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第八章脂类代谢
脂肪的降解
脂肪(甘油三酯或三酯酰甘油)经脂肪酶水解成甘油和脂肪酸,以后甘油和脂肪酸在组织内氧化成CO2及H2O,所放出的化学能被用于完成各种生理机能。
一、脂肪的酶促水解
脂肪的降解是经过脂肪酶水解的。组织中有三种脂肪酶,逐步把脂肪水解成甘油和脂肪酸。这三种酶是脂肪酶、甘油二酯脂肪酶、甘油单酯脂肪酶,其水解下:

其中对激素敏感的脂肪酶是限制脂解速度的限速酶。肾上腺素、高血糖素、肾上腺皮质激素等可加速脂解作用,胰岛素、前列腺素E1作用相反,具有抗脂解作用。
二、甘油的降解及转化
甘油经下列途径和相应的酶催化,形成糖酵解中间产物—磷酸二羟丙酮。反应如下:
生成的磷酸二羟丙酮可经糖酵解途径继续分解氧化生成丙酮酸,进入三羧酸循环途径彻底氧化,也可经糖异生途径最后生成葡萄糖,亦可重新转变为3-磷酸甘油,作为体内脂肪和磷脂等的合成原料。
三、脂肪酸的氧化分解
细胞中的脂肪酸除了一少部分重新合成脂肪作为贮脂外,大部分氧化供能以满足体内能量之需。
表8-1 苯基脂肪酸氧化实验
给予的化合物
中间产物
尿中排泄物
-氧化作用
早在20世纪初,脂肪酸的降解已经成为探讨的对象。Knoop于1904年开始用苯环作为标记,追踪脂肪酸在动物体内的转变过程。当时已知动物体缺乏降解苯环的能力,部分的苯环化合物仍保持着环的形式被排出体外。 Knoop用五种含碳原子数目不同的苯脂酸(即直链分别含l、2、3、4及5个碳原子的苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸、苯丁酸及苯戊酸)饲养动物,收集尿液,然后分析尿中带有苯环的物质。结果发现动物食进的苯脂酸虽然有五种,而它们的代谢产物只有苯甲酸和苯乙酸两种,苯甲酸和苯乙酸以它们的甘氨酸结合物──马尿酸和苯乙尿酸的形式从尿中排出。换言之,动物食进的苯脂酸含有奇数碳原子(苯基的碳原子不计),则排出马尿酸,而含有偶数碳原子,则排出苯乙尿酸(表8-1)。
Knoop在上述实验的基础上提出了脂肪酸的β-氧化学说,他推论脂肪酸氧化是从羧基端的β-位碳原子开始,每次分解出一个二碳片段。脂代谢有关酶的分离纯化、辅助因素的分析以及同位素的应用进一步阐明了脂肪酸β-氧化机制。脂肪酸氧化的步骤如下:
(1)脂肪酸的活化脂肪酸在细胞质中首先被活化,然后再进入线粒体内氧化。活化过程实际上就是把脂肪酸转变为脂酰辅酶A。在细胞内有两类活化脂肪酸的酶:(l)内质网脂酰辅酶A合成酶(acyl-CoA synthetase)也称硫激酶(thiokinase),可活化12个碳原子以上的长链脂肪酸;(2)线粒体脂酰辅酶A合成酶,可活化具有4~10个碳原子的中链或短链脂肪酸。催化的反应需ATP参加,总反应式是:
该反应实际分两步进行:首先脂肪酸的羧基与腺苷酸的磷酸基连在一起形成脂酰腺苷酸和焦磷酸,然后脂酰腺苷酸再与辅酶A化合生成脂酰辅酶A和AMP。
形成一个高能硫酯键需消耗二个高能磷酸键, 反应平衡常数几乎等于1。但由于机体内有焦磷酸酶可迅速水解反应生成的焦磷酸,成为水和无机磷,保证反应自左向右几乎不可逆地进行。
(2)脂酰辅酶A向线粒体基质转移
脂肪酸的β—氧化酶系都存在于线粒体中。在线粒体外合成的脂酰辅酶A,中、短碳链的可以直接穿过线粒体膜进入线粒体基质中,而长碳链的不能穿过线粒体膜。最近发现肉碱(肉毒碱carnitine)是一种载体,可将脂肪酸以脂酰基形式从线粒体膜外转运到膜内。
肉碱即L-β-羟基-γ三甲基铵基丁酸,是一个由赖氨酸衍生而成的兼性化合物。它在线粒体膜外侧与脂酰CoA结合生成脂酰肉碱(acyl carnitine),催化该反应的酶为肉碱脂酰转移酶Ⅰ(acyl-CoA transferaseⅠ)。反应如下:

脂酰肉碱通过线粒体内膜的移位酶(translocase)穿过内膜,脂酰基与线粒体基质中的辅酶A结合,重新产生脂酰辅酶A,释放肉碱。线粒体内膜内侧的肉碱转移酶Ⅱ(acyl- CoA transferaseⅡ)催化此反应。最后肉碱经移位酶协助又回到细胞质中,如图8-1。
(3)脂肪酸β- 氧化作用的步骤脂酰辅酶A在线粒体基质中进行β-氧化作用。β-氧化作用是脂肪酸在一系列酶的作用下,在α- 碳原子和β-碳原子之间断裂,β-碳原子氧化成羧基,生成含2个碳原子的乙酰辅酶A和较原来少2个碳原子的脂肪酸。β-氧化作用包括四个循环的步骤:
图8-1 线粒体膜内外脂肪酸的转运机制
脂酰辅酶A的α-β脱氢:脂酰辅酶A在脂酰CoA脱氢酶(acyl-CoA dehydrogenase)的催化下,在α与β碳位之间脱氢,形成反式双键的脂酰辅酶A,即α,β-反式烯脂酰CoA(Δ2反式烯脂酰辅酶A)。
在线粒体中已找到三种脂酰CoA脱氢酶,它们都是以 FAD为辅基,作为氢的载