《生物化學》教學課件：28 脂肪酸的分解代謝

第十一單元脂代謝第28章脂肪酸的分解代謝第29章脂類的生物合成第28章脂肪酸的分解代謝概述一、脂質的消化、吸收和傳送二、脂肪酸的氧化三、不飽和脂肪酸的氧化四、酮體五、磷脂的代謝六、鞘脂類的代謝七、甾醇的代謝八、脂肪酸代謝的調節(jié)概述脂肪酸氧化的化學反應可分為三個方面：一是長鏈脂肪酸降解為兩個碳原子單元，即乙酰-CoA。二是乙酰-CoA經過檸檬酸循環(huán)氧化成CO2。三是從還原的電子載體到線粒體呼吸鏈的電子傳遞。一、脂質的消化、吸收和傳送(一)脂肪的消化發(fā)生在脂水界面處(二)膽汁鹽促進脂類在小腸中被吸收(三)吸收

(一)脂肪的消化發(fā)生在脂質-水的界面處

脂類在進入細胞進行中間代謝之前首先要經過消化的過程。這個過程發(fā)生在動物的小腸中。在腸道內各種脂類水解酶的作用下，將脂類水解成較小的簡單化合物。

脂肪在各種脂酶的作用下降解生成甘油和脂肪酸。

脂肪是水不溶的，而消化作用的酶是水溶的。因此脂肪的消化是在脂水界面處發(fā)生的。消化的速度取決于脂水界面表面積的大小。小腸的蠕動起到“劇烈攪拌”增加表面積的作用。

膽汁鹽對脂類的乳化作用可加大脂肪的消化吸收。

脂酶主要是胰臟分泌的，發(fā)生作用時還需要輔脂肪酶（一種小分子量蛋白質）和膽汁酸鹽的協(xié)同作用，以增加脂肪水解的效率。酯類：如膽固醇酯等有相應的酯酶催化水解反應。

磷脂：在各種磷脂酶作用下進行不同程度的降解，磷脂酶A1、A2、C、D的作用位點如脂質一章圖示，它們廣泛存在于各種類型的細胞中。（二）膽汁鹽促進脂類在小腸中被吸收(三)

吸收

在人和動物體內，小腸可以吸收脂類的水解產物，包括脂肪酸（70%）、甘油、β-甘油一酯以及膽堿、部分水解的磷脂和膽固醇等。其中甘油、單酰甘油同脂酸在小腸粘膜細胞內重新合成三酰甘油。新合成的三酰甘油與少量磷脂和膽固醇混合在一起，在一層脂蛋白的包裹下形成乳糜微粒，從小腸粘膜細胞中分泌到細胞外液，進入血液，最終被組織吸收。二.脂肪酸的氧化脂肪代謝概要(一)脂肪酸的活化(二)脂肪酸轉入線粒體(三)β—氧化(四)脂肪酸氧化是高度的放能過程脂肪甘油脂肪酸磷酸C3化合物糖丙酮酸β-氧化乙酰-CoATCA循環(huán)ATPCO2H2O乙酰乙酰CoA

乙酰乙酸丙酮β-羥丁酸動物體脂肪代謝示意圖酮體代謝補充：甘油的代謝甘油α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮ATP

ADPNAD+NADH甘油磷酸激酶α-磷酸甘油脫氫酶糖代謝3磷酸甘油醛(一)脂肪酸的活化

合酶在催化反應中沒有ATP直接參加反應，如若ATP直接參加反應，則是合成酶。（這里就應當是合成酶）RCOOH+RCO-AMP+PPi脂酰CoA合酶脂肪酸脂酰AMPATPRCO-AMP+CoA-SHRCO~SCoA脂酰CoA合酶脂酰AMP脂酰CoA

脂肪酸分解發(fā)生于原核生物的細胞溶膠及真核生物的線粒體基質中。在真核細胞中，脂肪酸在進入線粒體基質前，先與輔酶A形成硫酯鍵。這個反應由脂酰輔酶A合酶催化發(fā)生的，此酶存在于線粒體外膜。脂酰-CoA不能穿越線粒體內膜進入線粒體基質。

以軟脂酸為例，反應的第一步是ATP提供腺苷一磷酸從而形成軟脂酰腺苷酸，并釋放出PPi。這個PPi立即被無機焦磷酸酶水解，活化了的脂?；崔D移到輔酶A上，形成脂酰-CoA。

脂酰輔酶A的硫酯鍵是高能的(△G=31.4kJ)，形成需要能量；

ATP分解成AMP和PPi是放能的(△G=-32.5kJ)。(二)脂肪酸轉入線粒體（P234圖28-5）

脂肪酸在細胞溶膠中被活化，成為脂酰-CoA，它按以下四步穿越線粒體內膜進入線粒體基質：

1、細胞溶膠中的脂酰-CoA轉移到肉毒堿上，析出CoA

到細胞溶膠。

2、經傳送系統(tǒng)，上述產物脂酰-肉堿被送進線粒體基質。

3、在這里脂?；D移到來自線粒體的CoA分子上。

4、同時釋出的肉堿又回到細胞溶膠中。肉毒堿結構見P234圖28--5肉毒堿的作用N+(CH3)3CH2HO-CH2COO-肉毒堿

OR-CN+(CH3)3CH2-O-CH2COO-脂酰肉毒堿CoASH

OR-C~S-CoAATPCoASHAMP+PPiβ-氧化內側外側載體

OR-C-OH脂酰肉毒堿CoASH肉毒堿

OR-C-S-CoA線粒體內膜在肉堿（carnitine）的協(xié)助下脂酰CoA進入線粒體（三）β-氧化

1、Knoop的重要發(fā)現（1904年）

2、脂肪酸的β-氧化

生物體內脂酸的分解主要是β-氧化途徑（反應首先發(fā)生在脂酸β位上而得名），發(fā)生在線粒體基質內.

脂肪酸的β-氧化將各步驟一并計算在內，共有5步，

即：活化（activation）氧化(oxidation)----脫氫水合(hydration)----加水氧化(oxidation)----脫氫斷裂(cleavage)----硫解

一般常說β-氧化是四個步驟，即不包括脂肪酸的活化這一步驟。循環(huán)進行

線粒體中脂肪酸的氧化可看作三部分：

一、

β-氧化。以16碳的軟脂酸為例，經過一系列氧化，每一輪切下兩個碳原子單元即乙酰-CoA。經過7輪后，軟脂酸只剩下兩個碳原子，即乙酰-CoA。二、

β-氧化形成的乙酰-CoA進入檸檬酸循環(huán)，繼續(xù)被氧化最后脫出CO2。三、前兩步中脂肪酸的氧化過程產生出還原型的電子傳遞分子——NADH和FADH2。它們經過呼吸鏈，電子被運送給氧原子，伴隨這個電子的流動，ADP經過磷酸化作用轉化為ATP.

β-氧化過程：

12345β-氧化的反應過程

1---活化RCO-AMP+CoA-SHRCO~SCoA脂酰CoA合酶脂酰AMP脂酰CoARCOOH+RCO-AMP+PPi脂酰CoA合酶脂肪酸脂酰AMPATPβ-氧化的反應過程2---脫氫RCH2CH2CH2COSCoA+FAD

脂酰輔酶A

H

RCH2C=CCOSCoA+FADH2

HΔ2–反-烯脂酰輔酶A脂酰CoA脫氫酶β-氧化的反應過程3---加水

H

RCH2C=CCOSCoA+

H2O

H

H

RCH2C-CH2COSCoA

OHΔ2–反-烯脂酰輔酶A烯脂酰CoA水合酶β-羥脂酰輔酶Aβ-氧化的反應過程4---脫氫羥脂酰CoA脫氫酶

O

RCH2C-CH2COSCoA

H

RCH2C-CH2COSCoA

OH

β-羥脂酰輔酶Aβ-酮脂酰輔酶ANAD+NADH+H+β-氧化的反應過程5---硫解β-酮脂酰輔酶A硫解酶

O

RCH2C-CH2COSCoA+HSCoA

β-酮脂酰輔酶A

O

RCH2C-SCoA+CH3COSCoA

n-2脂酰輔酶A乙酰輔酶A(四)脂肪酸氧化是高度的放能過程

（以16C的軟脂酸為例）徹底氧化成CO2和H2O，經過7次?-氧化生成8個乙酰COA，生成7個FADH2和7個NADH+H+

。軟脂酸活化時消耗2個ATP.7個FADH2經呼吸鏈生成1.5×7=10.5ATP7個NADH+H+經呼吸鏈生成2.5×7=17.5ATP8個

乙酰COA經TCA生成10×8=80ATP

總計：10.5+17.5+80-2=106ATP三、不飽和脂肪酸的氧化

(一)不飽和脂肪酸的氧化(P240)

與脂肪酸的β-氧化相同，但需增加兩個酶：

1.異構酶

雙鍵Δ3→

Δ2,順式變反式（少1個FADH2,少2個或1.5個ATP）

2.還原酶(加氫或脫氫，

雙鍵變位）

(二)奇數碳原子脂肪酸的氧化生成丙?！狢oA（P242）

(三)脂肪酸α-氧化和ω-氧化(P243)1.烯脂酰-CoA異構酶

雙鍵Δ3→

Δ2,順式變反式（少1個FADH2,少2個或1.5個ATP）以油酸18：1Δ9c為例：P240

圖28–12不飽和脂肪酸降解

烯脂酰-CoA異構酶催化，將雙鍵Δ3cis轉變成Δ2trans，順式變反式，脂肪酸β氧化繼續(xù)。

按照脂肪酸β氧化進行3個循環(huán)，生成Δ3順式結構，不能正常進行下去。2.還原酶

加氫或脫氫雙鍵變位，

形成Δ3反式結構以亞油酸18：2Δ9c，12c為例

經過3輪脂肪酸β氧化，生成Δ3cis,

Δ6cis順式結構，不能正常進行下去。

烯脂酰-CoA異構酶催化，將Δ3cis轉變成Δ2trans，脂肪酸β氧化繼續(xù)，生成Δ2trans，Δ4cis2.還原酶

加氫或脫氫雙鍵變位，

形成Δ3反式結構2，4-烯脂酰-CoA還原酶催化，通過加氫或脫氫，將Δ2trans，Δ4cis

轉變成Δ3trans。

烯脂酰-CoA異構酶催化，將Δ3trans

轉變成Δ2trans

，脂肪酸β氧化繼續(xù)。(二)奇數碳原子脂肪酸的氧化生成丙酰-CoA

具有17個碳的直鏈脂肪酸可經正常的β-氧化途徑，產生7個乙酰-CoA和1個丙酰-CoA。丙酰-CoA經3步反應轉化為琥珀酰-CoA，琥珀酰-CoA可以進入檸檬酸循環(huán)進一步進行代謝。

(二)奇數碳原子脂肪酸氧化生成

丙酰-CoA后再轉變成琥珀酰CoA③②①這里丙二酰-CoA應為丙二酸單酰-CoA(三)脂肪酸α-氧化和ω-氧化

α-氧化的第一步不是由脂酰-CoA脫氫酶實現，而是由脂肪酸α-羥化酶實現。以植烷酸的氧化為例：反應在植烷酸的α-位發(fā)生羥基化。羥基化的中間體進一步脫羧，形成降植烷酸和CO2。降植烷酸經硫激酶活化形成降植烷酰-CoA。因C-3位已不存在甲基，即可進行正常的β-氧化。ω-氧化主要使中長鏈和長鏈脂肪酸通過末端甲基，即ω-位的氧化，轉變?yōu)槎人?，兩端羧基都可與CoA結合，并進行β-氧化。(三)脂肪酸還可發(fā)生α-或ω-氧化ω-氧化α-氧化四、酮體(一)乙?！狢oA的代謝結局(二)肝臟中酮體的形成(三)肝外組織使用酮體作為燃料（一）乙酰-CoA的代謝結局

主要有以下四種：1.進入三羧酸循環(huán),徹底氧化成CO2和H2O；

2.合成膽固醇；

3.合成脂肪酸；

4.被氧化產生乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮，這3種物質統(tǒng)稱為酮體。肝臟有生成酮體的酶，沒有利用酮體的酶。它們通過血液流入肝外組織（如心、腦等），被進一步氧化分解利用。(二)肝臟中酮體的形成見

P244圖28-17乙酰乙酸裂解酶硫解酶Β羥甲基戊二酰CoA

合成酶裂解酶脫氫酶(三)肝外組織使用酮體作為燃料硫解酶酮脂酰CoA轉移酶β-羥丁酸脫氫酶乙酰乙酸乙酰乙酰CoAβ-羥丁酸五、磷脂的代謝(一)膜結構脂類——磷脂和糖脂(二)磷酸甘油酯是磷脂酸的衍生物(三)磷脂的代謝(二)磷酸甘油酯是磷脂酸的衍生物

磷脂酸X=H（三）磷脂的代謝

降解磷脂的酶稱為磷脂酶（phospholipase）,磷脂水解后，最后的產物脂肪酸進入β-氧化途徑，甘油和磷酸則進入糖代謝。

磷脂酶專一水解甘油磷脂示意圖CHCH2CH2OCR1OOPOOXOCOOR2A2CDA1七、甾醇的代謝

膽固醇與一般脂肪不同，它不被降解并氧化為二氧化碳和水，而僅經過氧化成為各種生物活性物質。

1、轉化為膽汁酸

2、合成各種類固醇激素