《生物化学》课程电子讲义：第六章 糖代谢

第七章脂类代谢 脂类是脂肪及类脂的总称,是一类不溶于水而易溶于有机溶剂,并能为机体利用的 有机化合物。脂肪是三脂肪酸甘油酯或称甘油三酯( triglyceride),脂肪的生理功能是储 存能量及氧化供能。类脂包括固醇及其酯、磷脂及糖脂等,是细胞的膜结构重要组分, 脂酸在体内主要与醇结合成酯。与脂酸结合的醇有甘油(丙三醇)、鞘氨醇及胆固醇 等。1分子甘油与3分子脂酸通过酯键结合生成的甘油三酯,即脂肪,是机体储存能量 的主要形式。甘油还可与2分子脂酸、1分子磷酸及含氮化合物结合成甘油磷脂 ( phosphoglycerides)。甘油磷脂包括磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)、 磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇及二磷脂酰甘油(心磷脂)等,是构成生物膜脂双层的基本 骨架,含量恒定。脂酸与鞘氨醇通过酰胺键结合的脂称为鞘脂,含磷酸者为鞘磷脂,含 糖者称为鞘糖脂,是生物膜的重要组分,参予细胞识别及信息传递。 第一节不饱和脂酸的命名及分类 自然界存在的不饱和脂酸按含双键数目分为单及多不饱脂酸。习惯上将含2个或2 个以上双键的不饱和脂酸称为多不饱和脂酸 不饱和脂酸命名常用系统命名法以标示脂酸的碳原子数即碳链长度和双键的位置。 如从脂酸的羧基碳起计算碳原子的顺序,则这种编码体系为△编码体系。如从脂酸的甲 基碳起计算其碳原子顺序则为ω或n编码体系。按ω或n编码体系命名,哺乳动物体内 的各种不饱和脂酸可分为四族:即ω7、ω9、ω6、和ω3四族(表7-1及表7-2)。 哺乳动物体内缺乏在脂酸C9碳原子处引入双键的去饱和酶系,因此不能合成 族的亚油酸(18: 12)及ω-3族的α-亚麻酸(18:3,△”121),这两种多不饱 和脂酸必需由食物中植物油提供。只要供给亚油酸(ω6,n-6)则动物即能合成ω6族 的花生四烯酸及其衍生物。长链多不饱和脂酸如二十碳五烯酸( eicosapentaenoic acid, EPA),二十二碳六烯酸( docosahexaenoic acid,DHA)在脑及睾丸中含量丰富,是脑及 精子正常生长发育不可缺少的组分。这类脂酸以ω-3族的α-亚麻酸(18:3,ω-3)为 原料可在体内合成,而亚油酸(18:2,ω-6)不能代替α-亚麻酸 近十多年来的研究发现,在海水鱼油中亦含丰富的EPA及DHA,属ω-3族多不饱 和脂酸。这类脂酸具有降血脂、抗血小板聚集、延缓血栓形成、保护脑血管、抗癌等特 殊生物效应,对心脑血管疾病的防治具有重要价值 第二节脂类的消化和吸收 膳食中的脂类主要为脂肪,此外还含少量磷脂、胆固醇等。脂类不溶于水,必须在 小肠经胆汁中胆汁酸盐的作用,乳化并分散成细小的微团( micelles)后,才能被消化酶 消化。胰液及胆汁均分泌入十二指肠,因此小肠上段是脂类消化的主要场所。胆汁酸盐 是较强的乳化剂,能降低油与水相之间的界面张力,使脂肪及胆固醇酯等疏水的脂质乳 化成细小微团,增加消化酶对脂质的接触面积,有利于脂肪及类脂的消化及吸收。胰腺 分泌入十二指肠中消化脂类的酶有胰脂酶( pancreatic lipase)、磷脂酶A2( phospholipase A2)、胆固醇酯酶( cholesteryl esterase)及辅脂酶( colipase)。胰脂酶特异催化甘油三酯

第七章 脂类代谢 脂类是脂肪及类脂的总称，是一类不溶于水而易溶于有机溶剂，并能为机体利用的 有机化合物。脂肪是三脂肪酸甘油酯或称甘油三酯（triglyceride），脂肪的生理功能是储 存能量及氧化供能。类脂包括固醇及其酯、磷脂及糖脂等，是细胞的膜结构重要组分。 脂酸在体内主要与醇结合成酯。与脂酸结合的醇有甘油（丙三醇）、鞘氨醇及胆固醇 等。1 分子甘油与 3 分子脂酸通过酯键结合生成的甘油三酯，即脂肪，是机体储存能量 的主要形式。甘油还可与 2 分子脂酸、1 分子磷酸及含氮化合物结合成甘油磷脂 （phosphoglycerides）。甘油磷脂包括磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、 磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇及二磷脂酰甘油（心磷脂）等，是构成生物膜脂双层的基本 骨架，含量恒定。脂酸与鞘氨醇通过酰胺键结合的脂称为鞘脂，含磷酸者为鞘磷脂，含 糖者称为鞘糖脂，是生物膜的重要组分，参予细胞识别及信息传递。 第一节 不饱和脂酸的命名及分类 自然界存在的不饱和脂酸按含双键数目分为单及多不饱脂酸。习惯上将含 2 个或 2 个以上双键的不饱和脂酸称为多不饱和脂酸。 不饱和脂酸命名常用系统命名法以标示脂酸的碳原子数即碳链长度和双键的位置。 如从脂酸的羧基碳起计算碳原子的顺序，则这种编码体系为△编码体系。如从脂酸的甲 基碳起计算其碳原子顺序则为ω或 n 编码体系。按ω或 n 编码体系命名，哺乳动物体内 的各种不饱和脂酸可分为四族：即ω7、ω9、ω6、和ω3 四族（表 7-1 及表 7-2）。 哺乳动物体内缺乏在脂酸 C9 碳原子处引入双键的去饱和酶系，因此不能合成ω-6 族的亚油酸（18：2，△9，12）及ω-3 族的α-亚麻酸（18：3，△ 9，12，15），这两种多不饱 和脂酸必需由食物中植物油提供。只要供给亚油酸（ω6，n-6）则动物即能合成ω6 族 的花生四烯酸及其衍生物。长链多不饱和脂酸如二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid, EPA），二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid, DHA）在脑及睾丸中含量丰富，是脑及 精子正常生长发育不可缺少的组分。这类脂酸以ω-3 族的α-亚麻酸（18：3，ω-3）为 原料可在体内合成，而亚油酸（18：2，ω-6）不能代替α-亚麻酸。 近十多年来的研究发现，在海水鱼油中亦含丰富的 EPA 及 DHA，属ω-3 族多不饱 和脂酸。这类脂酸具有降血脂、抗血小板聚集、延缓血栓形成、保护脑血管、抗癌等特 殊生物效应，对心脑血管疾病的防治具有重要价值。 第二节 脂类的消化和吸收 膳食中的脂类主要为脂肪，此外还含少量磷脂、胆固醇等。脂类不溶于水，必须在 小肠经胆汁中胆汁酸盐的作用，乳化并分散成细小的微团（micelles）后，才能被消化酶 消化。胰液及胆汁均分泌入十二指肠，因此小肠上段是脂类消化的主要场所。胆汁酸盐 是较强的乳化剂，能降低油与水相之间的界面张力，使脂肪及胆固醇酯等疏水的脂质乳 化成细小微团，增加消化酶对脂质的接触面积，有利于脂肪及类脂的消化及吸收。胰腺 分泌入十二指肠中消化脂类的酶有胰脂酶（pancreatic lipase）、磷脂酶 A2（phospholipase A2）、胆固醇酯酶（cholesteryl esterase）及辅脂酶（colipase）。胰脂酶特异催化甘油三酯

的1及3位酯键水解,生成2-甘油一酯(2- monoglyceride)及2分子脂酸。胰脂酶必须 吸附在乳化脂肪微团的水油界面上,才能作用于微团内的甘油三酯。辅脂酶是胰脂酶对 脂肪消化不可缺少的蛋白质辅因子。胰磷脂酶A2催化磷脂2位酯键水解,生成脂酸及溶 血磷脂:胆固醇酯酶促进胆固醇酯水解生成游离胆固醇及脂酸。脂肪及类脂的消化产物 包括甘油一酯、脂酸、胆固醇及溶血磷脂等可与胆汁酸盐乳化成更小的混合微团(mied micelles)。这种微团体积更小,极性更大,易于穿过小肠粘膜细胞表面的水屏障,为肠 粘膜细胞吸收 脂类消化产物主要在十二指肠下段及空肠上段吸收。中链脂酸(6~10C)及短链脂 酸(2~4C)构成的甘油三酯,经胆汁酸盐乳化后即可被吸收。在肠粘膜细胞内脂肪酶 的作用下,水解为脂肪酸及甘油,通过门静脉进入血循环。长链脂酸(12~26C)及2- 甘油一酯吸收入肠粘膜细胞后,在光面内质网脂酰CoA转移酶( acyl CoA transferase) 的催化下,由ATP供给能量,2-甘油一酯加上2分子脂酰CoA,再合成甘油三酯。后者 再与粗面内质网合成的载脂蛋白( apolipoprotein,apo)B48、C、AI、AIV等以及磷脂 胆固醇结合成乳糜微粒,经淋巴进入血循环。在肠粘膜细胞中由甘油一酯合成脂肪的途 径称为甘油一酯合成途径。 第三节甘油三酯代谢 、甘油三酯的合成代谢 甘油三酯是机体储存能量的形式。机体摄入糖、脂肪等食物均可合成脂肪在脂肪组 织储存,以供禁食、饥饿时的能量需要 (一)合成部位 肝、脂肪组织及小肠是合成甘油三酯的主要场所,以肝的合成能力最强。上述三种 组织、细胞均有合成甘油三酯的脂酰CoA转移酶 脂肪组织是机体合成脂肪的另一重要组织。它可利用从食物脂肪而来的乳糜微粒 (CM)或ⅥLDL中的脂酸合成脂肪,更主要以葡萄糖为原料合成脂肪。脂肪细胞可以 大量储存脂肪,是机体合成及储存脂肪的“仓库”。小肠粘膜细胞主要利用脂肪消化产物 再合成脂肪,以乳糜微粒形式经淋巴进入血循环。 (二)合成原料 合成甘油三酯所需的甘油及脂酸主要由葡萄糖代谢提供。食物脂肪消化吸收后以 CM形式进入血循环,运送至脂肪组织或肝,其脂酸亦可用以合成脂肪。 三)合成基本过程 1.甘油一酯途径小肠粘膜细胞主要利用消化吸收的甘油一酯及脂酸再合成甘油 酯。 2.甘油二酯途径肝细胞及脂肪细胞主要按此途径合成甘油三酯。葡萄糖循糖酵 解途径生成3-磷酸甘油,在脂酰CoA转移酶的作用下,依次加上2分子脂酰CoA生成 磷脂酸( phosphatidic acid。后者在磷脂酸磷酸酶的作用下,水解脱去磷酸生成1,2-甘 油二酯,然后在脂酰CoA转移酶的催化下,再加上1分子脂酰基即生成甘油三酯

的 1 及 3 位酯键水解，生成 2-甘油一酯（2-monoglyceride）及 2 分子脂酸。胰脂酶必须 吸附在乳化脂肪微团的水油界面上，才能作用于微团内的甘油三酯。辅脂酶是胰脂酶对 脂肪消化不可缺少的蛋白质辅因子。胰磷脂酶 A2 催化磷脂 2 位酯键水解，生成脂酸及溶 血磷脂；胆固醇酯酶促进胆固醇酯水解生成游离胆固醇及脂酸。脂肪及类脂的消化产物 包括甘油一酯、脂酸、胆固醇及溶血磷脂等可与胆汁酸盐乳化成更小的混合微团（mixed micelles）。这种微团体积更小，极性更大，易于穿过小肠粘膜细胞表面的水屏障，为肠 粘膜细胞吸收。 脂类消化产物主要在十二指肠下段及空肠上段吸收。中链脂酸（6～10C）及短链脂 酸（2～4C）构成的甘油三酯，经胆汁酸盐乳化后即可被吸收。在肠粘膜细胞内脂肪酶 的作用下，水解为脂肪酸及甘油，通过门静脉进入血循环。长链脂酸（12～26C）及 2- 甘油一酯吸收入肠粘膜细胞后，在光面内质网脂酰 CoA 转移酶（acyl CoA transferase） 的催化下，由 ATP 供给能量，2-甘油一酯加上 2 分子脂酰 CoA，再合成甘油三酯。后者 再与粗面内质网合成的载脂蛋白（apolipoprotein, apo）B48、C、AI、AIV 等以及磷脂、 胆固醇结合成乳糜微粒，经淋巴进入血循环。在肠粘膜细胞中由甘油一酯合成脂肪的途 径称为甘油一酯合成途径。 第三节 甘油三酯代谢 一、甘油三酯的合成代谢 甘油三酯是机体储存能量的形式。机体摄入糖、脂肪等食物均可合成脂肪在脂肪组 织储存，以供禁食、饥饿时的能量需要。 （一）合成部位 肝、脂肪组织及小肠是合成甘油三酯的主要场所，以肝的合成能力最强。上述三种 组织、细胞均有合成甘油三酯的脂酰 CoA 转移酶。 脂肪组织是机体合成脂肪的另一重要组织。它可利用从食物脂肪而来的乳糜微粒 （CM）或 VLDL 中的脂酸合成脂肪，更主要以葡萄糖为原料合成脂肪。脂肪细胞可以 大量储存脂肪，是机体合成及储存脂肪的“仓库”。小肠粘膜细胞主要利用脂肪消化产物 再合成脂肪，以乳糜微粒形式经淋巴进入血循环。 （二）合成原料 合成甘油三酯所需的甘油及脂酸主要由葡萄糖代谢提供。食物脂肪消化吸收后以 CM 形式进入血循环，运送至脂肪组织或肝，其脂酸亦可用以合成脂肪。 （三）合成基本过程 1．甘油一酯途径 小肠粘膜细胞主要利用消化吸收的甘油一酯及脂酸再合成甘油 三酯。 2．甘油二酯途径 肝细胞及脂肪细胞主要按此途径合成甘油三酯。葡萄糖循糖酵 解途径生成 3-磷酸甘油，在脂酰 CoA 转移酶的作用下，依次加上 2 分子脂酰 CoA 生成 磷脂酸（phosphatidic acid）。后者在磷脂酸磷酸酶的作用下，水解脱去磷酸生成 1，2-甘 油二酯，然后在脂酰 CoA 转移酶的催化下，再加上 1 分子脂酰基即生成甘油三酯

合成脂肪的三分子脂酸可为同一种脂酸,亦可是三种不同的脂酸。合成所需的3- 磷酸甘油主要由糖代谢提供。肝、肾等组织含有甘油激酶,能利用游离甘油,使之磷酸 化生成3-磷酸甘油。脂肪细胞缺乏甘油激酶因而不能利用甘油合成脂肪 、甘油三酯的分解代谢 (一)脂肪的动员 储存在脂肪细胞中的脂肪,被脂肪酶逐步水解为游离脂酸( free fatty acid,FFA)及 甘油并释放入血以供其他组织氧化利用,该过程称为脂肪的动员。在脂肪动员中,脂肪 细胞内激素敏感性甘油三酯脂肪酶( hormone- . sensitive triglyceride lipase,HSL)起决定性 作用,它是脂肪分解的限速酶。 当禁食、饥饿或交感神经兴奋时,肾上腺素、去甲肾上腺素、胰髙血糖素等分泌增 加,作用于脂肪细胞膜表面受体,激活腺苷酸环化酶,促进cAMP合成,激活依赖cAMP 的蛋白激酶,使胞液内HSL磷酸化而活化。后者使甘油三酯水解成甘油二酯及脂酸。这 步反应是脂肪分解的限速步骤,HSL是限速酶,它受多种激素的调控,故称为激素敏感 性脂肪酶。能促进脂肪动员的激素称为脂解激素,如肾上腺素、胰高血糖素,ACIH及 TSH等。胰岛素、前列腺素E2及烟酸等抑制脂肪的动员,对抗脂解激素的作用 脂解作用使储存在脂肪细胞中的脂肪分解成游离脂酸及甘油,然后释放入血。血浆 白蛋白具有结合游离脂酸的能力,每分子白蛋白可结合10分子FFA。FFA不溶于水,与 白蛋白结合后由血液运送至全身各组织,主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用。甘油溶于 水,直接由血液运送至肝、肾、肠等组织。主要是在肝甘油激酶( glycerokinase)作用下, 转变为3-磷酸甘油:然后脱氢生成磷酸二羟丙酮,循糖代谢途径进行分解或转变为糖。 脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低,故不能很好利用甘油 (二)脂酸的β氧化 脂酸是人及哺乳动物的主要能源物质。在O2供给充足的条件下,脂酸可在体内分 解成CO2及H2O并释出大量能量,以AP形式供机体利用。除脑组织外,大多数组织 均能氧化脂酸,但以肝及肌肉最活跃。 1.脂酸的活化一一脂酰CoA的生成脂酸进行氧化前必须活化,活化在线粒体外 进行。内质网及线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶( acyl-CoA synthetase)在ATP、 COASH Mg2+存在的条件下,催化脂酸活化,生成脂酰CoA 脂酸活化后不仅含有高能硫酯键,而且增加了水溶性,从而提高了脂酸的代谢活性。 反应过程中生成的焦磷酸(PPi)立即被细胞内的焦磷酸酶水解,阻止了逆向反应的进行。 故1分子脂酸活化,实际上消耗了2个高能磷酸键。 2.脂酰CoA进入线粒体脂酸的活化在胞液中进行,而催化脂酸氧化的酶系存在 于线粒体的基质内,因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。实验证明,长链 脂酰CoA不能直接透过线粒体内膜。它进入线粒体需肉碱[ carnitine L-(CH3)3NCH2CH(OHCH2COO,L-β羟-y-三甲氨基丁酸]的转运 线粒体外膜存在肉碱脂酰转移酶I( carnitine acyl transferase I),它能催化长链脂酰

合成脂肪的三分子脂酸可为同一种脂酸，亦可是三种不同的脂酸。合成所需的 3- 磷酸甘油主要由糖代谢提供。肝、肾等组织含有甘油激酶，能利用游离甘油，使之磷酸 化生成 3-磷酸甘油。脂肪细胞缺乏甘油激酶因而不能利用甘油合成脂肪。 二、甘油三酯的分解代谢 （一）脂肪的动员 储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂酸（free fatty acid, FFA）及 甘油并释放入血以供其他组织氧化利用，该过程称为脂肪的动员。在脂肪动员中，脂肪 细胞内激素敏感性甘油三酯脂肪酶（hormone-sensitive triglyceride lipase, HSL）起决定性 作用，它是脂肪分解的限速酶。 当禁食、饥饿或交感神经兴奋时，肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素等分泌增 加，作用于脂肪细胞膜表面受体，激活腺苷酸环化酶，促进 cAMP 合成，激活依赖 cAMP 的蛋白激酶，使胞液内 HSL 磷酸化而活化。后者使甘油三酯水解成甘油二酯及脂酸。这 步反应是脂肪分解的限速步骤，HSL 是限速酶，它受多种激素的调控，故称为激素敏感 性脂肪酶。能促进脂肪动员的激素称为脂解激素，如肾上腺素、胰高血糖素，ACTH 及 TSH 等。胰岛素、前列腺素 E2 及烟酸等抑制脂肪的动员，对抗脂解激素的作用。 脂解作用使储存在脂肪细胞中的脂肪分解成游离脂酸及甘油，然后释放入血。血浆 白蛋白具有结合游离脂酸的能力，每分子白蛋白可结合 10 分子 FFA。FFA 不溶于水，与 白蛋白结合后由血液运送至全身各组织，主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用。甘油溶于 水，直接由血液运送至肝、肾、肠等组织。主要是在肝甘油激酶（glycerokinase）作用下， 转变为 3-磷酸甘油；然后脱氢生成磷酸二羟丙酮，循糖代谢途径进行分解或转变为糖。 脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低，故不能很好利用甘油。 （二）脂酸的β-氧化 脂酸是人及哺乳动物的主要能源物质。在 O2 供给充足的条件下，脂酸可在体内分 解成 CO2 及 H2O 并释出大量能量，以 ATP 形式供机体利用。除脑组织外，大多数组织 均能氧化脂酸，但以肝及肌肉最活跃。 1．脂酸的活化——脂酰 CoA 的生成 脂酸进行氧化前必须活化，活化在线粒体外 进行。内质网及线粒体外膜上的脂酰 CoA 合成酶（acyl-CoA synthetase）在 ATP、CoASH、 Mg 2+存在的条件下，催化脂酸活化，生成脂酰 CoA。 脂酸活化后不仅含有高能硫酯键，而且增加了水溶性，从而提高了脂酸的代谢活性。 反应过程中生成的焦磷酸（PPi）立即被细胞内的焦磷酸酶水解，阻止了逆向反应的进行。 故 1 分子脂酸活化，实际上消耗了 2 个高能磷酸键。 2．脂酰 CoA 进入线粒体 脂酸的活化在胞液中进行，而催化脂酸氧化的酶系存在 于线粒体的基质内，因此活化的脂酰 CoA 必须进入线粒体内才能代谢。实验证明，长链 脂 酰 CoA 不 能 直 接 透 过 线 粒 体 内 膜 。 它 进 入 线 粒 体 需 肉 碱 [carnitine, L-(CH3)3N+CH2CH(OH)CH2COO- , L-β羟-  -三甲氨基丁酸]的转运。 线粒体外膜存在肉碱脂酰转移酶 I（carnitine acyl transferase I），它能催化长链脂酰

CoA与肉碱合成脂酰肉碱( acyl carnitine),后者即可在线粒体内膜的肉碱-脂酰肉碱转位 酶( carnitine- acylcarnitine translocase)的作用下,通过内膜进入线粒体基质内。此转位 酶实际上是线粒体内膜转运肉碱及脂酰肉碱的载体。它在转运1分子脂酰肉碱进入线粒 体基质内的同时,将1分子肉碱转运出线粒体内膜外膜间腔。进入线粒体内的脂酰肉碱 则在位于线粒体内膜内侧面的肉碱脂酰转移酶∏的作用下,转变为脂酰CoA并释出肉碱。 脂酰CoA即可在线粒体基质中酶体系的作用下,进行B氧化(图7-1)。 肉碱脂酰转移酶I是脂酸β氧化的限速酶,脂酰CoA进入线粒体是脂酸β一氧化的 主要限速步骤。当饥饿、高脂低糖膳食或糖尿病时,机体不能利用糖,需脂酸供能,这 时肉碱脂酰转移酶Ⅰ活性增加,脂酸氧化增强。相反,饱食后,脂肪合成及丙二酰CoA 增加,后者抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ活性,因而脂酸的氧化被抑制 3.脂酸的β-氧化 脂酰CoA进入线粒体基质后,在线粒体基质中疏松结合的脂酸β-氧化多酶复合体 的催化下,从脂酰基的β-碳原子开始,进行脱氢、加水、再脱氢及硫解等四步连续反应 脂酰基断裂生成1分子比原来少2个碳原子的脂酰CoA及1分子乙酰CoA(图7-2) 脂酸β-氧化的过程如下 (1)脱氢:脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下,a、β碳原子各脱下一氢原子 生成反△2烯酰CoA。脱下的2H由FAD接受生成FADH2 (2)加水:反△2烯酰CoA在△2烯酰水化酶的催化下,加水生成L(+)-B-羟脂 酰CoA (3)再脱氢:L(+)-B-羟脂酰CoA在β-羟脂酰CoA脱氢酶的催化下,脱下2H 生成β-酮脂酰CoA,脱下的2H由NAD接受,生成NADH及H (4)硫解:β-酮脂酰CoA在β-酮脂酰CoA硫解酶催化下,加 COASH使碳链断 裂,生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA 以上生成的比原来少2个碳原子的脂酰CoA,可再进行脱氢、加水、再脱氢及硫解 反应。如此反复进行,直至最后生成丁酰CoA,后者再进行一次β-氧化,即完成脂酸 的β-氧化 脂酸经β-氧化后生成大量的乙酰CoA。乙酰CoA一部分在线粒体内通过三羧酸循 环彻底氧化,一部分在线粒体中缩合生成酮体,通过血液运送至肝外组织氧化利用。 4.脂酸氧化的能量生成脂酸氧化是体内能量的重要来源。以软脂酸为例,进行7 次B-氧化,生成7分子FADH2、7分子 NADH+H及8分子乙酰CoA。每分子FADH2 通过呼吸链氧化产生2分子ATP,每分子NADH+H氧化产生3分子ATP,每分子乙酰 CoA通过三羧酸循环氧化产生12分子ATP。因此1分子软脂酸彻底氧化共生成(7×2) (7×3)+(8×12)=131个ATP。减去脂酸活化时耗去的2个高能磷酸键,相当于2 个ATP,净生成129分子ATP或129×51.6=6656kJ/mol。lmol软脂酸在体外彻底氧化 成CO2及H2O时的自由能为9791kJ。故其能量利用效率为 6656 ×100=68% 9791

CoA 与肉碱合成脂酰肉碱（acyl carnitine），后者即可在线粒体内膜的肉碱-脂酰肉碱转位 酶（carnitine-acylcarnitine translocase）的作用下，通过内膜进入线粒体基质内。此转位 酶实际上是线粒体内膜转运肉碱及脂酰肉碱的载体。它在转运 1 分子脂酰肉碱进入线粒 体基质内的同时，将 1 分子肉碱转运出线粒体内膜外膜间腔。进入线粒体内的脂酰肉碱， 则在位于线粒体内膜内侧面的肉碱脂酰转移酶II 的作用下，转变为脂酰CoA并释出肉碱。 脂酰 CoA 即可在线粒体基质中酶体系的作用下，进行β氧化（图 7-1）。 肉碱脂酰转移酶 I 是脂酸β氧化的限速酶，脂酰 CoA 进入线粒体是脂酸β-氧化的 主要限速步骤。当饥饿、高脂低糖膳食或糖尿病时，机体不能利用糖，需脂酸供能，这 时肉碱脂酰转移酶 I 活性增加，脂酸氧化增强。相反，饱食后，脂肪合成及丙二酰 CoA 增加，后者抑制肉碱脂酰转移酶 I 活性，因而脂酸的氧化被抑制。 3．脂酸的β-氧化 脂酰 CoA 进入线粒体基质后，在线粒体基质中疏松结合的脂酸β-氧化多酶复合体 的催化下，从脂酰基的β-碳原子开始，进行脱氢、加水、再脱氢及硫解等四步连续反应， 脂酰基断裂生成 1 分子比原来少 2 个碳原子的脂酰 CoA 及 1 分子乙酰 CoA（图 7-2）。 脂酸β-氧化的过程如下： （1）脱氢：脂酰 CoA 在脂酰 CoA 脱氢酶的催化下，α、β碳原子各脱下一氢原子， 生成反△2 烯酰 CoA。脱下的 2H 由 FAD 接受生成 FADH2。 （2）加水：反△2 烯酰 CoA 在△2 烯酰水化酶的催化下，加水生成 L（+）-β-羟脂 酰 CoA。 （3）再脱氢：L（+）-β-羟脂酰 CoA 在β-羟脂酰 CoA 脱氢酶的催化下，脱下 2H 生成β-酮脂酰 CoA，脱下的 2H 由 NAD+接受，生成 NADH 及 H+。 （4）硫解：β-酮脂酰 CoA 在β-酮脂酰 CoA 硫解酶催化下，加 CoASH 使碳链断 裂，生成 1 分子乙酰 CoA 和少 2 个碳原子的脂酰 CoA。 以上生成的比原来少 2 个碳原子的脂酰 CoA，可再进行脱氢、加水、再脱氢及硫解 反应。如此反复进行，直至最后生成丁酰 CoA，后者再进行一次β-氧化，即完成脂酸 的β-氧化。 脂酸经β-氧化后生成大量的乙酰 CoA。乙酰 CoA 一部分在线粒体内通过三羧酸循 环彻底氧化，一部分在线粒体中缩合生成酮体，通过血液运送至肝外组织氧化利用。 4．脂酸氧化的能量生成 脂酸氧化是体内能量的重要来源。以软脂酸为例，进行 7 次β-氧化，生成 7 分子 FADH2、7 分子 NADH+H+及 8 分子乙酰 CoA。每分子 FADH2 通过呼吸链氧化产生 2 分子 ATP，每分子 NADH+H+氧化产生 3 分子 ATP，每分子乙酰 CoA 通过三羧酸循环氧化产生 12 分子 ATP。因此 1 分子软脂酸彻底氧化共生成（7×2） +（7×3）+（8×12）=131 个 ATP。减去脂酸活化时耗去的 2 个高能磷酸键，相当于 2 个 ATP，净生成 129 分子 ATP 或 129×51.6=6656kJ/mol。1mol 软脂酸在体外彻底氧化 成 CO2 及 H2O 时的自由能为 9791kJ。故其能量利用效率为： 6656 9791 ╳ 100 = 68%

(四)酮体的生成及利用 乙酰乙酸( acetoacetate)、β-羟丁酸(β- hydroxybutyrate)及丙酮( acetone)三者 统称酮体( ketone bodies)。酮体是脂酸在肝分解氧化时特有的中间代谢物,这是因为肝 具有活性较强的合成酮体的酶系,而又缺乏利用酮体的酶系 1.酮体的生成脂酸在线粒体中经β-氧化生成的大量乙酰CoA是合成酮体的原 料。合成在线粒体内酶的催化下,分三步进行。 (1)2分子乙酰CoA在肝线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶( thiolase)的作用下,缩合 成乙酰乙酰CoA,并释出1分子 COASH。 (2)乙酰乙酰CoA在羟甲基戊二酸单酰CoA( HMG COA)合成酶的催化下,再 与1分子乙酰CoA缩合生成羟甲基戊二酸单酰CoA(3- hydroxy-3- methyl glutaryl COA HMG COA),并释出1分子 COASH (3)羟甲基戊二酸单酰CoA在 HMG COA裂解酶的作用下,裂解生成乙酰乙酸和 乙酰CoA 乙酰乙酸在线粒体内膜β-羟丁酸脱氢酶的催化下,被还原成β-羟丁酸,所需的氢 由NADH提供,还原的速度由 NADH/NAD的比值决定。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱 羧而成丙酮 肝线粒体内含有各种合成酮体的酶类,尤其是 HMG COA合成酶,因此生成酮体是 肝特有的功能。但是肝氧化酮体的酶活性很低,因此肝不能氧化酮体。肝产生的酮体 透过细胞膜进入血液运输到肝外组织进一步分解氧化(图7-3)。 2.酮体的利用肝外许多组织具有活性很强的利用酮体的酶 (1)琥珀酰CoA转硫酶:心、肾、脑及骨骼肌的线粒体具有较高的琥珀酰CoA 转硫酶活性。在有琥珀酰CoA存在时,此酶能使乙酰乙酸活化,生成乙酰乙酰CoA。 (2)乙酰乙酰CoA硫解酶:心、肾、脑及骨骼肌线粒体中还有乙酰乙酰CoA硫解 酶,使乙酰乙酰CoA硫解,生成2分子乙酰CoA,后者即可进入三羧酸循环彻底氧化。 (3)乙酰乙酰硫激酶:肾、心和脑的线粒体中尚有乙酰乙酰硫激酶,可直接活化 乙酰乙酸生成乙酰乙酰CoA,后者在硫解酶的作用下硫解为2分子乙酰CoA β-羟基丁酸在β-羟丁酸脱氢酶的催化下,脱氢生成乙酰乙酸:然后再转变成乙酰 CoA而被氧化。部分丙酮可在一系列酶作用下转变为丙酮酸或乳酸,进而异生成糖。这 是脂酸的碳原子转变成糖的一个途径。 总之,肝是生成酮体的器官,但不能利用酮体:肝外组织不能生成酮体,却可以利 用酮体。 3.酮体生成的生理意义酮体是脂酸在肝内正常的中间代谢产物,是肝输出能源 的一种形式。酮体溶于水,分子小,能通过血脑屏障及肌肉毛细血胞壁,是肌肉尤其是 脑组织的重要能源。脑组织不能氧化脂酸,却能利用酮体。长期饥饿、糖供应不足时酮 体可以代替葡萄糖成为脑组织及肌肉的主要能源 正常情况下,血中仅含有少量酮体,为0.03~0.5mmol/L(0.3~5mgd)。在饥饿、 高脂低糖膳食及糖尿病时,脂酸动员加强,酮体生成增加。尤其在未控制糖尿病患者, 血液酮体的含量可高出正常情况的数十倍,这时丙酮约占酮体总量的一半。酮体生成超 过肝外组织利用的能力,引起血中酮体升高,可导致酮症酸中毒,并随尿排出,引起酮

（四）酮体的生成及利用 乙酰乙酸（acetoacetate）、β-羟丁酸（β-hydroxybutyrate）及丙酮（acetone）三者 统称酮体（ketone bodies）。酮体是脂酸在肝分解氧化时特有的中间代谢物，这是因为肝 具有活性较强的合成酮体的酶系，而又缺乏利用酮体的酶系。 1．酮体的生成 脂酸在线粒体中经β-氧化生成的大量乙酰 CoA 是合成酮体的原 料。合成在线粒体内酶的催化下，分三步进行。 （1）2 分子乙酰 CoA 在肝线粒体乙酰乙酰 CoA 硫解酶（thiolase）的作用下，缩合 成乙酰乙酰 CoA，并释出 1 分子 CoASH。 （2）乙酰乙酰 CoA 在羟甲基戊二酸单酰 CoA（HMG CoA）合成酶的催化下，再 与 1 分子乙酰 CoA 缩合生成羟甲基戊二酸单酰 CoA（3-hydroxy-3-methyl glutaryl CoA, HMG CoA），并释出 1 分子 CoASH。 （3）羟甲基戊二酸单酰 CoA 在 HMG CoA 裂解酶的作用下，裂解生成乙酰乙酸和 乙酰 CoA。 乙酰乙酸在线粒体内膜β-羟丁酸脱氢酶的催化下，被还原成β-羟丁酸，所需的氢 由 NADH 提供，还原的速度由 NADH/NAD+的比值决定。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱 羧而成丙酮。 肝线粒体内含有各种合成酮体的酶类，尤其是 HMG CoA 合成酶，因此生成酮体是 肝特有的功能。但是肝氧化酮体的酶活性很低，因此肝不能氧化酮体。肝产生的酮体， 透过细胞膜进入血液运输到肝外组织进一步分解氧化（图 7-3）。 2．酮体的利用 肝外许多组织具有活性很强的利用酮体的酶。 （1）琥珀酰 CoA 转硫酶：心、肾、脑及骨骼肌的线粒体具有较高的琥珀酰 CoA 转硫酶活性。在有琥珀酰 CoA 存在时，此酶能使乙酰乙酸活化，生成乙酰乙酰 CoA。 （2）乙酰乙酰 CoA 硫解酶：心、肾、脑及骨骼肌线粒体中还有乙酰乙酰 CoA 硫解 酶，使乙酰乙酰 CoA 硫解，生成 2 分子乙酰 CoA，后者即可进入三羧酸循环彻底氧化。 （3）乙酰乙酰硫激酶：肾、心和脑的线粒体中尚有乙酰乙酰硫激酶，可直接活化 乙酰乙酸生成乙酰乙酰 CoA，后者在硫解酶的作用下硫解为 2 分子乙酰 CoA。 β-羟基丁酸在β-羟丁酸脱氢酶的催化下，脱氢生成乙酰乙酸；然后再转变成乙酰 CoA 而被氧化。部分丙酮可在一系列酶作用下转变为丙酮酸或乳酸，进而异生成糖。这 是脂酸的碳原子转变成糖的一个途径。 总之，肝是生成酮体的器官，但不能利用酮体；肝外组织不能生成酮体，却可以利 用酮体。 3．酮体生成的生理意义 酮体是脂酸在肝内正常的中间代谢产物，是肝输出能源 的一种形式。酮体溶于水，分子小，能通过血脑屏障及肌肉毛细血胞壁，是肌肉尤其是 脑组织的重要能源。脑组织不能氧化脂酸，却能利用酮体。长期饥饿、糖供应不足时酮 体可以代替葡萄糖成为脑组织及肌肉的主要能源。 正常情况下，血中仅含有少量酮体，为 0.03～0.5mmol/L（0.3～5mg/dl）。在饥饿、 高脂低糖膳食及糖尿病时，脂酸动员加强，酮体生成增加。尤其在未控制糖尿病患者， 血液酮体的含量可高出正常情况的数十倍，这时丙酮约占酮体总量的一半。酮体生成超 过肝外组织利用的能力，引起血中酮体升高，可导致酮症酸中毒，并随尿排出，引起酮