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第七章 脂类代谢与控制 授课教师：张 侠 E-mail：zhangxia79@yeah.net 概述 脂类，也称脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。 对大多数脂类而言，其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 参与脂类组成的脂肪酸多是4碳以上的长链一元羧酸，醇成分包括甘油（丙三醇）、鞘胺醇、高级一元醇和固醇。 脂类元素组成主要是碳、氢、氧，有些含有氮、磷及硫等。 第一节 脂类的代谢与调节 一、脂肪酸的分解（β-氧化作用） 1904年，Franz Knoop将末端碳连有苯基的一些奇数碳和偶数碳脂肪酸衍生物喂狗，然后分离狗尿中的苯化合物。Knoop发现，当奇数碳脂肪酸衍生物被降解时，尿中检测出的是马尿酸（苯甲酸和甘氨酸的结合物）；如果是偶数碳，则尿中排出的是苯乙尿酸（苯乙酸和甘氨酸的结合物）。因此Knoop认为，脂肪酸的氧化发生在β-碳原子上，即每次从脂肪酸链上降解下来的是2碳单位，也就是后来所谓的脂肪酸β-氧化。 细胞内脂肪酸的降解过程可以分为3个阶段： ⑴脂肪酸在细胞质中活化为脂酰CoA； ⑵脂酰CoA通过转运系统进入线粒体基质； ⑶以2碳单位降解——β-氧化。 1、脂肪酸的活化 长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化在线粒体外进行（原核生物在细胞溶胶中进行），脂肪酸先与CoA形成硫酯键。 胞液中的脂肪酸可以在脂酰CoA合成酶的催化下，与乙酰CoA酯化，生成脂酰CoA。细胞中有4种不同的脂酰CoA合成酶，它们分别对带有短的（ C6）、中等长度的（C6～12）、长的（ C12）和更长的（ C16）碳链的脂肪酸具有催化的特异性。 2、脂肪酸转入线粒体 ——肉毒碱（carnitine）穿梭机制 肉毒碱穿梭机制包括以下步骤： ⑴在脂酰肉毒碱转移酶I（carnitine acyltransferase I，CAT I）催化下，脂酰CoA中的脂酰基转移到L-肉毒碱上，形成脂酰肉毒碱。 ⑵脂酰肉毒碱在肉毒碱：脂酰肉毒碱转运酶的作用下，与游离的肉毒碱交换后进入线粒体基质。 ⑶在线粒体基质中，脂酰肉毒碱在与膜结合的脂酰肉毒碱转移酶II（CAT II是CAT I的同功酶）的催化下，重新生成脂酰CoA和肉毒碱（CAT I催化反应的逆反应）。 3、脂肪酸的β-氧化 脂肪酸的β-氧化发生于线粒体中，脂酰CoA氧化生成乙酰CoA涉及4个基本反应： 第一次氧化反应（oxidation）； 水化反应（hydration）； 第二次氧化反应（oxidation）； 硫解反应（cleavage）。 4、脂肪酸的其他氧化分解方式 奇数碳链脂肪酸的分解 氧化产生n-1个乙酰CoA和1个丙酰CoA，丙酰CoA与ATP、CO2反应，生成甲基丙二酸单酰CoA，经分子重排成琥珀酰CoA，进入TCA循环。 脂肪酸的ω-氧化 脂肪酸ω位的碳原子首先氧化，生成二羧酸，再通过β-氧化作用脱下二碳化合物。 5、能量代谢 脂肪酸代谢的能量产生分为三个阶段： 长链脂肪酸经β-氧化降解为乙酰基（乙酰CoA）。 乙酰基经柠檬酸循环氧化为CO2。 前面两个阶段产生的NADH和FADH2经呼吸链氧化，合成ATP。 二、脂肪酸的生物合成 对微生物、动植物细胞合成脂肪酸的研究证明，脂肪酸的合成并不是脂肪酸β-氧化的逆反应，而是通过另外的途径合成。 在脂肪酸β氧化途径中，中间产物都是辅酶A（CoASH）的衍生物；在脂肪酸的生物合成途径中，则都是酰基载体蛋白（ACP）的衍生物。这是两者之间的根本性区别。 脂肪酸的生物合成是在细胞液中进行，需要CO2和柠檬酸参加；而氧化降解是在线粒体中进行的。 真核生物中脂肪酸的生物合成包括三个过程： ⑴乙酰CoA的转运（柠檬酸转运系统）。 ⑵丙二酸单酰CoA的生成 。 ⑶脂肪酸的合成。 1、乙酰CoA的转运（柠檬酸转运系统） 由糖代谢产生的乙酰CoA可以通过柠檬酸转运系统，从线粒体转运到胞质中，供给脂肪酸的合成。 首先在柠檬酸合成酶催化下，线粒体中的乙酰CoA和草酰乙酸缩合形成柠檬酸。 生成的柠檬酸经柠檬酸——二羧酸载体转运出线粒体。 进入到胞液内的柠檬酸经柠檬酸裂解酶催化，裂解生成乙酰CoA和草酰乙酸，裂解反应需要CoA-SH和消耗ATP。 柠檬酸裂解生成的草酰乙酸在细胞质中的苹果酸脱氢酶催化下还原为苹果酸，同时NADH氧化为NAD＋。 苹果酸在苹果酸酶催化下脱羧生成丙酮酸，NADP＋还原为NADPH。 3、脂肪酸的合成 脂肪酸的合成是在脂肪酸合成酶复合体的作用下完成的。E.coli的脂肪酸合成酶复合体包含7种酶，而哺乳动物的脂肪酸合成酶只有一条肽链，但具有多种催化活性。另外，脂肪酸的合成还需要酰基载体蛋白（ACP：acyl carrier protein）来转移酰基基团。 包括5个反应步骤