脂类与生物膜及脂代谢
第一节 脂类和生物膜化学一、脂 类脂类包括的范围很广，是生物体内一大类重要的有机化合物，脂类是脂肪和类脂及其它们的衍生物的总称。
脂肪：（甘油三酯或三酯酰甘油）分布于皮下结缔组织、大网、肠系膜、肾内脏周围——脂库，含量随营养状态变动，称可变脂。
脂类?
类脂：磷脂、糖脂、固醇类，分布在生物膜和神经组织中——组织脂，含量稳定，称为固定脂。
这些物质在化学组成和化学结构上有很大差异，但是它们都有一个共同的特性，即不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等非极性溶剂（故可用乙醚和石油醚等提取）。用这类溶剂可将脂类物质从细胞和组织中萃取出来。脂类的这种特性主要由构成它的碳氢结构成分所决定。
脂类具有重要的生物功能，它是构成生物膜的重要物质，细胞所含有的磷脂几乎都集中在生物膜中。脂类物质，主要是油脂，是机体代谢所需燃料的贮存形式和运输形式。脂类物质也可为动物机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂溶性维生素。某些萜类及类固醇类物质，如维生素 A,D,E,K，胆酸及固醇类激素具有营养、代谢及调节功能。在机体表面的脂类物质有防止机械损伤与防止热量散发等保护作用。脂类作为细胞的表面物质，与细胞识别、种特异性和组织免疫等有密切关系。具有生物活性的某些维生素和激素也是脂类物质。
（一）、脂酰甘油类脂酰甘油（acyl glycerols），又可称为脂酰甘油酯（acyl glycerides），即脂肪酸和甘油所形成的酯。根据参与产生甘油酯的脂肪酸的分子数，脂酰甘油分为单脂酰甘油、二脂酰甘油和三脂酰甘油三类。三脂酰甘油(triacylglycerols)又称为甘油三酯(triglycerides)，是脂类中含量最丰富的一大类，其结构如下：
（R1，R2和R3可以相同，也可不全相同甚至完全不同）
它是甘油中的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合、失水后形成的酯。单脂酰甘油(monoacylglycerols)和二脂酰甘油(diacylglycerols)自然界少见。甘油三酯(三脂酰甘油)是植物和动物细胞贮脂(depot lipids)的主要组分。—般在室温下为液态的称为油(oils)，在室温下为固态的称为脂肪(fats)。这种区别是由于甘油三酯中饱和脂肪酸及不饱脂肪酸的比例不同。
1、脂肪酸
脂类化合物的主要成分为脂肪酸(fattyacides)，所有的脂肪酸都有一长的碳氢链，其一端有—个羧基。碳氢链以线性为主，分枝或环状的为数甚少。不同脂肪酸之间的区别主要在于碳氢链的长短、饱和与否，以及双键的数目和位置。
脂肪酸的共性
高等动、植物的脂肪酸有以下共性：
（１）脂肪酸大部分为直链结构，碳原子为偶数，链长为C14～C20的占多数。最常见的是C16或C18的脂肪酸。C12以下的饱和脂肪酸大量存在于哺乳动物的乳脂中。
（２）饱和脂肪酸中最普遍的是软脂酸和硬脂酸，不饱和脂肪酸中最普遍的是油酸。
（３）在高等植物和低温下生活的动物中不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸含量。
（４）不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。
（５）高等动、植物的单不饱和脂肪酸的双键位置一般在C9 ～C10之间，不饱和脂肪酸中的一个双键一般也位于C9～C10之间，其他双键渐次远离羧基。
（６）高等动、植物的不饱和脂肪酸，几乎都具有相同的几何构型，而且大都属于顺式(cis)，只有极少数的不饱和脂肪酸属于反式(trans)。
（７）细菌所含有脂肪酸种类比高等动、植物的少得多，而且绝大多数为饱和脂肪酸,碳原子数目和高等动、植物脂肪酸的碳原子数目相似，也在C12～C18之间，有的脂肪酸还带有分支的甲基。
植物中的饱和脂肪酸
植物油脂中的脂肪酸可以分为饱和的和不饱和的两类。在饱和脂肪酸(saturated fatty acid)中，棕榈酸(palmitic acid)、月桂酸(lauric acid)、豆蔻酸(myristic acid)和硬脂酸(stearic acid)分布最广泛，并且数量最多。在几乎所有脂肪中，棕榈酸都是其中的组分之一。棕榈油中最富于棕榈酸(35％～45％)；棕榈油、椰子油中富于月桂酸；从豆蔻籽的脂肪中易分离得到豆蔻酸；硬脂酸大量存在于动物脂肪中，在植物油中仅有微量(见表2-l)。
表2-1 天然的饱和脂肪酸名称
碳原子数
分子式
来源
熔点/℃
月 桂 酸豆 蔻 酸棕榈酸（软脂酸）
硬 脂 酸
12
14
16
18
CH3（CH2）10COOH
CH3（CH2）12COOH
CH3（CH2）14COOH
CH3（CH2）16COOH
月桂豆蔻一般动植物一般动植物
44
54
63
70
B、植物中重要的不饱和脂肪酸
植物脂肪酸的大部分都属于不饱和脂肪酸(unsatu-rated fatty acid)，它们含有l～2个或多个双键，因此也可称为脂肪烯酸。有些植物还含有少数的带羟基及带环状的脂肪酸。在不饱和脂肪酸中，油酸和亚油酸分布最广，含量也最丰富。根据世界植物油产量计算，油酸占农业生产中脂肪总产量的34％左右，亚油酸占29％，而棕榈酸只占11％。根据不饱和程度，将不饱和脂肪酸分为一烯酸、二烯酸、三烯酸、四烯酸等。
（１）一烯酸(CnH2n-1COOH)：油酸、棕榈油酸(palmitoleic acid)及芥子酸等都属于一烯酸，油酸和棕榈油酸是动植物脂类中两种最丰富的不饱和一烯脂肪酸。
植物油含油酸丰富，如花生油含58％，芝麻油含46％，棉籽油含3０％，大豆油含32％。 芥子酸存在于十字花科植物种子中，如菜籽油含46％，芥菜籽油含28％—32％。
（２）二烯酸(CnH2n-3COOH)：植物中存在的重要的二烯酸为亚油酸,如亚麻油含41%,棉籽油含41%，菜籽油含18%，芝麻油含35%，大豆油中含量达49%。
（３）三烯酸(CnH2n-5COOH)：重要的三烯酸为亚麻酸，在亚麻油中含量达20％；桐酸(elaeostearic acid)也是三烯酸，在桐油中含量达72％。桐油是我国特产，在国际市场上占有重要的位置。
（４）四烯酸(CnH2n-7COOH)：花生四烯酸(arachidonic acid)是含20个碳的四烯酸。植物含C20以上的不饱和脂肪酸较少，只有在种子的卵磷脂(lecithin)、脑磷脂(cephalin)中含有少量的C20～C22的不饱和酸。
（５）羟基脂肪酸：蓖麻酸(ticinoleic acid)是含有一个羟基的不饱和脂肪酸，在蓖麻油中含量达80％～86％。
高等植物中存在的不饱和脂肪酸可总结如表2-2。
表2-2 天然的不饱和脂肪酸名称
碳原子数
分子式
油 酸蓖麻酸亚油酸亚麻酸桐 酸花生烯酸芥子酸
18
18
18
18
18
20
22
（二）、三酰甘油的类型三酰甘油有许多不同的类型，主要是由它们所含脂肪酸的情况决定的。三酰甘油的通式为,
如果三个脂肪酸是相同的（即R 1,R 2,R 3是相同的），称为简单三酰甘油（simple triacylglycerols），具体命名时称为某某脂酰甘油，如三硬脂酰甘油、三软脂酰甘油、三油脂酰甘油等。如果含有两个或三个不同脂肪酸（即R 1,R 2,R 3不同时）的三酰甘油称为混合三酰甘油，如一软脂酰二硬脂酰甘油。在混合三酰甘油中各脂酰基由于位置不同，又有不同的异构体。
多数天然油脂都是简单三酰甘油和混和三酰甘油的极其复杂的混合物。到目前为止，还没有发现在天然油脂中脂肪酸分布的规律。
（三）、三酰甘油的理化性质
1．溶解度
三酰甘油不溶于水，也没有形成高度分散的倾向。二酰甘油和单脂酰甘油则不同，由于它们有游离羟基，故有形成高度分散态的倾向，其形成的小微粒称为微团（micelles），它们常用于食品工业，使食物更易均匀，便于加工，且二者都可以被机体利用。
2．熔点
三酰甘油的熔点是由其脂肪酸的组成决定的，一般随饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。如三软脂酰甘油和三硬脂酰甘油在常温下为固态，三油酰甘油和三亚油酰甘油在常温下为液态。猪的脂肪中油酸占50%，猪油固化点为30.5℃。人脂肪中油酸占70%，人脂固化点为15℃。植物油中含大量的不饱和脂肪酸，因此呈液态。
３．皂化和皂化值当将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶（lipase）作用时，都可发生水解。酸水解可逆；碱水解，由于脂肪酸羧基全部处于解离状态，即成为负离子，因而没有和甘油作用的可能性，故碱水解不可逆。当用碱水解三酰甘油时，生成物之一为脂肪酸的盐类，这就是日常所用的肥皂，所以脂类的碱水解反应一般称为皂化反应（saponification）。完全皂化1g油或脂所消耗的氢氧化钾毫克数称为皂化值（saponification number），用以评估油脂质量，并计算该油脂相对的分子质量。
4．酸败和酸值
油脂在空气中暴露过久即产生难闻的臭味，这种现象称为“酸败”（rancidity）。其化学本质是油脂水解放出游离的脂肪酸，后者再氧化成醛或酮，低分子的脂肪酸（如丁酸）的氧化产物都有臭味。脂肪分解酶或称脂酶（lipase）可加速此反应。油脂暴露在日光下可加速此反应。 中和1g油脂中的游离脂肪酸所消耗的氢氧化钾毫克数称为酸值（acid value）。酸败的程度一般用酸值来表示。不饱和脂肪酸氧化后所形成的醛或酮可聚合成胶状的化合物。桐油等可用作油漆即是根据此原理。
５．氢化和卤化
油脂中的不饱和键可以在催化剂的作用下发生氢化反应。工业上常用Ni粉等催化氢化使液状的植物油适当氢化成固态三酰甘油酯，这称为人造奶油，便于运输。氢化可防止酸败作用。
油脂中的不饱和键可与卤素发生加成作用，生成卤代脂肪酸，这一作用称为卤化作用（halogenation）。
100g油脂所能吸收的碘的克数称为碘值（iodine value），在实际碘值测定中，多用溴化碘或氯化碘为卤化试剂。
６．乙酰化值（acetylation number）
含羟基的脂酰化合物，羟基含量可通过与乙酸酐或其他酰化剂反应生成乙酰化酯或相应酰化酯而测得。乙酰化值指1g乙酰化的油脂所分解出的乙酸用氢氧化钾中和时所需氢氧化钾的毫克数。
（二）、其他酰基甘油类
1、烷基醚脂酰甘油（alkyl ether acylglycerols）
它含有两个脂肪酸分子和一个长的烷基或烯基链分别与甘油分子以酯键相连。例如烷基醚键二脂酰甘油和(、(-烯基醚二脂酰甘油（(、(-alkenyl ether acylglycerols），其结构在下式中列出。
这种脂类不易与甘油三酯分开，因此发现较晚。用弱碱或酶促水解，它们则形成甘油醚（glycerol ethers）。例如，鲛肝醇和鲨肝醇实际上都是甘油醚，在下式中列出。
烷基醚键二脂酰甘油 (、(-烯基醚二脂酰甘油
鲛肝醇 鲨肝醇
2、糖基脂酰甘油（glycosylacylglycerols）
糖基与甘油分子第三个羟基以糖果苷键相连，甘油另两个羟基与脂肪酸以酯键相连。最普通的例子是在高等植物和脊椎动物神经组织中发现的单半乳糖基二脂酰甘油，其结构如下：
当X= 时，为双半乳糖二脂酰甘油酯(DGDG)；当X=H时，为单
半乳糖二脂酰甘油酯(MGDG)。
从细菌中可分离到二甘露糖基二脂酰甘油。
（三）、磷脂类
磷脂是分子中含有磷酸的复合脂。由于所含醇的不同，可分为甘油磷脂类和鞘氨醇磷脂类，它们的醇物质分别是甘油和鞘氨醇（sphingosine）。两类磷脂分子的组成对比如表2-3。
表2-3 两类磷脂的分子组成（分子数）
组成相同
组成不同或不尽相同
脂肪酸 磷酸
醇类 其他
甘油磷脂鞘氨醇磷脂
2 1
1 1
甘油 胆碱、乙醇胺、丝氨酸和肌醇等
鞘氨醇 胆碱
1、磷酸甘油酯（phosphoglycerides）
磷酸甘油酯即甘油磷脂，是生物膜的主要组分。
（1）．磷酸甘油酯的组成磷酸甘油酯是甘油中的两个醇羟基为脂肪酸酯化，而第三个醇羟基被磷酸酯化，磷酸再与含羟基的氮碱或其他含羟基的小分子化合物脱水形成磷酸二酯键，通式如下：
甘油磷脂两条长的碳氢链构成它的非极性尾部（nonpolar tail），其余部分构成它的极性头部（polar head）。
不同类型的甘油磷脂的分子大小、形状、极性头部的电荷等都不相同。甘油磷脂分子中一般含有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸各一分子，不饱和脂肪酸常与甘油的第二个碳原子缩合。
（2）．磷酸甘油酯的命名如果将甘油C1或C3分别用脂肪酸或磷酸酯化，C2则成为一个不对称C原子，于是形成两个互为对映体（antipode）的异构物。天然存在的甘油磷脂都属L-构型。结构如下：
D-构型 L-构型
1967年国际理论和应用化学联合会及国际生物化学联合会的生物化学命名委员会建议采用下列命名原则：
将甘油的三个碳原子分别标号为1，2，3（三者顺序不能随便颠倒）。
用投影式表示，C2上羟基一定要放在C2的左边。这种编号称为立体专一编号（stereospecific numbering），用sn表示，写在化合物名称前面。根据这一命名原则，磷酸甘油和磷脂酸命名如下,
sn-甘油-1-磷酸 sn-甘油-3-磷酸
sn-二脂酰甘油-1-磷酸 sn-二脂酰甘油-3-磷酸
（3）．主要的磷酸甘油酯
（1）磷脂酰胆碱(phosphatidyl cho1ine) 它是白色蜡状物质，极易吸水，其不饱和脂肪酸能很快被氧化。各种动物组织、脏器中含量都相当高。其结构如下：
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
胆碱的碱性甚强，可与氢氧化钠相比。它在生物界分布很广，且有重要的生物功能，它在甲基移换中起提供甲基作用。乙醚胆碱是一种神经递质，与神经兴奋的传导有关。
磷脂酰胆碱有控制动物机体代谢，防止脂肪肝形成的作用。
（2）磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamines) 它也是动、植物中含量最丰富的磷脂，它与血液凝结有关。其结构如下：
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
（３）负电荷的磷脂酰丝氨酸能引起损伤表面凝血酶原的活化。它与磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺间可互相转化。其依据是：
2、鞘氨醇磷脂类鞘氨醇磷脂类简称鞘磷脂类(sphingophospholipids sphingomyelins)。它是长的、不饱和的氨基醇，而非甘油的衍生物。在鞘磷脂中，鞘氨醇的氨基以酰胺键连接到一脂肪酸上，其羟基以酯键与磷酸胆碱相连。其结构如下：
鞘磷脂是鞘脂类(sphingolipids)的典型代表，它是高等动物组织中含量最丰富的鞘脂类。
3、非皂化脂质
非皂化脂质的特点是它们都不含脂肪酸，因此不能为碱所皂化。它们在组织和细胞内含量虽少，但却包括许多有重要生物功能的物质，如维生素和激素等。
（1）.萜类(terpenes)
萜类是异戊二烯(isoprene)的衍生物。
萜的分类主要是根据异戊二烯的数目。由二个异戊二烯构成的萜称为单萜，由三个异戊二烯构成的萜称为倍半萜，由四个异戊二烯构成的萜称为二萜，同理还有三萜、四萜等等（如表2-4）。
表2-4 萜类化合物碳原子数
异戊二烯单位数
类名
重要代表
10
15
20
30
40
2
3
4
6
8
几千
单萜（monoterpenes）
倍半萜（sesguiterpenes）
二萜（diterpenes）
三萜（triterpenes）
四萜（tetraterpenes）
多萜（polyterpenes）
柠檬苦素（limonene）
法尼醇（farnesol）
叶绿醇（phytol）
鲨烯（squalene）
胡萝卜素（carotene）
天然橡胶
萜类有的是直链分子，有的是环状分子，可以是单环、双环和多环化合物。相连的异戊二烯有的是头尾相连，也有的是尾尾相连。
几种萜类化合物的结构如下：
柠檬苦素
法尼醇
叶绿醇
鲨烯
β-胡萝卜素
在植物中，多数萜类都具有特殊臭味，而且是各类植物特有油类的主要成分，如柠檬苦素（limonene）、薄荷醇（menthol）、樟脑（camphor）等依次是柠檬油、薄荷油、樟脑油的主要成分。
多聚萜类，如天然橡胶，维生素 A,E,K等都属于萜类。多聚萜醇常以磷酸酯的形式存在，这类物质在糖基从细胞质到细胞表面的转移中起类似辅酶的作用。
（2）．类固醇类(甾类化合物，steroids)
类固醇类以环戊烷多氢菲(cyclopentanoperhydrophenanthrene)为基本结构。广泛分布于生物界。它们的功能多种多样：作为激素，起某种代谢调节作用；作为乳化剂，有助于脂类的消化与吸收，也有抗炎症作用。能用脂肪溶剂从动物组织中将之提取出来。其中一大类称为固醇类(sterols，甾醇类)化合物，其特点是在甾核的第3位上有一个羟基，在第17位上有一个分支的碳氢链。自然界中主要的固醇有胆固醇、7—脱氢胆固醇和麦角固醇等。
环戊烷 菲 环戊烷多氢菲
在动物组织中最丰富的是胆固醇(cholesterol，胆甾醇)。它是脊椎动物细胞的重要成分，在神经组织和肾上腺中含量特别丰富，它约占脑固体物质的17％。人体内发现的胆石几乎全都由胆固醇构成。肝、肾和表皮组织含量也相当多。胆固醇的结构如下。
胆固醇
胆固醇易溶于乙醚、氯仿、苯及热乙醇中，不能皂化。胆固醇C3上的羟基易与高级脂肪酸形成胆固醇酯。
动物能吸收利用食物胆固醇，也能自行合成。其生理功能与生物膜的透性、神经髓鞘的绝缘物质以及动物细胞对某种毒素的保护作用有一定的关系。
7-脱氢胆固醇存在于动物皮下，它可能是由胆固醇转化来的。它在紫外线作用下形成维生素D3，有助于佝偻病的预防和治疗。
7-脱氢胆固醇 维生素D3
麦角固醇(ergosterol)广泛存在于酵母菌、真菌中，它经日光和紫外线照射可以转化为维生素D2。
麦角固醇 维生素D2
生物膜生物膜是构成细胞所有膜的总称。包括围在细胞质外的质膜（plasmalemma）和细胞器的内膜系统（cytomembrane）。在一些真核细胞中，膜含量可占整个细胞干重的80%左右。它不仅是生物体的重要的组成部分，而且在物质运输、能量转换、信息传递中也有重要作用。
、生物膜的化学组成
化学分析表明，所有生物膜几乎都是由蛋白质（包括酶）和脂类（主要是磷脂）两大类物质组成。此外尚含有一定量的糖类、无机盐、金属离子及水（15～20%）。多数生物膜中蛋白质约占60%，脂类约占40%。一般膜功能越复杂，其蛋白质的含量及种类越多，反之亦反之（P115表5-1）。
膜脂
构成生物膜的脂类有磷脂，还有糖脂、硫脂、固醇等，其中以磷脂含量最高。
磷脂（phospholipids）
是膜脂中最丰富的一类，约占总膜脂的55～75%。膜磷脂主要是磷酸甘油二酯，是由磷脂酸的磷酸基团与某些含羟基化合物形成。（P116图5-1）。细胞中常见的磷脂有磷脂酰胆碱（PC，卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（PE，脑磷脂）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰丝氨酸（PS）。其中，以PC和 PE比例最高。
从磷脂的化学结构（P116图5-2）可见，含一个极性头（磷脂分子中较短的磷脂酰碱基部分为头部，呈亲水性）和两条非极性的尾部（两条较长的碳氢脂酰链为尾部，呈亲脂性）。因此，磷脂分子是同时具有亲水和亲脂特性的双亲媒性分子（amphipathic molecules）。它们在含水环境中，亲水头部向着水溶液，而亲脂尾部则相向接近，可自动组装成双分子层脂膜。这种双层脂膜自我封闭即形成质膜及细胞器的各种膜系统。
糖脂（glycolipids）
是膜组分中含一个或多个糖残基的脂类。植物和细菌膜脂中最主要的糖脂是半乳糖脂，以单半乳糖脂和双半乳糖脂（P116图5-3）较丰富。糖脂主要存在于叶绿体膜中，可占其极性总量的80%左右。糖脂也是双亲媒性分子，在膜结构上起重要作用。
硫脂膜成分中含有硫酸的脂类。通常包括两类：一类是含糖残基的硫脂，主要存在于植物膜中。如叶绿体片层膜中的6-磺基-6-脱氧-葡萄糖甘油二酯。另一类是棕鞭藻属及其它某些藻类所含的多种烷基硫酸和氯化烷基硫酸。
甾醇（sterol）又名固醇也是一类重要的膜脂。动物膜甾醇主要是胆固醇（cholesterol）。植物膜甾醇含量较动物少，主要是谷甾醇、豆甾醇、油菜甾醇。高等植物质膜的甾醇含量较多，与膜磷脂比可达1：1.2，而细胞器膜系的甾醇（谷甾醇、油菜甾醇）仅为膜磷脂的15%左右。许多真菌，特别是酵母菌，膜甾醇含量较丰富，其中以麦角固醇为主。
膜蛋白质
生物膜的许多功能是由膜蛋白来完成的。因此，细胞内约20～25%的蛋白质都参与了膜结构。据蛋白质与膜脂的相互作用方式及其在膜中的定位，将膜蛋白分为内在蛋白（integral protein）、外在蛋白（peripheral protein）、膜锚蛋白（anchor membrane protein）。
内在蛋白（整合蛋白）
通常占膜蛋白总量的70～80%。它们通过非极性氨基酸残基与膜脂分子的疏水部分相互作用，紧密结合，不同程度地插入或贯穿脂双层，而其极性部分伸出双分子层外的水相中（P118图5-5）。
由于内蛋白与膜结合牢固，只有用较剧烈的条件（如去污剂、有机溶剂、超声波等）
才能将它们溶解下来，但膜结构也被破坏了。
研究较深入的一种内在蛋白是H+-ATP合酶。
外在蛋白（外围蛋白）
通常占膜蛋白总量的20～30%。多为水溶性的，故分布于膜的内外表面。它们通过极性氨基酸残基以静电引力、离子键、氢键等次级键与膜脂的极性头部，或与某些膜蛋白的亲水部分非共价键地松散的或可逆的结合着。因此，可在不破坏膜结构的情况下，通过温和的处理方法，如改变介质的离子强度或pH等，将外围蛋白分离提取。
有些蛋白还可以多蛋白复合体的形式与内在蛋白结合（P118图5-5）。
C、膜锚蛋白某些蛋白质通过与聚糖链共价结合，直接被连到膜磷脂酰肌醇分子上，将蛋白质锚在细胞膜上，这种形式的外周蛋白，称作膜锚蛋白。它的一个共同特点是碳端氨基酸残基的游离羧基与乙醇胺的氨基缩合，后者的羟基通过磷酸二酯键与糖链的非还原端相连，糖链的还原端则与膜磷脂酰肌醇以糖苷键相连（图5-6）。深入研究表明，除了这种“糖锚”之外，还可通过脂酰链作为“疏水锚”，以酰胺键或酯键将外周蛋白锚在膜脂上。
膜锚蛋白由于有锚链连膜脂和外周蛋白之间，因而活动度大，流度性强，有益于发挥生物功能。
（二）生物膜的分子结构与特性
1．生物膜的分子结构关于膜结构，人们进行了多方面的研究，先后提出过几十年种膜分子结构模型和假说。
（1）单位膜模型：膜由蛋白质和磷脂组成，呈现出三层结构。这是一切生物膜的基本结构，厚度为7～9nm。通常说某种膜是单层膜，是指由一层单位膜组成；双层膜则是指由双层单位膜组成。
（2）流动镶嵌模型：（图）生物膜是一种流动的、镶嵌有各种蛋白质的脂质双分子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在流动脂质的“海洋”中。它不仅强调了膜脂、膜蛋白的相互作用，还强调了膜的动态性质，因而得到广泛支持和接受。
2。生物膜的理化特性
（1）膜分子结构的不对称性膜脂是组成膜的骨架成分，脂双分子层内外两侧的脂种类和含量有相当的差异。膜蛋白在膜上的分布也是不对称的。
（2）膜结构分子的流动性膜的流动性主要是在膜脂流动性、膜蛋白流动性以及固醇的运动相互作用下进行的。膜脂流动性主要决定于磷脂分子，它在膜内可作旋转运动、翻转运动、左右摆动、侧向运动、伸缩振荡、旋转异构化运动，膜脂流动性的大小与磷脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和程度密切相关。链越长、不饱和程度越高，流动性越长。
生物膜中的蛋白质也是经常处于动态之中。它只能作侧向扩散和旋转扩散，其速度平均比膜脂小10～100倍。膜蛋白除了能在膜平面进行无序扩散外，有些膜蛋白只能在一定区域作相对扩散运动。
（三）生物膜的功能生物膜在物质运输、能量转换、信息传递等多方面都具有极其重要的功能。
1．穿膜运输
指物质横穿细胞膜的运输方式。可分为被动运输和主动运输。
（1）被动运输物质顺电化学梯度，不需消耗代谢能的穿膜运输称为被动运输。
据是否需要专一性载体蛋白可将被动运输分为：
（1）简单扩散 是许多脂溶性或小分子穿膜运输的主要方式。其主要特点是不与膜上物质发生任何反应，扩散结果使膜两侧的物质浓度相等。由于不需要消耗代谢能，也不需要专一性载体分子，因此只要物质在膜两侧保持一定的浓度差，即可发生这种运输。
有通道扩散（平均直径8nm）———通过膜脂可塑性运动形成的瞬间通道扩散过膜的过程，Na+、K+及乳酸、甘油、戊糖等许多分子的直径都小于8nm，可通过此通道扩散过膜。
有离子载体———有些物质可将离子包裹起来，以简单扩散的方式直接穿过脂双分子层。
有隧道蛋白———有些蛋白形成穿膜的液体隧道，允许适当大小和带电荷的溶质以简单扩散的方式通过膜，这种运输蛋白称为隧道蛋白（图5-13）。
（2）协助扩散
借助于载体蛋白顺浓度梯度的物质运输，称作协助扩散。有些非脂溶性物质，如离子、糖、氨基酸、核苷酸等分子从高浓度向低浓度扩散过膜时，需要和膜上专一性的膜运输蛋白发生可逆性结合，在它们的帮助下载体扩散过膜，这种膜蛋白称作载体蛋白。
协助扩散和简单扩散最显著的差别在于前者有明显的饱和效应，当被运输的物质浓度不断增加时，运输速度会出现一个极限值，这是由于载体蛋白的数量限制所造成的（图5-14）。
（2）主动运输是物质逆电化学梯度的穿膜运输，要消耗细胞的代谢能，并需要专一性载体蛋白。离子主动运输中的供能系统是ATP水解放能，而糖、氨基酸等的主动运输的能量可来源于离子梯度储存的能量。
2．膜泡运输质膜对大分子化合物或颗粒物质是不通透的，它们在细胞内运转时都由膜包围，形成细胞质小泡，故称膜泡运输。它包括两类：内吞作用和外排作用。内吞作用是指细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质膜的一小部分内陷而包围，随后从质膜上脱落下来，形成含有摄入物质的细胞内嚢泡的过程。若内吞物是固体，称为“吞噬作用”，液态称为“胞饮作用”。有的胞饮小泡体积很小，直径仅为65nm左右，称为微泡饮，它的主要作用是转运蛋白质。与内吞作用相反，有些物质在细胞内被一层膜包围，形成小泡，逐渐移至细胞表面，最后与质膜融合并向外排除，这一过程称为外排作用。
内吞作用和外排作用在动植物细胞中普遍存在。
3．蛋白质的的跨膜运输
蛋白质分子的跨膜运输是生物膜研究中非常活跃的一个领域。蛋白质的运送既能以内吞和外排形式通过质膜，也可以“信号假说”的方式通过内质网膜运输，这是一个需能的过程。
信号假说认为（图5-18）：内质网上蛋白质的合成与跨膜运输是同时进行的。蛋白质合成也是在游离核糖体上开始的，当其N-末端的一种由13～26个氨基酸残基长度的小肽即信号肽延伸出核糖体后，即被内质网膜上的受体识别，并与之结合。在信号肽穿越膜后，即被内质网内腔的信号肽酶水解。正在合成的新生肽随即通过膜蛋白隧道穿越脂双层。
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
1．饱和偶碳脂肪酸的β-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：
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，作为氢的载体，只是分别特异催化链长为C4～C6，C6～C14，C6～C18的脂酰辅酶A。
Δ2反式烯脂酰辅酶A的水化：在烯脂酰辅酶A水化酶(enoyl-CoA hydratase)的催化下，反式烯脂酰辅酶A的双键上加1分子水形成L（+）β-羟脂酰辅酶A。
L(+) β-羟脂酰辅酶A的脱氢：经 L(+)β-羟脂酰辅酶A脱氢酶[L(+)β-hydroxyac -yl CoA ehydrogenase]催化，在 L(+)β-羟脂酰辅酶A的C3的羟基上脱氢氧化成β-酮脂酰辅酶A。此酶以NAD+为辅酶。该酶虽然对底物链长短无专一性，但有明显的立体特异性，只对L-型异构体的底物有活性。不能作用于D-型底物。
④β-酮脂酰辅酶A的硫解：在硫解酶(thiolase)即酮脂酰硫解酶(β-ketoacyl-CoA thiolase)催化下，β-酮脂酰辅酶A被第二个辅酶A分子硫解，产生乙酰辅酶A和比原来少两个碳原子的脂酰辅酶A。
虽然β-氧化作用中四个步骤都是可逆反应，但由于硫解酶催化的硫解反应是高度放能反应，△G0/＝-28.03kJ／mol。整个反应平衡点偏向于裂解方向，难以进行逆向反应。所以脂肪酸氧化得以继续进行。
综上所述，脂肪酸β-氧化作用有四个要点：① 脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗1个ATP分子的二个高能键，其活化酶在线粒体外；② 在线粒体外活化的长链脂酰CoA需经肉碱携带进入线粒体；③ 所有脂肪酸β-氧化的酶都是线粒体酶；④ β-氧化过程包括脱氢、水化、再脱氢、硫解四个重复步骤。最终1分子脂肪酸变成许多分子乙酰CoA(如图8-2)。生成的乙酰CoA可以进入三羧酸循环，氧化成CO2及H2O，也可以参加其他合成代谢。
（４）脂肪酸β-氧化过程中的能量转变。脂肪酸在β-氧化过程中，每形成1分子乙酰辅酶A，就使1分子FAD还原为FADH2，并使1分子NAD+还原为NADH+H+。FADH2进入呼吸链生成2分子ATP；NADH+H+ 进入呼吸链生成3分子ATP。现以软脂酰辅酶A为例，说明其产生ATP的过程：
软脂酰辅酶A+HSCoA+FAD+NAD++H2O ──→
豆蔻脂酰辅酶A+乙酰辅酶A+FADH2+NADH+H+
经过7次上述的β-氧化循环，即可将软脂酰辅酶A转变为8个分子的乙酰辅酶A。
软脂酰辅酶A+7HS－CoA+7FAD+7NAD++7H2O ──→
8乙酰辅酶A+7FADH2+7NADH+7H+
每分子乙酰辅酶A进入三羧酸循环彻底氧化共形成12分子ATP，因此8分子乙酰辅酶A彻底氧化共形成8×12＝96分子ATP。而7分子FADH2和7分子NADH进入呼吸链共产生2×7＋3×7＝35分子ATP。所以软脂酸彻底氧化为CO2和H2O生成 96＋35＝131分子ATP，由于软脂酸活化为软脂酰辅酶A消耗1分子ATP中的2个高能磷酸键的能量，因此净生成131－2＝129个ATP高能磷酸键。
当软脂酸氧化时，自由能的变化是-9790.56kJ/mol。ATP水解为ADP和Pi时，自由能的变化为-30.54kJ/mol。软脂酸生物氧化净生成129个ATP，可产生30.54×129＝3939.66 kJ的能量。因此在软脂酸氧化时约有40％的能量转换成磷酸键能贮存于ATP中。
图8-2 脂酰CoA的降解
2．不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化途径和上述饱和脂肪酸的β-氧化途径相似。但由于它比相应的饱和脂肪酸多一个双键，所以在氧化过程中还需要有一个酶把脂肪酸分子中原有的顺式双键结构催化转变为反式结构以适于烯脂酰辅酶A水合酶的要求。如果不饱和脂肪酸带有两个双键则还要另加一个酶把D（-）β-羟脂酰CoA催化转变成L（+）β-羟脂酰辅酶A，以适应脂酰-CoA脱氢酶的要求，使之继续按β-氧化途径进行。前一种酶称为Δ3-顺-Δ2 -反-烯脂酰CoA异构酶，它催化Δ3-顺烯脂酰辅酶A转变为Δ2 -反烯脂酰辅酶A。后一种酶称为β-羟脂酰辅酶A差向酶。 现以十八碳二烯酸为例说明上述两个酶的作用，并表示出不饱和脂肪酸的氧化途径（如图8-3）。
图8-3 不饱和脂肪酸的氧化过程
3．奇数碳脂肪酸的β-氧化
生物界的脂肪酸大多数为偶数碳原子，但在许多植物、海洋生物、石油酵母等体内还有部分奇数碳脂肪酸存在。它们按β- 氧化进行，除产生乙酰辅酶A外，最后还剩下一个丙酰辅酶A。丙酰辅酶A不能再按β-氧化继续降解，它经3步酶反应转变成琥珀酰辅酶A。
4．脂肪酸的α- 氧化
Stumpf，P．K．1956年发现植物线粒体中除有β- 氧化作用外,还有一种特殊的氧化途径，称为α- 氧化作用。这种氧化途径后来也在动物的脑和肝细胞中发现。这个氧化过程是首先使α- 碳原子氧化成羟基，再氧化成酮基，最后脱酸成为少一个碳的脂肪酸。在这个氧化系统中，仅以游离脂肪酸能作为底物，而且直接涉及到分子氧，产物既可以是D-α-羟基脂肪酸，也可以是含少一个碳原子的脂肪酸。α-氧化的机制至今尚不十分清楚，其可能的途径是：
长链脂肪酸在一定条件下可直接羟化，产生α-羟脂肪酸，再经氧化脱羧作用生成CO2和少一个碳原子的脂肪酸。
D-α- 羟脂肪酸不能被脱氢酶催化，但可经脱羧和脱氢协同作用，最后产生脂肪醛。业已证明，哺乳动物组织将绿色蔬菜的叶绿醇氧化为植烷酸后，即通过α-氧化系统将植烷酸氧化为降植烷酸和CO2。在正常情况下，由于组织能十分迅速地降解植烷酸，所以血清中很难找到它。但一种少见的遗传病──Refsum/S病患者，因缺少α-氧化酶系，植烷酸不被氧化。植烷酸的α-氧化反应如图8-4。
图8-4 植烷酸的α- 氧化从植烷酸的例子来看，α-氧化途径是不能彻底氧化脂肪酸的，它的作用仅仅是在β-氧化受阻时，首先进行α-氧化使β-氧化得以顺利进行。
5．脂肪酸的ω-氧化生物体内一些中长链(如癸酸、十二碳酸等)以及少量长链脂肪酸，能首先从烃基末端碳原子即ω-碳子上被氧化生成α，ω二羧酸，称为ω-氧化。ω-氧化涉及末端甲基的羟基化，形成一级醇，并继而氧化成醛，再转化成羧酸等步骤。生成的二羧酸再从两端进行β-氧化。
在发现这一反应的初期，并未重视。目前ω-氧化酶系无论从理论上或实际上已日益受到重视，其原因是可利用它来清除海水表面的大量石油。反应过程是经浮油细菌的ω-氧化，把烃转变为脂肪酸，然后再进行脂肪酸两端的β-氧化降解。据估计，其氧化作用速率可高达0.5g／(d·m2)，这对清除海面石油污染无疑会起重要作用。现已从油浸土壤中分离出许多细菌，它们具有ω-氧化酶系统，可用来清除海水表面的大量浮油。
第二节 脂肪的生物合成动物肝脏、脂肪组织及高等植物都能大量合成脂肪，微生物则合成较少。合成途径是由脂酰辅酶A和L-α-磷酸甘油(3-磷酸甘油)经磷脂酸而合成的。
一、3-磷酸甘油的来源
3-磷酸甘油是合成脂肪的前体之一，它有两个来源：一是由糖酵解中间产物——磷酸二羟丙酮在α-磷酸甘油脱氢酶(glycerol phosphate dehydrogenase)催化下,以NADH为辅酶还原形成：
二是由脂肪水解产生的甘油，在ATP参与下经甘油激酶(glycerol kinase)催化而形成。
由于脂肪组织缺乏有活性的甘油激酶，因此这种组织中三酰甘油合成所需的α- 磷酸甘油来自糖代谢。
二、脂肪酸的生物合成
生物机体脂类合成是十分活跃的，特别在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。脂肪酸的生物合成并不是其氧化降解的逆过程。首先脂肪酸合成是在胞液中进行的，需要CO2和柠檬酸参加，而脂肪酸氧化是在线粒体中进行的；其次脂肪酸合成酶系、酰基载体、供氢体等与脂肪酸氧化各不相同。
饱和脂肪酸的从头合成
（1）乙酰辅酶A的转运 脂肪酸合成所需的碳源是来自乙酰辅酶A，但无论是丙酮酸脱羧、氨基酸氧化，还是从脂肪酸β-氧化产生的乙酰CoA都是在线粒体基质中，它们不能任意穿过线粒体内膜到胞液中去。但可以通过以下途径透过膜，乙酰辅酶A与草酰乙酸结合形成柠檬酸，然后通过三羧酸载体透过膜，再由膜外柠檬酸裂解酶裂解成草酰
图8-6 乙酰辅酶A从线粒体内至胞液的运转
乙酸和乙酰辅酶A。草酰乙酸又被NADH还原成苹果酸再经氧化脱羧产生CO2、NADPH和丙酮酸，丙酮酸进入线粒体，在羧化酶催化下形成草酰乙酸，又可参加乙酰辅酶A转运循环(图8-6)。
（２）丙二酸单酰辅酶A的形成 Salih Wakil’s发现用细胞提取液进行脂肪酸生物合成时需要HCO3-，后来才知道乙酰辅酶A是合成脂肪酸的引物，以软脂酸为例，所需的8个乙酰辅酶A单位中，只有一个以乙酰辅酶A的形式参与合成，其余7个皆以丙二酸单酰辅酶A(malonyl CoA)的形式参与合成，脂肪酸合成中，每次延长都需要丙二酸单酰辅酶A参加。丙二酸单酰辅酶A是由乙酰辅酶A和HCO3- 羧化形成的。
此反应中所用的碳原子来自比CO2活泼的HCO3—，形成的羧基是丙二酸单酰CoA的远端羧基。催化此反应的酶为乙酰辅酶A羧化酶（acetyl CoA carboxylase），该酶的辅基为生物素（biotin）。生物素是CO2分子的中间载体。在大肠杆菌和植物中的乙酰辅酶A羧化酶是一个多酶复合体，可解离成三个组分：（1）生物素羧基载体蛋白biotin carboxyl-carrier protein，简称BCCP），相对分子质量为45 000，含有两个亚基，每个亚基含一个生物素并与酶蛋白的某Lys-ε-NH2共价相连。（2）生物素羧化酶（biotin carboxylase，简称BC），相对分子质量为98 000,它也是一个含有两个亚基的酶。（3）羧基转移酶（carboxyltransferase，简称CT），相对分子质量＝130 000，催化形成丙二酸单酰辅酶A。实际上乙酰辅酶A羧化酶催化乙酰辅酶A的羧化反应分两步进行，首先是BCCP在ATP供能情况下羧化成羧化BCCP：
其次是由羧基转移酶把BCCP—CO2-的羧基转移到乙酰辅酶A的α-碳上。
乙酰辅酶A羧化酶为别构酶，又是脂肪酸合成的限速调节酶。它有无活性的单体和有活性的聚合体两种形式，无活性的单体相对分子质量为410 000，有一个HCO3-结合部位（即含有一个生物素羧基），有一个乙酰辅酶A结合部位，还有一个柠檬酸结合部位。柠檬酸（或异柠檬酸）在无活性单体和有活性聚合体之间起调节作用。柠檬酸有利于酶向有活性的形式转变。缺乏它时，真核细胞乙酰辅酶A羧化酶即无活性。柠檬酸是激活别构酶的刺激物，软脂酰辅酶A是变构抑制剂。柠檬酸对细菌的生物合成没有调控作用。
由于丙二酰辅酶A除用于合成软脂酸外，没有其他代谢用处，所以通过调节羧化酶以调节脂肪酸的合成不会干扰其它代谢途径。
（3）丙二酸单酰辅酶A和乙酰辅酶A形成软脂酸
这是一个综合过程，要完成这循环的过程需要许多步骤，需要一个多酶复合体或多功能酶。由于这综合反应无论在哪个有机体中都是由软脂酸合成酶催化的六步反应构成，而大肠杆菌中这个多酶复合体已经被人们纯化并进行过深入研究，故这里介绍大肠杆菌的多酶复合体。
①软脂酸合成酶多酶复合体（多酶体系）的构成：多酶复合体由七个成分组成，分别为酰基载体蛋白、ACP-酰基转移酶、ACP丙二酸单酰转移酶、β- 酮脂酰-ACP合成酶、β-酮脂酰-ACP还原酶、烯脂酰-ACP脱水酶、烯脂酰-ACP还原酶。它们以没有酶活性的酰基载体蛋白（acyl carrier protein，缩写为ACP）为中心组成一簇，脂肪酸合成过程中的中间产物以共价键与载体相连。
大肠杆菌的ACP是一个含有77个氨基酸残基的热稳定性蛋白，相对分子质量为10 000。蛋白质中的丝氨酸与4-磷酸泛酰巯基乙胺（4-Phosphopantetheine）上的磷酸基团相连，这辅基也是辅酶A的组成部分（如图8-7）。从ACP结构上看，它有一个带—SH的柔性长链，故ACP常写成ACP—SH。由于有这个—SH，它可以从各种酰基—SCoA接受酰基而形成，并且释放出CoASH。此外，由于这是长的柔性链，故它可以把酰基从一个地方传送到另一个地方，以适应多酶复合体中各种酶的需要。
各种来源的ACP的氨基酸组成十分相似。如将不同来源的ACP交换用于不同脂肪酸合成酶系，虽然也能合成脂肪酸，但其产物因 ACP而异。
图8-7 磷酸泛酰巯基乙胺是CoA与酰基载体蛋白中的活性基团
②脂肪酸的生物合成程序：（大肠杆菌中）
A．原初反应。由多酶复合物中的一个酶单体ACP-酰基转移酶(ACP-acyltransferase)催化乙酰辅酶A与ACP的－SH作用，反应如下：
乙酰基并不留在ACP上，而是转移到β-酮脂酰-ACP合成酶(β-ketoacl-ACP synthase，以合成酶一SH或缩合酶表示)单体的半胱氨酸的－SH上，反应如下：
B．丙二酸酰基的转移反应。在ACP丙二酸单酰转移酶(ACP-malonyl transferase)催化下，丙二酸单酰辅酶A与ACP-SH作用，脱掉辅酶A形成丙二酸单酰-ACP：
C．缩合反应。这一步由β-酮脂酰-ACP合成酶催化。与酶分子中半胱氨酸－SH结合的乙酰基又转移到丙二酸单酰-ACP的丙二酸单酰基的第二个碳原子上，形成乙酰乙酰-ACP，同时使丙二酸单酰基上的自由羧基脱羧产生CO2，反应如下,
同位素实验证明，释放的CO2的碳原子来自形成丙二酸单酰辅酶A时所羧化的HCO3-,说明羧化的碳原子并未掺入到脂肪酸中。为什么脂肪酸的生物合成中不断地加进和失去CO2呢？即脂肪酸合成中的缩合反应为什么是丙二酸单酰-ACP和乙酰-S-合成酶，而不是两个乙酰二碳单位呢? 原因在于羧化反应利用ATP提供能量，自由能存在于丙二酸单酰辅酶A中，当缩合反应发生时，丙二酸单酰-ACP脱羧放出大量的能量供给缩合反应所需的能量，反应过程中自由能降低，使丙二酸单酰-ACP与乙酰-S-合成酶的缩合反应比两个乙酰二碳单位分子缩合更易进行。
D．第一次还原反应。乙酰乙酰-ACP由NADPH+H+还原，形成β-羟丁酰-ACP。催化该反应的酶为β-酮脂酰-ACP还原酶(β-ketoacyl ACP reductase)，反应如下：
注意，这反应加氢后的产物为D型异构体，而脂肪酸氧化分解时形成的是L型异构体。
E．脱水反应。D-β-羟丁酰-ACP脱水，形成相应的α，β或△2反式丁烯酰-ACP，即巴豆酰-ACP(crotonl-s-ACP)，催化该反应的酶是羟脂酰-ACP脱水酶（β-hydroxyacyl-ACP dehydrase），反应如下：
F．第二次还原反应。巴豆酰-ACP被还原为丁酰-ACP，催化该反应的酶为烯脂酰-ACP还原酶(enoyl-ACP reductase)，电子供体是NADPH+H+。在大肠杆菌和动物组织中反应如下：
丁酰-ACP的形成完成了合成软脂酰-ACP七次循环反应的第—次循环。第二次循环是丁酰基由ACP转移到β-酮脂酰-ACP合成酶分子的－SH上，ACP又可再接受丙二酸单酰基，第二次循环即可进行。经过七次循环后，合成的最终产物软脂酰基-ACP经硫酯酶(thioesterase)催化，形成游离的软脂酸，或由ACP转到辅酶A上，或直接形成磷脂酸。
多数生物脂肪酸从头合成只能形成软脂酸，而不能形成比它多两个碳原子的硬脂酸。原因是β-酮脂酰-ACP合成酶对链长有专一性，它接受14碳酰基的能力很强，但不能接受16碳酰基。可能酶与饱和脂酰基的结合位点只适合于一定的链长范围。
由乙酰-CoA合成软脂酸的总反应如下式：
8乙酰-CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP───→
软脂酸 + 8HSCoA + 14NADP+ + 7ADP + 7Pi + 7H2O
脂肪酸生物合成的反应程序如图8-8。
真核细胞的脂肪酸合成酶系与大肠杆菌不同。许多真核细胞的多酶体系是多功能蛋白，不同的酶以共价形式连在一起，成为单一的多肽链，这有利于不同酶的协同作用。因为含有共价键连接的多酶复合物比非共价吸附的多酶体系更稳定。
软脂酸的分解与合成途径概括起来有八点区别：①胞内部位不同；②酰基载体不同；③二碳单位加入和减去的方式不同；④电子供体或受体不同；⑤β－羟酰基中间物的立体构型不同；⑥对柠檬酸和HCO-的需要不同；⑦酶体系不同；⑧能量需求不同。
表8-2 软脂酸分解与合成代谢的区别区 别 点
脂 酸 合 成
脂 酸 氧 化
1．细胞中部位
2．酰基载体
3．二碳片段参加或断裂的形式
4．电子供体或受体
5．β-羟脂酰基中间立体异构物
6．对HCO3-和柠檬酸的需求
7．酶系
8．能量变化
细胞质
ACP
丙二酸单酰CoA
NADPH
D型要求
7种酶，蛋白组成复合体消耗7个ATP及14个NADPH
线粒体
CoA
乙酰CoA
FAD，NAD
L型不要求
4 种酶产生129个ATP
这些不同点使得软脂酸的合成和氧化分解过程可以同时在细胞内独立进行。
2．脂肪酸的碳链延伸
脂肪酸从头合成只能形成软脂酸，要合成Cl6以上的脂肪酸，必须把碳链延伸。生物体有两个脂肪酸碳链延伸酶系统。
（1）线粒体脂肪酸延长酶系 该酶系催化已合成脂肪酸的延伸，它与脂肪酸合成酶的不同之处有,
①以乙酰－S-CoA而不以丙二酰－S-CoA作为延伸碳链；
②反应过程中的各酰基载体为CoASH，而不是ACP－SH，即反应过程中各种形式的酰基都是以酰基－CoA的形式参与反应，而不是以酰基－ACP的形式参与反应。
图8-8 脂肪酸的生物合成过程
①乙酰CoA羧化酶 ②乙酰CoA-ACP转酰酶 ③丙二酸单酰CoA-ACP 转移酶 ④β-酮脂酰-ACP合成酶 ⑤β-酮脂酰-ACP还原酶 ⑥β-羟脂酰-ACP脱水酶 ⑦烯脂酰-ACP还原酶
综上可知这个延伸系统类似于β-氧化的逆反应，但又不完全相同。β-氧化过程中脂酰CoA脱氢酶以FAD为辅基，而延伸系统的烯脂酰还原酶的辅酶为NADPH。延长反应如下,
（２）内质网脂肪酸延长系统
哺乳动物细胞的内质网能够以饱和或不饱和长链脂肪酸作为引物，如软脂酰CoA和硬脂酰辅酶A、油酸、亚油酸以丙二酸单酰辅酶A作为C2的供体，NADPH＋H+为氢的供体，综合时都以酰基－CoA形式缩合，即由辅酶A代替ACP为酰基载体，从羧基末端延长，其中间过程与脂肪酸合成酶系相同。在小鼠脑细胞中至少存在有3种微粒体内质网碎片脂肪酸延长酶系，即C16，C18，C20脂肪酰辅酶A，相应地形成 C18,C20，C22,C24脂肪酰辅酶A，因此哺乳动物的神经组织、髓鞘组织中含有大量C22和C24脂肪酸。
植物组织中的延伸系统与脂肪酸合成酶系完全相同。
3．不饱和脂肪酸的合成
（１）单烯脂酸(monoenoic acid)的合成 单烯脂酸的双键绝大多数在C9和C10之间，即是Δ9-单烯脂酸。Δ9-单烯脂酸由一个复杂的去饱和酶复合物催化而合成。动物的肝赃和脂肪组织中有一个复杂的去饱和酶系，由3个内质网膜上的酶组成。它们是NADH-细胞色素b5还原酶(NADH-Cytochrome bsreductase)、细胞色素b5,去饱和酶(desaturase)又称为末端氰化物敏感因子(Cyanide sensitive factor，简称 CSF)。首先电子从NADH转至NADH-细胞色素b5还原酶的FAD辅基上，然后又使细胞色素b5铁卟啉蛋白中的Fe3+还原成Fe2+，再使去饱和酶中的非血色素铁离子还原成e2+，最后分子氧与其作用，分别接受来自NADH 及饱和脂肪酸的二对电子形成2分子水及1分子不饱和脂肪酸。其电子传递途径如下,
图8-9 动物组织脂肪酸去饱和电子传递途径
某些植物和某些低等需氧生物由一种铁-硫蛋白代替细胞色素b5起作用，其电子传递途径如下：
图8-10 植物和微生物的脂肪酸去饱和电子传递途径高等微生物(如酵母、放线菌、真菌、藻类、原生动物)利用脱氢机制形成单烯酸，不饱和键的位置都在C9和C10之间，即形成含△9双键的单烯酸。因为反应中利用氧分子，所以是氧化过程。
许多细菌则通过另外不需氧的途径形成烯脂酸，即通过一个中等长度的β-羟脂酰-ACP的脱水作用，而不是羟脂酰CoA的氧化去饱和作用。在大肠杆菌中，棕榈油酸的合成是由β-羟癸脂酰-ACP（10个碳）开始，β-羟癸脂酰-ACP脱水酶催化β-羟癸脂酰-ACP脱水形成β、γ或Δ3-癸烯脂酰-ACP，然后又以3分子丙二酸单酰-ACP在不饱和10碳脂酰-ACP的羧基端相继参加三次，形成棕榈油酰-ACP。反应如右上：
（2）多烯脂酸的形成 除厌氧细菌外，所有生物都含有多烯脂酸，高等动植物含量更丰富。多烯脂酸是按照双键的数目及其前体的来源来命名的。 以软脂酸为底物可以通过延长和去饱和作用形成多种不饱和脂肪酸(如图8-11)。
图8-11 不饱和脂肪酸的形成植物的亚油酸和亚麻酸由油酸经需氧去饱和作用形成，起催化作用的酶为专一的加氧酶（oxygenase）系统，NADPH+H+ 为辅酶。植物由亚油酸和亚麻酸衍生的多烯脂酸的相互关系如图8-12。
花生四烯酸是含量最丰富的多烯脂酸。幼鼠膳食缺乏必需脂肪酸时，生长缓慢，患鳞屑状皮炎，同时皮肤加厚，除添加亚油酸和亚麻酸外，必须添加花生四烯酸才能解除。
机体摄取的天然不饱和脂肪酸，一般不再被加氢形成饱和脂肪酸。只有少数生物能使机体摄取的不饱和脂肪酸转变为饱和脂肪酸。但不饱和脂肪酸可被脂肪酸氧化系统全部氧化分解。
在低温环境下，大部分生物体内可促进饱和脂肪酸转变为不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的熔点低于饱和脂肪酸，所以增加不饱和脂肪酸浓度有利于细胞膜的流动性，这是生物对低度温环境的一种适应。
图8-12 多烯脂酸的形成
三、三酰甘油的生物合成
由脂酰辅酶A和3-磷酸甘油合成三酰甘油分以下几个步骤：
单脂酰甘油磷酸的合成
在甘油磷酸脂酰转移酶(glycerol phosphateacyl transferase)催化下，脂酰辅酶A与3-磷酸甘油反应生成单脂酰甘油磷酸，又称为溶血磷脂酸（Lysophosphatidic acid）。
形成磷脂酸(Phosphatidic acid)
溶血磷脂酸在甘油磷酸脂酰转移酶的催化下，再与第二个脂酰CoA反应形成磷脂酸。它是合成三酰甘油和一些磷脂的重要前体。
磷脂酸的合成还有另一起始物，其反应包括如下步骤,
形成磷脂酸的脂酰CoA大多为C16和C18的，但在磷脂酸中Cl上结合的脂肪酸多为饱和脂肪酸，而C2上结合的脂肪酸多为不饱和脂肪酸。
磷脂酸的水解
磷脂酸被磷酸酶水解形成甘油二酯：
甘油三酯的形成
甘油二酯在甘油二酯转酰基酶催化下与第三个脂酰CoA反应形成甘油 三酯：
第三节 甘油磷脂的降解与生物合成
甘油磷脂（phosphoglycerides，简称磷脂〕广布于生物界，是细胞膜、细胞器膜的主要组成成分，是最主要的一类磷脂。甘油磷脂种类繁多，体内周转更新快，它们的共同特点是都具有亲水性和疏水性的兼性分子，水解后都产生磷酸和脂肪酸。磷脂组成的变化对细胞膜流动性、膜蛋白的活性等细胞生理功能有重要的调节作用。
一、甘油磷脂的降解甘油磷脂的降解由各种磷脂酶(phospholipase)催化，它们是按磷脂中分解的键分类的(如图8-l3)。
图8-13 磷脂酶催化的反应
（１）磷脂酶A1 广泛分布于动物细胞的细胞器、微粒体中，可专一地水解磷脂分子内①（见图8-13）的位置，水解产物是溶血磷脂酸（或称溶血甘油磷脂）。
（２）磷脂酶A2 大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒中，也常以酶原形式存在于动物的胰脏内，作用于②（见图8-13）的位置。猪、马、羊、人及大鼠胰脏的磷脂酶A2已被提纯，前三种动物的磷脂酶A2酶原的氨基酸顺序已测出。胰蛋白酶A2以酶原形式存在，可防止细胞内甘油磷脂遭受降解，胰脏的磷脂酶A2催化反应需Ca2+参加。
（３）磷脂酶C 主要存在于动物脑、蛇毒和微生物如韦氏核菌(Clostridium welchii)、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)中，主要作用于③（见图8-13）位置。
（4）磷脂酶D 主要存在于高等植物组织中，作用于④（见图8-13）的位置，水解产物是磷脂酸和胆碱。反应时需要Ca2+。
甘油磷脂的水解产物甘油和磷酸可参加糖代谢，脂肪酸可进一步被氧化，各种氨基醇可以参加磷脂的再合成，胆碱还可通过转甲基作用变为其他物质。
磷脂酶的催化作用使甘油磷脂分解，促使细胞膜不断更新、修复，并且清除由于磷脂中不饱和脂肪酸氧化产生的毒性磷脂。磷脂酶起作用后产生细胞膜中溶血磷脂高集区，使细胞膜磷脂双层局部松弛和破损，有利于生物大分子跨膜翻转或穿过膜屏障。 二．甘油磷脂的合成
磷脂酸是甘油磷脂合成的关键物质。由磷脂酸合成磷脂有两条途径：其一在高等动植物组织中占优势。其二主要存在于某些细菌中。而在两条途径中起载体作用的都是胞嘧啶核苷酸，只是在前一途径中，它是醇基的载体；后一途径中，它是磷脂酸的载体。
（１）磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine)的合成
①首先乙醇胺被乙醇胺激酶催化磷酸化，形成磷酸乙醇胺。
②磷酸乙醇胺 在磷酸乙醇胺胞嘧啶核苷酸转移酶(phosphoethanolamine cytidyl transferase)催化下与CTP反应，形成胞嘧啶核苷二磷酸乙醇胺（cytidine diphosphoethanolamine），即 CDP-乙醇胺。
③形成磷脂酰乙醇胺 在磷酸乙醇胺转移酶的催化下，CDP-乙醇胺上的CMP脱下，磷酸乙醇胺转移到甘油二酯上，形成磷脂酰乙醇胺。反应如下,
这一步是合成甘油磷脂的关键性步骤。催化该反应的磷酸乙醇胺转移酶牢固地结合 在内质网膜上。结合在线粒体和内质网上的磷脂酸磷酸酶能催化水相分散的磷脂酸水解,形成的甘油二酯可用作磷脂的合成。但是肝或肠粘膜细胞中的可溶性磷脂酸磷酸酶只能水解膜上的磷脂酸，形成的甘油二酯参加甘油三酯的合成。
（2）缩醛磷脂酰胆碱(卵磷脂)的合成 缩醛磷脂酰胆碱(phosphatidyl choline)可经两个不同的途径合成：一是从头合成途径(denovo pathway) 即磷脂酰乙醇胺的氨基直接甲基化。甲基的供体是S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine)。全过程共分三个步骤，合成途径图8-14。
二是节约利用途径(Salvage pathway)，这是动物细胞中合成卵磷脂的主要途径。由胆碱开始，胆碱或直接来源于食物，或由磷脂酰胆碱酶促降解产生，这一途径与形成磷脂酰乙醇胺的途径类似：
（3）磷脂酰丝氨酸的合成
①磷脂酰丝氨酸(丝氨酸磷脂，phosphatidylserine)是由丝氨酸与磷脂酰乙醇胺的醇基酶促交换而成：
磷脂酰乙醇胺 + 丝氨酸磷脂酰丝氨酸 + 乙醇胺在动物组织和大肠肝菌中磷脂酰丝氨酸可脱羧形成磷脂酰乙醇胺，催化该反应的酶为磷酸吡哆醛酶(pyridoxal phosphate enzyme)。反应如下：
图8-14 卵磷脂的从头合成途径
②有些细菌(如大肠杆菌)的磷脂酰丝氨酸由不同的途径形成。磷脂酸的磷酸基团与CTP反应而活化，形成胞嘧啶核苷二磷酸二脂酰基甘油，即CDP- 二脂酰基甘油（cytidine diphosphatdiacylglycerol），然后再与L-丝氨酸作用形成磷脂酰丝氨酸。反应如下：
其他甘油磷脂的合成在此从略。
第一节 脂类和生物膜化学一、脂 类脂类包括的范围很广，是生物体内一大类重要的有机化合物，脂类是脂肪和类脂及其它们的衍生物的总称。
脂肪：（甘油三酯或三酯酰甘油）分布于皮下结缔组织、大网、肠系膜、肾内脏周围——脂库，含量随营养状态变动，称可变脂。
脂类?
类脂：磷脂、糖脂、固醇类，分布在生物膜和神经组织中——组织脂，含量稳定，称为固定脂。
这些物质在化学组成和化学结构上有很大差异，但是它们都有一个共同的特性，即不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等非极性溶剂（故可用乙醚和石油醚等提取）。用这类溶剂可将脂类物质从细胞和组织中萃取出来。脂类的这种特性主要由构成它的碳氢结构成分所决定。
脂类具有重要的生物功能，它是构成生物膜的重要物质，细胞所含有的磷脂几乎都集中在生物膜中。脂类物质，主要是油脂，是机体代谢所需燃料的贮存形式和运输形式。脂类物质也可为动物机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂溶性维生素。某些萜类及类固醇类物质，如维生素 A,D,E,K，胆酸及固醇类激素具有营养、代谢及调节功能。在机体表面的脂类物质有防止机械损伤与防止热量散发等保护作用。脂类作为细胞的表面物质，与细胞识别、种特异性和组织免疫等有密切关系。具有生物活性的某些维生素和激素也是脂类物质。
（一）、脂酰甘油类脂酰甘油（acyl glycerols），又可称为脂酰甘油酯（acyl glycerides），即脂肪酸和甘油所形成的酯。根据参与产生甘油酯的脂肪酸的分子数，脂酰甘油分为单脂酰甘油、二脂酰甘油和三脂酰甘油三类。三脂酰甘油(triacylglycerols)又称为甘油三酯(triglycerides)，是脂类中含量最丰富的一大类，其结构如下：
（R1，R2和R3可以相同，也可不全相同甚至完全不同）
它是甘油中的三个羟基和三个脂肪酸分子缩合、失水后形成的酯。单脂酰甘油(monoacylglycerols)和二脂酰甘油(diacylglycerols)自然界少见。甘油三酯(三脂酰甘油)是植物和动物细胞贮脂(depot lipids)的主要组分。—般在室温下为液态的称为油(oils)，在室温下为固态的称为脂肪(fats)。这种区别是由于甘油三酯中饱和脂肪酸及不饱脂肪酸的比例不同。
1、脂肪酸
脂类化合物的主要成分为脂肪酸(fattyacides)，所有的脂肪酸都有一长的碳氢链，其一端有—个羧基。碳氢链以线性为主，分枝或环状的为数甚少。不同脂肪酸之间的区别主要在于碳氢链的长短、饱和与否，以及双键的数目和位置。
脂肪酸的共性
高等动、植物的脂肪酸有以下共性：
（１）脂肪酸大部分为直链结构，碳原子为偶数，链长为C14～C20的占多数。最常见的是C16或C18的脂肪酸。C12以下的饱和脂肪酸大量存在于哺乳动物的乳脂中。
（２）饱和脂肪酸中最普遍的是软脂酸和硬脂酸，不饱和脂肪酸中最普遍的是油酸。
（３）在高等植物和低温下生活的动物中不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸含量。
（４）不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。
（５）高等动、植物的单不饱和脂肪酸的双键位置一般在C9 ～C10之间，不饱和脂肪酸中的一个双键一般也位于C9～C10之间，其他双键渐次远离羧基。
（６）高等动、植物的不饱和脂肪酸，几乎都具有相同的几何构型，而且大都属于顺式(cis)，只有极少数的不饱和脂肪酸属于反式(trans)。
（７）细菌所含有脂肪酸种类比高等动、植物的少得多，而且绝大多数为饱和脂肪酸,碳原子数目和高等动、植物脂肪酸的碳原子数目相似，也在C12～C18之间，有的脂肪酸还带有分支的甲基。
植物中的饱和脂肪酸
植物油脂中的脂肪酸可以分为饱和的和不饱和的两类。在饱和脂肪酸(saturated fatty acid)中，棕榈酸(palmitic acid)、月桂酸(lauric acid)、豆蔻酸(myristic acid)和硬脂酸(stearic acid)分布最广泛，并且数量最多。在几乎所有脂肪中，棕榈酸都是其中的组分之一。棕榈油中最富于棕榈酸(35％～45％)；棕榈油、椰子油中富于月桂酸；从豆蔻籽的脂肪中易分离得到豆蔻酸；硬脂酸大量存在于动物脂肪中，在植物油中仅有微量(见表2-l)。
表2-1 天然的饱和脂肪酸名称
碳原子数
分子式
来源
熔点/℃
月 桂 酸豆 蔻 酸棕榈酸（软脂酸）
硬 脂 酸
12
14
16
18
CH3（CH2）10COOH
CH3（CH2）12COOH
CH3（CH2）14COOH
CH3（CH2）16COOH
月桂豆蔻一般动植物一般动植物
44
54
63
70
B、植物中重要的不饱和脂肪酸
植物脂肪酸的大部分都属于不饱和脂肪酸(unsatu-rated fatty acid)，它们含有l～2个或多个双键，因此也可称为脂肪烯酸。有些植物还含有少数的带羟基及带环状的脂肪酸。在不饱和脂肪酸中，油酸和亚油酸分布最广，含量也最丰富。根据世界植物油产量计算，油酸占农业生产中脂肪总产量的34％左右，亚油酸占29％，而棕榈酸只占11％。根据不饱和程度，将不饱和脂肪酸分为一烯酸、二烯酸、三烯酸、四烯酸等。
（１）一烯酸(CnH2n-1COOH)：油酸、棕榈油酸(palmitoleic acid)及芥子酸等都属于一烯酸，油酸和棕榈油酸是动植物脂类中两种最丰富的不饱和一烯脂肪酸。
植物油含油酸丰富，如花生油含58％，芝麻油含46％，棉籽油含3０％，大豆油含32％。 芥子酸存在于十字花科植物种子中，如菜籽油含46％，芥菜籽油含28％—32％。
（２）二烯酸(CnH2n-3COOH)：植物中存在的重要的二烯酸为亚油酸,如亚麻油含41%,棉籽油含41%，菜籽油含18%，芝麻油含35%，大豆油中含量达49%。
（３）三烯酸(CnH2n-5COOH)：重要的三烯酸为亚麻酸，在亚麻油中含量达20％；桐酸(elaeostearic acid)也是三烯酸，在桐油中含量达72％。桐油是我国特产，在国际市场上占有重要的位置。
（４）四烯酸(CnH2n-7COOH)：花生四烯酸(arachidonic acid)是含20个碳的四烯酸。植物含C20以上的不饱和脂肪酸较少，只有在种子的卵磷脂(lecithin)、脑磷脂(cephalin)中含有少量的C20～C22的不饱和酸。
（５）羟基脂肪酸：蓖麻酸(ticinoleic acid)是含有一个羟基的不饱和脂肪酸，在蓖麻油中含量达80％～86％。
高等植物中存在的不饱和脂肪酸可总结如表2-2。
表2-2 天然的不饱和脂肪酸名称
碳原子数
分子式
油 酸蓖麻酸亚油酸亚麻酸桐 酸花生烯酸芥子酸
18
18
18
18
18
20
22
（二）、三酰甘油的类型三酰甘油有许多不同的类型，主要是由它们所含脂肪酸的情况决定的。三酰甘油的通式为,
如果三个脂肪酸是相同的（即R 1,R 2,R 3是相同的），称为简单三酰甘油（simple triacylglycerols），具体命名时称为某某脂酰甘油，如三硬脂酰甘油、三软脂酰甘油、三油脂酰甘油等。如果含有两个或三个不同脂肪酸（即R 1,R 2,R 3不同时）的三酰甘油称为混合三酰甘油，如一软脂酰二硬脂酰甘油。在混合三酰甘油中各脂酰基由于位置不同，又有不同的异构体。
多数天然油脂都是简单三酰甘油和混和三酰甘油的极其复杂的混合物。到目前为止，还没有发现在天然油脂中脂肪酸分布的规律。
（三）、三酰甘油的理化性质
1．溶解度
三酰甘油不溶于水，也没有形成高度分散的倾向。二酰甘油和单脂酰甘油则不同，由于它们有游离羟基，故有形成高度分散态的倾向，其形成的小微粒称为微团（micelles），它们常用于食品工业，使食物更易均匀，便于加工，且二者都可以被机体利用。
2．熔点
三酰甘油的熔点是由其脂肪酸的组成决定的，一般随饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。如三软脂酰甘油和三硬脂酰甘油在常温下为固态，三油酰甘油和三亚油酰甘油在常温下为液态。猪的脂肪中油酸占50%，猪油固化点为30.5℃。人脂肪中油酸占70%，人脂固化点为15℃。植物油中含大量的不饱和脂肪酸，因此呈液态。
３．皂化和皂化值当将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶（lipase）作用时，都可发生水解。酸水解可逆；碱水解，由于脂肪酸羧基全部处于解离状态，即成为负离子，因而没有和甘油作用的可能性，故碱水解不可逆。当用碱水解三酰甘油时，生成物之一为脂肪酸的盐类，这就是日常所用的肥皂，所以脂类的碱水解反应一般称为皂化反应（saponification）。完全皂化1g油或脂所消耗的氢氧化钾毫克数称为皂化值（saponification number），用以评估油脂质量，并计算该油脂相对的分子质量。
4．酸败和酸值
油脂在空气中暴露过久即产生难闻的臭味，这种现象称为“酸败”（rancidity）。其化学本质是油脂水解放出游离的脂肪酸，后者再氧化成醛或酮，低分子的脂肪酸（如丁酸）的氧化产物都有臭味。脂肪分解酶或称脂酶（lipase）可加速此反应。油脂暴露在日光下可加速此反应。 中和1g油脂中的游离脂肪酸所消耗的氢氧化钾毫克数称为酸值（acid value）。酸败的程度一般用酸值来表示。不饱和脂肪酸氧化后所形成的醛或酮可聚合成胶状的化合物。桐油等可用作油漆即是根据此原理。
５．氢化和卤化
油脂中的不饱和键可以在催化剂的作用下发生氢化反应。工业上常用Ni粉等催化氢化使液状的植物油适当氢化成固态三酰甘油酯，这称为人造奶油，便于运输。氢化可防止酸败作用。
油脂中的不饱和键可与卤素发生加成作用，生成卤代脂肪酸，这一作用称为卤化作用（halogenation）。
100g油脂所能吸收的碘的克数称为碘值（iodine value），在实际碘值测定中，多用溴化碘或氯化碘为卤化试剂。
６．乙酰化值（acetylation number）
含羟基的脂酰化合物，羟基含量可通过与乙酸酐或其他酰化剂反应生成乙酰化酯或相应酰化酯而测得。乙酰化值指1g乙酰化的油脂所分解出的乙酸用氢氧化钾中和时所需氢氧化钾的毫克数。
（二）、其他酰基甘油类
1、烷基醚脂酰甘油（alkyl ether acylglycerols）
它含有两个脂肪酸分子和一个长的烷基或烯基链分别与甘油分子以酯键相连。例如烷基醚键二脂酰甘油和(、(-烯基醚二脂酰甘油（(、(-alkenyl ether acylglycerols），其结构在下式中列出。
这种脂类不易与甘油三酯分开，因此发现较晚。用弱碱或酶促水解，它们则形成甘油醚（glycerol ethers）。例如，鲛肝醇和鲨肝醇实际上都是甘油醚，在下式中列出。
烷基醚键二脂酰甘油 (、(-烯基醚二脂酰甘油
鲛肝醇 鲨肝醇
2、糖基脂酰甘油（glycosylacylglycerols）
糖基与甘油分子第三个羟基以糖果苷键相连，甘油另两个羟基与脂肪酸以酯键相连。最普通的例子是在高等植物和脊椎动物神经组织中发现的单半乳糖基二脂酰甘油，其结构如下：
当X= 时，为双半乳糖二脂酰甘油酯(DGDG)；当X=H时，为单
半乳糖二脂酰甘油酯(MGDG)。
从细菌中可分离到二甘露糖基二脂酰甘油。
（三）、磷脂类
磷脂是分子中含有磷酸的复合脂。由于所含醇的不同，可分为甘油磷脂类和鞘氨醇磷脂类，它们的醇物质分别是甘油和鞘氨醇（sphingosine）。两类磷脂分子的组成对比如表2-3。
表2-3 两类磷脂的分子组成（分子数）
组成相同
组成不同或不尽相同
脂肪酸 磷酸
醇类 其他
甘油磷脂鞘氨醇磷脂
2 1
1 1
甘油 胆碱、乙醇胺、丝氨酸和肌醇等
鞘氨醇 胆碱
1、磷酸甘油酯（phosphoglycerides）
磷酸甘油酯即甘油磷脂，是生物膜的主要组分。
（1）．磷酸甘油酯的组成磷酸甘油酯是甘油中的两个醇羟基为脂肪酸酯化，而第三个醇羟基被磷酸酯化，磷酸再与含羟基的氮碱或其他含羟基的小分子化合物脱水形成磷酸二酯键，通式如下：
甘油磷脂两条长的碳氢链构成它的非极性尾部（nonpolar tail），其余部分构成它的极性头部（polar head）。
不同类型的甘油磷脂的分子大小、形状、极性头部的电荷等都不相同。甘油磷脂分子中一般含有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸各一分子，不饱和脂肪酸常与甘油的第二个碳原子缩合。
（2）．磷酸甘油酯的命名如果将甘油C1或C3分别用脂肪酸或磷酸酯化，C2则成为一个不对称C原子，于是形成两个互为对映体（antipode）的异构物。天然存在的甘油磷脂都属L-构型。结构如下：
D-构型 L-构型
1967年国际理论和应用化学联合会及国际生物化学联合会的生物化学命名委员会建议采用下列命名原则：
将甘油的三个碳原子分别标号为1，2，3（三者顺序不能随便颠倒）。
用投影式表示，C2上羟基一定要放在C2的左边。这种编号称为立体专一编号（stereospecific numbering），用sn表示，写在化合物名称前面。根据这一命名原则，磷酸甘油和磷脂酸命名如下,
sn-甘油-1-磷酸 sn-甘油-3-磷酸
sn-二脂酰甘油-1-磷酸 sn-二脂酰甘油-3-磷酸
（3）．主要的磷酸甘油酯
（1）磷脂酰胆碱(phosphatidyl cho1ine) 它是白色蜡状物质，极易吸水，其不饱和脂肪酸能很快被氧化。各种动物组织、脏器中含量都相当高。其结构如下：
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
胆碱的碱性甚强，可与氢氧化钠相比。它在生物界分布很广，且有重要的生物功能，它在甲基移换中起提供甲基作用。乙醚胆碱是一种神经递质，与神经兴奋的传导有关。
磷脂酰胆碱有控制动物机体代谢，防止脂肪肝形成的作用。
（2）磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamines) 它也是动、植物中含量最丰富的磷脂，它与血液凝结有关。其结构如下：
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
（３）负电荷的磷脂酰丝氨酸能引起损伤表面凝血酶原的活化。它与磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺间可互相转化。其依据是：
2、鞘氨醇磷脂类鞘氨醇磷脂类简称鞘磷脂类(sphingophospholipids sphingomyelins)。它是长的、不饱和的氨基醇，而非甘油的衍生物。在鞘磷脂中，鞘氨醇的氨基以酰胺键连接到一脂肪酸上，其羟基以酯键与磷酸胆碱相连。其结构如下：
鞘磷脂是鞘脂类(sphingolipids)的典型代表，它是高等动物组织中含量最丰富的鞘脂类。
3、非皂化脂质
非皂化脂质的特点是它们都不含脂肪酸，因此不能为碱所皂化。它们在组织和细胞内含量虽少，但却包括许多有重要生物功能的物质，如维生素和激素等。
（1）.萜类(terpenes)
萜类是异戊二烯(isoprene)的衍生物。
萜的分类主要是根据异戊二烯的数目。由二个异戊二烯构成的萜称为单萜，由三个异戊二烯构成的萜称为倍半萜，由四个异戊二烯构成的萜称为二萜，同理还有三萜、四萜等等（如表2-4）。
表2-4 萜类化合物碳原子数
异戊二烯单位数
类名
重要代表
10
15
20
30
40
2
3
4
6
8
几千
单萜（monoterpenes）
倍半萜（sesguiterpenes）
二萜（diterpenes）
三萜（triterpenes）
四萜（tetraterpenes）
多萜（polyterpenes）
柠檬苦素（limonene）
法尼醇（farnesol）
叶绿醇（phytol）
鲨烯（squalene）
胡萝卜素（carotene）
天然橡胶
萜类有的是直链分子，有的是环状分子，可以是单环、双环和多环化合物。相连的异戊二烯有的是头尾相连，也有的是尾尾相连。
几种萜类化合物的结构如下：
柠檬苦素
法尼醇
叶绿醇
鲨烯
β-胡萝卜素
在植物中，多数萜类都具有特殊臭味，而且是各类植物特有油类的主要成分，如柠檬苦素（limonene）、薄荷醇（menthol）、樟脑（camphor）等依次是柠檬油、薄荷油、樟脑油的主要成分。
多聚萜类，如天然橡胶，维生素 A,E,K等都属于萜类。多聚萜醇常以磷酸酯的形式存在，这类物质在糖基从细胞质到细胞表面的转移中起类似辅酶的作用。
（2）．类固醇类(甾类化合物，steroids)
类固醇类以环戊烷多氢菲(cyclopentanoperhydrophenanthrene)为基本结构。广泛分布于生物界。它们的功能多种多样：作为激素，起某种代谢调节作用；作为乳化剂，有助于脂类的消化与吸收，也有抗炎症作用。能用脂肪溶剂从动物组织中将之提取出来。其中一大类称为固醇类(sterols，甾醇类)化合物，其特点是在甾核的第3位上有一个羟基，在第17位上有一个分支的碳氢链。自然界中主要的固醇有胆固醇、7—脱氢胆固醇和麦角固醇等。
环戊烷 菲 环戊烷多氢菲
在动物组织中最丰富的是胆固醇(cholesterol，胆甾醇)。它是脊椎动物细胞的重要成分，在神经组织和肾上腺中含量特别丰富，它约占脑固体物质的17％。人体内发现的胆石几乎全都由胆固醇构成。肝、肾和表皮组织含量也相当多。胆固醇的结构如下。
胆固醇
胆固醇易溶于乙醚、氯仿、苯及热乙醇中，不能皂化。胆固醇C3上的羟基易与高级脂肪酸形成胆固醇酯。
动物能吸收利用食物胆固醇，也能自行合成。其生理功能与生物膜的透性、神经髓鞘的绝缘物质以及动物细胞对某种毒素的保护作用有一定的关系。
7-脱氢胆固醇存在于动物皮下，它可能是由胆固醇转化来的。它在紫外线作用下形成维生素D3，有助于佝偻病的预防和治疗。
7-脱氢胆固醇 维生素D3
麦角固醇(ergosterol)广泛存在于酵母菌、真菌中，它经日光和紫外线照射可以转化为维生素D2。
麦角固醇 维生素D2
生物膜生物膜是构成细胞所有膜的总称。包括围在细胞质外的质膜（plasmalemma）和细胞器的内膜系统（cytomembrane）。在一些真核细胞中，膜含量可占整个细胞干重的80%左右。它不仅是生物体的重要的组成部分，而且在物质运输、能量转换、信息传递中也有重要作用。
、生物膜的化学组成
化学分析表明，所有生物膜几乎都是由蛋白质（包括酶）和脂类（主要是磷脂）两大类物质组成。此外尚含有一定量的糖类、无机盐、金属离子及水（15～20%）。多数生物膜中蛋白质约占60%，脂类约占40%。一般膜功能越复杂，其蛋白质的含量及种类越多，反之亦反之（P115表5-1）。
膜脂
构成生物膜的脂类有磷脂，还有糖脂、硫脂、固醇等，其中以磷脂含量最高。
磷脂（phospholipids）
是膜脂中最丰富的一类，约占总膜脂的55～75%。膜磷脂主要是磷酸甘油二酯，是由磷脂酸的磷酸基团与某些含羟基化合物形成。（P116图5-1）。细胞中常见的磷脂有磷脂酰胆碱（PC，卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（PE，脑磷脂）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰丝氨酸（PS）。其中，以PC和 PE比例最高。
从磷脂的化学结构（P116图5-2）可见，含一个极性头（磷脂分子中较短的磷脂酰碱基部分为头部，呈亲水性）和两条非极性的尾部（两条较长的碳氢脂酰链为尾部，呈亲脂性）。因此，磷脂分子是同时具有亲水和亲脂特性的双亲媒性分子（amphipathic molecules）。它们在含水环境中，亲水头部向着水溶液，而亲脂尾部则相向接近，可自动组装成双分子层脂膜。这种双层脂膜自我封闭即形成质膜及细胞器的各种膜系统。
糖脂（glycolipids）
是膜组分中含一个或多个糖残基的脂类。植物和细菌膜脂中最主要的糖脂是半乳糖脂，以单半乳糖脂和双半乳糖脂（P116图5-3）较丰富。糖脂主要存在于叶绿体膜中，可占其极性总量的80%左右。糖脂也是双亲媒性分子，在膜结构上起重要作用。
硫脂膜成分中含有硫酸的脂类。通常包括两类：一类是含糖残基的硫脂，主要存在于植物膜中。如叶绿体片层膜中的6-磺基-6-脱氧-葡萄糖甘油二酯。另一类是棕鞭藻属及其它某些藻类所含的多种烷基硫酸和氯化烷基硫酸。
甾醇（sterol）又名固醇也是一类重要的膜脂。动物膜甾醇主要是胆固醇（cholesterol）。植物膜甾醇含量较动物少，主要是谷甾醇、豆甾醇、油菜甾醇。高等植物质膜的甾醇含量较多，与膜磷脂比可达1：1.2，而细胞器膜系的甾醇（谷甾醇、油菜甾醇）仅为膜磷脂的15%左右。许多真菌，特别是酵母菌，膜甾醇含量较丰富，其中以麦角固醇为主。
膜蛋白质
生物膜的许多功能是由膜蛋白来完成的。因此，细胞内约20～25%的蛋白质都参与了膜结构。据蛋白质与膜脂的相互作用方式及其在膜中的定位，将膜蛋白分为内在蛋白（integral protein）、外在蛋白（peripheral protein）、膜锚蛋白（anchor membrane protein）。
内在蛋白（整合蛋白）
通常占膜蛋白总量的70～80%。它们通过非极性氨基酸残基与膜脂分子的疏水部分相互作用，紧密结合，不同程度地插入或贯穿脂双层，而其极性部分伸出双分子层外的水相中（P118图5-5）。
由于内蛋白与膜结合牢固，只有用较剧烈的条件（如去污剂、有机溶剂、超声波等）
才能将它们溶解下来，但膜结构也被破坏了。
研究较深入的一种内在蛋白是H+-ATP合酶。
外在蛋白（外围蛋白）
通常占膜蛋白总量的20～30%。多为水溶性的，故分布于膜的内外表面。它们通过极性氨基酸残基以静电引力、离子键、氢键等次级键与膜脂的极性头部，或与某些膜蛋白的亲水部分非共价键地松散的或可逆的结合着。因此，可在不破坏膜结构的情况下，通过温和的处理方法，如改变介质的离子强度或pH等，将外围蛋白分离提取。
有些蛋白还可以多蛋白复合体的形式与内在蛋白结合（P118图5-5）。
C、膜锚蛋白某些蛋白质通过与聚糖链共价结合，直接被连到膜磷脂酰肌醇分子上，将蛋白质锚在细胞膜上，这种形式的外周蛋白，称作膜锚蛋白。它的一个共同特点是碳端氨基酸残基的游离羧基与乙醇胺的氨基缩合，后者的羟基通过磷酸二酯键与糖链的非还原端相连，糖链的还原端则与膜磷脂酰肌醇以糖苷键相连（图5-6）。深入研究表明，除了这种“糖锚”之外，还可通过脂酰链作为“疏水锚”，以酰胺键或酯键将外周蛋白锚在膜脂上。
膜锚蛋白由于有锚链连膜脂和外周蛋白之间，因而活动度大，流度性强，有益于发挥生物功能。
（二）生物膜的分子结构与特性
1．生物膜的分子结构关于膜结构，人们进行了多方面的研究，先后提出过几十年种膜分子结构模型和假说。
（1）单位膜模型：膜由蛋白质和磷脂组成，呈现出三层结构。这是一切生物膜的基本结构，厚度为7～9nm。通常说某种膜是单层膜，是指由一层单位膜组成；双层膜则是指由双层单位膜组成。
（2）流动镶嵌模型：（图）生物膜是一种流动的、镶嵌有各种蛋白质的脂质双分子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在流动脂质的“海洋”中。它不仅强调了膜脂、膜蛋白的相互作用，还强调了膜的动态性质，因而得到广泛支持和接受。
2。生物膜的理化特性
（1）膜分子结构的不对称性膜脂是组成膜的骨架成分，脂双分子层内外两侧的脂种类和含量有相当的差异。膜蛋白在膜上的分布也是不对称的。
（2）膜结构分子的流动性膜的流动性主要是在膜脂流动性、膜蛋白流动性以及固醇的运动相互作用下进行的。膜脂流动性主要决定于磷脂分子，它在膜内可作旋转运动、翻转运动、左右摆动、侧向运动、伸缩振荡、旋转异构化运动，膜脂流动性的大小与磷脂分子中脂肪酸链的长短及不饱和程度密切相关。链越长、不饱和程度越高，流动性越长。
生物膜中的蛋白质也是经常处于动态之中。它只能作侧向扩散和旋转扩散，其速度平均比膜脂小10～100倍。膜蛋白除了能在膜平面进行无序扩散外，有些膜蛋白只能在一定区域作相对扩散运动。
（三）生物膜的功能生物膜在物质运输、能量转换、信息传递等多方面都具有极其重要的功能。
1．穿膜运输
指物质横穿细胞膜的运输方式。可分为被动运输和主动运输。
（1）被动运输物质顺电化学梯度，不需消耗代谢能的穿膜运输称为被动运输。
据是否需要专一性载体蛋白可将被动运输分为：
（1）简单扩散 是许多脂溶性或小分子穿膜运输的主要方式。其主要特点是不与膜上物质发生任何反应，扩散结果使膜两侧的物质浓度相等。由于不需要消耗代谢能，也不需要专一性载体分子，因此只要物质在膜两侧保持一定的浓度差，即可发生这种运输。
有通道扩散（平均直径8nm）———通过膜脂可塑性运动形成的瞬间通道扩散过膜的过程，Na+、K+及乳酸、甘油、戊糖等许多分子的直径都小于8nm，可通过此通道扩散过膜。
有离子载体———有些物质可将离子包裹起来，以简单扩散的方式直接穿过脂双分子层。
有隧道蛋白———有些蛋白形成穿膜的液体隧道，允许适当大小和带电荷的溶质以简单扩散的方式通过膜，这种运输蛋白称为隧道蛋白（图5-13）。
（2）协助扩散
借助于载体蛋白顺浓度梯度的物质运输，称作协助扩散。有些非脂溶性物质，如离子、糖、氨基酸、核苷酸等分子从高浓度向低浓度扩散过膜时，需要和膜上专一性的膜运输蛋白发生可逆性结合，在它们的帮助下载体扩散过膜，这种膜蛋白称作载体蛋白。
协助扩散和简单扩散最显著的差别在于前者有明显的饱和效应，当被运输的物质浓度不断增加时，运输速度会出现一个极限值，这是由于载体蛋白的数量限制所造成的（图5-14）。
（2）主动运输是物质逆电化学梯度的穿膜运输，要消耗细胞的代谢能，并需要专一性载体蛋白。离子主动运输中的供能系统是ATP水解放能，而糖、氨基酸等的主动运输的能量可来源于离子梯度储存的能量。
2．膜泡运输质膜对大分子化合物或颗粒物质是不通透的，它们在细胞内运转时都由膜包围，形成细胞质小泡，故称膜泡运输。它包括两类：内吞作用和外排作用。内吞作用是指细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质膜的一小部分内陷而包围，随后从质膜上脱落下来，形成含有摄入物质的细胞内嚢泡的过程。若内吞物是固体，称为“吞噬作用”，液态称为“胞饮作用”。有的胞饮小泡体积很小，直径仅为65nm左右，称为微泡饮，它的主要作用是转运蛋白质。与内吞作用相反，有些物质在细胞内被一层膜包围，形成小泡，逐渐移至细胞表面，最后与质膜融合并向外排除，这一过程称为外排作用。
内吞作用和外排作用在动植物细胞中普遍存在。
3．蛋白质的的跨膜运输
蛋白质分子的跨膜运输是生物膜研究中非常活跃的一个领域。蛋白质的运送既能以内吞和外排形式通过质膜，也可以“信号假说”的方式通过内质网膜运输，这是一个需能的过程。
信号假说认为（图5-18）：内质网上蛋白质的合成与跨膜运输是同时进行的。蛋白质合成也是在游离核糖体上开始的，当其N-末端的一种由13～26个氨基酸残基长度的小肽即信号肽延伸出核糖体后，即被内质网膜上的受体识别，并与之结合。在信号肽穿越膜后，即被内质网内腔的信号肽酶水解。正在合成的新生肽随即通过膜蛋白隧道穿越脂双层。
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
1．饱和偶碳脂肪酸的β-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：
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，作为氢的载体，只是分别特异催化链长为C4～C6，C6～C14，C6～C18的脂酰辅酶A。
Δ2反式烯脂酰辅酶A的水化：在烯脂酰辅酶A水化酶(enoyl-CoA hydratase)的催化下，反式烯脂酰辅酶A的双键上加1分子水形成L（+）β-羟脂酰辅酶A。
L(+) β-羟脂酰辅酶A的脱氢：经 L(+)β-羟脂酰辅酶A脱氢酶[L(+)β-hydroxyac -yl CoA ehydrogenase]催化，在 L(+)β-羟脂酰辅酶A的C3的羟基上脱氢氧化成β-酮脂酰辅酶A。此酶以NAD+为辅酶。该酶虽然对底物链长短无专一性，但有明显的立体特异性，只对L-型异构体的底物有活性。不能作用于D-型底物。
④β-酮脂酰辅酶A的硫解：在硫解酶(thiolase)即酮脂酰硫解酶(β-ketoacyl-CoA thiolase)催化下，β-酮脂酰辅酶A被第二个辅酶A分子硫解，产生乙酰辅酶A和比原来少两个碳原子的脂酰辅酶A。
虽然β-氧化作用中四个步骤都是可逆反应，但由于硫解酶催化的硫解反应是高度放能反应，△G0/＝-28.03kJ／mol。整个反应平衡点偏向于裂解方向，难以进行逆向反应。所以脂肪酸氧化得以继续进行。
综上所述，脂肪酸β-氧化作用有四个要点：① 脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗1个ATP分子的二个高能键，其活化酶在线粒体外；② 在线粒体外活化的长链脂酰CoA需经肉碱携带进入线粒体；③ 所有脂肪酸β-氧化的酶都是线粒体酶；④ β-氧化过程包括脱氢、水化、再脱氢、硫解四个重复步骤。最终1分子脂肪酸变成许多分子乙酰CoA(如图8-2)。生成的乙酰CoA可以进入三羧酸循环，氧化成CO2及H2O，也可以参加其他合成代谢。
（４）脂肪酸β-氧化过程中的能量转变。脂肪酸在β-氧化过程中，每形成1分子乙酰辅酶A，就使1分子FAD还原为FADH2，并使1分子NAD+还原为NADH+H+。FADH2进入呼吸链生成2分子ATP；NADH+H+ 进入呼吸链生成3分子ATP。现以软脂酰辅酶A为例，说明其产生ATP的过程：
软脂酰辅酶A+HSCoA+FAD+NAD++H2O ──→
豆蔻脂酰辅酶A+乙酰辅酶A+FADH2+NADH+H+
经过7次上述的β-氧化循环，即可将软脂酰辅酶A转变为8个分子的乙酰辅酶A。
软脂酰辅酶A+7HS－CoA+7FAD+7NAD++7H2O ──→
8乙酰辅酶A+7FADH2+7NADH+7H+
每分子乙酰辅酶A进入三羧酸循环彻底氧化共形成12分子ATP，因此8分子乙酰辅酶A彻底氧化共形成8×12＝96分子ATP。而7分子FADH2和7分子NADH进入呼吸链共产生2×7＋3×7＝35分子ATP。所以软脂酸彻底氧化为CO2和H2O生成 96＋35＝131分子ATP，由于软脂酸活化为软脂酰辅酶A消耗1分子ATP中的2个高能磷酸键的能量，因此净生成131－2＝129个ATP高能磷酸键。
当软脂酸氧化时，自由能的变化是-9790.56kJ/mol。ATP水解为ADP和Pi时，自由能的变化为-30.54kJ/mol。软脂酸生物氧化净生成129个ATP，可产生30.54×129＝3939.66 kJ的能量。因此在软脂酸氧化时约有40％的能量转换成磷酸键能贮存于ATP中。
图8-2 脂酰CoA的降解
2．不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化途径和上述饱和脂肪酸的β-氧化途径相似。但由于它比相应的饱和脂肪酸多一个双键，所以在氧化过程中还需要有一个酶把脂肪酸分子中原有的顺式双键结构催化转变为反式结构以适于烯脂酰辅酶A水合酶的要求。如果不饱和脂肪酸带有两个双键则还要另加一个酶把D（-）β-羟脂酰CoA催化转变成L（+）β-羟脂酰辅酶A，以适应脂酰-CoA脱氢酶的要求，使之继续按β-氧化途径进行。前一种酶称为Δ3-顺-Δ2 -反-烯脂酰CoA异构酶，它催化Δ3-顺烯脂酰辅酶A转变为Δ2 -反烯脂酰辅酶A。后一种酶称为β-羟脂酰辅酶A差向酶。 现以十八碳二烯酸为例说明上述两个酶的作用，并表示出不饱和脂肪酸的氧化途径（如图8-3）。
图8-3 不饱和脂肪酸的氧化过程
3．奇数碳脂肪酸的β-氧化
生物界的脂肪酸大多数为偶数碳原子，但在许多植物、海洋生物、石油酵母等体内还有部分奇数碳脂肪酸存在。它们按β- 氧化进行，除产生乙酰辅酶A外，最后还剩下一个丙酰辅酶A。丙酰辅酶A不能再按β-氧化继续降解，它经3步酶反应转变成琥珀酰辅酶A。
4．脂肪酸的α- 氧化
Stumpf，P．K．1956年发现植物线粒体中除有β- 氧化作用外,还有一种特殊的氧化途径，称为α- 氧化作用。这种氧化途径后来也在动物的脑和肝细胞中发现。这个氧化过程是首先使α- 碳原子氧化成羟基，再氧化成酮基，最后脱酸成为少一个碳的脂肪酸。在这个氧化系统中，仅以游离脂肪酸能作为底物，而且直接涉及到分子氧，产物既可以是D-α-羟基脂肪酸，也可以是含少一个碳原子的脂肪酸。α-氧化的机制至今尚不十分清楚，其可能的途径是：
长链脂肪酸在一定条件下可直接羟化，产生α-羟脂肪酸，再经氧化脱羧作用生成CO2和少一个碳原子的脂肪酸。
D-α- 羟脂肪酸不能被脱氢酶催化，但可经脱羧和脱氢协同作用，最后产生脂肪醛。业已证明，哺乳动物组织将绿色蔬菜的叶绿醇氧化为植烷酸后，即通过α-氧化系统将植烷酸氧化为降植烷酸和CO2。在正常情况下，由于组织能十分迅速地降解植烷酸，所以血清中很难找到它。但一种少见的遗传病──Refsum/S病患者，因缺少α-氧化酶系，植烷酸不被氧化。植烷酸的α-氧化反应如图8-4。
图8-4 植烷酸的α- 氧化从植烷酸的例子来看，α-氧化途径是不能彻底氧化脂肪酸的，它的作用仅仅是在β-氧化受阻时，首先进行α-氧化使β-氧化得以顺利进行。
5．脂肪酸的ω-氧化生物体内一些中长链(如癸酸、十二碳酸等)以及少量长链脂肪酸，能首先从烃基末端碳原子即ω-碳子上被氧化生成α，ω二羧酸，称为ω-氧化。ω-氧化涉及末端甲基的羟基化，形成一级醇，并继而氧化成醛，再转化成羧酸等步骤。生成的二羧酸再从两端进行β-氧化。
在发现这一反应的初期，并未重视。目前ω-氧化酶系无论从理论上或实际上已日益受到重视，其原因是可利用它来清除海水表面的大量石油。反应过程是经浮油细菌的ω-氧化，把烃转变为脂肪酸，然后再进行脂肪酸两端的β-氧化降解。据估计，其氧化作用速率可高达0.5g／(d·m2)，这对清除海面石油污染无疑会起重要作用。现已从油浸土壤中分离出许多细菌，它们具有ω-氧化酶系统，可用来清除海水表面的大量浮油。
第二节 脂肪的生物合成动物肝脏、脂肪组织及高等植物都能大量合成脂肪，微生物则合成较少。合成途径是由脂酰辅酶A和L-α-磷酸甘油(3-磷酸甘油)经磷脂酸而合成的。
一、3-磷酸甘油的来源
3-磷酸甘油是合成脂肪的前体之一，它有两个来源：一是由糖酵解中间产物——磷酸二羟丙酮在α-磷酸甘油脱氢酶(glycerol phosphate dehydrogenase)催化下,以NADH为辅酶还原形成：
二是由脂肪水解产生的甘油，在ATP参与下经甘油激酶(glycerol kinase)催化而形成。
由于脂肪组织缺乏有活性的甘油激酶，因此这种组织中三酰甘油合成所需的α- 磷酸甘油来自糖代谢。
二、脂肪酸的生物合成
生物机体脂类合成是十分活跃的，特别在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。脂肪酸的生物合成并不是其氧化降解的逆过程。首先脂肪酸合成是在胞液中进行的，需要CO2和柠檬酸参加，而脂肪酸氧化是在线粒体中进行的；其次脂肪酸合成酶系、酰基载体、供氢体等与脂肪酸氧化各不相同。
饱和脂肪酸的从头合成
（1）乙酰辅酶A的转运 脂肪酸合成所需的碳源是来自乙酰辅酶A，但无论是丙酮酸脱羧、氨基酸氧化，还是从脂肪酸β-氧化产生的乙酰CoA都是在线粒体基质中，它们不能任意穿过线粒体内膜到胞液中去。但可以通过以下途径透过膜，乙酰辅酶A与草酰乙酸结合形成柠檬酸，然后通过三羧酸载体透过膜，再由膜外柠檬酸裂解酶裂解成草酰
图8-6 乙酰辅酶A从线粒体内至胞液的运转
乙酸和乙酰辅酶A。草酰乙酸又被NADH还原成苹果酸再经氧化脱羧产生CO2、NADPH和丙酮酸，丙酮酸进入线粒体，在羧化酶催化下形成草酰乙酸，又可参加乙酰辅酶A转运循环(图8-6)。
（２）丙二酸单酰辅酶A的形成 Salih Wakil’s发现用细胞提取液进行脂肪酸生物合成时需要HCO3-，后来才知道乙酰辅酶A是合成脂肪酸的引物，以软脂酸为例，所需的8个乙酰辅酶A单位中，只有一个以乙酰辅酶A的形式参与合成，其余7个皆以丙二酸单酰辅酶A(malonyl CoA)的形式参与合成，脂肪酸合成中，每次延长都需要丙二酸单酰辅酶A参加。丙二酸单酰辅酶A是由乙酰辅酶A和HCO3- 羧化形成的。
此反应中所用的碳原子来自比CO2活泼的HCO3—，形成的羧基是丙二酸单酰CoA的远端羧基。催化此反应的酶为乙酰辅酶A羧化酶（acetyl CoA carboxylase），该酶的辅基为生物素（biotin）。生物素是CO2分子的中间载体。在大肠杆菌和植物中的乙酰辅酶A羧化酶是一个多酶复合体，可解离成三个组分：（1）生物素羧基载体蛋白biotin carboxyl-carrier protein，简称BCCP），相对分子质量为45 000，含有两个亚基，每个亚基含一个生物素并与酶蛋白的某Lys-ε-NH2共价相连。（2）生物素羧化酶（biotin carboxylase，简称BC），相对分子质量为98 000,它也是一个含有两个亚基的酶。（3）羧基转移酶（carboxyltransferase，简称CT），相对分子质量＝130 000，催化形成丙二酸单酰辅酶A。实际上乙酰辅酶A羧化酶催化乙酰辅酶A的羧化反应分两步进行，首先是BCCP在ATP供能情况下羧化成羧化BCCP：
其次是由羧基转移酶把BCCP—CO2-的羧基转移到乙酰辅酶A的α-碳上。
乙酰辅酶A羧化酶为别构酶，又是脂肪酸合成的限速调节酶。它有无活性的单体和有活性的聚合体两种形式，无活性的单体相对分子质量为410 000，有一个HCO3-结合部位（即含有一个生物素羧基），有一个乙酰辅酶A结合部位，还有一个柠檬酸结合部位。柠檬酸（或异柠檬酸）在无活性单体和有活性聚合体之间起调节作用。柠檬酸有利于酶向有活性的形式转变。缺乏它时，真核细胞乙酰辅酶A羧化酶即无活性。柠檬酸是激活别构酶的刺激物，软脂酰辅酶A是变构抑制剂。柠檬酸对细菌的生物合成没有调控作用。
由于丙二酰辅酶A除用于合成软脂酸外，没有其他代谢用处，所以通过调节羧化酶以调节脂肪酸的合成不会干扰其它代谢途径。
（3）丙二酸单酰辅酶A和乙酰辅酶A形成软脂酸
这是一个综合过程，要完成这循环的过程需要许多步骤，需要一个多酶复合体或多功能酶。由于这综合反应无论在哪个有机体中都是由软脂酸合成酶催化的六步反应构成，而大肠杆菌中这个多酶复合体已经被人们纯化并进行过深入研究，故这里介绍大肠杆菌的多酶复合体。
①软脂酸合成酶多酶复合体（多酶体系）的构成：多酶复合体由七个成分组成，分别为酰基载体蛋白、ACP-酰基转移酶、ACP丙二酸单酰转移酶、β- 酮脂酰-ACP合成酶、β-酮脂酰-ACP还原酶、烯脂酰-ACP脱水酶、烯脂酰-ACP还原酶。它们以没有酶活性的酰基载体蛋白（acyl carrier protein，缩写为ACP）为中心组成一簇，脂肪酸合成过程中的中间产物以共价键与载体相连。
大肠杆菌的ACP是一个含有77个氨基酸残基的热稳定性蛋白，相对分子质量为10 000。蛋白质中的丝氨酸与4-磷酸泛酰巯基乙胺（4-Phosphopantetheine）上的磷酸基团相连，这辅基也是辅酶A的组成部分（如图8-7）。从ACP结构上看，它有一个带—SH的柔性长链，故ACP常写成ACP—SH。由于有这个—SH，它可以从各种酰基—SCoA接受酰基而形成，并且释放出CoASH。此外，由于这是长的柔性链，故它可以把酰基从一个地方传送到另一个地方，以适应多酶复合体中各种酶的需要。
各种来源的ACP的氨基酸组成十分相似。如将不同来源的ACP交换用于不同脂肪酸合成酶系，虽然也能合成脂肪酸，但其产物因 ACP而异。
图8-7 磷酸泛酰巯基乙胺是CoA与酰基载体蛋白中的活性基团
②脂肪酸的生物合成程序：（大肠杆菌中）
A．原初反应。由多酶复合物中的一个酶单体ACP-酰基转移酶(ACP-acyltransferase)催化乙酰辅酶A与ACP的－SH作用，反应如下：
乙酰基并不留在ACP上，而是转移到β-酮脂酰-ACP合成酶(β-ketoacl-ACP synthase，以合成酶一SH或缩合酶表示)单体的半胱氨酸的－SH上，反应如下：
B．丙二酸酰基的转移反应。在ACP丙二酸单酰转移酶(ACP-malonyl transferase)催化下，丙二酸单酰辅酶A与ACP-SH作用，脱掉辅酶A形成丙二酸单酰-ACP：
C．缩合反应。这一步由β-酮脂酰-ACP合成酶催化。与酶分子中半胱氨酸－SH结合的乙酰基又转移到丙二酸单酰-ACP的丙二酸单酰基的第二个碳原子上，形成乙酰乙酰-ACP，同时使丙二酸单酰基上的自由羧基脱羧产生CO2，反应如下,
同位素实验证明，释放的CO2的碳原子来自形成丙二酸单酰辅酶A时所羧化的HCO3-,说明羧化的碳原子并未掺入到脂肪酸中。为什么脂肪酸的生物合成中不断地加进和失去CO2呢？即脂肪酸合成中的缩合反应为什么是丙二酸单酰-ACP和乙酰-S-合成酶，而不是两个乙酰二碳单位呢? 原因在于羧化反应利用ATP提供能量，自由能存在于丙二酸单酰辅酶A中，当缩合反应发生时，丙二酸单酰-ACP脱羧放出大量的能量供给缩合反应所需的能量，反应过程中自由能降低，使丙二酸单酰-ACP与乙酰-S-合成酶的缩合反应比两个乙酰二碳单位分子缩合更易进行。
D．第一次还原反应。乙酰乙酰-ACP由NADPH+H+还原，形成β-羟丁酰-ACP。催化该反应的酶为β-酮脂酰-ACP还原酶(β-ketoacyl ACP reductase)，反应如下：
注意，这反应加氢后的产物为D型异构体，而脂肪酸氧化分解时形成的是L型异构体。
E．脱水反应。D-β-羟丁酰-ACP脱水，形成相应的α，β或△2反式丁烯酰-ACP，即巴豆酰-ACP(crotonl-s-ACP)，催化该反应的酶是羟脂酰-ACP脱水酶（β-hydroxyacyl-ACP dehydrase），反应如下：
F．第二次还原反应。巴豆酰-ACP被还原为丁酰-ACP，催化该反应的酶为烯脂酰-ACP还原酶(enoyl-ACP reductase)，电子供体是NADPH+H+。在大肠杆菌和动物组织中反应如下：
丁酰-ACP的形成完成了合成软脂酰-ACP七次循环反应的第—次循环。第二次循环是丁酰基由ACP转移到β-酮脂酰-ACP合成酶分子的－SH上，ACP又可再接受丙二酸单酰基，第二次循环即可进行。经过七次循环后，合成的最终产物软脂酰基-ACP经硫酯酶(thioesterase)催化，形成游离的软脂酸，或由ACP转到辅酶A上，或直接形成磷脂酸。
多数生物脂肪酸从头合成只能形成软脂酸，而不能形成比它多两个碳原子的硬脂酸。原因是β-酮脂酰-ACP合成酶对链长有专一性，它接受14碳酰基的能力很强，但不能接受16碳酰基。可能酶与饱和脂酰基的结合位点只适合于一定的链长范围。
由乙酰-CoA合成软脂酸的总反应如下式：
8乙酰-CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP───→
软脂酸 + 8HSCoA + 14NADP+ + 7ADP + 7Pi + 7H2O
脂肪酸生物合成的反应程序如图8-8。
真核细胞的脂肪酸合成酶系与大肠杆菌不同。许多真核细胞的多酶体系是多功能蛋白，不同的酶以共价形式连在一起，成为单一的多肽链，这有利于不同酶的协同作用。因为含有共价键连接的多酶复合物比非共价吸附的多酶体系更稳定。
软脂酸的分解与合成途径概括起来有八点区别：①胞内部位不同；②酰基载体不同；③二碳单位加入和减去的方式不同；④电子供体或受体不同；⑤β－羟酰基中间物的立体构型不同；⑥对柠檬酸和HCO-的需要不同；⑦酶体系不同；⑧能量需求不同。
表8-2 软脂酸分解与合成代谢的区别区 别 点
脂 酸 合 成
脂 酸 氧 化
1．细胞中部位
2．酰基载体
3．二碳片段参加或断裂的形式
4．电子供体或受体
5．β-羟脂酰基中间立体异构物
6．对HCO3-和柠檬酸的需求
7．酶系
8．能量变化
细胞质
ACP
丙二酸单酰CoA
NADPH
D型要求
7种酶，蛋白组成复合体消耗7个ATP及14个NADPH
线粒体
CoA
乙酰CoA
FAD，NAD
L型不要求
4 种酶产生129个ATP
这些不同点使得软脂酸的合成和氧化分解过程可以同时在细胞内独立进行。
2．脂肪酸的碳链延伸
脂肪酸从头合成只能形成软脂酸，要合成Cl6以上的脂肪酸，必须把碳链延伸。生物体有两个脂肪酸碳链延伸酶系统。
（1）线粒体脂肪酸延长酶系 该酶系催化已合成脂肪酸的延伸，它与脂肪酸合成酶的不同之处有,
①以乙酰－S-CoA而不以丙二酰－S-CoA作为延伸碳链；
②反应过程中的各酰基载体为CoASH，而不是ACP－SH，即反应过程中各种形式的酰基都是以酰基－CoA的形式参与反应，而不是以酰基－ACP的形式参与反应。
图8-8 脂肪酸的生物合成过程
①乙酰CoA羧化酶 ②乙酰CoA-ACP转酰酶 ③丙二酸单酰CoA-ACP 转移酶 ④β-酮脂酰-ACP合成酶 ⑤β-酮脂酰-ACP还原酶 ⑥β-羟脂酰-ACP脱水酶 ⑦烯脂酰-ACP还原酶
综上可知这个延伸系统类似于β-氧化的逆反应，但又不完全相同。β-氧化过程中脂酰CoA脱氢酶以FAD为辅基，而延伸系统的烯脂酰还原酶的辅酶为NADPH。延长反应如下,
（２）内质网脂肪酸延长系统
哺乳动物细胞的内质网能够以饱和或不饱和长链脂肪酸作为引物，如软脂酰CoA和硬脂酰辅酶A、油酸、亚油酸以丙二酸单酰辅酶A作为C2的供体，NADPH＋H+为氢的供体，综合时都以酰基－CoA形式缩合，即由辅酶A代替ACP为酰基载体，从羧基末端延长，其中间过程与脂肪酸合成酶系相同。在小鼠脑细胞中至少存在有3种微粒体内质网碎片脂肪酸延长酶系，即C16，C18，C20脂肪酰辅酶A，相应地形成 C18,C20，C22,C24脂肪酰辅酶A，因此哺乳动物的神经组织、髓鞘组织中含有大量C22和C24脂肪酸。
植物组织中的延伸系统与脂肪酸合成酶系完全相同。
3．不饱和脂肪酸的合成
（１）单烯脂酸(monoenoic acid)的合成 单烯脂酸的双键绝大多数在C9和C10之间，即是Δ9-单烯脂酸。Δ9-单烯脂酸由一个复杂的去饱和酶复合物催化而合成。动物的肝赃和脂肪组织中有一个复杂的去饱和酶系，由3个内质网膜上的酶组成。它们是NADH-细胞色素b5还原酶(NADH-Cytochrome bsreductase)、细胞色素b5,去饱和酶(desaturase)又称为末端氰化物敏感因子(Cyanide sensitive factor，简称 CSF)。首先电子从NADH转至NADH-细胞色素b5还原酶的FAD辅基上，然后又使细胞色素b5铁卟啉蛋白中的Fe3+还原成Fe2+，再使去饱和酶中的非血色素铁离子还原成e2+，最后分子氧与其作用，分别接受来自NADH 及饱和脂肪酸的二对电子形成2分子水及1分子不饱和脂肪酸。其电子传递途径如下,
图8-9 动物组织脂肪酸去饱和电子传递途径
某些植物和某些低等需氧生物由一种铁-硫蛋白代替细胞色素b5起作用，其电子传递途径如下：
图8-10 植物和微生物的脂肪酸去饱和电子传递途径高等微生物(如酵母、放线菌、真菌、藻类、原生动物)利用脱氢机制形成单烯酸，不饱和键的位置都在C9和C10之间，即形成含△9双键的单烯酸。因为反应中利用氧分子，所以是氧化过程。
许多细菌则通过另外不需氧的途径形成烯脂酸，即通过一个中等长度的β-羟脂酰-ACP的脱水作用，而不是羟脂酰CoA的氧化去饱和作用。在大肠杆菌中，棕榈油酸的合成是由β-羟癸脂酰-ACP（10个碳）开始，β-羟癸脂酰-ACP脱水酶催化β-羟癸脂酰-ACP脱水形成β、γ或Δ3-癸烯脂酰-ACP，然后又以3分子丙二酸单酰-ACP在不饱和10碳脂酰-ACP的羧基端相继参加三次，形成棕榈油酰-ACP。反应如右上：
（2）多烯脂酸的形成 除厌氧细菌外，所有生物都含有多烯脂酸，高等动植物含量更丰富。多烯脂酸是按照双键的数目及其前体的来源来命名的。 以软脂酸为底物可以通过延长和去饱和作用形成多种不饱和脂肪酸(如图8-11)。
图8-11 不饱和脂肪酸的形成植物的亚油酸和亚麻酸由油酸经需氧去饱和作用形成，起催化作用的酶为专一的加氧酶（oxygenase）系统，NADPH+H+ 为辅酶。植物由亚油酸和亚麻酸衍生的多烯脂酸的相互关系如图8-12。
花生四烯酸是含量最丰富的多烯脂酸。幼鼠膳食缺乏必需脂肪酸时，生长缓慢，患鳞屑状皮炎，同时皮肤加厚，除添加亚油酸和亚麻酸外，必须添加花生四烯酸才能解除。
机体摄取的天然不饱和脂肪酸，一般不再被加氢形成饱和脂肪酸。只有少数生物能使机体摄取的不饱和脂肪酸转变为饱和脂肪酸。但不饱和脂肪酸可被脂肪酸氧化系统全部氧化分解。
在低温环境下，大部分生物体内可促进饱和脂肪酸转变为不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的熔点低于饱和脂肪酸，所以增加不饱和脂肪酸浓度有利于细胞膜的流动性，这是生物对低度温环境的一种适应。
图8-12 多烯脂酸的形成
三、三酰甘油的生物合成
由脂酰辅酶A和3-磷酸甘油合成三酰甘油分以下几个步骤：
单脂酰甘油磷酸的合成
在甘油磷酸脂酰转移酶(glycerol phosphateacyl transferase)催化下，脂酰辅酶A与3-磷酸甘油反应生成单脂酰甘油磷酸，又称为溶血磷脂酸（Lysophosphatidic acid）。
形成磷脂酸(Phosphatidic acid)
溶血磷脂酸在甘油磷酸脂酰转移酶的催化下，再与第二个脂酰CoA反应形成磷脂酸。它是合成三酰甘油和一些磷脂的重要前体。
磷脂酸的合成还有另一起始物，其反应包括如下步骤,
形成磷脂酸的脂酰CoA大多为C16和C18的，但在磷脂酸中Cl上结合的脂肪酸多为饱和脂肪酸，而C2上结合的脂肪酸多为不饱和脂肪酸。
磷脂酸的水解
磷脂酸被磷酸酶水解形成甘油二酯：
甘油三酯的形成
甘油二酯在甘油二酯转酰基酶催化下与第三个脂酰CoA反应形成甘油 三酯：
第三节 甘油磷脂的降解与生物合成
甘油磷脂（phosphoglycerides，简称磷脂〕广布于生物界，是细胞膜、细胞器膜的主要组成成分，是最主要的一类磷脂。甘油磷脂种类繁多，体内周转更新快，它们的共同特点是都具有亲水性和疏水性的兼性分子，水解后都产生磷酸和脂肪酸。磷脂组成的变化对细胞膜流动性、膜蛋白的活性等细胞生理功能有重要的调节作用。
一、甘油磷脂的降解甘油磷脂的降解由各种磷脂酶(phospholipase)催化，它们是按磷脂中分解的键分类的(如图8-l3)。
图8-13 磷脂酶催化的反应
（１）磷脂酶A1 广泛分布于动物细胞的细胞器、微粒体中，可专一地水解磷脂分子内①（见图8-13）的位置，水解产物是溶血磷脂酸（或称溶血甘油磷脂）。
（２）磷脂酶A2 大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒中，也常以酶原形式存在于动物的胰脏内，作用于②（见图8-13）的位置。猪、马、羊、人及大鼠胰脏的磷脂酶A2已被提纯，前三种动物的磷脂酶A2酶原的氨基酸顺序已测出。胰蛋白酶A2以酶原形式存在，可防止细胞内甘油磷脂遭受降解，胰脏的磷脂酶A2催化反应需Ca2+参加。
（３）磷脂酶C 主要存在于动物脑、蛇毒和微生物如韦氏核菌(Clostridium welchii)、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)中，主要作用于③（见图8-13）位置。
（4）磷脂酶D 主要存在于高等植物组织中，作用于④（见图8-13）的位置，水解产物是磷脂酸和胆碱。反应时需要Ca2+。
甘油磷脂的水解产物甘油和磷酸可参加糖代谢，脂肪酸可进一步被氧化，各种氨基醇可以参加磷脂的再合成，胆碱还可通过转甲基作用变为其他物质。
磷脂酶的催化作用使甘油磷脂分解，促使细胞膜不断更新、修复，并且清除由于磷脂中不饱和脂肪酸氧化产生的毒性磷脂。磷脂酶起作用后产生细胞膜中溶血磷脂高集区，使细胞膜磷脂双层局部松弛和破损，有利于生物大分子跨膜翻转或穿过膜屏障。 二．甘油磷脂的合成
磷脂酸是甘油磷脂合成的关键物质。由磷脂酸合成磷脂有两条途径：其一在高等动植物组织中占优势。其二主要存在于某些细菌中。而在两条途径中起载体作用的都是胞嘧啶核苷酸，只是在前一途径中，它是醇基的载体；后一途径中，它是磷脂酸的载体。
（１）磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine)的合成
①首先乙醇胺被乙醇胺激酶催化磷酸化，形成磷酸乙醇胺。
②磷酸乙醇胺 在磷酸乙醇胺胞嘧啶核苷酸转移酶(phosphoethanolamine cytidyl transferase)催化下与CTP反应，形成胞嘧啶核苷二磷酸乙醇胺（cytidine diphosphoethanolamine），即 CDP-乙醇胺。
③形成磷脂酰乙醇胺 在磷酸乙醇胺转移酶的催化下，CDP-乙醇胺上的CMP脱下，磷酸乙醇胺转移到甘油二酯上，形成磷脂酰乙醇胺。反应如下,
这一步是合成甘油磷脂的关键性步骤。催化该反应的磷酸乙醇胺转移酶牢固地结合 在内质网膜上。结合在线粒体和内质网上的磷脂酸磷酸酶能催化水相分散的磷脂酸水解,形成的甘油二酯可用作磷脂的合成。但是肝或肠粘膜细胞中的可溶性磷脂酸磷酸酶只能水解膜上的磷脂酸，形成的甘油二酯参加甘油三酯的合成。
（2）缩醛磷脂酰胆碱(卵磷脂)的合成 缩醛磷脂酰胆碱(phosphatidyl choline)可经两个不同的途径合成：一是从头合成途径(denovo pathway) 即磷脂酰乙醇胺的氨基直接甲基化。甲基的供体是S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine)。全过程共分三个步骤，合成途径图8-14。
二是节约利用途径(Salvage pathway)，这是动物细胞中合成卵磷脂的主要途径。由胆碱开始，胆碱或直接来源于食物，或由磷脂酰胆碱酶促降解产生，这一途径与形成磷脂酰乙醇胺的途径类似：
（3）磷脂酰丝氨酸的合成
①磷脂酰丝氨酸(丝氨酸磷脂，phosphatidylserine)是由丝氨酸与磷脂酰乙醇胺的醇基酶促交换而成：
磷脂酰乙醇胺 + 丝氨酸磷脂酰丝氨酸 + 乙醇胺在动物组织和大肠肝菌中磷脂酰丝氨酸可脱羧形成磷脂酰乙醇胺，催化该反应的酶为磷酸吡哆醛酶(pyridoxal phosphate enzyme)。反应如下：
图8-14 卵磷脂的从头合成途径
②有些细菌(如大肠杆菌)的磷脂酰丝氨酸由不同的途径形成。磷脂酸的磷酸基团与CTP反应而活化，形成胞嘧啶核苷二磷酸二脂酰基甘油，即CDP- 二脂酰基甘油（cytidine diphosphatdiacylglycerol），然后再与L-丝氨酸作用形成磷脂酰丝氨酸。反应如下：
其他甘油磷脂的合成在此从略。
