第七章脂类代谢 脂类化合物包括甘油三酯和类脂质。甘油三酯是生物体的主要储能物质，类脂质大都 是细胞的重要结构物质和生理活性物质。本章主要介绍脂类化合物的概念、类别、分布和 生理功能，并重点讨论中性脂肪 三酰甘油在有机体内的合成和降解代谢。 脂类(lipids)是指一类在化学组成和结构上有很大差异，但都有一个共同特性，即不 溶于水而易溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂的物质。通常脂类可按不同组成分为五类，即单 纯脂、复合 ,萜类和类固醇及其衍生物 ,衍生脂类及结合脂类 脂类物质具有重婴的生物功能。脂肪是生物体的能量提供者。1g脂肪彻底氧化可放出 46.5 kJ/mol能量，比1g糖或蛋白质放出的能量大一倍以上，因此脂肪是生物体内贮藏能量 最多的物质。 每1g蛋白质、糖和脂肪所产生的代谢能量比较为： 1g蛋白质 20.5km0 1g糖 20.5kJ/mo 1g脂肪 46.5kJ/mol 这样大的能量差异是因为脂肪是非极性的，它以近于无水的形式储藏者，而糖类和蛋 白质均具有极性，它们以高度水合形式储藏者。1g干燥的糖元约结合2g水，所以实际上 ,这就说明了为什么在进化过程中选择 脂肪也是组成生物体的重要成分，如磷脂是构成生物膜的重要组分，油脂是机体代谢 所需燃料的贮存和运输形式。脂类物质也可为动物机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂 溶性维生素。某些茜类及类固醇类物质如维生素A、D、E、K、胆酸及固醇类激素具有营 养、代谢及调节功能。有机体表面的脂类物质有防止机械损伤与防止热量散发等保护作用。 脂类作为细 的表面物质 与细胞识别和种特异性以及组织免疫等有密切关系 脂类代谢主要讨论脂类在有机体内的降解和合成过程。了解脂类代谢对农业、工业 医学等方面都有重要的意义。例如种子的发芽率直接和种子的脂类代谢有关：又如利用微 生物氧化石油中脂肪烃、工业生产低凝点油及其他化工产品：脂蛋白异常和威胁人类健康 的冠心病等都与脂肪代谢关系密切。 第一节脂肪的降解 一、脂肪的酶促降解 脂肪即脂肪酸的甘油三酯(triacyl glycerol)是脂类中含量最丰富的一大类，它是甘油 的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合、失水后形成的酯，是植物和动物细胞贮脂的主要组分
225 第七章 脂类代谢 脂类化合物包括甘油三酯和类脂质。甘油三酯是生物体的主要储能物质，类脂质大都 是细胞的重要结构物质和生理活性物质。本章主要介绍脂类化合物的概念、类别、分布和 生理功能，并重点讨论中性脂肪 三酰甘油在有机体内的合成和降解代谢。 脂类（lipids）是指一类在化学组成和结构上有很大差异，但都有一个共同特性，即不 溶于水而易溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂的物质。通常脂类可按不同组成分为五类，即单 纯脂、复合脂、萜类和类固醇及其衍生物、衍生脂类及结合脂类。 脂类物质具有重要的生物功能。脂肪是生物体的能量提供者。1g 脂肪彻底氧化可放出 46.5kJ/mol 能量，比 1g 糖或蛋白质放出的能量大一倍以上，因此脂肪是生物体内贮藏能量 最多的物质。 每 1g 蛋白质、糖和脂肪所产生的代谢能量比较为： 1g 蛋白质 20.5kJ/mol 1g 糖 20.5kJ/mol 1g 脂肪 46.5kJ/mol 这样大的能量差异是因为脂肪是非极性的，它以近于无水的形式储藏着，而糖类和蛋 白质均具有极性，它们以高度水合形式储藏着。1g 干燥的糖元约结合 2g 水，所以实际上 1g 脂肪所贮存的能量为 1g 水合糖元贮存的六倍多。这就说明了为什么在进化过程中选择 脂肪作为能量的储备形式。 脂肪也是组成生物体的重要成分，如磷脂是构成生物膜的重要组分，油脂是机体代谢 所需燃料的贮存和运输形式。脂类物质也可为动物机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂 溶性维生素。某些萜类及类固醇类物质如维生素 A、D、E、K、胆酸及固醇类激素具有营 养、代谢及调节功能。有机体表面的脂类物质有防止机械损伤与防止热量散发等保护作用。 脂类作为细胞的表面物质，与细胞识别和种特异性以及组织免疫等有密切关系。 脂类代谢主要讨论脂类在有机体内的降解和合成过程。了解脂类代谢对农业、工业、 医学等方面都有重要的意义。例如种子的发芽率直接和种子的脂类代谢有关；又如利用微 生物氧化石油中脂肪烃、工业生产低凝点油及其他化工产品；脂蛋白异常和威胁人类健康 的冠心病等都与脂肪代谢关系密切。 第一节 脂肪的降解 一、脂肪的酶促降解 脂肪即脂肪酸的甘油三酯（triacyl glycerol）是脂类中含量最丰富的一大类，它是甘油 的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合、失水后形成的酯，是植物和动物细胞贮脂的主要组分
脂肪降解的第一步是水解成甘油和脂肪酸，此反应由脂肪酶（简称脂酶，las)催化。组 织中有三种脂肪酶：即脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶，逐步把甘油三酯水解 成甘油和脂肪酸。这三种酶水解步骤为： o CH:-0-C-R 十品0脂防晓 0H4C-0-C-R B- H CH:O-C-R H:COH 甘油三 脂肪酸 甘油二面 甘油二酯脂防酶 甘油单酯脂肪酶 H:C-OH -0 H- R.COOH R COOH H.COH HC-OH 脂肪酸 脂肪酸 甘油单酯 甘油 在人和动物消化道内有脂肪醇，分解食物中的脂肪：以后甘油和脂肪酸在组织内再进 一步氧化分解。植物也有类似的脂肪消化作用。如油料作物的种子萌发时，种子内脂肪酶 活力增加，促使脂肪发生分解。凡能利用脂肪的微生物也都有脂肪酶，生产春雷霉素的培 养基中需含有一定配出的物油，说明春需露黄能铭产生脂肪酶，所以能利用植物油，假 丝酵母、圆酵母等都能产生较多的脂肪酶， 已经利用它们作为制造脂肪酶制剂的原 二、甘油的降解与转化 甘油先与ATP作用，在甘油激酶(glycerol kinase)催化下生成a-磷酸甘油。然后再 被氧化生成磷酸二羟丙酮，再经异构化，生成3-磷酸甘油醛，然后可经糖酵解途径转化成 丙酮酸，进入三羧酸循环而彻底氧化，或经过糖异生途径合成糖元。因此甘油代谢和糖代 谢的关系极为密切。甘油转化成磷酸二羟丙酮以及与糖的相互转变关系如下： 226
226 脂肪降解的第一步是水解成甘油和脂肪酸，此反应由脂肪酶（简称脂酶，lipase）催化。组 织中有三种脂肪酶：即脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶，逐步把甘油三酯水解 成甘油和脂肪酸。这三种酶水解步骤为： 在人和动物消化道内有脂肪酶，分解食物中的脂肪；以后甘油和脂肪酸在组织内再进 一步氧化分解。植物也有类似的脂肪消化作用。如油料作物的种子萌发时，种子内脂肪酶 活力增加，促使脂肪发生分解。凡能利用脂肪的微生物也都有脂肪酶，生产春雷霉素的培 养基中需含有一定配比的植物油，说明春雷霉菌能够产生脂肪酶，所以能利用植物油，假 丝酵母、圆酵母等都能产生较多的脂肪酶，工业上已经利用它们作为制造脂肪酶制剂的原 料。 二、甘油的降解与转化 甘油先与 ATP 作用，在甘油激酶（glycerol kinase）催化下生成α-磷酸甘油。然后再 被氧化生成磷酸二羟丙酮，再经异构化，生成 3-磷酸甘油醛，然后可经糖酵解途径转化成 丙酮酸，进入三羧酸循环而彻底氧化，或经过糖异生途径合成糖元。因此甘油代谢和糖代 谢的关系极为密切。甘油转化成磷酸二羟丙酮以及与糖的相互转变关系如下：
CH.OH ATP ADP CH.OH NAD NADH+H CHOH 口-醉酸甘袖脱氢酶 一葡萄培一一一一一糖元 CH2OH c=0 CHOP 两酸二羟丙扇 CO:+H.O+ATP 三、脂肪酸的氧化分解 (一）饱和脂肪酸的B-氧化作用 1.B氧化作用的概念 脂肪酸的B氧化作用是指脂肪酸在一系列酶的作用下，在ā，B碳原子之间断裂，B 碳原子氧化成羧基，生成含2个碳原子的乙酰-C0A和较原来少2个碳原子的脂肪酸。脂 肪酸的B氧化过程是在线粒体中进行的 B氧化作用最初是根据动物实验提出来的一个学说。通过制备一系列的苯（基） 脂（肪）酸，即脂肪酸的甲基(-CH)上的一个氢原子被苯基取代而成的苯脂酸，再将它 们饲喂动物。在动物体内，苯基不被破坏，而是通过解毒机制，形成无毒性的衍生物，从 尿中排出。鉴定尿中含苯基的化合物，可以推测脂肪酸在体内的分解途径。将带有苯基的 双数和单数碳的脂肪酸喂给狗吃，从尿中分离到两种含苯基的化合 种是由苯甲酸和 甘氨酸缩合而成的马尿酸，另一种是由苯乙酸和甘氨酸缩合而成的苯乙尿酸。凡是吃了 数碳苯脂酸的狗，尿中的苯基化合物为苯乙尿酸，凡是吃了单数碳苯脂酸的狗，尿中的苯 基化合物为马尿酸。由于每次断下1个碳或断下3个碳都不符合实验结果，Koop认为脂 肪酸在体内氧化时每次都断下1个二碳物（见图7-1）。他在1904年提出的B-氧化学说， 至今仍旧是正确的」 氧化作用并不是一步完成的，而是要经过活化、转运，然后再进入氧化过程。 2.脂肪酸的活化 脂肪酸在进行B-氧化降解前，在细胞质内必须先被激活成脂酰-CA,该反应由脂酰 -CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)催化，需要ATP和CoA参与，总反应为： 27
227 三、脂肪酸的氧化分解 （一）饱和脂肪酸的β-氧化作用 1. β-氧化作用的概念 脂肪酸的β-氧化作用是指脂肪酸在一系列酶的作用下，在α,β-碳原子之间断裂，β -碳原子氧化成羧基，生成含 2 个碳原子的乙酰-CoA 和较原来少 2 个碳原子的脂肪酸。脂 肪酸的β-氧化过程是在线粒体中进行的。 β-氧化作用最初是根据动物实验提出来的一个学说。通过制备一系列的ω-苯（基） 脂（肪）酸，即脂肪酸的甲基（-CH3）上的一个氢原子被苯基取代而成的苯脂酸，再将它 们饲喂动物。在动物体内，苯基不被破坏，而是通过解毒机制，形成无毒性的衍生物，从 尿中排出。鉴定尿中含苯基的化合物，可以推测脂肪酸在体内的分解途径。将带有苯基的 双数和单数碳的脂肪酸喂给狗吃，从尿中分离到两种含苯基的化合物。一种是由苯甲酸和 甘氨酸缩合而成的马尿酸，另一种是由苯乙酸和甘氨酸缩合而成的苯乙尿酸。凡是吃了双 数碳苯脂酸的狗，尿中的苯基化合物为苯乙尿酸，凡是吃了单数碳苯脂酸的狗，尿中的苯 基化合物为马尿酸。由于每次断下 1 个碳或断下 3 个碳都不符合实验结果，Knoop 认为脂 肪酸在体内氧化时每次都断下 1 个二碳物（见图 7-1）。他在 1904 年提出的β-氧化学说， 至今仍旧是正确的。 β-氧化作用并不是一步完成的，而是要经过活化、转运，然后再进入氧化过程。 2. 脂肪酸的活化 脂肪酸在进行β-氧化降解前，在细胞质内必须先被激活成脂酰-CoA，该反应由脂酰 -CoA 合成酶(acyl-CoA synthetase)催化，需要 ATP 和 CoA 参与，总反应为：
吟 R-CH2-C02 +0- 脂肪酸 CH,- C -S-CoA AMP +H* 脂酰CoA 228
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单数 CH.CH,COOH C,化合物 CONHCH.COOH 马尿酸（甲尿酸） 双数 a CH.CH,CH,COOH C化合物 NHCOOH CH,CONHCH.COOH 苯乙尿酸 图7-1苯基脂防酸氧化实验 由于体内焦磷酸酶可迅速将产物焦磷酸水解为无机磷，从而使活化反应自左向右几乎不可 逆，形成一个活化的脂酰C0A需消耗2个高能磁酸辩的能量。 3。脂防酸经线粒体腻外至膜内的转运 由于脂肪酸活化是在内质网或线粒体膜外，反应产物必须被转运至发生B氧化作用的 线粒体基质中，而脂酰-C0A不能直接穿过线粒体内膜，因此需嬰一个转运系统。转运脂酰 -CoA的载体是肉毒碱(carnitine),即L-B羟基-Y-三甲基铵基丁酸，是一个由赖氨酸衍生 而成的兼性化合物。它可将脂肪酸以酰基形式从线粒体膜外转运至膜内。其转运机制如下 肉毒碱与脂酰-CA结合生成脂酰肉毒碱，该反应由肉毒碱脂酰转移酶 transferase)催化，并在线粒体膜外侧进行，脂酰肉毒碱通过线粒体内膜的移位酶 (translocase)穿过内膜，脂酰基与线粒体基质中的辅醇A结合，重新产生脂酰-CoA,释 229
229 图 7-1 苯基脂肪酸氧化实验 由于体内焦磷酸酶可迅速将产物焦磷酸水解为无机磷，从而使活化反应自左向右几乎不可 逆，形成一个活化的脂酰-CoA 需消耗 2 个高能磷酸键的能量。 3. 脂肪酸经线粒体膜外至膜内的转运 由于脂肪酸活化是在内质网或线粒体膜外,反应产物必须被转运至发生β-氧化作用的 线粒体基质中，而脂酰-CoA 不能直接穿过线粒体内膜,因此需要一个转运系统。转运脂酰 -CoA 的载体是肉毒碱（carnitine）,即 L-β羟基-γ-三甲基铵基丁酸,是一个由赖氨酸衍生 而成的兼性化合物。它可将脂肪酸以酰基形式从线粒体膜外转运至膜内。其转运机制如下: 肉毒碱与脂酰-CoA 结合生成脂酰肉毒碱，该反应由肉毒碱脂酰转移酶（acyl-CoA transferase）催化，并在线粒体膜外侧进行，脂酰肉毒碱通过线粒体内膜的移位酶 （translocase）穿过内膜，脂酰基与线粒体基质中的辅酶 A 结合，重新产生脂酰-CoA，释