第九章 脂类代谢 内容 第一节 生物体内的脂类及其功能 第二节 脂类的分解代谢 第三节 脂类的合成代谢 第四节 甘油磷脂的酶促降解与生物合成(自学) 教学目的和要求 1.了解脂类的生理功能 2.掌握脂肪酸的-氧化过程及能量释放 3.了解脂肪酸的其它氧化途径 4.掌握酮体的生成及利用 5.掌握脂肪酸的合成代谢 6.了解其它脂类的代谢 第一节 生物体内的脂类及其功能 一、脂质的定义 v是指那些低溶于水而高溶于非极性有机溶剂 （乙醚、氯仿等）的生物有机分子。 v化学本质：是脂肪酸和醇所形成的酯类及其 衍生物。 按化学组成分： p单纯脂质：脂肪酸和醇形成（三酰甘油和蜡） 。 p复合脂质：除含脂肪酸和醇外，尚含其它非脂 成分（磷脂、糖脂）。 p衍生脂质：是单纯脂质和复合脂质的衍生物。 如取代烃、固醇类、萜等。 p结合脂：脂与糖或蛋白形成的脂多糖和脂蛋白 。 二、脂类的分类 （一）单纯脂类 由脂肪酸和醇类所形成的酯 v 脂酰甘油酯（最丰富的为甘油三酯) v 蜡（含14-36C个碳原子的饱和或不饱 和脂肪酸与含16-30C个碳原子的一元醇所 形成的酯） 1、脂肪酸 （1） 由一条长的烃链（“尾”）和 一末端羧基（“头”）组成的羧酸 。链多数是线形的，少数为分支和 环状 （2）根据脂肪酸碳链结构的不同 p饱和脂肪酸 p不饱和脂肪酸（1-4,少数有6个） z单不饱和脂肪酸 z多不饱和脂肪酸 p含分支和环状结构的脂肪酸 （3） 常见的脂肪酸：软脂酸、硬 脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸 CH3（CH2）nCOOH （4）每个脂肪酸有通俗名、系统名和简写符号 （5）脂肪酸的结构特点 v天然脂肪酸几乎都是偶数碳，多数在1224碳，最常见 的是16C和18C v双键数目一般为1-4个，少数为6个，单不饱和脂肪酸的 双键多在第9位,第2和第3个双键多在第12和第15位；双 键多为顺式,少数为反式 v非共轭双键系统、共轭双键系统。 CH2CH CH CH2 CH CH CH2 非共轭双键系统（多数） CH2CH CH CH CH CH CH CH2 共轭双键系统 其中棕榈酸（16：0）、硬脂酸（18：0）、棕榈 油酸（16：1 ，9 ）、油酸（18：1 ，9 ）、芥 子酸（22：1, 13 ）、亚油酸（18：2）、-亚麻 酸（18：3，9，12，15 ）、-亚麻酸（18：3，6，9 ，12）、花生四稀酸（18：3，5，8，11，14）、 EPA(20 ：5 ，5，8，11，14，17）和DHA (22：6,4，7，10，13，16 ，19）等较重要。 （4）每个脂肪酸有通俗名、系统名和简写符号 （5）脂肪酸的结构特点 v天然脂肪酸几乎都是偶数碳，多数在1224碳，最常见 的是16C和18C v双键数目一般为1-4个，少数为6个，单不饱和脂肪酸的 双键多在第9位,第2和第3个双键多在第12和第15位；双 键多为顺式,少数为反式 v非共轭双键系统、共轭双键系统。 CH2CH CH CH2 CH CH CH2 非共轭双键系统（多数） CH2CH CH CH CH CH CH CH2 共轭双键系统 溶解度：烃链越长，在水中 的溶解度越低 熔点：不饱和的脂肪酸的溶 点比饱和脂肪酸的熔点低 脂肪酸可以发生氧化反应， 不饱和脂肪酸在双键处可以 发生加成反应（卤化、氢化 ）。 脂肪酸盐与乳化作用 （6）、脂肪酸的物理和化学性质 2、三酰甘油 油脂的化学本质是酰基甘油，其中主要是 三酰甘油（甘油三酯，TG），由一份子的甘 油和三分子的脂肪酸结合而成。此外还有少 量的二酰甘油(DG）和单酰甘油(MG) 。 甘油三酯甘油三酯 n、m、k可以相同，也可以不全相同 甚至完全不同， 其中n多是不饱和的。 三酰甘油的物理和化学性质 三酰甘油含不饱和脂肪酸较多，在室温下成液态，称 为油，饱和脂肪酸多，在室温下成固态，称为脂 三酰甘油能在酸、碱或酶作用下水解成脂肪酸和甘油 ，碱水解称作皂化，皂化1g油脂所需的KOH mg数称作 皂化价； 油脂中的双键氢化可制造人造黄油；油脂中的双键还 可与碘反应，100g油脂所能吸收的碘的克数称作碘值 ； 油脂中的羟基可被乙酰化，中和1g油脂中乙酰基释放 的乙酸所需的KOH mg数称作乙酰价； 油脂自动氧化生成挥发性醛、酮、酸称作酸败,中和 1g油脂中游离脂肪酸所需的KOH mg数称作酸价； 在油脂中加入抗氧化剂，可以防止油脂酸败。 3、蜡 蜡是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯，天 然蜡是多种蜡酯的混合物。 蜡分子含一个很弱的极性头和一个非极性尾，因此 完全不溶于水，蜡的硬度由烃链的长度和饱和度决定。 蜂蜡存在于蜂巢；白蜡是白蜡虫的分泌物，可用作 涂料、润滑剂和其他化工原料；鲸蜡是抹香鲸头部鲸油 冷却时析出的白色晶体；洗涤羊毛得到的羊毛蜡可用作 药品和化妆品的底料；来源于棕榈树叶片的巴西棕榈蜡 可用作高级抛光剂。 单纯脂类的衍生物：除了含有脂肪酸和 醇外，还含有非脂分子的成分，包括： （二）复合脂类（二）复合脂类 v 磷脂（磷酸和含氮碱） v 糖脂（糖） v 硫脂（硫酸） 1、磷脂 v指含磷的脂类。包括甘油磷脂和鞘磷脂 v主要参与细胞膜系统的组成。少量存在于细胞的其它部分 。 （1 1）、甘油磷脂（磷酸甘油酯）、甘油磷脂（磷酸甘油酯） 组分：磷脂酸（甘油脂肪酸磷酸） X （极性醇） 体内几种重要的甘油磷脂 甘油磷脂的一般性质 v白色蜡状固体，暴露于空气中由于多不饱和脂肪酸的过 氧化作用，磷脂颜色逐渐变暗。 v是两亲分子，是成膜分子，在水中能形成微囊。 v和碱、酸反应 v磷脂酶 (2)鞘磷脂 甘油磷脂：脂肪酸-甘油-磷酸-极性醇 鞘磷脂：脂肪酸-鞘胺醇-磷酸-极性醇 鞘磷脂 鞘磷脂 神经酰胺 鞘磷脂：脂肪酸-鞘胺醇-磷酸-极性醇 3、糖脂 v糖脂：指糖通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化 合物。 v分为 甘油糖脂： 鞘糖脂： 神经节苷脂：（糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂 ） 甘油磷脂 = 脂肪酸-甘油-磷酸-极性醇 鞘磷脂 = 脂肪酸-鞘胺醇-磷酸-极性醇 甘油糖脂 = 脂肪酸-甘油-糖 (二酰甘油) 鞘糖脂 = 脂肪酸-鞘胺醇-糖 （神经酰胺） 磷脂 糖脂 鞘糖脂 几种糖脂和硫酯 2,3-双酰基-1-D-葡萄糖-D-甘油6-亚硫酸-6-脱氧-葡萄糖甘油二酯(硫酯) 2,3-双酰基-1-(-D-半乳糖基-1，6- -D-半乳糖基）-D-甘油 由单纯脂类或复合脂类衍生而来 或与它们关系密切。 v萜类：天然色素、香精油、天然橡胶 v固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺 皮质激素） v其他脂类：维生素A、D、E、K等。 （三）衍生脂类（三）衍生脂类 1. 储能及氧化供能。量大、产能多 2. 构成生物膜，是生物膜的重要结构组分 3. 协助脂溶性维生素的吸收，提供必需脂肪酸 4. 识别、免疫、保护和保温作用。 5. 合成一些生物活性物质，如类固醇激素、肾 上腺皮质 激素、维生素及胆汁酸等。磷脂代 谢中间物如甘油二酯、磷酸肌醇等可作为信号 分子参与细胞代谢的调节过程。 二、脂类的主要功能 第二节 脂肪的分解代谢 一、脂肪的酶促水解 脂肪 脂肪酶 甘油+脂肪酸 CH2OH HCOH CH2OH CH2OH R2-C-O-CH CH2OH O= - H2OR1COOH 二酰甘油脂肪酶 H2OR2COOH 单酰甘油脂肪酶 - - CH2-O -C-R1 R2-C-O-CH CH2-O -C-R3 O=O= O= H2OR3COOH 三酰甘油脂肪酶 O= O= - - CH2-O -C-R1 R2-C-O-CH CH2OH 限速酶 v脂肪动员：指脂肪组织中脂肪在激素的调节下，被一系列脂 肪酶水解为脂肪酸和甘油并释放入血供其它组织利用的过程。 v肾上腺素、胰高血糖素都可以激活腺苷酸环化酶，使cAMP浓 度升高，促使依赖cAMP的蛋白激酶活化，后者使无活性的脂肪 酶磷酸化，转变成有活性的脂肪酶，加速脂解作用。 二、甘油的氧化分解与转化 动物的脂肪细胞中 无甘油激酶，则甘油 需要经血液运到肝细 胞中进行氧化分解. TCATCA循环循环CO CO 2 2 +H+H 2 2 O+O+能量能量 v-氧化作用（主要氧化途径） v-氧化作用 v- 氧化作用 饱和脂肪酸的氧化分解饱和脂肪酸的氧化分解 三 脂肪酸的氧化分解 单不饱和脂肪酸的氧化分解不饱和脂肪酸的氧化分解 奇数奇数C C原子脂肪酸的氧化分解原子脂肪酸的氧化分解 CH3-(CH2)n - CH2 - CH2 -COOH 1、Knoop（努普） 实验： 实验的前提条件：动物体内缺乏降解苯环的能力，部分苯环 化合物仍保持环的形式被排出。 实验方法：用苯环标记5种含碳原子数目不同的脂酸使其形 成含碳原子不同的苯脂酸（苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸、苯丁 酸、苯戊酸）用苯脂酸饲养动物，收集尿液，然后分析尿液 中带有苯环的物质（标记脂酸饲饲养动动物收集尿液进进行 分析）。 （一）脂肪酸-氧化作用 苯己酸 苯丁酸 苯乙酸 NH2CH2COOH（甘氨酸） 苯戊酸 苯丙酸 苯甲酸 v发现如喂标记偶数碳的脂肪酸，尿中排出的代谢物 均为苯乙尿酸，如喂标记奇数碳的脂肪酸则尿中发 现的代谢物均为马尿酸。 试验结果： 试验结论 v 脂肪酸在体内的氧化分解是从羧基端-碳 原子开始，每次断裂2个碳原子 。这就是“-氧化 学说”的精髓。 v 或者说：脂肪酸在氧化分解时，在碳链的 碳原子和碳原子之间断裂，使碳原子成双成对的 断裂。 饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的 位C原子发生氧化，碳链在位C原子与 位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA 和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断 重复进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化. R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH 2、 氧化作用的概念 （1）脂肪酸的活化（activation） v脂酸的活化：由脂肪酸转变成脂酰CoA的过程。 v进行部位：胞液（cytosol） v活化的原因：游离脂酸水溶性小，细胞内无分解游离脂肪酸 的酶，所以脂肪酸进行氧化前必须活化。活化在线粒体外（ 胞浆内）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。 3、 -氧化作用反应历程 脂酰CoA合成酶 R-COOH AMP + PPi HSCoA+ ATP R-COSCoA 脂肪酸第一步活化在胞液中，催化脂酸氧化的酶系 存在于线粒体的基质内，脂酰CoA（10C以上）不能 进入线粒体，因此在胞浆内活化的脂酰CoA必须进 入线粒体内才能代谢。此过程由肉碱（肉毒碱, carnitine）来携带脂酰基。 （2 2）脂酰）脂酰CoACoA转运入线粒体转运入线粒体 HOOC-CHHOOC-CH 2 2 -CH-CH-CH-CH 2 2 -N-N + + -CH-CH 3 3 OHOH CHCH 3 3 CHCH 3 3 -羟基-r-三甲基铵基丁酸 转运的条件 ： 肉毒碱 （L-羟基-三甲基丁酸） （脂酰基的载体） 肉毒碱脂酰转移酶 ： 酶（肉毒碱脂酰转移酶 I）：位于线粒体内 膜的外侧。催化长链脂酰CoA与肉毒碱合成脂酰肉 毒碱（acyl carnitine），从而使脂酰CoA入膜内。 酶是脂肪酸-氧化的限速酶 酶（肉毒碱脂酰转移酶 ）位于线粒体内 膜的内侧。是线粒体内膜转运肉毒碱及脂酰肉毒碱 的载体 酯酰CoA进入线粒体基质示意图 N+(CH3)3 CH2 HO-CH2 COO- 肉毒碱 酯酰肉毒碱 O R-C N+(CH3)3 CH2 -O-CH2 COO- 酯酰肉毒碱 CoASH O R-C-S-CoA O R-C-OH ATP