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1、第六章第六章 脂类代谢脂类代谢目目录录第一节第一节 生物体内的脂类生物体内的脂类第二节第二节 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢第三节第三节 脂肪的生物合成脂肪的生物合成第四节第四节 磷脂和糖脂的代谢磷脂和糖脂的代谢(自学自学)第五节第五节 胆固醇的代谢胆固醇的代谢(自学自学)第一节第一节 生物体内的脂类生物体内的脂类 脂类（脂类（lipidlipid）亦译为脂质或类脂，是）亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。成的酯类及其衍生物。脂肪酸多为脂肪酸多为4
2、4碳以上的长链一元羧酸碳以上的长链一元羧酸 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。脂类的元素组成主要是脂类的元素组成主要是C H O,C H O,有些尚含有些尚含N S PN S P。脂类的基本概念脂类的基本概念脂的分类脂的分类(1)单纯脂脂是是脂脂肪肪酸酸和和醇醇类所所形形成成的的酯，其其中中典典型的型的为甘油三甘油三酯(脂肪脂肪)。(2)复复合合脂脂除除醇醇类、脂脂肪肪酸酸外外还含含有有其其它它物物质，如如磷磷酸酸、含含氮氮化化合合物物、糖糖基基及及其其衍衍生生物物、鞘鞘氨氨醇醇及其衍生物等。及其衍生物等。(3)其其它它脂脂为一一类不不含含有有
3、脂脂肪肪酸酸、非非皂皂化化的的脂脂，包括包括萜类、前列腺素、前列腺素类和甾和甾类化合物等。化合物等。单 纯 脂 类1.概念单纯脂类是由脂肪酸和醇形成的酯2.种类(2)蜡（1）酰基甘油酯O=O=CH2O CR1R2COCHCH2O CR3O=R1、R2、R3可以相同，也可以不全相可以相同，也可以不全相同甚至完全不同，同甚至完全不同，R2多是不饱和的。多是不饱和的。重要脂重要脂类：甘油三：甘油三酯甘甘 油油 三三 酯酯 甘油三脂中脂肪酸不饱和的较多时，甘油三脂中脂肪酸不饱和的较多时，在室温下呈液态，称为油。反之，则呈固在室温下呈液态，称为油。反之，则呈固态，称为脂。甘油三脂又称油脂。态，称为脂。甘
4、油三脂又称油脂。注意！蜡蜡主要存在于主要存在于毛发毛发、皮肤皮肤、叶子、果实以叶子、果实以及昆虫外骨骼等的表面及昆虫外骨骼等的表面，但也有分散于，但也有分散于细胞中的，如蜂蜡。细胞中的，如蜂蜡。主要是含主要是含1414至至3636个碳原子的饱和或不个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含饱和脂肪酸与含1616至至3030个碳原子的一元醇个碳原子的一元醇所形成的脂。所形成的脂。复 合 脂 类1.概念2.种类复合脂是指除脂肪酸与醇组成的酯外,分子内还含有其它成分的脂类。(1)磷脂(2)糖脂和硫脂复合脂复合脂 磷酸甘油脂，又称甘油磷脂，是最具有代表性的复合磷酸甘油脂，又称甘油磷脂，是最具有代表性的复合脂，广
5、泛存在于脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷脂甘油脂是物、植物和微生物。磷脂甘油脂是细胞胞膜膜结构重要的构重要的组分之一，在分之一，在动物的物的脑、心、心、肾、肝、骨髓、肝、骨髓、卵以及植物的种子和果卵以及植物的种子和果实中含量中含量较为丰富。最丰富。最简单的磷酸的磷酸甘油脂甘油脂结构如构如图 磷脂是分子中含有磷酸的复合脂，由于磷脂是分子中含有磷酸的复合脂，由于其所含的醇不同，又可以分为甘油磷脂和其所含的醇不同，又可以分为甘油磷脂和鞘氨醇磷脂。鞘氨醇磷脂。磷磷 脂脂磷脂酰胆碱磷脂酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰肌醇磷脂酰丝氨酸磷脂酰甘油几种糖脂和硫酯几种糖脂和硫酯2,3-2,3-双酰基双酰基-1-1-D-
6、D-吡喃吡喃-D-D-甘油甘油6-6-亚硫酸亚硫酸-6-6-脱氧脱氧-葡萄糖甘油二葡萄糖甘油二酯酯(硫酯硫酯)2,3-2,3-双酰基双酰基-1-(-1-(-D-D-半乳糖基半乳糖基-1-1，6-6-D-D-半乳糖基）半乳糖基）-D-D-甘油甘油非 皂 化 脂 类1.概念2.种类 即异戊二烯脂类,它不含脂肪酸,不能进行皂化（1）甾醇类（固醇）甾醇类（固醇）（2）萜类化合物.脂类的生理功能脂类的生理功能（1）结构组分）结构组分其中的磷脂是构成其中的磷脂是构成细胞生物膜（胞生物膜（BiomembraneBiomembrane）的）的重要重要结构物构物质。现代研究表明，代研究表明，细胞胞质膜（膜（pl
7、asmaplasmamembranemembrane）是）是细胞的界膜，控制着胞的界膜，控制着细胞内外所有物胞内外所有物质的出入。同的出入。同时，细胞胞质膜上各种脂、蛋白膜上各种脂、蛋白质、糖等表、糖等表面复合物面复合物质的存在与的存在与细胞的胞的识别、信号、信号转导、种、种质特特异性和异性和组织免疫等有密切关系。因此，生物膜免疫等有密切关系。因此，生物膜对细胞胞的生命活的生命活动具有特具有特别重要的作用；重要的作用；（2）储存能源）储存能源在高等在高等动物体中，甘油三物体中，甘油三酯主要主要积累在皮下累在皮下组织、肠间膜内等，膜内等，动物的血液、淋巴液、肝物的血液、淋巴液、肝脏、骨髓等中也都
8、、骨髓等中也都储藏一定量的脂肪。植物的甘油三藏一定量的脂肪。植物的甘油三酯多存在于种子和果多存在于种子和果实中，一些油料作物种子的含油量高达中，一些油料作物种子的含油量高达3030 50%50%。甘油脂通。甘油脂通过氧化可以供氧化可以供给人人类及及动植物生命植物生命过程所需的程所需的热能。能。1g1g甘油甘油脂在体内氧化可脂在体内氧化可产生生39kJ39kJ的的热量，比碳水化合物和蛋白量，比碳水化合物和蛋白质在同在同样条件下的条件下的热量量约高一倍；高一倍；(3)许许多多脂脂类类物物质质行行使使着着各各种种重重要要特特殊殊的的生生理理功功能能。这些些物物质包包括括某某些些维生生素素和和激激素素
9、等等。例例如如，萜类化化合合物物中中包包含含着着维生生素素A、维生生素素D、维生生素素E和和维生生素素K，它它们是是调节生生理理代代谢重重要要的的活活性性物物质。还有有定定位位在在质膜膜上上磷磷脂脂化化合合物物，如如磷磷脂脂酰肌肌醇醇、N-磷磷脂脂酰乙乙醇醇胺胺等等是是调节细胞胞生生长发育育、抗抗逆逆境境反反应的的脂脂质信信号号分分子。子。第二节第二节 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢甘甘油油在在甘甘油油激激酶酶的的催催化化下下，被被磷磷酸酸化化成成3-3-磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。甘油的代谢甘油的代谢其反应如下：其反应如下：其其中中第第一一步
10、步反反应应需需要要 消消耗耗ATPATP，而而第第二二步步反反应应可可生成还原辅酶生成还原辅酶。磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮为为磷磷酸酸丙丙糖糖，是是糖糖酵酵解解途途径径的的中中间间产产物物，因因此此既既可可以以继继续续氧氧化化，经经丙丙酮酮酸酸进进入入三三羧羧酸酸循循环环彻彻底底氧氧化化成成COCO2 2和和水水，又又可可经经糖糖异异生生作作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。用合成葡萄糖，乃至合成多糖。脂肪酸的氧化脂肪酸的氧化一、一、脂肪酸的脂肪酸的-氧化途径途径二、脂肪酸的二、脂肪酸的a-a-氧化途径氧化途径三三.脂肪酸的脂肪酸的-氧化途径氧化途径 -氧氧化化作作用用的的提提出出是是在在十十九九世世
11、纪初初，FranzFranzKnoopKnoop在在此此方方面面作作出出了了关关键性性的的贡献献。他他将将末末端端甲甲基基上上连有有苯苯环的的脂脂肪肪酸酸喂喂饲狗狗，然然后后检测狗狗尿尿中中的的产物物。结果果发现，食食用用含含偶偶数数碳碳的的脂脂肪肪酸酸的的狗狗的的尿尿中中有有苯苯乙乙酸酸的的衍衍生生物物苯苯乙乙尿尿酸酸，而而食食用用含含奇奇数数碳碳的的脂脂肪肪酸酸的的狗狗的的尿尿中中有有苯苯甲甲酸酸的的衍衍生生物物马尿尿酸酸。KnoopKnoop由由此此推推测无无论脂脂肪肪酸酸链的的长短短，脂脂肪肪酸酸的的降降解解总是每次水解下两个碳原子是每次水解下两个碳原子。据据此此，Knoop提提出出脂
12、脂肪肪酸酸的的氧氧化化发生生在在-碳碳原原子子上上，而而后后Ca与与Cb之之间的的键发生生断断裂裂，从从而而产生生二二碳碳单位位，此此二碳二碳单位位Knoop推推测是乙酸。是乙酸。以以后后的的实验证明明Knoop推推测的的准准确确性性，由由此此提提出出了了脂脂肪酸的肪酸的 -氧化作用。氧化作用。-氧氧化化作作用用是是指指脂脂肪肪酸酸在在-碳碳原原子子上上进行行氧氧化化，然然后后a-碳碳原原子子和和 -碳碳原原子子之之间键发生生断断裂裂。每每进行行一一次次-氧氧化化作作用用，分分解解出出一一个个二二碳碳片片段段，生生成成较原原来来少少两两个个碳碳原子的脂肪酸。原子的脂肪酸。-氧氧化化作作用用的的
13、部部位位：Localizationof-oxidationoccursinmitochondria,油料作物种子萌发时油料作物种子萌发时乙醛酸循环体乙醛酸循环体(glyoxysome(glyoxysome，简称乙醛酸体，简称乙醛酸体)线粒体基质线粒体基质matrix(1)(1)脂肪酸的活化脂肪酸的活化 脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoACoA酯化成脂酯化成脂酰酰CoACoA的过程。反应如下：的过程。反应如下：脂肪酸的活化需要脂肪酸的活化需要ATPATP的参与。每活化的参与。每活化1 1分子脂肪分子脂肪酸，需要酸，需要1 1分子分子ATPATP转化为转化为AMPA
14、MP，即要消耗即要消耗2 2个高能磷酸个高能磷酸键键。这可以折算成需要。这可以折算成需要2 2分子分子ATPATP水解成水解成ADPADP。在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不可逆。可逆。(2)Transport into mitochondria 脂肪酸的脂肪酸的 -氧化作用通常是在氧化作用通常是在线粒体的基粒体的基质中中进行的，中、短行的，中、短链脂肪酸可直接穿脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而粒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，CarnitineCarnitine）携）携带，以脂以脂酰肉碱的形式跨越内膜而
15、肉碱的形式跨越内膜而进入基入基质，故称肉碱，故称肉碱转运。运。肉碱肉碱（也叫肉毒碱，（也叫肉毒碱，Carnitine）的结构如下：）的结构如下：肉毒碱是肉毒碱是季胺类季胺类化合物，是一种人体必化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。得到广泛的研究和应用。其其中中的的肉肉碱碱脂脂酰酰转转移移酶酶和
16、和是是一一组组同同工工酶酶。前前者者在在线线粒粒体体外外催催化化脂脂酰酰CoACoA上上的的脂脂酰酰基基转转移移给给肉肉碱碱，生生成成脂脂酰酰肉肉碱碱；后后者者则则在在线线粒粒体体内内将将运运入入的的脂脂酰酰肉肉碱碱上上的的脂脂酰酰基基重重新新转转移移至至CoACoA，游游离离的的肉肉碱碱被被运运回回内内膜膜外侧循环使用。外侧循环使用。(3)-氧化的历程脂酰脂酰CoACoA进入线粒体后，经历多次进入线粒体后，经历多次-氧化作用氧化作用而逐步降解成多个二碳单位而逐步降解成多个二碳单位 乙酰乙酰CoACoA。每次每次-氧化作用包括四个步骤。氧化作用包括四个步骤。（1 1）脱氢）脱氢 脂酰脂酰CoA
17、CoA经脂酰经脂酰CoACoA脱氢酶催化，在其脱氢酶催化，在其和和碳原子上脱氢，生成碳原子上脱氢，生成2 2反烯脂酰反烯脂酰CoACoA，该，该脱氢反应的辅基为脱氢反应的辅基为FADFAD。（2 2）加水（水合反应）加水（水合反应）2 2反烯脂酰反烯脂酰CoACoA在在2 2反反烯脂酰烯脂酰CoACoA水合酶催化下，在双键上加水生成水合酶催化下，在双键上加水生成L-L-羟脂酰羟脂酰CoACoA。（3 3）脱氢）脱氢 L-L-羟脂酰羟脂酰CoACoA在在L-L-羟脂酰羟脂酰CoACoA脱脱氢酶催化下，脱去氢酶催化下，脱去碳原子与羟基上的氢原子生碳原子与羟基上的氢原子生成成-酮脂酰酮脂酰CoACo
18、A，该反应的辅酶为，该反应的辅酶为NADNAD+。（4 4）硫解）硫解 在在-酮脂酰酮脂酰CoACoA硫解酶催化下，硫解酶催化下，-酮酮脂酰脂酰CoACoA与与CoACoA作用，硫解产生作用，硫解产生 1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA和比和比原来少两个碳原子的脂酰原来少两个碳原子的脂酰CoACoA。对于长链脂肪酸，需要经过多次对于长链脂肪酸，需要经过多次-氧化作用，氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰碳时）的脂酰CoACoA。下下图图是是软软脂脂酸
19、酸（棕棕榈榈酸酸 C C1515H H3131COOHCOOH）的的-氧氧化化过过程程，它需经历七轮它需经历七轮-氧化作用而生成氧化作用而生成8 8分子乙酰分子乙酰CoACoA。2.2.偶数碳饱和脂肪酸的氧化偶数碳饱和脂肪酸的氧化对于偶数碳饱和脂肪酸，对于偶数碳饱和脂肪酸，-氧化过程的化学计量：氧化过程的化学计量：脂脂肪肪酸酸在在-氧氧化化作作用用前前的的活活化化作作用用需需消消耗耗能能量量，即即1 1分分子子ATPATP转转变变成成了了AMPAMP，消消耗耗了了2 2个个高高能能磷磷酸酸键键，相相当当于于2 2分子分子ATPATP。在在-氧氧化化过过程程中中，每每进进行行一一轮轮，使使1 1
20、分分子子FADFAD还还原原成成FADHFADH2 2、1 1分分子子NADNAD+还还原原成成NADHNADH，两两者者经经呼呼吸吸链链可可分分别别生生成成2 2分分子子和和3 3分分子子ATPATP，因因此此每每轮轮-氧氧化化作作用用可可生生成成5 5分子分子ATPATP。-氧氧化化作作用用的的产产物物乙乙酰酰CoACoA可可通通过过三三羧羧酸酸循循环环而而彻彻底底氧氧化化成成COCO2 2和和水水，同同时时每每分分子子乙乙酰酰CoACoA可可生生成成1212分分子子ATPATP。在在油油料料种种子子萌萌发发时时乙乙醛醛酸酸体体中中通通过过-氧氧化化产产生生的的乙乙酰酰CoACoA一一般般
21、不不用用作作产产能能形形成成ATPATP，而而是是通通过过乙乙醛醛酸酸循循环环（见后）转变成琥珀酸，再经糖的异生作用转化成糖。（见后）转变成琥珀酸，再经糖的异生作用转化成糖。1 1分子分子软脂酸脂酸彻底氧化底氧化生成生成ATPATP的分子数的分子数一次活化作用一次活化作用-2-27 7轮-氧化作用氧化作用+57=+35+57=+358 8分子乙分子乙酰CoACoA的氧化的氧化+128=+96+128=+96总 计+129+1292.2.偶数碳偶数碳饱和脂肪酸的氧化和脂肪酸的氧化生生物物体体中中的的不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的双双键键都都是是顺顺式式构构型型，而而且且位位置置也也相相当当有有规规
22、律律 第第一一个个双双键键都都是是在在C C9 9和和C C1010之之间间（写写作作D D9 9），以以后后每每隔隔三三个个碳碳原原子子出出现现一一个。例如，亚油酸个。例如，亚油酸18:218:2D D9 9，1212；-亚亚油酸油酸18:318:3D D9,12,159,12,15。3.3.不不饱和脂肪酸的氧化和脂肪酸的氧化 不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的氧氧化化与与饱饱和和脂脂肪肪酸酸基基本本相相同同，只只是是某某些些步步骤骤还还需需其其它它酶酶的的参参与与，现现以以油油酸酸为为例例加加以以说说明。明。它它经经历历了了三三轮轮-氧氧化化作作用用后后，产产物物在在,g g位位有有一一顺顺式式
23、双双键键，因因此此接接下下来来的的反反应应不不是是脱脱氢氢，而而是是双双键键的的异异构构化化，生生成成反反式式的的,双双键键，然然后后-氧氧化化作作用用继继续续正正常常进进行行。因因此此油油酸酸的的氧氧化化与与相相同同碳碳的的饱饱和和脂脂肪肪酸酸（硬硬脂脂酸酸）相相比比，只只是是以以一一次次双双键键异异构构化化反反应应取取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADHFADH2 2。不不仅仅是是单单不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸，所所有有的的多多不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的前前四四轮轮-氧氧化化作作用用都都与与油油酸酸相相类类同同，都都在在第第四四轮轮时时需要一种异构酶
24、的参与。需要一种异构酶的参与。大大多多数数脂脂肪肪酸酸含含偶偶数数碳碳原原子子，它它们们通通过过-氧氧化化可可全全部部转转变变成成乙乙酰酰CoACoA，但但一一些些植植物物和和海海洋洋生生物物能能合合成成奇奇数数碳碳脂脂肪肪酸酸，它它们们在在最最后后一一轮轮-氧氧化化作作用后，产生丙酰用后，产生丙酰CoACoA。4.4.奇数碳奇数碳链脂肪酸的氧化脂肪酸的氧化丙丙酰酰CoACoA的的代代谢谢在在动动物物体体内内依依照照如如下下图图所所示示的的途途径径进进行行，先先进进行行羧羧化化，然然后后经经过过两两次次异异构构化化，形形成成琥珀酰琥珀酰CoACoA。油酰CoA的氧化脂脂肪肪酸酸在在一一些些酶酶
25、的的催催化化下下，在在-碳碳原原子子上上发发生生氧氧化化作作用用，分分解解出出一一个个一一碳碳单单位位COCO2 2，生生成成缩缩短短了了一一个个碳碳原原子子的的脂脂肪肪酸酸。这这种种氧氧化化作作用用称称为为脂脂肪肪酸酸的的-氧化作用氧化作用。二二.脂肪酸的脂肪酸的a-a-氧化途径氧化途径-氧氧化化作作用用是是19561956年年由由首首先先在在植植物物种种子子和和叶叶片片中中发发现现的的，后后来来在在动动物物脑脑和和肝肝细细胞胞中中也也发发现现了了脂脂肪肪酸的这种氧化作用。酸的这种氧化作用。该该途途径径以以游游离离脂脂肪肪酸酸作作为为底底物物，在在-碳碳原原子子上上发发生生羟羟化化（-OH-
26、OH）或或氢氢过过氧氧化化（-OOH-OOH），然然后后进进一一步步氧氧化化脱脱羧羧，其其可可能能的的机机理理下下图图所示。所示。-氧化作用对于生物体内氧化作用对于生物体内 奇数碳脂肪酸的形成；奇数碳脂肪酸的形成；含甲基的支链脂肪酸的降解；含甲基的支链脂肪酸的降解；过长的脂肪酸（如过长的脂肪酸（如C C2222、C C2424）的降解）的降解起着重要的作用起着重要的作用哺哺乳乳动动物物将将绿绿色色蔬蔬菜菜中中植植醇醇降降解解就就是是通通过过这这种途径而实现的种途径而实现的脂脂肪肪酸酸的的-氧氧化化是是指指脂脂肪肪酸酸的的末末端端（-端端）甲甲基基发生生氧氧化化，先先转变成成羟甲甲基基，继而而再
27、再氧氧化化成成羧基，从而形成基，从而形成a,a,-二二羧酸的酸的过程。程。三三.脂肪酸的脂肪酸的-氧化途径氧化途径生成的生成的,-二二羧酸可从酸可从两端两端进行行 -氧化作用而氧化作用而降解。降解。动动物物体体内内的的十十二二碳碳以以下下的的脂脂肪肪酸酸常常常常通通过过-氧氧化化途途径径进行降解。进行降解。植植物物体体内内的的在在-端端具具有有含含氧氧基基团团（羟羟基基、醛醛基基或或羧羧基基）的的脂脂肪肪酸酸大大多多也也是是通通过过-氧氧化化作作用用生生成成的的，这这些些脂脂肪肪酸酸常常常是角质层或细胞壁的组成成分。常是角质层或细胞壁的组成成分。一一些些需需氧氧微微生生物物能能将将烃烃或或脂脂
28、肪肪酸酸迅迅速速降降解解成成水水溶溶性性产产物物，这这种种降降解解过过程程首首先先要要进进行行-氧氧化化作作用用，生生成成二二羧羧基基脂脂肪肪酸酸后后再再通通过过-氧氧化化作作用用降降解解，如如海海洋洋中中的的某某些些浮浮游游细细菌菌可可降降解解海海面面上上的的浮浮油油，其其氧氧化化速速率率可可高高达达0.50.5克克/天天/平平方方米米。脂肪酸降解的主要产物乙酰脂肪酸降解的主要产物乙酰CoA的去路？的去路？有有不不少少的的细细菌菌、藻藻类类或或处处于于一一定定生生长长阶阶段段的的高高等等植植物物（如如正正在在萌萌发发的的油油料料种种子子），脂脂肪肪酸酸降降解解的的主主要要产产物物乙乙酰酰Co
29、A还还可可以以通通过过另另外外一一条条途途径径 乙乙醛醛酸酸循循环环（glyoxylate cycle），将将2分分子子乙乙酰酰CoA合成合成1分子四碳化合物琥珀酸。分子四碳化合物琥珀酸。1 乙乙醛酸循酸循环CoASH柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶乙醛酸循乙醛酸循环反应历环反应历程程NAD+NADH苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-CSCoACoASH OCH3-CSCoACOOCOO-CH2CH2CH2CH2COOCOO-琥珀酸琥珀酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶苹果酸苹果酸合成酶合成酶 O OH-C-COH乙醛酸乙醛酸乙醛酸循环的净结果是把两分子乙酰乙醛酸循环
30、的净结果是把两分子乙酰CoACoA转变成一分子琥珀酸。其总反应为：转变成一分子琥珀酸。其总反应为：乙乙醛醛酸酸循循环环与与三三羧羧酸酸循循环环相相比比，可可以以看看成成是是三三羧羧酸酸循循环环的的一一个个支支路路，它它在在异异柠柠檬檬酸酸处处分分支支，绕绕过过了了三三羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。参参与与乙乙醛醛酸酸循循环环的的酶酶除除了了异异柠柠檬檬酸酸裂裂解解酶酶和和苹苹果果酸合酶酸合酶外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。异异柠柠檬檬酸酸裂裂解解酶酶和和苹苹果果酸酸合合酶酶是是乙乙醛醛酸酸循循环环
31、的的关关键酶键酶。乙醛酸循环的生物学意义乙醛酸循环的生物学意义乙乙醛醛酸酸循循环环不不存存在在于于动动物物及及高高等等植植物物的的营营养养器器官官内内，它它存存在在于于一一些些细细菌菌、藻藻类类和和油油料料植植物物的的种种子子的乙醛酸体中。的乙醛酸体中。油油料料植植物物的的种种子子中中主主要要的的贮贮藏藏物物质质是是脂脂肪肪，在在种种子子萌萌发发时时乙乙醛醛酸酸体体大大量量出出现现，由由于于它它含含有有脂脂肪肪分分解解和和乙乙醛醛酸酸循循环环的的整整套套酶酶系系，因因此此可可以以将将脂脂肪肪分分解解，并将分解产物乙酰并将分解产物乙酰CoACoA转变为琥珀酸。转变为琥珀酸。由乙醛酸循环转变成的琥
32、珀酸，需要在线粒体由乙醛酸循环转变成的琥珀酸，需要在线粒体中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸，然后中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸，然后进入细胞质，沿糖异生途径转变成糖类。进入细胞质，沿糖异生途径转变成糖类。乙醛酸循环中有苹果酸中间体，它也可以到细乙醛酸循环中有苹果酸中间体，它也可以到细胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环的正常进行，这仍来自循环的产物琥珀酸在线粒体的正常进行，这仍来自循环的产物琥珀酸在线粒体中的转变。中的转变。琥琥珀珀酸酸可可异异生生成成糖糖并并以以蔗蔗糖糖的的形形式式运运至至种种苗苗的的其其它它组组织织供供给给它
33、它们们生生长长所所需需的的能能源源和和碳碳源源；而而当当种种子子萌萌发发终终止止、贮贮脂脂耗耗尽尽，同同时时叶叶片片能能进进行行光光合合作作用用时时，植植物物的的能能源源和和碳碳源源可可以以由由太太阳阳光光和和COCO2 2获获得得时时，乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失。乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失。对对于于一一些些细细菌菌和和藻藻类类，乙乙醛醛酸酸循循环环使使它它们们能能以以乙酸盐为能源和碳源生长。乙酸盐为能源和碳源生长。由由脂脂肪肪酸酸的的-氧氧化化及及其其它它代代谢所所产生生的的乙乙酰CoA，在在一一般般的的细胞胞中中可可进入入三三羧酸酸循循环进行行氧氧化化分分解解；但但在在动物
34、物的的肝肝脏、肾脏、脑等等组织中中，尤尤其其在在饥饿、禁禁食食、糖糖尿尿病病等等情情形形下下，乙乙酰CoA还有有另另一一条条代代谢去去路路，最最终生生成成乙乙酰乙乙酸酸、-羟丁丁酸酸和和丙丙酮，这三种三种产物物统称称为酮体（体（ketonebodies）。）。2 2 酮体代谢酮体代谢 1.1.酮体的合成酮体的合成(1)两两分分子子乙乙酰CoA缩合合成成乙乙酰乙乙酰CoA，反反应由由硫硫解解酶催催化化。此此外外，脂脂肪肪酸酸b-氧氧化化作作用用的的最最后后一一轮也也能能产生生乙乙酰乙乙酰CoA。(2)又又一一分分子子乙乙酰CoA与与乙乙酰乙乙酰CoA缩合合，生生成成-羟-甲甲基基戊戊二二酸酸单酰
35、CoA（HMG-CoA），反反 应 由由HMG-CoA合合 成成 酶催化。催化。3-Hydroxy-3methylglutaryl-CoA(HMG-CoA)(3)MG-CoA分分解解成成乙乙酰乙乙酸酸和和乙乙酰CoA，反反应由由HMG-CoA裂解裂解酶催化。催化。(4)生生成成的的乙乙酰乙乙酸酸一一部部分分可可还原原成成-羟丁丁酸酸，反反应由由-羟丁丁酸酸脱脱氢酶催催化化；也也有有极极少少一一部部分分可可脱脱羧形形成成丙丙酮，反反应可可自自发进行行，也也可可由由乙乙酰乙乙酸脱酸脱羧酶催化。催化。第三节第三节 脂肪的生物合成脂肪的生物合成一一.甘油的合成甘油的合成由糖酵解的中间产物由糖酵解的中间
36、产物磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮还原而成。还原而成。甘油的合成在甘油的合成在细胞质细胞质中进行。中进行。二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成u 饱和脂肪酸的从头合成饱和脂肪酸的从头合成u 脂肪酸碳链的延长脂肪酸碳链的延长u 不饱和键的形成不饱和键的形成(一)脂肪酸的从头合成原料：乙酰乙酰CoACoA产物：不超过不超过1616碳的饱和脂肪酸碳的饱和脂肪酸部位：动物体动物体 细胞质细胞质植物体植物体 叶绿体叶绿体和和前质体前质体1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(1)(1)乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 乙乙酰酰CoACoA在在线线粒粒体体产产生生，来来自自丙丙酮酮酸酸氧氧化化脱
37、脱羧羧及及氨氨基基酸酸的的氧氧化化。乙乙酰酰CoACoA不不能能直直接接穿穿过过线线粒粒体体内内膜膜，需需要要通通过过“柠柠檬檬酸酸穿穿梭梭”的的方方式式从从线线粒粒体体基基质质到到达达细细胞胞质质，才才能能用用于合成脂肪酸。于合成脂肪酸。(1)(1)乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 循循环环的的净净结结果果是是将将乙乙酰酰CoACoA从从线线粒粒体体转转运运到了细胞质，同时也到了细胞质，同时也消耗了化学能消耗了化学能ATPATP。在在植植物物体体中中，线线粒粒体体内内产产生生的的乙乙酰酰CoACoA先先脱脱去去CoACoA以以乙乙酸酸的的形形式式运运出出线线粒粒体体，再再在在线线
38、粒粒体外由脂酰体外由脂酰CoACoA合成酶催化重新形成乙酰合成酶催化重新形成乙酰CoACoA。(2)(2)丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 在在脂脂肪肪酸酸的的从从头头合合成成过过程程中中，参参入入脂脂肪肪酸酸链链的的二二碳碳单单位位的的直直接接提提供供者者并并不不是是乙乙酰酰CoA，而而是是乙乙酰酰CoA的的羧羧化化产产物物 丙丙二二酸酸单单酰酰CoA（malonyl-CoA）。）。乙酰乙酰CoACoA羧化酶的组成羧化酶的组成 在在原原核核生生物物中中，由由两两种种酶酶和和一一种种蛋蛋白白质质组组成成三三元多酶复合体元多酶复合体 生物素羧基载体蛋白生物素羧基载体蛋白（biotin
39、 carboxyl-carrierbiotin carboxyl-carrier protein protein，BCCPBCCP）生物素羧化酶生物素羧化酶 羧基转移酶羧基转移酶 在在动动物物及及高高等等植植物物体体内内，乙乙酰酰CoACoA羧羧化化酶酶是是由由多多个个亚亚基基组组成成的的寡寡聚聚酶酶，每每个个亚亚基基兼兼具具上上述述的的三三种种催催化化活活性性，但但只只有有当当它它们们聚聚合合成成完完整整的的寡寡聚聚酶酶后后才才有有活活性性。乙乙酰酰CoACoA的的羧羧化化为为不不可可逆逆反反应应，是是脂脂肪肪酸酸合合成成的的限限速速步步骤骤，故故乙乙酰酰CoACoA羧羧化化酶酶的的活活性性
40、高高低低控控制制着着脂脂肪酸合成的速度。肪酸合成的速度。影响乙酰影响乙酰CoACoA羧化酶活性的因素：（在动物体中）羧化酶活性的因素：（在动物体中）柠柠檬檬酸酸：促促进进无无活活性性的的单单体体聚聚合合成成有有活活性性的的全全酶酶，从而加速脂肪酸的合成；从而加速脂肪酸的合成；软软脂脂酰酰CoACoA：促促使使全全酶酶的的解解体体，因因而而抑抑制制脂脂肪肪酸酸的的合成。合成。脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）FAS的的组组成成 乙酰乙酰CoA-ACP转移酶转移酶 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA-ACP转移酶转移酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP合酶
41、合酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP还原酶还原酶 -羟脂酰羟脂酰-ACP脱水酶脱水酶 烯脂酰烯脂酰-ACP还原酶还原酶 硫酯酶硫酯酶ACP 脂酰基载体蛋白脂酰基载体蛋白脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）含两个相同亚基含两个相同亚基的二聚体的二聚体ACPACP：不不同同生生物物体体中中的的ACPACP十十分分相相似似：大大肠肠杆杆菌菌中中的的ACPACP是是一一个个由由7777个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成的的热热稳稳定定蛋蛋白白质质，在在它它的的第第3636位位丝丝氨氨酸酸残残基基的的侧侧链链上上，连连有有辅辅基基4-4-磷酸泛酰巯基乙胺磷
42、酸泛酰巯基乙胺。ACPACP辅辅基基犹犹如如一一个个转转动动的的手手臂臂，以以其其末末端端的的巯巯基基携携带带着着脂脂酰酰基基依依次次转转到到各各酶酶的的活活性性中中心心，从从而而发发生生各各种反应，如下图所示。种反应，如下图所示。FASFAS上上的的活活性性巯巯基基：（用用于于运运载载脂脂酰基）酰基）中中央央巯巯基基 ACPACP上上的的巯巯基；基；外外围围巯巯基基 -酮酮脂脂酰酰-ACPACP合合酶酶上上的的巯巯基基，由由该该酶酶的的一一个个CysCys残残基提供。基提供。软软脂脂酸酸合合成成的的反反应应流流程程CH3CO-SHOOCCH2CO-SCH3CHCH2CO-SSHOHSHSHC
43、H3CH=CHCO-SSHSHSH OCH3C-S|SHNADP+NADPHHSCoA乙酰乙酰SCoA丙二单酰丙二单酰-SCoACoASHNADP+NADPHH H2 2O OCOCO2 2软脂酸软脂酸H H2 2O O进位进位链的延伸链的延伸水解水解 OCH3C-S|SHCH3COCH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH(3)(3)脂肪酸链的形成过程：脂肪酸链的形成过程：第一阶段第一阶段乙酰基和丙二酸单酰基进位乙酰基和丙二酸单酰基进位（1）转酰基反应：转酰基反应：乙酰乙酰-CoA与与ACP作用，生成乙酰作用，生成乙酰ACP：该反应是一个起始反应，由乙酰转酰酶催化，将乙酰该反应是一个起
44、始反应，由乙酰转酰酶催化，将乙酰-CoA先先转运至转运至ACP，再转运至，再转运至-酮脂酰酮脂酰-ACP合成酶的巯基上。合成酶的巯基上。（2）转酰基反应：丙二酸单酰）转酰基反应：丙二酸单酰-CoA与与ACP作用，生成丙二作用，生成丙二酸单酰酸单酰ACP：丙二酸单酰转酰酶催化丙二酸加载到：丙二酸单酰转酰酶催化丙二酸加载到ACP上，上，为为-酮脂酰酮脂酰-ACP合成酶提供第二底物。在此反应中，合成酶提供第二底物。在此反应中，ACP的的自由巯基攻击丙二酸单酰自由巯基攻击丙二酸单酰-CoA的羰基，形成丙二酸单酰的羰基，形成丙二酸单酰ACP。这样的起始反应与负载反应，为下一步缩合反应分别生成了所这样的起
45、始反应与负载反应，为下一步缩合反应分别生成了所需的两种底物。需的两种底物。（3）缩合反应：缩合反应：此步反应为乙酰基和丙二酸单酰基的缩合反此步反应为乙酰基和丙二酸单酰基的缩合反应。脱羧反应激活了丙二酸单酰应。脱羧反应激活了丙二酸单酰-CoA的甲烯基碳，使之成的甲烯基碳，使之成为一个好的亲核基团，可攻击乙酰基团的羰基碳原子，形成为一个好的亲核基团，可攻击乙酰基团的羰基碳原子，形成的产物含有连在的产物含有连在ACP上的乙酰乙酰基团。上的乙酰乙酰基团。第二阶段第二阶段脂肪酸链延伸脂肪酸链延伸（4）还原反应：还原反应：由由-酮脂酰酮脂酰-ACP还原酶催化的反还原酶催化的反应是脂肪酸合成中的第一个还原反
46、应。此还原反应应是脂肪酸合成中的第一个还原反应。此还原反应类似于类似于-氧化中发生在氧化中发生在-碳原子上的氧化反应，碳原子上的氧化反应，NADPH作为还原剂，产物为作为还原剂，产物为D-构型的构型的-羟丁酰羟丁酰ACP。（5）脱水反应脱水反应:-羟丁酰羟丁酰ACP脱水生成相应的脱水生成相应的，-烯丁酰烯丁酰ACP（巴豆酰（巴豆酰ACP）：）：（6）再还原反应：再还原反应：,-烯丁酰烯丁酰ACP再由再由NADPH还原还原为丁酰为丁酰ACP。这步还原反应由这步还原反应由NADPH作为电子供体，在作为电子供体，在-碳原子上发生反应，由烯脂酰碳原子上发生反应，由烯脂酰ACP还原酶催还原酶催化，产生一
47、个连接化，产生一个连接ACP的四碳脂肪酸，这是一的四碳脂肪酸，这是一个完整的脂肪酸合成的最后一步。个完整的脂肪酸合成的最后一步。第三阶段第三阶段 脂酰基水解脂酰基水解以上合成的软脂酰以上合成的软脂酰ACP可由硫脂酶水解可由硫脂酶水解去掉去掉ACP，从而生成软脂酸。，从而生成软脂酸。这样由这样由乙酰乙酰ACPACP作为二碳受体作为二碳受体丙二酸单酰丙二酸单酰ACPACP作为二碳供体，经过作为二碳供体，经过缩合、还原、脱水、再还缩合、还原、脱水、再还原原几个反应步骤，即生成含几个反应步骤，即生成含4 4个碳原子的丁酰个碳原子的丁酰ACPACP。如果丁酰如果丁酰ACPACP再与丙二酸单酰再与丙二酸单
48、酰ACPACP反应，经过上述反应，经过上述重复的反应步骤，即可得到己酰重复的反应步骤，即可得到己酰ACPACP。如此不断地。如此不断地进行循环，最终得到软脂酰进行循环，最终得到软脂酰ACPACP。整个脂肪酸从头。整个脂肪酸从头合成过程可简示如下：合成过程可简示如下：从从乙乙酰酰CoACoA的的穿穿梭梭、丙丙二二酸酸单单酰酰CoACoA的的生生成成，到到脂脂肪肪酸酸链链的的形形成成，需需要要消消耗耗化化学学能能ATPATP及及还还原原剂剂NADPHNADPH。整整个个合合成成的的碳碳源源来来自自乙乙酰酰CoACoA，尽尽管管COCO2 2参参与与了了合合成成，但但没没有有被被消消耗耗，其其作作用
49、用是是乙乙酰酰CoACoA通通过过羧羧化化将将ATPATP的的能能量量贮贮存存在在丙丙二二酸酸单单酰酰CoACoA中中，从从而而在在缩缩合合反反应应中中通通过过脱脱羧羧放放能能而而使使反反应应向向正正方方向向即即合合成成的的方方向向进进行行，这这要要比比两两分分子子的的乙乙酰酰CoACoA进进行行的的缩缩合合反反应更易进行。应更易进行。2.2.脂肪酸从头合成的化学计量脂肪酸从头合成的化学计量 由由此此可可见见，由由脂脂肪肪酸酸合合酶酶系系统统形形成成1 1分分子子软软脂脂酸酸需需要要消消耗耗1 1分分子子乙乙酰酰CoACoA、7 7分分子子丙丙二二酸酸单单酰酰CoACoA以以及及1414分分子
50、还原辅酶子还原辅酶，同时释放出，同时释放出7 7分子分子COCO2 2。1.1.延延长发生的部位生的部位内质网内质网动物体动物体线粒体线粒体植物体植物体叶绿体叶绿体或或前质体前质体(二二)脂肪酸碳链的延长脂肪酸碳链的延长2.2.延长过程延长过程该该过过程程是是以以脂脂酰酰CoA（不不是是脂脂肪肪酸酸）作作为为起起点点(引引物物)，通通过过与与从从头头合合成成相相似似的的步步骤骤，即即缩缩合合还还原原脱水脱水再还原再还原，逐步在羧基端增加二碳单位。，逐步在羧基端增加二碳单位。至至于于延延长长的的具具体体方方式式，在在细细胞胞的的不不同同部部位位都都不不相同。相同。线线粒粒体体中中的的延延长长过过