子的半胱氨酸残基上： CH3 CO~S ACP+ C 酶 H3 CO~S 酶+ACP SH (2)丙二酸单酰-CoA 与 ACP 作用，生成丙二酸单酰-ACP 丙二酸单酰转酰酶 丙二酸单酰-CoA 丙二酸单酰-ACP HOOC CH2 CO~S CoA+ACP SH CoA SH +HOOC CH2 CO~S ACP (3)乙酰～S-酶与丙二酸单酰-ACP起缩合反应，生成乙酰乙酰-ACP，同时放出CO2。此反应由 β-酮脂 酰-ACP合成酶(缩合酶)催化： 乙酰乙酸-ACP CH3 CO S 缩合酶 + HOOC CH2 CO ACP CH3 CH2 SH CO2 酶 S CO CO S ACP +酶 + ~ ~ ~ (4)乙酰乙酰-ACP 被 NADPH 还原： NADPH + H+ NADP+ β-酮脂酰-ACP还原酶 CH3 CO CH2 CO~S A ACP CH3 CHOH CH2 CO~S CP (5)β-羟乙酰-ACP 发生脱水反应，生成相应的 α,β不饱和脂酰～S－ACP(巴豆酰-ACP)： CH3 CH CH + H2O 巴豆酰 -ACP CH3 CHOH CH2 CO S ACP β-羟脂酰- ACP脱水酶 ~ CO~S ACP (6)巴豆酰-ACP 再由 NADPH 还原为丁酰-ACP。 CH3 CH CH CO~S ACP 烯脂酰-ACP还原酶 NADPH + H+ NADP+ CH3 CH2 CH CO~S ACP 2 丁酰-ACP 236
这样,由乙酰-CoA起,经缩合、还原、脱水、再还原几个反应步骤,便生成含4个碳原子的丁酰基。 总反应是: 2乙酰CoA+ATP+ACP+2 NADPH+2H一丁酰-ACP+2CoA+ADP+Pi+2NADP+H2O 脂肪酸合成需要的 NADPH有60%是由磷酸戊糖循环提供的,其余部分可由糖酵解生成的NADH 经下列反应转变而来 NADH+H+草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 苹果酸+NAD 苹果酸+NADP平果酸摩丙酮酸+CO+ NADPH 上述反应系列使碳链延长2个碳原子。如果以丁酰-ACP代替乙酰-ACP作为起始反应物,重复上述 反应系列,又可以使碳链延长2个碳原子而生成已酰-ACP。如此重复下去,反应每循环一次,碳链便延长 2个原子,直至生成含16个碳的棕榈酸为止。 (二)脂肪酸链的延长 在生物细胞内还含有碳链长度在C16以上的脂肪酸,如硬脂酸(18:0)、花生酸(20:0)等。这些脂肪 酸是在延长系统催化下,以棕榈酸为基础,进一步延长碳链形成的。不同生物的延长系统(Ⅱ型,Ⅲ型)在 细胞内的分布及反应物均不同,如表11所示 表11-1不同生物的脂肪酸延长系统 生物在细胞内的部位 反应物 动物 线粒体内外膜 棕榈酰CoA、乙酰CoA、 NADPH 内质网棕榈酰CoA、丙二酸单酰CoA、 NADPH 植物 细胞溶质 棕榈酰ACP、丙二酸单酰ACP、 NADPH 型即从头系统,形成棕榈酸(C16)。由Ⅱ型系统则形成硬脂酸(C1ε)。Ⅱ型系统对低浓度的亚砷酸盐十 分敏感,但Ⅰ型系统则不敏感。此外,Ⅰ型系统则只用 NADPH和NADH为还原剂,但Ⅱ型系统则只用 NADPH。由Ⅲ型系统则形成C2以上的脂肪酸。延长反应如图11 RCO-SCoA+ Ch3 CO-SCoA COASH 硫解酶 RCO一CH2-CO~SCoA NADPH+ L-β-羟脂酰 CoA脱羟酶 NADP RCHOH一CH2-CO~SCoA H241烯脂酰o水合酶 RCH=CH—CO~SCoA NADPH 烯脂酰CoA还原酶 RCHCH2-CO- SCoA 图11-1脂肪酸链的延长 (三)不饱和脂肪酸的合成 在生物细胞内还含有多种不饱和脂肪酸,如油酸、亚油酸、亚麻酸等。不饱和脂肪酸的生物合成途径 有 1、氧化脱氢途径在所有真核生物中,不饱和脂肪酸的合成是通过氧化脱氢途径进行的。催化这个 反应的酶叫脱饱和酶,它在氧和NAD(PH参与下,将长链饱和脂肪酸转化为相应的顺式不饱和脂肪酸。 例如由硬脂酰-CoA转变为油酰CoA 237
这样，由乙酰-CoA 起，经缩合、还原、脱水、再还原几个反应步骤，便生成含 4 个碳原子的丁酰基。 总反应是： 2乙酰-CoA+ATP+ACP+2NADPH+2H+ 丁酰-ACP+2CoA+ADP+Pi +2NADP+ +H2O 脂肪酸合成需要的 NADPH 有 60％是由磷酸戊糖循环提供的，其余部分可由糖酵解生成的 NADH 经下列反应转变而来： NADH+H+ +草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 苹果酸+NAD+ 苹果酸+NADP+ 苹果酸酶 丙酮酸+CO2+NADPH+H+ 上述反应系列使碳链延长 2 个碳原子。如果以丁酰-ACP 代替乙酰-ACP 作为起始反应 物，重复上述 反应系列，又可以使碳链延长 2 个碳原子而生成已酰-ACP。如此重复下去，反应每循环一次，碳链便延长 2 个原子，直至生成含 16 个碳的棕榈酸为止。 (二)脂肪酸链的延长 在生物细胞内还含有碳链长度在 C16以上的脂肪酸，如硬脂酸(18︰0)、花生酸(20︰0)等。这些脂肪 酸是在延长系统催化下，以棕榈酸为基础，进一步延长碳链形成的。不同生物的延长系统(Ⅱ型，Ⅲ型)在 细胞内的分布及反应物均不同，如表 11-1 所示。 表 11-1 不同生物的脂肪酸延长系统 生物 在细胞内的部位 反 应 物 动物 线粒体内外膜 内质网 棕榈酰-CoA、乙酰-CoA、NADPH 棕榈酰-CoA、丙二酸单酰-CoA、NADPH 植物 细胞溶质 棕榈酰-ACP、丙二酸单酰-ACP、NADPH Ⅰ型即从头系统，形成棕榈酸(C16)。由Ⅱ型系统则形成硬脂酸(C18)。Ⅱ型系统对低浓度的亚砷酸盐十 分敏感，但Ⅰ型系统则不敏感。此外，Ⅰ型系统则只用NADPH和NADH为还原剂，但Ⅱ型系统则只用 NADPH。由Ⅲ型系统则形成C20以上的脂肪酸。延长反应如图 11-1。 RCO~SCoA + CH3CO~SCoA CoASH NADPH + H+ NADP+ NADP+ NADPH + H+ H2O 硫解酶 L-β-羟脂酰- CoA脱羟酶 烯脂酰-CoA还原酶 RCO CH2 CO SCoA RCHOH RCH CH RCH2CH2 ~ CH2 CO~ SCoA CO~ SCoA CO~ SCoA 烯脂酰-CoA水合酶 图11-1 脂肪酸链的延长 (三)不饱和脂肪酸的合成 在生物细胞内还含有多种不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸等。不饱和脂肪酸的生物合成途径 有二： 1、氧化脱氢途径 在所有真核生物中，不饱和脂肪酸的合成是通过氧化脱氢途径进行的。催化这个 反应的酶叫脱饱和酶，它在氧和 NAD(P)H 参与下，将长链饱和脂肪酸转化为相应的顺式不饱和脂肪酸。 例如由硬脂酰-CoA 转变为油酰-CoA： 237
CH3(CH2)7CH2CH2(CH2)CO-S-CoA- CH3(CH2)7CH=CH(CH27CO-S-CoA NAD(P)* 动物的脱饱和酶与内质网结合,植物的脱饱和酶是在细胞溶质中。动物用硬脂酰CoA为底物,植物则用 硬脂酰ACP。大多数脱饱和酶均被氰化物抑制。 脱饱和反应是一个复杂的过程,除要求NADP)H为电子供体外,在动物细胞内还要求细胞色素bs还原 酶(一种黄素蛋白)和细胞色素b作为电子传递体,在植物细胞内则用黄素蛋白和铁氧还蛋白代替上述二种 传递体,其电子传递过程如下 NADH- 细胞素b还原酶—一细胞色素bs 酶 不饱和酯酰CoA NADPH 生物和多素蛋白2铁氧还蛋白e 酶O2 饱和酯酰 整个过程传递4个电子,其中2个电子来自底物饱和脂肪酸,另2个电子来自 NAD(P)H 由单烯脂肪酸进一步脱饱和可生成二烯及三烯脂肪酸。单烯脂肪酸的脱饱和是以单烯脂酰-CoA形式 进行的。例如由油酰CoA可生成亚油酰CoA(十八碳二烯-9,12-酸),由亚油酰CoA又可生成亚麻酰CoA(十 八碳三烯-9,12,15-酸)。 2、厌氧途径许多微生物在厌氧条件下通过厌氧途径生成含一个双键的不饱和脂肪酸。先由脂肪酸 合成酶形成含C10的β-羟癸酰-ACP,然后在不同的脱水酶作用下,发生不同的脱水反应:aβ-C之间脱水则 生成饱和脂肪酸;如果是在βγ-C之间脱水,则生成顺式34-癸烯酰-ACP,以后碳链继续延长,生成不同长 度的单酰酸。 B,Y-脱 CH3(CH2)sCH=CHCH,COOH OH H2-COoH1o, B-B, CH3(CH2)CH=CHCOOH (用于合成不饱和脂肪酸) (用于合成饱和脂肪酸 三、三酰甘油的生物合成 三酰甘油是由3-磷酸甘油和脂肪酰-CoA缩合形成的,合成过程如下 H,OH H,O- R1CO~S-CoA磷酸甘油转酰酶 HOCH OcH O 2C0A-SH R,CO-S-CoA CH2O① OCH2O① 3-磷酸甘油 磷脂 磷脂酸在脱去磷酸后,再和一分子脂酰-CoA反应生成三脂酰甘油 RC-O-CH 二脂酰甘油转酰酶 RoC-O-CH RoC-O--CH H C-OH K3 CO-SCoA COASH H,C-OC-R3 脂酰甘油 三脂酰甘油 上式表明,参加三脂酰甘油合成的是脂酰CoA,而脂肪酸合成系统及脱饱和酶生成的却是脂酰-ACP。由 脂酰-ACP转变为脂酰-CoA是由脂酰-ACP硫脂酶和脂酰硫激酶共同催化下完成的 脂酰-ACP硫脂酶 酰~S→ACP+H2O 脂肪酸+ACP-SH 脂肪酸+ATP+CoA、脂酰硫激酶 脂酰~CoA+AMP+PPi 四、磷脂的生物合成 238
CoA CH3(CH2)7CH CH(CH2) CH3(CH2)7CH2CH2(CH2)7CO~S 7CO~S CoA 1/2O2 H2O NAD(P)H+H+ NAD(P) + 动物的脱饱和酶与内质网结合，植物的脱饱和酶是在细胞溶质中。动物用硬脂酰-CoA 为底物，植物则用 硬脂酰-ACP。大多数脱饱和酶均被氰化物抑制。 脱饱和反应是一个复杂的过程，除要求NAD(P)H为电子供体外，在动物细胞内还要求细胞色素b5还原 酶(一种黄素蛋白)和细胞色素b5作为电子传递体，在植物细胞内则用黄素蛋白和铁氧还蛋白代替上述二种 传递体，其电子传递过程如下： NADH b5还原酶 细胞色素b5 NADPH 铁氧还蛋白 酶 -O2 2H2O +O2 +2H+ (动物) 细胞素 2e (微生物和植物) 酶 不饱和酯酰-CoA 饱和酯酰-CoA 2e 2e 黄素蛋白 2e 2e 2e 整个过程传递 4 个电子，其中 2 个电子来自底物饱和脂肪酸，另 2 个电子来自 NAD(P)H。 由单烯脂肪酸进一步脱饱和可生成二烯及三烯脂肪酸。单烯脂肪酸的脱饱和是以单烯脂酰-CoA 形式 进行的。例如由油酰-CoA 可生成亚油酰-CoA(十八碳二烯-9,12-酸)，由亚油酰-CoA 又可生成亚麻酰-CoA(十 八碳三烯-9,12,15-酸)。 2、厌氧途径 许多微生物在厌氧条件下通过厌氧途径生成含一个双键的不饱和脂肪酸。先由脂肪酸 合成酶形成含C10的β-羟癸酰-ACP，然后在不同的脱水酶作用下，发生不同的脱水反应：α,β-C之间脱水则 生成饱和脂肪酸；如果是在β,γ-C之间脱水，则生成顺式 3,4-癸烯酰-ACP，以后碳链继续延长，生成不同长 度的单酰酸。 CH2 CH CH2 COOH OH CH3(CH2)5CH CHCH2COOH CH3(CH2)6CH CHCOOH γ α γ β α β α (用于合成饱和脂肪酸) CH3(CH2)5 (用于合成不饱和脂肪酸) β,γ-脱水 α,β-脱水 三、三酰甘油的生物合成 三酰甘油是由 3-磷酸甘油和脂肪酰-CoA 缩合形成的，合成过程如下： HOCH CH2OH CH2O + R1CO + 2CoA 3-磷酸甘油 磷脂酸 CoA P O ~S R2CO ~S CoA 磷酸甘油转酰酶 R2 C OCH CH2O P CH2O C R1 SH O 磷脂酸在脱去磷酸后，再和一分子脂酰-CoA 反应生成三脂酰甘油： R2C O CH H2C O P O H2C O C R1 O O R3 磷酸酶 二脂酰甘油转酰酶 磷脂酸 二脂酰甘油 三脂酰甘油 H2O Pi R3CO CoASH R2C O CH H2C OH O H2C O C R1 O ~SCoA R2C O CH H2C OC O H2C O C R1 O 上式表明，参加三脂酰甘油合成的是脂酰-CoA，而脂肪酸合成系统及脱饱和酶生成的却是脂酰-ACP。由 脂酰-ACP 转变为脂酰-CoA 是由脂酰-ACP 硫脂酶和脂酰硫激酶共同催化下完成的： S ACP +H2O 脂酰-ACP 脂肪酸+ACP SH 脂肪酸+ATP+CoA CoA+AMP+PPi 脂酰~ 脂酰 ~ 硫脂酶 脂酰硫激酶 四、磷脂的生物合成 238
在生物细胞内的磷脂有多种,其合成途径也不一样,在此不逐一详述,仅以卵磷脂(磷脂酰胆碱)的合成 过程为例说明如下。 胆碱在激酶催化下发生磷酸化: HOCH2CH2一N(CH+ATP想碱激酶 ⑨OCH2CH2N(CH3)3+ADP 磷酸胆碱与CTP反应,生成胞苷二磷酸胆碱(CDP-胆碱) CTP+磷酸胆碱 酸胆碱胞苷转移酶 CDP胆碱+PPi 最后是CDP-胆碱与二脂酰甘油化合 CDP-胆碱+1,2-二脂酰甘油一一磷脂酰胆碱+CMP 磷脂酰胆碱还有别的合成途径,在此从略。 五、胆固醇的生物合成 胆固醇生物合成主要是在肝中进行的,其它器官如心、脾、肾、血管、皮肤和肾上腺等亦能合成少量 胆固醇,它从乙酰-CoA缩合开始。胆固醇合成酶体系存在于内质网和胞液部分,并且需要胞液中的辅助 因素如 NADPH、ATP等参加 细胞内胆固醇的合成过程可概括为三大步骤: 1、二羟甲基戊酸(MⅥA)的生成一条途径是由乙酰CoA经乙酰乙酰-CoA、β-羟-β-甲基戊二酰 -CoA( HMG-COA缩合成βδ-二羟-β-甲基戊酸(MⅥA)。另一途径是亮氨酸经β羟异戊酸CoA、 HMG-COA 生成βδ-二羟-β-甲基戊酸(图11-2) 乙酰-CoA聚合途径 2CH, CO-SCOA 硫解酶 亮氨酸途径 CoASH 亮氨酸等 CH3 COCH, CO- SCoA CH3CO-SCOA-HMG(CH3),COH.CH)CO-SCoA CoASH- 合成酶 HOOC.CHCOH.CH,. CO-SCoA . 2NADPH +2H 还原酶}2NADP+ CoASH HOCH2CH2· COHOCH2COOH MVA 图11-2二羟甲基戊酸(MVA)的生物合成 2、鲨烯的合成MⅥA经磷酸化反应,成为活泼的异戊烯醇焦磷酸酯(IPP),可进一步互相缩合,延长 碳链合成胆固醇、胆酸、固醇类激素、维生素D、维生素E、维生素K、类胡萝卜素等。 3ATP 3ADP+Pi+CO? CH2O-①⑩ 一鲨烯 H2C 异戊烯醇焦磷酸酯(PP) 6个分子IPP缩合延长成为30个碳原子组成的鲨烯
在生物细胞内的磷脂有多种，其合成途径也不一样，在此不逐一详述，仅以卵磷脂(磷脂酰胆碱)的合成 过程为例说明如下。 胆碱在激酶催化下发生磷酸化： N+ (CH3)3+ATP 胆碱激酶 OCH2CH2N+ (CH3)3+ADP 胆碱 磷酸胆碱 HOCH2 CH2 P 磷酸胆碱与 CTP 反应，生成胞苷二磷酸胆碱(CDP-胆碱)： CTP+磷酸胆碱 CDP-胆碱+PPi 磷酸胆碱胞苷转移酶 最后是 CDP-胆碱与二脂酰甘油化合： CDP-胆碱 + 1,2-二脂酰甘油 磷脂酰胆碱 + CMP 磷脂酰胆碱还有别的合成途径，在此从略。 五、胆固醇的生物合成 胆固醇生物合成主要是在肝中进行的，其它器官如心、脾、肾、血管、皮肤和肾上腺等亦能合成少量 胆固醇，它从乙酰-CoA 缩合开始。胆固醇合成酶体系存在于内质网和胞液部分，并且需要胞液中的辅助 因素如 NADPH、ATP 等参加。 细胞内胆固醇的合成过程可概括为三大步骤： 1、二羟甲基戊酸(MVA)的生成 一条途径是由乙酰-CoA 经乙酰乙酰-CoA、β-羟-β-甲基戊二酰 -CoA(HMG-CoA)缩合成 β,δ-二羟-β-甲基戊酸(MVA)。另一途径是亮氨酸经 β-羟异戊酸-CoA、HMG-CoA， 生成 β,δ-二羟-β-甲基戊酸(图 11-2)。 2CH3CO HOOC CH2 CH3 (CH3)2COH CH2COOH CH3 H2O CoASH CH3CO CoASH 2NADPH + 2H+ 2NADP+ + CoASH 硫解酶 HMG 合成酶 CO2 HMG-CoA MVA CH2CO SCoA SCoA CH3COCH2CO SCoA SCoA CO SCoA 亮氨酸等 ~ ~ ~ ~ HMG-CoA 还原酶 亮氨酸途径： 乙酰-CoA聚合途径： COH CH2 ~ HOCH2CH2 COH 图11-2 二羟甲基戊酸(MVA)的生物合成 2、鲨烯的合成 MVA 经磷酸化反应，成为活泼的异戊烯醇焦磷酸酯(IPP)，可进一步互相缩合，延长 碳链合成胆固醇、胆酸、固醇类激素、维生素 D、维生素 E、维生素 K、类胡萝卜素等。 MVA C CH3 H2C CH2 O P 3ATP 3ADP+Pi+CO2 Mg2+ CH2 P 缩合 鲨烯 PPi 异戊烯醇焦磷酸酯(IPP) 6 个分子 IPP 缩合延长成为 30 个碳原子组成的鲨烯。 239