脂类代谢lipids metabolism

生物体内脂类的合成和分解过程。生物体内脂类的种类繁多，代谢途径亦各异。本条目以脂肪（甘油三酯）代谢为重点。脂肪由甘油和脂酸缩合而成，甘油来自糖酵解中间产物磷酸二羟丙酮的还原，合成脂酸的原料乙酰辅酶A来源于糖酵解产物丙酮酸的脱羧氧化。脂肪分解的产物可再进入糖酵解途径。因此脂肪代谢与糖代谢的关系极为密切，脂肪和糖在生物体内可以互相转变。
脂肪的合成 合成脂肪所需的甘油是α-磷酸甘油。α-磷酸甘油可由糖酵解的中间产物——磷酸二羟丙酮还原而成，或甘油在腺苷三磷酸(ATP)参与下通过磷酸化作用而形成。脂酸的合成比较复杂，包括饱和脂酸的从头合成、饱和脂酸链的延长和不饱和脂酸的合成3个内容： ❶饱和脂酸的从头合成。这一过程是在细胞溶质中进行的，以乙酰辅酶A(乙酰CoA)为直接原料，并有CO2及多种酶的参与。首先是乙酰CoA在乙酰CoA羧化酶的催化下，与CO₂生成丙二酰CoA，然后按图1所示程序进行脂酸合成。丁酰ACP是脂酸合成的第一轮产物，通过这一轮变化，延长了两个碳原子。依此循环，直至生成含16个碳的软脂酸为止。
❷饱和脂酸链的延长。由于β-酮脂酰ACP合成酶对软脂酰——ACP无活性，上述途径只能合成16碳以下的脂酸； 生物体内所含碳链长度在16碳以上的脂酸，如硬脂酸(18:0)、花生酸(20:0)等，是酶催化进一步延长碳链而形成的。这一过程在微粒体中进行； 缩合酶先使脂酰CoA与乙酰CoA缩合，形成β-酮脂酰CoA，再经还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH+H⁺) 和还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH+H⁺)供氢还原，产生比原来多两个碳原子的脂酰CoA，如此重复加长碳链形成16碳以上的脂酸。
❸不饱和脂酸的合成。分有氧和无氧两条途径。有氧途径发生在真核生物中，饱和脂酸在有关酶的催化下先活化，再氧化脱氢。在动物细胞中，饱合脂酰CoA的脱饱和需要细胞色素b₅还原酶——细胞色素b₅系统来传递电子； 在植物细胞中则需黄素蛋白——铁氧还蛋白系统来传递电子。生成的单烯脂酸可进一步脱饱和形成二烯、三烯脂酸。厌氧途径出现在微生物中，其过程是一个短链的10碳饱和脂酸癸酸先在酶的催化下β氧化成β-羟癸酸，然后在脱水酶作用下在β、γ碳位间脱水，生成3,4-癸烯酸，以后碳链继续延长，生成不同碳原子数的单烯酸。

图 1 饱和脂酸合成图

❶乙酰CoA羧化酶；
❷ACP-酰基转移酶；
❸ACP-丙二酰单酰转移酶；
❹β-酮酰基-ACP合成酶（缩合酶）;
❺β-酮酰基-ACO合成酶；
❻β-酮酰基-ACP还原酶；
❼羟酰ACP脱水酶；
❽烯酰ACP还原酶；
❾β-酮酰基-ACP合成酶； ACP:酰基载体蛋白；
❿硫酯酶

脂肪的缩合过程：先是在磷酸甘油转酰酶催化下，α-磷酸甘油与2分子脂酰CoA形成β-甘油磷酸二酯；β-甘油磷酸二酯经磷酸酶作用脱去磷酸后，再与1分子脂酰CoA反应（二酰甘油转酰酶催化）生成三酰甘油，即脂肪。
脂肪的分解 脂肪在脂酶的作用下，可水解成甘油和脂酸。甘油在甘油激酶和ATP作用下生成α-磷酸甘油，α-磷酸甘油可进一步在磷酸甘油脱氢酶作用下生成磷酸二羟丙酮。磷酸二羟丙酮是糖酵解过程的中间产物，它可循酵解途径变成丙酮酸，再经三羧酸循环，最后氧化成CO2和水，同时放出能量。脂酸是通过氧化作用分解的。氧化方式有β-氧化、α-氧化和ω-氧化等，但以β-氧化为主。β-氧化指从脂酸羟基端的β-碳原子开始的氧化作用，为克努普(F.Knoop)1904年首先提出，其后并得到证实和发展。脂酸的β-氧化包括下列步骤：❶脂酸在脂酰CoA合成酶作用下，与CoA形成脂酰CoA，这一反应消耗一分子ATP;
❷脂酰CoA在脱氢酶作用下脱氢，形成反式α,β-烯脂酰CoA，脱下的氢将氧化态黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)还原成还原态黄素腺嘌呤二核苷酸(FADH₂);
❸反式α,β-烯脂酰CoA在水合酶作用下转变成β-羟基脂酰CoA;
❹再经脱氢酶作用形成β-酮脂酰CoA，并将氧化态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)还原成NADH+H⁺;
❺最后在硫解酶的作用下，生成乙酰CoA和比原来的脂酰CoA缩短2个碳原子的脂酰CoA。上述过程周而复始。每循环一次，脂酸链缩短2个碳原子，并形成一个乙酰CoA，直至整个脂酸分子分解完毕。乙酰CoA经三羧循环氧化成CO₂和水，并放出能量(图2)。

图 2 脂肪酸的β-氧化作用

磷脂的合成和分解 生物体内的磷脂有多种，其代谢途径也各不相同。现以卵磷酯为例述其代谢过程。卵磷酯的合成，首先是胆碱在ATP和激酶的作用下磷酸化，生成磷酸胆碱； 磷酸胆碱在转胞苷酶的催化下，与胞苷三磷(CTP)作用生成胞苷二磷酸胆碱(CDP-胆碱); CDP-胆碱再与二酰甘油作用，生成磷脂酰胆碱，即卵磷酯。分解卵磷酯的酶有4种，分别命名为磷脂酶A1、磷脂酶A2、磷脂酶C和磷脂酶D，它们分别作用于磷脂分子的不同部位。磷脂酶A1作用于❶的部位上，生成β-脂酰基甘油磷酸胆碱和一分子脂肪酸。磷脂酶A2作用于
❷的部位上，生成α-脂酰基甘油磷酸胆碱和一分子脂酸。新近研究指出，在蛇毒、蜂毒中含一种磷脂酶A，可水解磷脂α-酯键或β-酯键，产生一种具有溶血性的磷酸一酯，称溶血卵磷脂，其作用是破坏血液里的红细胞。磷脂酶C作用于
❸的部位上，生成二酰甘油和磷酸胆碱。磷脂酶D作用于
❹的部位上，生成磷脂酸和胆碱。磷脂酶D亦可催化磷脂酰基的反应，将磷脂分子上的磷脂酰基转移至别的含羟基化合物上（如甘油等）。
甾类化合物的合成和分解 甾又称固醇。对于固醇类的代谢途径，目前了解不多，现就胆固醇的代谢加以略述。胆固醇生物合成途径大致可分5个阶段：❶由乙酰CoA与乙酰乙酰CoA生成β-羟β-甲基戊二酸(C₆);
❷从β-羟β-甲基戊二酸放出CO₂，形成异戊二烯(C₅);
❸由6个异戊二烯缩合成鲨烯(C₃₀);
❹鲨烯转变成羊毛脂固醇(C₃₀);
❺由羊毛脂固醇转变成胆固醇(C27)。胆固醇在动物体分解时，其环核结构不被分解，而支链则被氧化。重要的是胆固醇在体内可转变成性激素、肾上腺皮质激素、胆酸、维生素D、胆固醇酯等一系列重要生理物质。胆固醇进入肠道后，大部分被重行吸收，一部分被肠细菌还原成类固醇，随粪便排出体外。

脂类代谢lipid metabolism

脂类物质在生物体内合成和分解的过程。包括脂肪、磷脂、蜡、固醇等脂类物质的代谢。在生物体内的物质代谢和能量代谢中占有重要地位，生物通过合成代谢形成贮藏性与结构性脂类，经分解代谢获得大量能量。与糖类代谢的关系极为密切，也受某些激素的调节控制。脂类代谢失调可导致人的肥胖、血管硬化、结石、脂肪肝和酮尿等疾病。研究油料作物的脂类代谢有利于增加油脂产量，改善油脂的品质。

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指脂类在细胞内的代谢途径。脂肪首先经脂肪酶的催化，水解成脂肪酸和甘油。脂肪酶在动物、植物、微生物体内广泛分布，在动物中，分泌到消化液中的胆汁酸能使食物脂肪乳化，促进其水解。所产生的甘油和脂肪酸被吸收后，由血液运送至组织细胞。在细胞中，甘油可先酶促转变成磷酸甘油，然后进一步变成磷酸丙糖，再与糖的代谢汇合，彻底氧化成CO₂和水，也可合成葡萄糖或糖原。胞浆中的游离脂肪酸必须在线粒体基质中进一步氧化。脂肪酸要进入线粒体须经过三步酶促反应。第1步反应是脂肪酸在线粒体外膜上，经三磷酸腺苷(ATP)与辅酶A(CoASH)参加的酶促反应“活化”成脂酰辅酶A。脂酰辅酶A不能穿过线粒体内膜，借有肉毒碱参加的两步酶促反应，可在线粒体基质中再生。肉毒碱存在于绝大多数动物及植物组织中，人类及脊椎动物能从赖氨酸合成肉毒碱，这两步反应和整个过程是：

图536 由细胞质至线粒体中β-氧化部位传递图解

脂肪酸的氧化分解可有几种方式，但以β-氧化最为重要。所谓β-氧化就是不断在脂肪酸的β碳原子处发生氧化裂解，最终全变成二碳单位的过程，脂酸在ATP参与下“活化”成脂酰辅酶A后，经脱氢、水化、脱氢、裂解等4步酶促反应，生成1分子乙酰辅酶A及1分子碳链短两个碳原子的脂酰辅酶A。此碳链较短的脂酰辅酶A，又经过同样的系列酶促反应，生成乙酰辅酶A。如此重复进行，脂肪酸最终全变成乙酰辅酶A分子。催化第1次脱氢反应的脱氢酶是一种黄素蛋白，反应后其辅基FAD变成还原型FADH₂。第2次脱氢反应由一种烟酰胺脱氢酶催化，反应后其辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)也变成还原型NADH。每分子FAD·H₂进入呼吸链氧化可生成2分子ATP，每分子NADH进入呼吸链则可生成3个ATP分子。可见除脂肪酸活化时消耗ATP外，每产生1个二碳单位便可产生5个ATP分子，在脂肪酸β-氧化阶段已可产生不少机体可以利用的能。脂肪酸β-氧化所产生的乙酰辅酶A，可通过三羧酸循环和呼吸链彻底氧化成CO₂和水。1分子含18碳的饱和脂酸（硬脂酸），最终可产生9分子乙酰辅酶A。3分子葡萄糖也含18个碳原子，却只能产生6分子乙酰辅酶A。仅粗略比较，也可看出：脂肪的产能效率比糖高。在人类和大多数哺乳动物的肝脏中，脂肪酸氧化产生的乙酰辅酶A有两条分解途径。一是通过三羧酸循环氧化成CO₂和水，并产生能量。另一途径是，2分子乙酰辅酶A缩合成乙酰乙酰辅酶A，后者脱去辅酶A后还原生成β-羟丁酸或脱羧生成丙酮。乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮统称为酮体。

酮体生成是肝脏向肝外组织输送能源的一种方式。肝外组织可以把乙酰乙酸和β-羟丁酸重新转变成乙酰辅酶A，再通过三羧酸循环彻底氧化。丙酮是挥发性化合物，可通过呼吸作用排出体外。正常时，血中酮体浓度极低，但在饥饿或患糖尿病时，血液酮体水平极高。此时，因糖的供给不足或缺乏氧化糖的能力，使肝加速脂肪的氧化，产生过多的酮体，超过了肝外组织氧化的能力。酮体在血中积聚过多成酮血症，可导致酸中毒。脂肪酸可从乙酰辅酶A合成。大体上通过缩合、还原、脱水、还原的重复系列酶促反应，逐步在乙酰辅酶A分子上添加二碳单位，最后生成长链脂肪酸。参加合成过程的酶和反应机理与脂肪酸氧化分解过程完全不同。其中的还原反应均由还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)提供氢。NADPH主要由糖氧化的磷酸戊糖途径供应。动物及微生物的细胞质是脂肪酸合成的主要场所。植物则除细胞质外，也在线粒体或叶绿体中合成脂肪酸。脂肪由脂酰辅酶A与磷酸甘油生成。后者可从甘油或磷酸丙糖产生。故糖可转化为脂肪。磷脂合成时，先生成甘油二酯，再引入第2个极性头（乙醇胺或胆碱）。甘油二酯的生成与脂肪生成的最初反应步骤相同。乙醇胺或胆碱则消耗三磷酸腺苷(ATP)和三磷酸胞苷(^CTP)，生成胞苷二磷酸乙醇胺或胞苷二磷酸胆碱等中间产物。此中间产物再与甘油二酯合成相应的磷脂。人和动物的各种组织均可从乙酰辅酶A循复杂的途径合成胆固醇，并可使之酯化成胆固醇酯。胆固醇还可转化成性激素、肾上腺皮质激素、维生素D3、胆酸等。

图537 脂肪酸β-氧化图解