第5章　脂类代谢

5.1　复习笔记

一、脂类概述

1定义

脂类是一类非均一、物理和化学性质相近，并能为机体利用的有机化合物，是脂肪和类脂的总称。

2共同特征

不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等非极性有机溶剂。

3脂肪酸

脂肪酸（简称脂酸）包括饱和脂酸和不饱和脂酸。后者中的多不饱和脂酸，机体自身不能合成，必须由食物提供，是动物不可缺少的营养素，故称为营养必需脂酸，包括亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。它们是前列腺素、血栓烷及白三烯等生理活性物质的前体。

4脂类的作用

包括：储能供能，构成生物膜，协助脂溶性维生素的吸收，保护和保温。

二、脂类的消化与吸收

1脂类的消化

脂类在小肠上段经胆汁酸盐乳化成细小的微团后，经各种消化酶如胰脂酶、磷脂酶、胆固醇酯酶等催化降解成甘油一酯、脂肪酸、游离胆固醇和溶血磷脂等。

2脂类的吸收

脂类主要在十二指肠下段和空肠上段进行吸收。脂肪酸及甘油通过门静脉进入血液；甘油一酯在肠黏膜细胞内重新合成甘油三酯，与载脂蛋白、磷脂、胆固醇等结合成乳糜微粒经淋巴进入血液，最后输送到各组织，被机体利用。

三、甘油三酯代谢

1甘油三酯的作用

（1）甘油三酯是脂酸的主要储存形式

（2）甘油三酯的主要作用是为机体提供能量

甘油三酯是机体重要的能量来源，也是机体的主要能量储存形式。

2甘油三酯的分解代谢

（1）脂肪动员

①脂肪动员是指储存在脂肪细胞中的甘油三酯，被脂酶逐步水解为游离脂酸（FFA）和甘油并释放入血，通过血液运输至其他组织氧化利用的过程。

②激素敏感性甘油三酯脂酶又称激素敏感性脂肪酶（HSL），是脂肪动员的关键酶。

表5-1　HSL的活性调节

（2）脂肪酸β-氧化

脂肪酸是人及哺乳类动物的主要能源物质。除脑组织外，大多数组织均能氧化脂酸，但以肝及肌最活跃。其代谢反应过程可分为三个阶段。

①脂肪酸活化成脂酰CoA

细胞质内的脂肪酸在进行β-氧化前先进行活化，活化过程是在脂酰CoA催化下与ATP及CoA-SH作用变为脂酰CoA，反应不可逆，消耗2个ATP。

②脂酰CoA进入线粒体（限速步骤）

借助两种肉碱脂酰转移酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化的移换反应，脂酰CoA由肉碱转运进入线粒体，肉碱脂酰转移酶Ⅰ是脂酸β-氧化的限速酶。

③脂酰CoA的β-氧化

脂酰CoA进入线粒体基质后，在脂酸β-氧化多酶复合体的有序催化下，从脂酰基的β-碳原子开始，进行脱氢、加水、再脱氢及硫解等四步连续反应，产生二碳单位（乙酰CoA）和比原来少两个碳原子的脂肪酸。

表5-2　脂酰CoA的分解的第一次循环

④乙酰CoA进入三羧酸循环被彻底氧化

脂酸经β-氧化后生成大量的乙酰CoA，一部分在线粒体内通过三羧酸循环彻底氧化，生成二氧化碳和水并释放能量。

2n碳的脂肪酸彻底氧化生成的ATP数：

a．进行（n－1）次β-氧化，生成（n－1）分子FADH₂、NADH及n分子乙酰CoA，共生成：（n－1）×1.5＋（n－1）×2.5＋n×10＝（14n－4）分子ATP。

b．因为脂肪酸活化消耗2个高能磷酸键，相当于2分子ATP，故共生成（14n－6）分子ATP。

例如软脂酸（16C）彻底氧化生成：14n－6＝14×8－6＝106个ATP。

（3）酮体的代谢

酮体是脂酸在肝细胞分解氧化时产生的特有中间代谢物，包括乙酰乙酸、β-羟丁酸及丙酮三种。

①酮体的生成

a．缩合：2×乙酰CoA→乙酰乙酰CoA＋CoA-SH。（由乙酰乙酰CoA硫解酶催化）

b．缩合：乙酰乙酰CoA＋乙酰CoA→羟甲基戊二酸单酰CoA（HMG-CoA）＋CoA。（由羟甲基戊二酸单酰CoA合酶催化，限速步骤）

c．裂解：HMG-CoA→乙酰乙酸＋乙酰CoA。（HMG-CoA裂解酶催化）

d．还原：乙酰乙酸→β-羟丁酸（及少量丙酮）。（β-羟丁酸脱氢酶催化、NADH供氢）

②酮体的利用

肝细胞缺乏利用酮体的酶，因此肝细胞不能氧化酮体，酮体在肝外组织利用。

a．乙酰乙酸转变为乙酰CoA

β-羟基丁酸可在β-羟基丁酸脱氢酶的催化下转变成乙酰乙酸，乙酰乙酸在不同组织中活化。乙酰乙酰CoA经乙酰乙酰CoA硫解酶催化生成2分子乙酰CoA。

表5-3　乙酰乙酸在不同组织中的活化

b．β-羟丁酸和丙酮

β-羟丁酸和丙酮可分别转变为乙酰CoA和丙酮酸，经柠檬酸循环或糖异生进行代谢。

③酮体代谢的生理意义

脑组织不能氧化脂酸，却能利用酮体，长期饥饿、糖供应不足时酮体可代替葡萄糖成为脑、肌等组织的主要能源。

④酮体生成的调节

a．饱食，胰岛素分泌增加，肝糖原丰富，糖代谢旺盛及丙二酰CoA抑制酮体生成。

b．饥饿或糖供给不足，胰高血糖素分泌增加时，酮体生成增多。

（5）甘油经糖代谢途径代谢

①甘油激酶催化甘油磷酸化转变为3-磷酸甘油；

②3-磷酸甘油再脱氢生成磷酸二羟丙酮，最后进入糖代谢途径进行分解或异生成糖；

③肝细胞的甘油激酶活性最高，脂肪动员产生的甘油主要被肝细胞摄取利用。

3甘油三酯的合成代谢

（1）甘油三酯的合成部位

肝脏、脂肪组织和小肠是合成甘油三酯的主要场所，肝合成能力最强，甘油三酯的合成在内质网中进行。

（2）甘油三酯的合成原料

甘油三酯的合成原料为脂肪酸和α-磷酸甘油。

①脂肪酸的合成部位与原料

a．肝脏、肾脏等细胞中均能合成脂肪酸，以肝脏最为活跃。

b．乙酰CoA是脂肪酸合成的主要原料，主要来自糖的氧化分解，还需要NADPH和H^＋供氢，ATP供能，还需HCO₃^－（CO₂）及Mn^2＋等。

c．乙酰CoA不能自由透过线粒体内膜，需通过柠檬酸-丙酮酸循环（图5-1）进入胞质。

图5-1　柠檬酸-丙酮酸循环

②脂肪酸的合成过程

a．丙二酰CoA的合成（限速步骤）

乙酰CoA羧化酶催化乙酰CoA羧化成丙二酰CoA, 乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶。

表5-4　乙酰CoA羧化酶的活性调节

b．脂酸合成（经7次循环合成软脂酸）

脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一类似于β-氧化逆反应循环反应过程，即缩合、加氢、脱水、再加氢。每次延长2个碳原子。

第一，缩合

乙酰CoA和丙二酸单酰CoA在各自转移酶的作用下，分别与ACP-SH相结合生成乙酰-S-ACP和丙二酸单酰-S-ACP，然后乙酰合成酶-SH上的乙酰基转移并与ACP上丙二酰基缩合，同时脱羧并放出二氧化碳。

第二，加氢

β-酮丁酰ACP由NADPH＋H供氢，还原为β-羟丁酰ACP。

第三，脱水

β-羟丁酰ACP脱去一分子水生成α,β-烯丁酰ACP。

第四，再加氢

由NADPH＋H^＋供氢，α,β-烯丁酰ACP还原成丁酰ACP。

c．总反应式

乙酰CoA＋7丙二酸单酰-CoA＋14NADPH＋14H^＋→软脂酸＋7CO₂＋14NADP^＋＋8HS-CoA＋6H₂O

d．软脂酸合成的化学计量（从乙酰CoA开始）

形成7分子丙二酸单酰CoA，消耗7个ATP；经7次循环形成软脂酸，每次循环消耗2个NADPH，相当于消耗2×7×2.5＋7＝42个ATP。

图5-2　软脂酸的生物合成

②α-磷酸甘油的来源

α-磷酸甘油脱氢酶催化磷酸二羟丙酮还原生成α-磷酸甘油，此外，体内游离的甘油在甘油激酶的催化下，也可以生成α-磷酸甘油。

③甘油和脂酸合成甘油三酯

表5-5　甘油三酯的合成

a．甘油一酯途径

甘油一酯途径是小肠黏膜细胞合成甘油三酯的主要途径，即利用消化吸收的甘油一酯及脂酸再合成甘油三酯。

b．甘油二酯途径

甘油二酯途径是肝细胞及脂肪细胞合成甘油三酯的主要途径。3-磷酸甘油在脂酰CoA转移酶的作用下，依次加上2分子脂酰CoA生成磷脂酸。后者在磷脂酸磷酸酶的作用下，水解脱去磷酸生成1,2-甘油二酯，然后在脂酰CoA转移酶的催化下，再加上1分子脂酰基生成甘油三酯。

4几种多不饱和脂酸衍生物

PG、Tx和LT均由二十碳花生四烯酸衍生而来，这些多不饱和脂肪酸的衍生物是体内重要的生物活性物质，在机体需要时发挥作用。

（1）PG（前列腺素）有诱发炎症、降血压、抑制胃酸分泌，促进胃肠平滑肌蠕动、引起排卵的功能。

（2）Tx（血栓素）有促进血小板聚集，血管收缩，促进凝血及血栓形成的作用。

（3）LT（白三烯）有使支气管平滑肌收缩、调节白细胞的功能。

四、磷脂代谢

1磷脂的分类

磷脂是指含有磷酸的类脂。按化学组成可以分为甘油磷脂与鞘磷脂。

（1）甘油磷脂

甘油磷脂是指由甘油构成的磷脂，又称磷酸甘油酯。其结构特点是甘油的两个羟基被脂酸酯化，3位羟基被磷酸酯化成为磷脂酸。

（2）鞘磷脂

鞘磷脂是指由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成的磷脂。

2磷脂在体内具有重要的生理功能

（1）磷脂是构成生物膜的重要成分

①细胞膜中存在较多卵磷脂，

②心磷脂（二磷脂酰甘油）是线粒体膜的主要脂质。

（2）磷脂酰肌醇是第二信使的前体

磷脂酰肌醇在激素等刺激下可被裂解为甘油二酯和三磷酸肌醇，均为胞内传拂刺激信号至细胞核的胞内第二信使。

（3）缩醛磷脂存在于脑和心肌组织中

当脑和心肌组织缺乏缩醛磷脂时，可导致罕见的康-亨综合征，又称点状软骨发育不良（常染色体显性型）等疾病的发生。

（4）神经鞘磷脂和卵磷脂在神经髓鞘中含量较高。

3甘油磷脂的合成与降解

（1）甘油磷脂的合成

①合成部位

人体全身各组织细胞内质网上，但以肝、肾及肠等组织细胞最活跃。

②合成的原料及辅因子

基本原料为甘油、脂酸、磷酸盐、胆碱、丝氨酸、肌醇等。合成除需ATP外，还需CTP参加。

③合成基本过程

a．甘油二酯合成途径

磷脂酰胆碱及磷脂酰乙醇胺主要通过此途径合成。胆碱及乙醇胺由活化的CDP-胆碱及CDP-乙醇胺提供。其合成过程如下（图5-3）；

图5-3　甘油二酯合成途径

b．CDP-甘油二酯合成途径

磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸、心磷脂由此途径合成。其合成过程如下（图5-4）；

图5-4　CDP-甘油二酯合成途径

（2）甘油磷脂的降解

甘油磷脂的降解靠存在于体内的各种磷脂酶（包括磷脂酶A₁、A₂、B₁、B₂、C及D）将其分解为脂肪酸、甘油、磷酸等，再进一步降解。

4鞘磷脂的代谢

（1）鞘氨醇的合成

①合成部位

全身各细胞的内质网上合成，以脑组织最活跃。

②合成原料

软脂酰CoA及丝氨酸，此外还需磷酸吡哆醛、NADPH＋H ^＋及FAD等辅酶。

③合成过程

a．软脂酰CoA与L-丝氨酸在内质网3酮二氢鞘氨醇合成酶及磷酸吡哆醛的作用下，缩合并脱羧生成3-酮基二氢鞘氨醇；

b．3-酮基二氢鞘氨醇由NADPH＋H^＋供氢，在还原酶的催化下，加氢生成二氢鞘氨醇，然后在脱氢酶的催化下生成鞘氨醇，脱下的氢为FAD所接受。

（2）神经鞘磷脂的合成

鞘氨醇在脂酰转移酶的催化下，其氨基与脂酰CoA进行酰胺缩合，生成N-脂酰鞘氨醇，后者由CDP-胆碱供给磷酸胆碱生成神经鞘磷脂。

（3）神经鞘磷脂的降解

由脑、肝、脾、肾等细胞的溶酶体中的神经鞘磷脂酶水解。若先天性缺乏此酶，则鞘磷脂不能降解而在细胞内积存，引起肝、脾大及痴呆等鞘磷脂沉积病状。

五、胆固醇代谢

胆固醇的基本结构是环戊烷多氢菲。胆固醇的酯化在C3位羟基上进行，由两种不同的酶催化，存在于血浆中的是卵磷脂胆固醇酰基转移酶，存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶。

1胆固醇的合成

（1）合成部位

除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成，主要在胞质及光面内质网膜进行。肝是合成胆固醇的主要场所。

（2）合成原料

乙酰CoA、ADPH＋H^＋及ATP。

（3）合成基本过程

①乙酰CoA→甲羟戊酸

a．缩合

b．还原

HMG-CoA→甲羟戊酸（MVA）（HMG-CoA还原酶、NADPH供氧）（限速步骤）

②甲羟戊酸→30碳鲨烯

MVA在一系列酶的催化下，经磷酸化、再脱羧和脱羟基生成活泼的焦磷酸化合物，在经过缩合、还原反应，生成鲨烯。

③胆固醇的合成

鲨烯在加单氧酶、环化酶等的催化下，经环化、氧化、脱羧和还原等反应，生成胆固醇、

（4）胆固醇合成的调节

①限速酶

HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的限速酶。

②饮食

a．饥饿与禁食可抑制肝合成胆固醇。

b．摄取高糖、高饱和脂肪膳食后，肝HMG-CoA还原酶活性增加，胆固醇的合成增加。

③胆固醇及其衍生物

胆固醇及其衍生物主要通过抑制HMG-CoA还原酶的合成，反馈抑制肝胆固醇的合成。

④激素

a．胰岛素及甲状腺素能诱导肝HMG-CoA还原酶的合成，从而增加胆固醇的合成。

b．胰高血糖素及皮质醇则能抑制并降低HMG-CoA还原酶的活性，因而减少胆固醇的合成。

c．甲状腺素除能促进HMG-CoA还原酶的合成外，同时又促进胆固醇在肝转变为胆汁酸，且后一作用较前者强，因而甲状腺功能亢进时患者血清胆固醇含量反而下降。

2胆固醇的转化

（1）在肝脏转化为胆汁酸（主要）

（2）合成类固醇激素和维生素

①在肾上腺皮质：醛固酮、皮质醇及雄激素。

②在睾丸间质细胞：睾酮。

③在卵泡内膜细胞及黄体：雌二醇及孕酮。

④在皮肤；维生素D₃前体。

六、血浆脂蛋白代谢

1血脂定义

血浆所含脂类统称为血脂，包括甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯、游离脂酸等。

2血脂的来源

（1）外源性：从食物摄取。

（2）内源性：肝细胞、脂肪细胞及其他组织细胞合成。

3不同血浆脂蛋白其组成、结构均不同

（1）血浆脂蛋白的分类

①电泳分类法

电泳法主要根据不同脂蛋白的表面电荷不同，在电场中具不同的迁移率，按其在电场中移动的快慢，可分为α、前β、β脂蛋白和CM四类（图5-5）。

图5-5　血浆脂蛋白琼脂糖凝胶电泳示意图

α-脂蛋白泳动最快，相当于α₁-球蛋白的位置；β-脂蛋白相当于β-球蛋白的位置；前β位于β-脂蛋白之前，相当于α₂-球蛋白的位置；血浆中若含有CM，则留在原点不动。

②超速离心法

按脂蛋白密度由低到高进行分类，可分为乳糜微粒（CM），极低密度脂蛋白（VLDL），低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）。分别相当于电泳分离的CM、前β-脂蛋白、β-脂蛋白及α-脂蛋白等四类。

（2）血浆脂蛋白的功能

①乳糜微粒——转运外源性甘油三酯及胆固醇。

②极低密度脂蛋白——转运内源性甘油三酯。

③低密度脂蛋白——转运内源性胆固醇。

④高密度脂蛋白——逆向转运胆固醇。

4血浆脂蛋白代谢异常与疾病

血浆脂蛋白代谢异常可引起高脂蛋白血症、动脉粥样硬化。