第一节
脂肪酸的
分解代谢
第 11章 脂肪及其代谢
脂类 （ lipids） 是生物体维持正常生命活动不可
缺少的一大类有机化合物, 是与糖类, 蛋白质, 核酸
并列为四大类重要基本物质之一 。 脂类的一个共性就
是难溶于水, 易溶于有机溶剂 。 脂类的生物学功能主
要包括
一, 脂肪的概念
脂的定义与生物学功能
(1) 是生物细胞能量的储存物质 。 在高等动物体中,
甘油三酯主要积累在皮下组织, 肠间膜内等, 动物的
血液, 淋巴液, 肝脏, 骨髓等中也都储藏一定量的脂
肪 。 植物的甘油三酯多存在于种子和果实中, 一些油
料作物种子的含油量高达 30?50%。 甘油脂通过氧化可
以供给人类及动植物生命过程所需的热能 。 1g甘油脂
在体内氧化可产生 39kJ的热量, 比碳水化合物和蛋白
质在同样条件下的热量约高一倍；
一, 脂肪的概念
一, 脂肪的概念
(2) 是生物细胞的结构物质 。 其中的磷脂是构成细胞
生物膜 （ Biomembrane） 的重要结构物质 。 现代研
究表明, 细胞质膜 （ plasma membrane） 是细胞的
界膜, 控制着细胞内外所有物质的出入 。 同时, 细胞
质膜上各种脂, 蛋白质, 糖等表面复合物质的存在与
细胞的识别, 信号转导, 种质特异性和组织免疫等有
密切关系 。 因此, 生物膜对细胞的生命活动具有特别
重要的作用；
一, 脂肪的概念
A topological model of the A,thaliana monosaccharide transporter
(3) 许多脂类物质行使着各种重要特殊的生理功能 。
这些物质包括某些维生素和激素等 。 例如, 萜类化合
物中包含着维生素 A,维生素 D,维生素 E和维生素 K，
它们是调节生理代谢重要的活性物质 。 还有定位在质
膜上磷脂化合物, 如磷脂酰肌醇, N-磷脂酰乙醇胺
等是调节细胞生长发育, 抗逆境反应的脂质信号分子 。
一, 脂肪的概念
(1) 单纯脂 —— 是脂肪酸和醇类所形成的酯, 其中典
型的为甘油三酯 。
(2) 复合脂 —— 除醇类, 脂肪酸外还含有其它物质,
如磷酸, 含氮化合物, 糖基及其衍生物, 鞘氨醇及其
衍生物等 。
(3) 其它脂 —— 为一类不含有脂肪酸, 非皂化的脂,
包括萜类, 前列腺素类和甾类化合物等 。
一, 脂肪的概念
脂的分类
一, 脂肪的概念
单纯脂
C HO
C H O
2
C H O
2
C
O
C
O
C
O
R
2
R
1
R
3
O C H
C H O
2
C H O
2
C
O
C
O
C
O
R
2
R 1
R
3
或
一, 脂肪的概念
复合脂
O
||
CO—
O
||
CO—
CH
|
C H O
| | |
C H O P O
|
O
2
2
———
-
-
非极性尾 极性头
磷酸甘油脂，又称甘油磷脂, 是最具有代表性的复合
脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷脂甘油脂是细
胞膜结构重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、
骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简
单的磷酸甘油脂结构如图
二, 脂肪的水解
二, 脂肪的水解
甘油在甘油激酶的催化下, 被磷酸化成 3-磷酸甘
油, 然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮 。
三, 甘油的代谢
其反应如下：
三, 甘油的代谢
其中第一步反应需要 消耗 ATP,而第二步反应可 生
成还原辅酶 Ⅰ 。
磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖, 是糖酵解途径的中间
产物, 因此既可以继续氧化, 经丙酮酸进入三羧酸循
环彻底氧化成 CO2和水, 又可经糖异生作用合成葡萄
糖, 乃至合成多糖 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
?-氧化作用 的提出是在十九世纪初, Franz
Knoop 在此方面作出了关键性的贡献 。 他将末端甲
基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗, 然后检测狗尿中的
产物 。 结果发现, 食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿
中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸, 而食用含奇数碳的
脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸 。
Knoop由此推测无论脂肪酸链的长短, 脂肪酸的降
解总是每次水解下两个碳原子 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
据此, Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在 ?-碳原子上,
而后 Ca与 Cb之间的键发生断裂, 从而产生二碳单位, 此
二碳单位 Knoop推测是乙酸 。
以后的实验证明 Knoop推测的准确性, 由此提出了脂
肪酸的 b-氧化作用 。
?-氧化作用是指脂肪酸在 ?-碳原子上进行氧化, 然
后 a-碳原子和 b-碳原子之间键发生断裂 。 每进行一次 ?-
氧化作用, 分解出一个二碳片段, 生成较原来少两个碳
原子的脂肪酸 。
?-氧化作用的部位,Localization of ?-oxidation
occurs in mitochondria,
油料作物种
子萌发时
乙醛酸循环体 (glyoxysome,简称乙醛酸体 )
线粒体基质 matrix
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
(1) 脂肪酸的活化
(2) 脂肪酸的转运
(3) ?-氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(1) 脂肪酸的活化
脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与 CoA酯化成 脂
酰 CoA的过程。反应如下：
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
脂肪酸的活化需要 ATP的参与。每活化 1分子脂肪
酸，需要 1分子 ATP转化为 AMP,即要 消耗 2个高能磷酸
键 。这可以折算成需要 2分子 ATP水解成 ADP。
在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不
可逆。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(2) Transport into mitochondria
脂肪酸的 b-氧化作用通常是在线粒体的基质中
进行的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，
而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱,Carnitine）
携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故
称肉碱转运。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(2) Transport into mitochondria
肉碱 （也叫肉毒碱,Carnitine） 的结构如下：
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(2) Transport into mitochondria
肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的
营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。
近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童
疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支
持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
其中的 肉碱脂酰转移酶 Ⅰ 和 Ⅱ 是一组同工酶 。 前
者在线粒体外催化脂酰 CoA上的脂酰基转移给肉碱,
生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的脂酰肉碱
上的脂酰基重新转移至 CoA,游离的肉碱被运回内膜
外侧循环使用 。
(2) Transport into mitochondria
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(3) β-氧化的历程
脂酰 CoA进入线粒体后，经历多次 ?-氧化作用
而逐步降解成多个二碳单位 —— 乙酰 CoA。
每次 ?-氧化作用包括四个步骤。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
a,Oxidation of the fatty acyl CoA to enoyl CoA forming a
transΔ 2-double bond on the fatty acyl chain and producing
FADH2 (catalyzed by acyl CoA dehydrogenase 脂酰辅酶 A脱
氢酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
b,Hydration of the trans Δ 2-enoyl CoA to form 3-
hydroxyacyl CoA (catalyzed by enoyl CoA hydratase 烯脂酰
CoA水合酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
c,Oxidation of 3-hydroxyacyl CoA to 3-ketoacyl CoA
producing NADH (catalyzed by hydroxyacyl CoA
dehydrognease 羟脂酰 CoA脱氢酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
d,Cleavage,of thiolysis,of 3-ketoacyl CoA by a second CoA
molecule,giving acetyl CoA and an acyl CoA shortened by
two carbon atoms (catalyzed by ?-ketothiolase ?-酮脂酰 CoA
硫解酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
乙酰 CoA
乙酰 CoA
对于长链脂肪酸，需要经过多次 ?-氧化作用，每
次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含
偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰
CoA。
(3) β-氧化的历程
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
下图是软脂酸 （ 棕榈酸 C15H31COOH） 的 ?-氧化过程,
它需经历七轮 ?-氧化作用而生成 8分子乙酰 CoA。
2,偶数碳饱和脂肪酸的氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
对于偶数碳饱和脂肪酸, ?-氧化过程的化学计量：
脂肪酸在 ?-氧化作用前的活化作用需消耗能量, 即 1分子
ATP转变成了 AMP,消耗了 2个高能磷酸键, 相当于 2分子
ATP。
在 ?-氧化过程中, 每进行一轮, 使 1分子 FAD还原成 FADH2、
1分子 NAD+还原成 NADH,两者经呼吸链可分别生成 2分子
和 3分子 ATP,因此每轮 ?-氧化作用可生成 5分子 ATP。
?-氧化作用的产物乙酰 CoA可通过三羧酸循环而彻底氧化
成 CO2和水, 同时每分子乙酰 CoA可生成 12分子 ATP。
2.偶数碳饱和脂肪酸的氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
在油料种子萌发时乙醛酸体中通过 ?-氧化产生的乙
酰 CoA一般不用作产能形成 ATP,而是通过乙醛酸循环
（ 见后 ） 转变成琥珀酸, 再经糖的异生作用转化成糖 。
1分子软脂酸彻底氧化 生成 ATP的分子数
一次活化作用 -2
7轮 ?-氧化作用 +5× 7 = +35
8分子乙酰 CoA的氧化 +12× 8 = +96
总 计 +129
2.偶数碳饱和脂肪酸的氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型,
而且位置也相当有规律 —— 第一个双键都是在 C9和
C10之间 （ 写作 D9）, 以后每隔三个碳原子出现一个 。
例如, 亚油酸 18:2D9,12； ?-亚 油酸 18:3D9,12,15。
3.不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同, 只
是某些步骤还需其它酶的参与, 现以油酸为例加以说
明 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
它经历了三轮 ?-氧化作用后, 产物在 ?,g位有一
顺式双键, 因此接下来的反应不是脱氢, 而是双键
的异构化, 生成反式的 ?,?双键, 然后 ?-氧化作用继
续正常进行 。 因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪
酸 （ 硬脂酸 ） 相比, 只是以一次双键异构化反应取
代了一次脱氢反应, 所以少产生一分子 FADH2。
3.不饱和脂肪酸的氧化
不仅是单不饱和脂肪酸, 所有的多不饱和脂肪酸
的前四轮 ?-氧化作用都与油酸相类同, 都在第四轮时
需要一种异构酶的参与 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
大多数脂肪酸含偶数碳原子, 它们通过 ?-氧化
可全部转变成乙酰 CoA,但一些植物和海洋生物能合
成奇数碳脂肪酸, 它们在最后一轮 ?-氧化作用后,
产生丙酰 CoA。
4,奇数碳链脂肪酸的氧化
丙酰 CoA的代谢在动物体内依照如下图所示的
途径进行, 先进行羧化, 然后经过两次异构化, 形
成琥珀酰 CoA。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
4,奇数碳链脂肪酸的氧化
油酰 CoA
的 ?氧化
四, ?-oxidation pathway
脂肪酸在一些酶的催化下, 在 ?-碳原子上发生
氧化作用, 分解出一个一碳单位 CO2,生成缩短了一
个碳原子的脂肪酸 。 这种氧化作用称为脂肪酸的 ?-
氧化作用 。
五,脂肪酸的 a-氧化途径
?-氧化作用是 1956年由 P.K.Stumpf首先在植物
种子和叶片中发现的, 后来在动物脑和肝细胞中也
发现了脂肪酸的这种氧化作用 。
该途径以游离
脂肪酸作为底物,
在 ?-碳原子上发生
羟化 （ -OH） 或氢过
氧化 （ -OOH）, 然
后进一步氧化脱羧,
其可能的机理下图
所示 。
?-氧化作用对于生物体内
奇数碳脂肪酸的形成；
含甲基的支链脂肪酸的降解；
过长的脂肪酸 （ 如 C22,C24） 的降解
起着重要的作用
哺乳动物将绿色蔬菜中植醇降解就是通过这
种途径而实现的
五,脂肪酸的 a-氧化途径
脂肪酸的 ?-氧化 是指脂肪酸的末端 （ ?-端 ）
甲基发生氧化, 先转变成羟甲基, 继而再氧化成
羧基, 从而形成 a,?-二羧酸的过程 。
六,脂肪酸的 ?-氧化途径
生 成 的
?,?- 二羧
酸可从两端
进行 b-氧化
作用而降解 。
动物体内的十二碳以下的脂肪酸常常通过 ?-氧化途径
进行降解 。
植物体内的在 ?-端具有含氧基团 （ 羟基, 醛基或羧基 ）
的脂肪酸大多也是通过 ?-氧化作用生成的, 这些脂肪酸常
常是角质层或细胞壁的组成成分 。
一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产
物, 这种降解过程首先要进行 ?-氧化作用, 生成二羧基脂
肪酸后再通过 ?-氧化作用降解, 如海洋中的某些浮游细菌
可降解海面上的浮油, 其氧化速率可高达 0.5克 /天 /平方
米 。
六,脂肪酸的 ?-氧化途径
Glyoxylate cycle occurs in the glyoxysome
(乙醛酸循环体 ),where there are most of
intermediates similar to those in TCA cycle.
In this case,Glyoxylate cycle is associated
with that of TCA cycle,In higher plants,
Glyoxylate cycle is detected in the
germinated seeds,especially in the oil-rich
seeds,It also occurs in many microbial
systems where only two atom carbon
substances (e.g,acetic acid) are available.
七, Glyoxylate cycle乙醛酸循环
有不少的细菌, 藻类或处于一定生长阶段的高
等植物 （ 如正在萌发的油料种子 ）, 脂肪酸降解的
主要产物乙酰 CoA还可以通过另外一条途径 ——
乙醛酸循环 （ glyoxylate cycle）, 将 2分子乙酰
CoA合成 1分子四碳化合物琥珀酸 。
七, Glyoxylate cycle乙醛酸循环
1,乙醛酸循环的过程 七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
There are two additional enzymes,
isocitratase or isocitrate lyase (异柠檬酸裂解酶 )
and malate synthase (苹果酸合酶 ) existing in
glyoxysome,Isocitrate lyase converts isocitrate
to succinate and glyoxylate; malate synthase
catalyzes a reaction similar to the citrate
synthase in that it condenses acetyl CoA and
glyoxylate to form malate.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
The presence of these enzymes,plus the enzymes
of the citric acid cycle (TCA),means that a cycle can
be started with oxaloacetate,a total of four carbons
can be added (as two acetyl CoA molecules),succinate
can be converted to oxaloacetate and shunted off
toward glucose formation,and oxaloacetate can be
regenerated from glyoxylate to renew the cycle.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
Reaction,5 steps and 5 enzymes
a,Citrate is formed from the irreversible
condensation of acetyl CoA and oxaloacetate—
catalyzed by citrate synthase.
b,Citrate is converted to isocitrate by an
isomerization catalyzed by aconitase.
c,Isocitrate is converted to succinate and
glyoxylate—catalyzed by isocitrate lyase.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
d,Glyoxylate and acetyl CoA are condensed by
malate synthase.
e,Malate is oxidized to oxaloacetate by malate
dehydrogenase.
Key enzymes-- isocitrate lyase and malate
synthase.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
乙醛酸循环的净结果是把两分子乙酰 CoA转变成
一分子琥珀酸。其总反应为：
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
By this mechanism,a cell is able to carry out
a net conversion of fatty acid carbon to glucose.
This reaction is of particular importance in
seeds of higher plants,which during the
germination process can convert the fatty acids
liberated from triglyceride into glucose.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
a,A key pathway of conversion of fatty
acids into glucose.
b,Succinate can serve as a precursor for
carbohydrate synthesis.
Functions:
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
乙醛酸循环与三羧酸循环相比, 可以看成是三羧
酸循环的一个支路, 它在异柠檬酸处分支, 绕过了三
羧酸循环的两步脱羧反应, 因而不发生氧化降解 。
参与乙醛酸循环的酶除了 异柠檬酸裂解酶 和 苹果
酸合酶 外, 其余的酶都与三羧酸循环的酶相同 。
异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的 关
键酶 。
七, Glyoxylate cycle
2,乙醛酸循环的生物学意义
乙醛酸循环不存在于动物及高等植物的营养器
官内, 它存在于一些细菌, 藻类和油料植物的种子
的乙醛酸体中 。
油料植物的种子 中主要的贮藏物质是脂肪, 在
种子萌发时乙醛酸体大量出现, 由于它 含有脂肪分
解和乙醛酸循环的整套酶系, 因此可以将脂肪分解
,并将分解产物乙酰 CoA转变为琥珀酸 。
七, Glyoxylate cycle
由乙醛酸循环转变成的琥珀酸，需要在线粒体
中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸，然后
进入细胞质，沿糖异生途径转变成糖类。
乙醛酸循环中有苹果酸中间体，它也可以到细
胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环
的正常进行，这仍来自循环的产物琥珀酸在线粒体
中的转变。
2,乙醛酸循环的生物学意义 七, Glyoxylate cycle
2,乙醛酸循环的生物学意义
琥珀酸可异生成糖 并以蔗糖的形式运至种苗的
其它组织供给它们生长所需的能源和碳源；而当种
子萌发终止, 贮脂耗尽, 同时叶片能进行光合作用
时, 植物的能源和碳源可以由太阳光和 CO2获得时,
乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失 。
对于一些细菌和藻类, 乙醛酸循环使它们能以
乙酸盐为能源和碳源生长 。
七, Glyoxylate cycle
由脂肪酸的 ?-氧化及其它代谢所产生的乙酰
CoA,在一般的细胞中可进入三羧酸循环进行氧化
分解；但在动物的肝脏, 肾脏, 脑等组织中, 尤其
在饥饿, 禁食, 糖尿病等情形下, 乙酰 CoA还有另
一条代谢去路, 最终生成乙酰乙酸, ?-羟丁酸和丙
酮, 这三种产物统称为酮体 （ ketone bodies） 。
八, 酮体代谢
1,酮体的合成
(1) 两分子
乙酰 CoA缩合成
乙 酰 乙 酰 CoA，
反应由硫解酶催
化 。 此外, 脂肪
酸 b-氧化作用的最
后一轮也能产生
乙酰乙酰 CoA。
八, 酮体代谢
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A
硫解酶
H S C o A
乙酰乙酰 C o A
CH
3
CH
2
C S C o A
OO
C
硫解酶
1,酮体的合成
(2) 又一分子乙酰
CoA 与 乙 酰 乙 酰
CoA缩合, 生成 ?-
羟 -?-甲基戊二酸单
酰 CoA（ HMG-
CoA）, 反 应 由
HMG-CoA 合成酶
催化 。
八, 酮体代谢
H S C o A
HO
2
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A
? ?- - -羟 甲基戊二酸单酰 C o A
CH
2
-
OOC
CH
3
CH
2
C S C o A
OOH
C
H M G C o A - 合成酶
乙酰乙酰 C o A
CH
3
CH
2
C S C o A
OO
C
3-Hydroxy-3methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)
1,酮体的合成
(3) MG-CoA分解成乙酰乙酸和乙酰 CoA,反
应由 HMG-CoA裂解酶催化 。
八, 酮体代谢
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
H M G C o A - 裂解酶
乙酰乙酸
? ?- - -羟 甲基戊二酸单酰 C o A
CH
2
-
OOC
CH
3
CH
2
C S C o A
OOH
C
1,酮体的合成
(4) 生成的乙酰
乙酸一部分可还原
成 ?-羟丁酸, 反应
由 ?-羟丁酸脱氢酶
催化；也有极少一
部分可脱羧形成丙
酮, 反应可自发进
行, 也可由乙酰乙
酸脱羧酶催化 。
八, 酮体代谢
还原 脱羧
丙酮
CH
3
CH
3
C
O
? - 羟丁酸
CH
2
CHCH
3
OH
C O O
-
C
O
2
N
A
D
H
+
H
+
N
A
D
+
乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
乙酰乙酸
八, 酮体代谢2,酮体的分解
乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
氧化
N A D H + H
+
N A D
+
? - 羟 丁 酸
CH
2
CHCH
3
OH
C O O
-
3 - C o A
酮脂酰
转移酶
琥珀酸
琥珀酰 C o A
乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
CH
3
CH
2
C
O
S C o A
O
C
乙酰乙酰 C o A
八, 酮体代谢2,酮体的分解
硫解酶
H S C o A
CH
3
CH
2
C
O
S C o A
O
C
乙酰乙酰 C o A
CH
3
S C o A
O
C2
乙酰 C o A CO
2
三羧酸循环
CH
3
S C o A
O
C2
乙酰 C o A
脂肪酸的
分解代谢
第 11章 脂肪及其代谢
脂类 （ lipids） 是生物体维持正常生命活动不可
缺少的一大类有机化合物, 是与糖类, 蛋白质, 核酸
并列为四大类重要基本物质之一 。 脂类的一个共性就
是难溶于水, 易溶于有机溶剂 。 脂类的生物学功能主
要包括
一, 脂肪的概念
脂的定义与生物学功能
(1) 是生物细胞能量的储存物质 。 在高等动物体中,
甘油三酯主要积累在皮下组织, 肠间膜内等, 动物的
血液, 淋巴液, 肝脏, 骨髓等中也都储藏一定量的脂
肪 。 植物的甘油三酯多存在于种子和果实中, 一些油
料作物种子的含油量高达 30?50%。 甘油脂通过氧化可
以供给人类及动植物生命过程所需的热能 。 1g甘油脂
在体内氧化可产生 39kJ的热量, 比碳水化合物和蛋白
质在同样条件下的热量约高一倍；
一, 脂肪的概念
一, 脂肪的概念
(2) 是生物细胞的结构物质 。 其中的磷脂是构成细胞
生物膜 （ Biomembrane） 的重要结构物质 。 现代研
究表明, 细胞质膜 （ plasma membrane） 是细胞的
界膜, 控制着细胞内外所有物质的出入 。 同时, 细胞
质膜上各种脂, 蛋白质, 糖等表面复合物质的存在与
细胞的识别, 信号转导, 种质特异性和组织免疫等有
密切关系 。 因此, 生物膜对细胞的生命活动具有特别
重要的作用；
一, 脂肪的概念
A topological model of the A,thaliana monosaccharide transporter
(3) 许多脂类物质行使着各种重要特殊的生理功能 。
这些物质包括某些维生素和激素等 。 例如, 萜类化合
物中包含着维生素 A,维生素 D,维生素 E和维生素 K，
它们是调节生理代谢重要的活性物质 。 还有定位在质
膜上磷脂化合物, 如磷脂酰肌醇, N-磷脂酰乙醇胺
等是调节细胞生长发育, 抗逆境反应的脂质信号分子 。
一, 脂肪的概念
(1) 单纯脂 —— 是脂肪酸和醇类所形成的酯, 其中典
型的为甘油三酯 。
(2) 复合脂 —— 除醇类, 脂肪酸外还含有其它物质,
如磷酸, 含氮化合物, 糖基及其衍生物, 鞘氨醇及其
衍生物等 。
(3) 其它脂 —— 为一类不含有脂肪酸, 非皂化的脂,
包括萜类, 前列腺素类和甾类化合物等 。
一, 脂肪的概念
脂的分类
一, 脂肪的概念
单纯脂
C HO
C H O
2
C H O
2
C
O
C
O
C
O
R
2
R
1
R
3
O C H
C H O
2
C H O
2
C
O
C
O
C
O
R
2
R 1
R
3
或
一, 脂肪的概念
复合脂
O
||
CO—
O
||
CO—
CH
|
C H O
| | |
C H O P O
|
O
2
2
———
-
-
非极性尾 极性头
磷酸甘油脂，又称甘油磷脂, 是最具有代表性的复合
脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷脂甘油脂是细
胞膜结构重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、
骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简
单的磷酸甘油脂结构如图
二, 脂肪的水解
二, 脂肪的水解
甘油在甘油激酶的催化下, 被磷酸化成 3-磷酸甘
油, 然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮 。
三, 甘油的代谢
其反应如下：
三, 甘油的代谢
其中第一步反应需要 消耗 ATP,而第二步反应可 生
成还原辅酶 Ⅰ 。
磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖, 是糖酵解途径的中间
产物, 因此既可以继续氧化, 经丙酮酸进入三羧酸循
环彻底氧化成 CO2和水, 又可经糖异生作用合成葡萄
糖, 乃至合成多糖 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
?-氧化作用 的提出是在十九世纪初, Franz
Knoop 在此方面作出了关键性的贡献 。 他将末端甲
基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗, 然后检测狗尿中的
产物 。 结果发现, 食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿
中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸, 而食用含奇数碳的
脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸 。
Knoop由此推测无论脂肪酸链的长短, 脂肪酸的降
解总是每次水解下两个碳原子 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
据此, Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在 ?-碳原子上,
而后 Ca与 Cb之间的键发生断裂, 从而产生二碳单位, 此
二碳单位 Knoop推测是乙酸 。
以后的实验证明 Knoop推测的准确性, 由此提出了脂
肪酸的 b-氧化作用 。
?-氧化作用是指脂肪酸在 ?-碳原子上进行氧化, 然
后 a-碳原子和 b-碳原子之间键发生断裂 。 每进行一次 ?-
氧化作用, 分解出一个二碳片段, 生成较原来少两个碳
原子的脂肪酸 。
?-氧化作用的部位,Localization of ?-oxidation
occurs in mitochondria,
油料作物种
子萌发时
乙醛酸循环体 (glyoxysome,简称乙醛酸体 )
线粒体基质 matrix
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
(1) 脂肪酸的活化
(2) 脂肪酸的转运
(3) ?-氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(1) 脂肪酸的活化
脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与 CoA酯化成 脂
酰 CoA的过程。反应如下：
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
脂肪酸的活化需要 ATP的参与。每活化 1分子脂肪
酸，需要 1分子 ATP转化为 AMP,即要 消耗 2个高能磷酸
键 。这可以折算成需要 2分子 ATP水解成 ADP。
在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不
可逆。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(2) Transport into mitochondria
脂肪酸的 b-氧化作用通常是在线粒体的基质中
进行的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，
而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱,Carnitine）
携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故
称肉碱转运。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(2) Transport into mitochondria
肉碱 （也叫肉毒碱,Carnitine） 的结构如下：
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(2) Transport into mitochondria
肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的
营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。
近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童
疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支
持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
其中的 肉碱脂酰转移酶 Ⅰ 和 Ⅱ 是一组同工酶 。 前
者在线粒体外催化脂酰 CoA上的脂酰基转移给肉碱,
生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的脂酰肉碱
上的脂酰基重新转移至 CoA,游离的肉碱被运回内膜
外侧循环使用 。
(2) Transport into mitochondria
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
(3) β-氧化的历程
脂酰 CoA进入线粒体后，经历多次 ?-氧化作用
而逐步降解成多个二碳单位 —— 乙酰 CoA。
每次 ?-氧化作用包括四个步骤。
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
a,Oxidation of the fatty acyl CoA to enoyl CoA forming a
transΔ 2-double bond on the fatty acyl chain and producing
FADH2 (catalyzed by acyl CoA dehydrogenase 脂酰辅酶 A脱
氢酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
b,Hydration of the trans Δ 2-enoyl CoA to form 3-
hydroxyacyl CoA (catalyzed by enoyl CoA hydratase 烯脂酰
CoA水合酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
c,Oxidation of 3-hydroxyacyl CoA to 3-ketoacyl CoA
producing NADH (catalyzed by hydroxyacyl CoA
dehydrognease 羟脂酰 CoA脱氢酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
d,Cleavage,of thiolysis,of 3-ketoacyl CoA by a second CoA
molecule,giving acetyl CoA and an acyl CoA shortened by
two carbon atoms (catalyzed by ?-ketothiolase ?-酮脂酰 CoA
硫解酶 ).
1.脂肪酸 ?-氧化的过程 四, ?-oxidation pathway
乙酰 CoA
乙酰 CoA
对于长链脂肪酸，需要经过多次 ?-氧化作用，每
次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含
偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰
CoA。
(3) β-氧化的历程
1.脂肪酸 ?-氧化的过程
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
下图是软脂酸 （ 棕榈酸 C15H31COOH） 的 ?-氧化过程,
它需经历七轮 ?-氧化作用而生成 8分子乙酰 CoA。
2,偶数碳饱和脂肪酸的氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
对于偶数碳饱和脂肪酸, ?-氧化过程的化学计量：
脂肪酸在 ?-氧化作用前的活化作用需消耗能量, 即 1分子
ATP转变成了 AMP,消耗了 2个高能磷酸键, 相当于 2分子
ATP。
在 ?-氧化过程中, 每进行一轮, 使 1分子 FAD还原成 FADH2、
1分子 NAD+还原成 NADH,两者经呼吸链可分别生成 2分子
和 3分子 ATP,因此每轮 ?-氧化作用可生成 5分子 ATP。
?-氧化作用的产物乙酰 CoA可通过三羧酸循环而彻底氧化
成 CO2和水, 同时每分子乙酰 CoA可生成 12分子 ATP。
2.偶数碳饱和脂肪酸的氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
在油料种子萌发时乙醛酸体中通过 ?-氧化产生的乙
酰 CoA一般不用作产能形成 ATP,而是通过乙醛酸循环
（ 见后 ） 转变成琥珀酸, 再经糖的异生作用转化成糖 。
1分子软脂酸彻底氧化 生成 ATP的分子数
一次活化作用 -2
7轮 ?-氧化作用 +5× 7 = +35
8分子乙酰 CoA的氧化 +12× 8 = +96
总 计 +129
2.偶数碳饱和脂肪酸的氧化
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型,
而且位置也相当有规律 —— 第一个双键都是在 C9和
C10之间 （ 写作 D9）, 以后每隔三个碳原子出现一个 。
例如, 亚油酸 18:2D9,12； ?-亚 油酸 18:3D9,12,15。
3.不饱和脂肪酸的氧化
不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同, 只
是某些步骤还需其它酶的参与, 现以油酸为例加以说
明 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
它经历了三轮 ?-氧化作用后, 产物在 ?,g位有一
顺式双键, 因此接下来的反应不是脱氢, 而是双键
的异构化, 生成反式的 ?,?双键, 然后 ?-氧化作用继
续正常进行 。 因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪
酸 （ 硬脂酸 ） 相比, 只是以一次双键异构化反应取
代了一次脱氢反应, 所以少产生一分子 FADH2。
3.不饱和脂肪酸的氧化
不仅是单不饱和脂肪酸, 所有的多不饱和脂肪酸
的前四轮 ?-氧化作用都与油酸相类同, 都在第四轮时
需要一种异构酶的参与 。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
大多数脂肪酸含偶数碳原子, 它们通过 ?-氧化
可全部转变成乙酰 CoA,但一些植物和海洋生物能合
成奇数碳脂肪酸, 它们在最后一轮 ?-氧化作用后,
产生丙酰 CoA。
4,奇数碳链脂肪酸的氧化
丙酰 CoA的代谢在动物体内依照如下图所示的
途径进行, 先进行羧化, 然后经过两次异构化, 形
成琥珀酰 CoA。
四, Fatty acid breakdown-?-oxidation pathway
4,奇数碳链脂肪酸的氧化
油酰 CoA
的 ?氧化
四, ?-oxidation pathway
脂肪酸在一些酶的催化下, 在 ?-碳原子上发生
氧化作用, 分解出一个一碳单位 CO2,生成缩短了一
个碳原子的脂肪酸 。 这种氧化作用称为脂肪酸的 ?-
氧化作用 。
五,脂肪酸的 a-氧化途径
?-氧化作用是 1956年由 P.K.Stumpf首先在植物
种子和叶片中发现的, 后来在动物脑和肝细胞中也
发现了脂肪酸的这种氧化作用 。
该途径以游离
脂肪酸作为底物,
在 ?-碳原子上发生
羟化 （ -OH） 或氢过
氧化 （ -OOH）, 然
后进一步氧化脱羧,
其可能的机理下图
所示 。
?-氧化作用对于生物体内
奇数碳脂肪酸的形成；
含甲基的支链脂肪酸的降解；
过长的脂肪酸 （ 如 C22,C24） 的降解
起着重要的作用
哺乳动物将绿色蔬菜中植醇降解就是通过这
种途径而实现的
五,脂肪酸的 a-氧化途径
脂肪酸的 ?-氧化 是指脂肪酸的末端 （ ?-端 ）
甲基发生氧化, 先转变成羟甲基, 继而再氧化成
羧基, 从而形成 a,?-二羧酸的过程 。
六,脂肪酸的 ?-氧化途径
生 成 的
?,?- 二羧
酸可从两端
进行 b-氧化
作用而降解 。
动物体内的十二碳以下的脂肪酸常常通过 ?-氧化途径
进行降解 。
植物体内的在 ?-端具有含氧基团 （ 羟基, 醛基或羧基 ）
的脂肪酸大多也是通过 ?-氧化作用生成的, 这些脂肪酸常
常是角质层或细胞壁的组成成分 。
一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产
物, 这种降解过程首先要进行 ?-氧化作用, 生成二羧基脂
肪酸后再通过 ?-氧化作用降解, 如海洋中的某些浮游细菌
可降解海面上的浮油, 其氧化速率可高达 0.5克 /天 /平方
米 。
六,脂肪酸的 ?-氧化途径
Glyoxylate cycle occurs in the glyoxysome
(乙醛酸循环体 ),where there are most of
intermediates similar to those in TCA cycle.
In this case,Glyoxylate cycle is associated
with that of TCA cycle,In higher plants,
Glyoxylate cycle is detected in the
germinated seeds,especially in the oil-rich
seeds,It also occurs in many microbial
systems where only two atom carbon
substances (e.g,acetic acid) are available.
七, Glyoxylate cycle乙醛酸循环
有不少的细菌, 藻类或处于一定生长阶段的高
等植物 （ 如正在萌发的油料种子 ）, 脂肪酸降解的
主要产物乙酰 CoA还可以通过另外一条途径 ——
乙醛酸循环 （ glyoxylate cycle）, 将 2分子乙酰
CoA合成 1分子四碳化合物琥珀酸 。
七, Glyoxylate cycle乙醛酸循环
1,乙醛酸循环的过程 七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
There are two additional enzymes,
isocitratase or isocitrate lyase (异柠檬酸裂解酶 )
and malate synthase (苹果酸合酶 ) existing in
glyoxysome,Isocitrate lyase converts isocitrate
to succinate and glyoxylate; malate synthase
catalyzes a reaction similar to the citrate
synthase in that it condenses acetyl CoA and
glyoxylate to form malate.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
The presence of these enzymes,plus the enzymes
of the citric acid cycle (TCA),means that a cycle can
be started with oxaloacetate,a total of four carbons
can be added (as two acetyl CoA molecules),succinate
can be converted to oxaloacetate and shunted off
toward glucose formation,and oxaloacetate can be
regenerated from glyoxylate to renew the cycle.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
Reaction,5 steps and 5 enzymes
a,Citrate is formed from the irreversible
condensation of acetyl CoA and oxaloacetate—
catalyzed by citrate synthase.
b,Citrate is converted to isocitrate by an
isomerization catalyzed by aconitase.
c,Isocitrate is converted to succinate and
glyoxylate—catalyzed by isocitrate lyase.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
d,Glyoxylate and acetyl CoA are condensed by
malate synthase.
e,Malate is oxidized to oxaloacetate by malate
dehydrogenase.
Key enzymes-- isocitrate lyase and malate
synthase.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
乙醛酸循环的净结果是把两分子乙酰 CoA转变成
一分子琥珀酸。其总反应为：
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
By this mechanism,a cell is able to carry out
a net conversion of fatty acid carbon to glucose.
This reaction is of particular importance in
seeds of higher plants,which during the
germination process can convert the fatty acids
liberated from triglyceride into glucose.
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
a,A key pathway of conversion of fatty
acids into glucose.
b,Succinate can serve as a precursor for
carbohydrate synthesis.
Functions:
七, Glyoxylate cycle
1,乙醛酸循环的过程
乙醛酸循环与三羧酸循环相比, 可以看成是三羧
酸循环的一个支路, 它在异柠檬酸处分支, 绕过了三
羧酸循环的两步脱羧反应, 因而不发生氧化降解 。
参与乙醛酸循环的酶除了 异柠檬酸裂解酶 和 苹果
酸合酶 外, 其余的酶都与三羧酸循环的酶相同 。
异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的 关
键酶 。
七, Glyoxylate cycle
2,乙醛酸循环的生物学意义
乙醛酸循环不存在于动物及高等植物的营养器
官内, 它存在于一些细菌, 藻类和油料植物的种子
的乙醛酸体中 。
油料植物的种子 中主要的贮藏物质是脂肪, 在
种子萌发时乙醛酸体大量出现, 由于它 含有脂肪分
解和乙醛酸循环的整套酶系, 因此可以将脂肪分解
,并将分解产物乙酰 CoA转变为琥珀酸 。
七, Glyoxylate cycle
由乙醛酸循环转变成的琥珀酸，需要在线粒体
中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸，然后
进入细胞质，沿糖异生途径转变成糖类。
乙醛酸循环中有苹果酸中间体，它也可以到细
胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环
的正常进行，这仍来自循环的产物琥珀酸在线粒体
中的转变。
2,乙醛酸循环的生物学意义 七, Glyoxylate cycle
2,乙醛酸循环的生物学意义
琥珀酸可异生成糖 并以蔗糖的形式运至种苗的
其它组织供给它们生长所需的能源和碳源；而当种
子萌发终止, 贮脂耗尽, 同时叶片能进行光合作用
时, 植物的能源和碳源可以由太阳光和 CO2获得时,
乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失 。
对于一些细菌和藻类, 乙醛酸循环使它们能以
乙酸盐为能源和碳源生长 。
七, Glyoxylate cycle
由脂肪酸的 ?-氧化及其它代谢所产生的乙酰
CoA,在一般的细胞中可进入三羧酸循环进行氧化
分解；但在动物的肝脏, 肾脏, 脑等组织中, 尤其
在饥饿, 禁食, 糖尿病等情形下, 乙酰 CoA还有另
一条代谢去路, 最终生成乙酰乙酸, ?-羟丁酸和丙
酮, 这三种产物统称为酮体 （ ketone bodies） 。
八, 酮体代谢
1,酮体的合成
(1) 两分子
乙酰 CoA缩合成
乙 酰 乙 酰 CoA，
反应由硫解酶催
化 。 此外, 脂肪
酸 b-氧化作用的最
后一轮也能产生
乙酰乙酰 CoA。
八, 酮体代谢
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A
硫解酶
H S C o A
乙酰乙酰 C o A
CH
3
CH
2
C S C o A
OO
C
硫解酶
1,酮体的合成
(2) 又一分子乙酰
CoA 与 乙 酰 乙 酰
CoA缩合, 生成 ?-
羟 -?-甲基戊二酸单
酰 CoA（ HMG-
CoA）, 反 应 由
HMG-CoA 合成酶
催化 。
八, 酮体代谢
H S C o A
HO
2
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A
? ?- - -羟 甲基戊二酸单酰 C o A
CH
2
-
OOC
CH
3
CH
2
C S C o A
OOH
C
H M G C o A - 合成酶
乙酰乙酰 C o A
CH
3
CH
2
C S C o A
OO
C
3-Hydroxy-3methylglutaryl-CoA (HMG-CoA)
1,酮体的合成
(3) MG-CoA分解成乙酰乙酸和乙酰 CoA,反
应由 HMG-CoA裂解酶催化 。
八, 酮体代谢
CH
3
S C o A
O
C
乙酰 C o A乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
H M G C o A - 裂解酶
乙酰乙酸
? ?- - -羟 甲基戊二酸单酰 C o A
CH
2
-
OOC
CH
3
CH
2
C S C o A
OOH
C
1,酮体的合成
(4) 生成的乙酰
乙酸一部分可还原
成 ?-羟丁酸, 反应
由 ?-羟丁酸脱氢酶
催化；也有极少一
部分可脱羧形成丙
酮, 反应可自发进
行, 也可由乙酰乙
酸脱羧酶催化 。
八, 酮体代谢
还原 脱羧
丙酮
CH
3
CH
3
C
O
? - 羟丁酸
CH
2
CHCH
3
OH
C O O
-
C
O
2
N
A
D
H
+
H
+
N
A
D
+
乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
乙酰乙酸
八, 酮体代谢2,酮体的分解
乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
氧化
N A D H + H
+
N A D
+
? - 羟 丁 酸
CH
2
CHCH
3
OH
C O O
-
3 - C o A
酮脂酰
转移酶
琥珀酸
琥珀酰 C o A
乙酰乙酸
CH
3
CH
2
C
O
C O O
-
CH
3
CH
2
C
O
S C o A
O
C
乙酰乙酰 C o A
八, 酮体代谢2,酮体的分解
硫解酶
H S C o A
CH
3
CH
2
C
O
S C o A
O
C
乙酰乙酰 C o A
CH
3
S C o A
O
C2
乙酰 C o A CO
2
三羧酸循环
CH
3
S C o A
O
C2
乙酰 C o A
