生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 1 页 共 16 页
1
第六章 脂类代谢
第一节 生物体内的脂类
第二节 脂肪的降解
第三节 脂肪的合成
第四节 类脂代谢
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 16 页
2
第一节 生物体内的脂类
脂类：是脂肪、类脂及其衍生物的总称，不溶于水而溶于有机溶剂一类生物分子。
功能,（ 1）生物膜的成分 磷脂、糖脂及胆固醇是膜脂类的三种
主要类型。
（ 2）重要能源
（ 3）具有营养、代谢及调节功能 V
A
,V
D
,V
E
,V
E
、胆酸及固醇类激素等。
（ 4）保护作用 防止机械损伤、热量散失
（ 5）与细胞识别、种特异性及组织免疫等有密切关系
脂类按化学结构和组成可分为三大类,
一,单纯脂质
是脂肪酸（ C
4
以上）和醇（甘油醇和高级一元醇）构成的酯。
又分为 脂肪（室温下：液态→油；固态→脂）,
甘油 +3 个不同脂肪酸（多为偶数碳原子→脂肪）
蜡：高级脂肪酸（ C
12
—C
32
） +高级醇（ C
26
—C
28
）或固醇→蜡
二,复合脂质
单纯脂质 +非脂溶性物质
1,磷脂
含磷酸的单纯脂质衍生物，生物膜的主要成分
2、糖脂
即糖脂酰甘油，糖苷与甘油分子第三个羟基以糖苷键相连，甘油的另两个羟基被脂肪酸脂化。
主要存在于：动物神经系统、植物叶绿体及代谢活跃部位。
三、非皂化脂质
特点：大都不含脂肪酸
包括萜类、类固醇类及前列腺素等
（一）萜类
萜类和类固醇类（除胆固醇外）都是不含脂肪酸的非皂化脂质，而且均为异戊二烯的衍生物，又称异戊二烯的脂质。
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 3 页 共 16 页
3
异戊二烯的结构,
由二个异戊二烯构成的萜为单萜 例柠檬苦素（柠檬油主成分）
三个异戊二烯构成的萜为倍半萜 法尼醇（昆虫保幼激素）
四个异戊二烯构成的萜为二萜 叶绿醇（叶绿素组分）
单萜结构
(二 )固醇类
为环状高分子一元醇，可离态或与脂肪酸结合成酯的形式存在，都含环戊烷多氢菲母核。
菲 环戊烧多氢菲 固醇类基本结构
第二节 脂肪的降解
脂肪是由甘油的三个羟基与三个脂肪酸缩合而成，也称为甘油三酯。
脂肪是动物体内重要的贮能物质，当机体需要时，贮存在脂肪细胞中的脂肪被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸和甘油并释放进入血液，被其他组织氧化利用，这一过程也称为脂肪动员作用。水解产物脂肪酸和甘油在动物体内经扩散作用进入肠黏膜细胞，再经淋巴系统进入血液。
一,脂肪的酶促降解
脂肪酶 甘油 二酯酶 甘油单酯酶
1、动物：甘油三酯 甘油二酯 甘油单酯 甘油
脂肪酸 脂肪酸 脂肪酸
2,植物：由α—脂酶完成。
二、甘油命运
CH
2
=C-CH=CH
2
CH
3
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 16 页
4
脂肪动员的结果使脂肪分解成游离脂肪酸和甘油，,然后进入血液。甘油经血液运送至肝、肾、肠等组织，主要在肝中甘油激酶的催化下，转变为α—磷酸甘油。
二,脂肪酸的氧化分解
脂肪酸在体内氧化分解供给能量，氧化分解存在几条不同的途径，主要有β-
氧化、α —氧化、ω —氧化。
（一）β-氧化（主要途径）,是19 世纪初提出的。
是发生在脂肪酸β-碳原子上的氧化作用，即在一系列酶的作用下，α、β碳原子之间断裂,分解下两个碳,β-碳原子被氧化成羧基,生成少了两个碳的脂肪酸。
1、历程
五种 E 催化的五步反应完成
（ 1）脂肪酸的活化：在细胞液中进行，在脂酰 COA 合成酶的，脂肪酸转变为脂酰
COA 的过程，该过程需要 COA 和 ATP 的参与，注意 ATP AMP 相当于消耗 2
分子 ATP。 脂酰 COA 需经运载系统进入线粒体才能进行β-氧化 （在线粒体中进行） 。
该运载系统后面讲。
（ 2）脱氢：在脂酰 COA 脱氢酶的催化下，脂酰 COA 在α、β位碳原子上脱氢，
形成α、β—烯脂酰 COA，同时 FAD接受氢被还原成 FADH 2。
（ 3）水化：在烯脂酰 COA 水化酶的催化下，烯脂酰 COA 在双键上加上一分子水，形成β—羟脂酰 COA。
（ 4）脱氢：在β—羟脂酰 COA 脱氢酶的催化下，β—羟脂酰 COA 的β位上的羟基脱氢氧化成β—酮脂酰 COA，同时 NAD接受氢被还原成 NADH。
（ 5）硫解：在β—酮脂酰 COA 硫解酶（简称硫解酶）的催化下，β—酮脂酰 COA在甘油
E甘油激磷酸甘油?α
脂肪合成糖异生脂肪合成
ATP ADP
2H
DHAP
EMP TCA
E脱氢生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 5 页 共 16 页
5
软脂酸 +8CoASH+ATP+7FAD+7NAD
+
+7H
2
O
8 乙酰
COA+AMP+PP
i
+ 7FADH
2
+ 7NADH + 7H
+
8乙酰 COA 经 TCA 8× 12=96
7FAD 7×2=14
7（NADH+H
+
） 7×3=21
131 ATP
α和β位之间被 1 分子 COA 硫解，产生乙酰 COA 和缩短了两个碳原子的脂酰 COA，
后四步反应组成了 1 次β-氧化。
注意：以上 4 步反应都是可逆反应，但由于第四步硫解作用是高度放能反应，
从而使整个β—氧化过程往裂解方向进行。对于长链脂肪酸需要经过多次β-氧化，
每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（含偶数 C 的脂肪酸）或三碳含奇数碳的脂肪酸） 。
2、能量计算
以 C
16
软脂酸为例，经 7 次循环，产生 8 分子乙酰 COA,7 分子 FADH
2
,7 分子
NADH，消耗 2 分子 ATP，净生成 ATP 数,129
能量公式,
消耗 1 ATP （ 2 个高能键）, C
16
净生成 130（ 129） ATP
COA乙酰脂肪酸
COA脂酰
COA烯脂酰 βα
COA羟脂酰?β
COA酮脂酰?β
AT P
ADP+PPi
2H
H
2
O
2H
(NAD )
+
CoASH
212*
2
5*)1
2
(?+?
nn
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 16 页
6
3、乙酰 COA 的去路
（ 1）进入 TCA CO
2
和 H
2
O
（ 2）进入乙醛酸循环 琥珀酸 进入线粒体 TCA 苹果酸
苹果酸
进入细胞质 草酰乙酸 丙酮酸 糖异生
（ 3）合成胆固醇。注：合成胆固醇的碳源为乙酰 COA，此外还需要还原剂 NADPH
和能源 ATP 合成过程分 4 个阶段 P238。
（ 4）动物肝细胞中生成酮体（乙酰乙酸、β—羟丁酸和丙酮） 。注,（1）肝脏组织将乙酰 COA转变为酮体； （2）肝外组织则将酮体转变为乙酰 COA。
4、动、植物β-氧化的区别
（ 1）动物：β -氧化是在线粒体基质中进行的，而脂肪酸的活化则在胞液中进行，
产生的脂酰 COA 不能直接穿过线粒体内膜，必须以肉毒碱为载体，形成脂酰肉碱的形式才能穿过线粒体膜。
I：肉碱脂酰转移酶 I
II：肉碱脂酰转移酶 II
以上转运机制首先在动物细胞中被确证,目前发现在植物细胞中脂酰 COA 也有类似的转运机制。
（ 2）植物：β -氧化发生在乙醛酸体中（一种过氧化物酶体）,也有在线粒体中进行。
（二）α —氧化
脂肪酸的 Cα 位氧化，每次脱去 1 分子 CO
2
特点,
胞液侧肉碱内膜肉碱肉碱肉碱基质侧
RC-SCoA
CoASH
I
RC
O
RC
O
II
CoASH
RC-SCoA
O
O
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 7 页 共 16 页
7
①需过氧化氢及脂肪酸过氧化物酶
②以 C 12—C18的游离脂肪酸为底物
③消除β —氧化的β-位阻，如β-碳原子上有取代基团（分枝）先进行α-氧化，便可消除障碍
④α-氧化协同β氧化可产生奇数的脂肪酸 —丙酸（COA、ACP 组成成分丙 aa 前体）
（三）ω —氧化
脂肪酸ω-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
α、ω -二羧酸的过程称为ω —氧化。
意义：形成α、ω -二羧酸，两端同时进行β -氧化，在生物体内加速脂肪酸的降解，生成水溶物，消除石油污染。
（四）酮体代谢
1,酮体的生成：主要在肝细胞线粒体中由乙酰 COA 缩合而成。 P219 图 8-7 酮体的生成途径。
2,酮体的利用：酮体在肝内产生，本身不能利用。酮体随血液流到肝外组织（包括心肌、骨骼肌及大脑等）,进行氧化功能，酮体的分解。 P220 图 8-8。
3,酮体的生理意义：肝脏输出能源的一种形式。缺葡萄糖时，可利用酮体氧化分解功能以节约葡萄糖，与脂肪酸相比，酮体能更为有效的代替葡萄糖，机体的这种安排是把脂肪酸的氧化集中在肝脏中进行，在那里先把他消化为酮体，再输出，以利于其他组织利用。
4,酮病：正常情况下，血液中酮体含量很少，肝脏中产生酮体的速度和肝外组织分解酮体的速度处于动态平衡中，由于酮体主要成分是酸性的物质，其大量积存的结果常导致动物酸碱平衡失调，引起酸中毒。
四、乙醛酸循环
1、意义,（ 1）在植物脂肪酸分解转化中是一个重要途径，将 C
2
C
4
酸补充
TCA 循环中的 C
4
酸。油料种子发芽，将脂肪 糖。
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 8 页 共 16 页
8
异柠檬酸裂解 E
苹果酸合成 E
（ 2）参与植物光呼吸。
2、发生部位
植物细胞的乙醛酸体
3、历程及关键酶
总反应
关键酶
第三节 脂肪的生物合成
脂肪的生物合成可分为三个部分,1、甘油的生成； 2、脂肪酸的生成； 3、由甘油和脂肪酸合成脂肪。
一,脂肪酸的生物合成
生物体内的脂肪酸多种多样，不但链的长短不一，不饱和键的数目和位置也各不相同，他们的合成过程包括,1、饱和脂肪酸的从头合成； 2、脂肪酸碳链的延长；
3、不饱和键的形成。
（一）饱和脂肪酸的从头合成（主要途径）
合成地点,细胞质
碳源,乙酰 COA
还原剂,NADPH+H
+
来自, PPP 途径（ 60%）,其余由 EMP 的 NADH
再经转化而来。
2 乙酰 COA + NAD
+
琥珀酸 + 2COA + NADH + H
+
COA乙酰柠檬酸异柠檬酸琥珀酸乙醛酸
COA乙酰苹果酸草酰乙酸
CoASH
2H
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 9 页 共 16 页
9
H
+
+NADH+草酰乙酸 苹果酸 +NAD
+
苹果酸
乙酰 COA 的来源,
1、乙酰 COA 的转运
脂肪酸的合成在细胞质中，线粒体基质中的乙酰 COA 不能自由越膜，借助于柠檬酸—丙酮酸循环的转运途径实现其转移。在植物体内，线粒体内产生的乙酰 COA
先脱去 COA 以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒体外由脂酰 COA 合成酶催化重新形成乙酰 COA。因此植物体内可能不存在“柠檬酸穿梭”过程
乙酰 COA 从线粒体 细胞质
Pyr 乙酰 COA（ mt）
aa降解
脂肪酸氧化（ mt）
→?
HE苹果酸脱
NADP
+
NADPH+H
+
Pyr+CO
2
E苹果酸膜Mt
柠檬酸 柠檬酸
COA乙酰草酰乙酸 COA乙酰苹果酸丙酮酸丙酮酸脱氢酶系Pyr
ATP
ADP+Pi
CoASH
2H
2H
CO
2
CO
2
ATP
CO
2
H
2
O
E
化羧草酰乙酸
(NADPH)
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 10 页 共 16 页
10
2、丙二酸单酰 COA 的合成（ C
2
供体合成）
脂肪酸合成原料为乙酰 COA，但参入脂肪酸链的二碳单位的直接供体不是乙酰
COA，而是乙酰 COA 的羧化产物丙二酸单酰 COA。 （与糖原、淀粉合成比较,G 的供体为糖核苷酸即 ADPG,UDPG,GDPG。 ）
①乙酰COA羧化酶复合体
由生物素羧化 E（BC）,羧基转移 E（CT）, 生物素羧基载体蛋白（BCCP）三个不同的亚基组成，其中 BCCP 连结有生物素辅基。每个亚基行使着不同的功能，但只有当他们聚合成完整的酶后才有活性。
②反应：反应需消耗ATP
反应分两步：第一步由 BC 亚基催化生物素的羧化作用，C 原子来自比 CO 2更活泼的
HCO3
-
。第二步由 CT 亚基催化使羧基从 BCCP—CO 2
-
转移到乙酰 COA 上形成丙二酸单酰
COA。 （图）
3、脂肪酸合酶系统（FAS）
脂肪酸合酶系统是一个多酶复合体,7 种蛋白组成,6 种酶以酰基载体蛋白为中心。
酰基载体蛋白（ ACP）
乙酰 COA,ACP 酰基转移酶（ AT）
丙二酸单酰 COA,ACP 转移酶（ MT）
β —酮脂酰-ACP 合成酶（KS）
β —酮脂酰-ACP 还原酶（KR）
β —羟脂酰-ACP 脱水酶（HD）
β —烯脂酰-ACP 还原酶（ER）
注意,尽管不同生物体内脂肪酸的合成过程相似,但 FAS 的组成却不相同 （参见P225
图 8-13） 。在大肠杆菌中，上述 6 种酶以 ACP 为中心，有序地组成松散的多酶复合体。ACP 是一个由 77 个 AA 残基组成的热稳定蛋白质，在它的第 36 位 SER残基上连有 4-磷酸泛酰巯基乙胺。该辅基犹如一个转动的手臂，以其末端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活性中心，从而发生各种反应。通常把 ACP上的巯基叫中央巯基，
BCCPSCoACOCHCOOH
MgCT
ACoAOCHCOBCCP
PiADPCOBCCP
MnBC
ATPHCOATP
+
+
+?
++?
+
+
+
→?
→?
2
2
,
32
2
2
,
3
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 11 页 共 16 页
11
β —酮脂酰-ACP 合成酶（KS）多肽链半胱氨酸残基上的巯基叫外围巯基。
4．从头合成的反应历程,
这一过程以乙酰 COA 为起点，由丙二酸单酰 COA 在羧基端逐步添加二碳单位，
合成出不超过 16 碳的脂酰基，最后脂酰基被水解成游离的脂肪酸。
（1）第一阶段：乙酰基和丙二酸单酰基进位。
乙酰基进位,乙酰 COA在转移酶催化下，乙酰基被转移到中央巯基上。
乙酰基移位,乙酰基由中央巯基转移到外围巯基上。
丙二酸单酰基进位,丙二酸单酰 COA 在转移酶催化下，丙二酸单酰基被转移到中央巯基上。
（2）第二阶段：脂肪酸链延伸
缩合,在合成酶催化下外围巯基上的乙酰基与中央巯基上的丙二酸单酰基缩合成β —酮丁酰基连接在中央巯基上，同时释放出一分子 CO 2。
还原,在还原酶催化下，β —酮丁酰基β位羰基被 NADPH 还原成羟基，生成β
—羟酯酰基。
脱水,在脱水酶催化下β —羟丁酰基的α、β碳原子间脱水生成反市式烯丁酰基。
还原,在还原酶催化下烯丁酰基的α、β之间双键被 NADPH 还原成单键，生成延长了两个碳单位的丁酰基。
生成的丁酰基再与新进位的丙二酸单酰基重复上述缩合、还原、脱水、再还原的循环反应，又延长两个碳片段。生成己酯酰基，如此反复进行，直至生成软酯酰基为止。
（3）第三阶段：脂酰基水解
当中央巯基上的脂酰基延长到一定程度 （不超过 16 碳） 后,在硫酯酶的作用下，
ACP 上的脂酰基或被转移到 COA 上，或形成游离脂肪酸，或者直接用于合成磷脂酸。
从乙酰COA合成软脂酰的反应可分为两部分
（1）先形成7 个丙二酸单酰 COA,（2）经 7 次循环形成软脂酰
总反应,
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 12 页 共 16 页
12
与β-氧化作用的区别 P229。
（二）碳链的延长
从头合成只能合成 16C 以下的脂肪酸，16C 以上的脂肪酸是由延长系统以脂酰
COA 为起点形成的。可经过两条途径延长。
1、线粒体延长系统：延长过程发生在动物的线粒体中
① C 2供体 乙酰COA 还原剂 NADPH
② 反应
基本上是β-氧化的逆过程，只是第四个酶烯脂酰 COA 还原酶代替了β-氧化过程中的酯酰 COA 脱氢酶
COA乙酰
ACP乙酰 COA丙二酸单酰
ACP丙二酸单酰
ACP酮丁酰?β
ACP羟丁酰?βACP烯丁酰
β
ACP丁酰
CO 2
ATP
ADP+Pi
CO 2
ACP
NADPH+H
+
NADP
+
H2O
2H C16ACP
() PiADPOHNADPCoASHC
HNADPHATPCOA
77614816
141478
2
+++++
→+++
+
软脂酸乙酰生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 13 页 共 16 页
13
2、内质网延长系统（非线粒体延长系统）
①C 2供体 丙二酸单酰 COA
②还原剂 NADPH
动、植物都存在内质网延长系统，过程与脂肪酸从头合成相似，不同的是脂酰基载体为 COA。
（三）不饱和脂肪酸的合成
生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸，如棕榈油酸（16：1Δ
9
）,油酸（18：
1Δ
9
）,亚油酸（18：2Δ
9，12
）,亚麻酸（18：3Δ
9，12，15
）等，它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。去饱和作用有需氧和厌氧两条途径，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。
1、单烯脂酸的合成
去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的 9、10 位碳原子上（从羧基端开始计数）生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸） 。
（1）需氧途径（氧化脱氢途径 ）
该途径由去饱和酶系催化，需要氧和 NADPH 的共同参与。
①动物组织,去饱和酶系由去饱和酶及一系列的电子传递体组成。在该途径中，
RCOSCoA + CH
3
COSCoA
2H
RCHOHCH
2
COSCoA
RCH=CHCOSCoA
RCH
2
CH
2
COSCoA
H
2
O
2H
RCOCH
2
COSCoA
硫解 E
L-β -羟脂酰 COA 脱 HE
烯脂酰 COA 水合酶
A
烯脂酰 COA 还原酶生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 14 页 共 16 页
14
一分子氧接受来自去饱和酶的两对电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从 NADPH 获得，另一对则是从脂酰基获得，结果 NADPH 被氧化成NADP，脂酰基被氧化成双键。
反应式,
脂肪酸去饱和电子传递途径,
②植物及微生物组织,植物和动物体内的去饱和酶系略有不同，前者结合在内质网膜上，以脂酰—COA 为底物；后者结合在质体中，以脂酰—ACP 为底物。此外，两者的电子传递体的组成也略有差别—动物体内的细胞色素 b 5在植物体内为铁硫蛋白。
③动、植物单烯脂酸合成的区别
去饱和E 位置 底物 产物 还原剂 C 2载体 低浓度亚砷酸盐
动物 内质网 硬脂酰COA 油酰COA NA DPH NADH 乙酰COA、丙二酸单酰COA 不敏感
植物 叶绿体、细胞质 硬酯酰ACP 油酯酰ACP NADP H 丙二酸单酰 ACP 敏感
（2）厌氧途径
厌氧途径是厌氧微生物合成单烯脂酸的方式，这一过程发生在脂肪酸从头合成的过程中。当 FAS 系统从头合成到 10 个碳的羟脂酰—ACP（β—羟癸酰—ACP）时，
由专一性的β—羟癸酰—ACP 脱水酶催化在β、γ位之间脱水，生成β、γ—烯癸酰—ACP，然后继续参入二碳单位，进行从头合成反应过程。这样，就可产生不同长短的单不饱和脂肪酸。
厌氧途径只能生成单不饱和脂肪酸，因此厌氧微生物中不存在多不饱和脂肪
CH
3
(CH
2
)
16
COSCoA CH
2
(CH
2
)
7
CH = CH(CH
2
)COSCoA
O
2
H
2
O
2H
COA不饱和脂酰
)(NADPH
NADH E-FAD Cytb
5
2H
2e
ˉ
NADPH FP FeS
2H2H
2
O O
2
2eˉ
2
eˉ
COA饱和脂酰动物生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 15 页 共 16 页
15
酸。
2、多烯脂酸的合成
具有一个以上双键的不饱和脂肪酸，除厌氧细菌外所有生物都含有。
去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的 9、10 位碳原子上（从羧基端开始计数）生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸） 。对于动物，尤其是哺乳动物，从该双键向脂肪酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸；而植物则是从该双键向脂肪酸的甲基端继续去饱和生成如亚油酸、亚麻酸等多烯脂肪酸。此外，植物的继续去饱和并不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和，它也是一个需氧的过程。
必需脂肪酸,动物因缺乏在脂肪酸的第 9位碳以上的位置形成双键的去饱和酶，
不能合成亚油酸和亚麻酸，必需从食物中获得。
二、脂肪（三酰甘油）的合成
原料：3-磷酸甘油和脂酰 COA
（一）α —磷酸甘油的来源
1、EMP 中的DHAP 还原
2、甘油在甘油激E 的催化下生成α —磷酸甘油
（二）三酰甘油的合成
E磷酸甘油脱氢?α
磷酸甘油?α
DHAP
NADH+H
+
NAD
+
磷酸甘油?α
E转酰磷酯酸
E转酰三酰甘油
R1COSCoA
R2COSCoA
Pi
R3COSCoA
磷酸甘油?α
E甘油激
ATP
ADP
甘油
+2
mg
E磷酸二酰甘油生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 16 页 共 16 页
16
（三）脂酰COA 的合成
第四节 类脂代谢
自学
磷脂：细胞膜重要成份，对膜的流动性，膜蛋白的活性及对脂肪的吸收，转运、
贮藏起重要作用。
12OCORCH
2CHOCOR
OCH 2
P
OH
O
O H
胆 碱 卵磷脂
胆 胺 脑磷脂
丝氨酸 磷脂酰 Ser
E硫酯脂肪酸
COA酯酰
ACP脂酰
+ACP
CoASH
ATP
AMP+PPi
1
第六章 脂类代谢
第一节 生物体内的脂类
第二节 脂肪的降解
第三节 脂肪的合成
第四节 类脂代谢
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 16 页
2
第一节 生物体内的脂类
脂类：是脂肪、类脂及其衍生物的总称，不溶于水而溶于有机溶剂一类生物分子。
功能,（ 1）生物膜的成分 磷脂、糖脂及胆固醇是膜脂类的三种
主要类型。
（ 2）重要能源
（ 3）具有营养、代谢及调节功能 V
A
,V
D
,V
E
,V
E
、胆酸及固醇类激素等。
（ 4）保护作用 防止机械损伤、热量散失
（ 5）与细胞识别、种特异性及组织免疫等有密切关系
脂类按化学结构和组成可分为三大类,
一,单纯脂质
是脂肪酸（ C
4
以上）和醇（甘油醇和高级一元醇）构成的酯。
又分为 脂肪（室温下：液态→油；固态→脂）,
甘油 +3 个不同脂肪酸（多为偶数碳原子→脂肪）
蜡：高级脂肪酸（ C
12
—C
32
） +高级醇（ C
26
—C
28
）或固醇→蜡
二,复合脂质
单纯脂质 +非脂溶性物质
1,磷脂
含磷酸的单纯脂质衍生物，生物膜的主要成分
2、糖脂
即糖脂酰甘油，糖苷与甘油分子第三个羟基以糖苷键相连，甘油的另两个羟基被脂肪酸脂化。
主要存在于：动物神经系统、植物叶绿体及代谢活跃部位。
三、非皂化脂质
特点：大都不含脂肪酸
包括萜类、类固醇类及前列腺素等
（一）萜类
萜类和类固醇类（除胆固醇外）都是不含脂肪酸的非皂化脂质，而且均为异戊二烯的衍生物，又称异戊二烯的脂质。
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 3 页 共 16 页
3
异戊二烯的结构,
由二个异戊二烯构成的萜为单萜 例柠檬苦素（柠檬油主成分）
三个异戊二烯构成的萜为倍半萜 法尼醇（昆虫保幼激素）
四个异戊二烯构成的萜为二萜 叶绿醇（叶绿素组分）
单萜结构
(二 )固醇类
为环状高分子一元醇，可离态或与脂肪酸结合成酯的形式存在，都含环戊烷多氢菲母核。
菲 环戊烧多氢菲 固醇类基本结构
第二节 脂肪的降解
脂肪是由甘油的三个羟基与三个脂肪酸缩合而成，也称为甘油三酯。
脂肪是动物体内重要的贮能物质，当机体需要时，贮存在脂肪细胞中的脂肪被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸和甘油并释放进入血液，被其他组织氧化利用，这一过程也称为脂肪动员作用。水解产物脂肪酸和甘油在动物体内经扩散作用进入肠黏膜细胞，再经淋巴系统进入血液。
一,脂肪的酶促降解
脂肪酶 甘油 二酯酶 甘油单酯酶
1、动物：甘油三酯 甘油二酯 甘油单酯 甘油
脂肪酸 脂肪酸 脂肪酸
2,植物：由α—脂酶完成。
二、甘油命运
CH
2
=C-CH=CH
2
CH
3
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 16 页
4
脂肪动员的结果使脂肪分解成游离脂肪酸和甘油，,然后进入血液。甘油经血液运送至肝、肾、肠等组织，主要在肝中甘油激酶的催化下，转变为α—磷酸甘油。
二,脂肪酸的氧化分解
脂肪酸在体内氧化分解供给能量，氧化分解存在几条不同的途径，主要有β-
氧化、α —氧化、ω —氧化。
（一）β-氧化（主要途径）,是19 世纪初提出的。
是发生在脂肪酸β-碳原子上的氧化作用，即在一系列酶的作用下，α、β碳原子之间断裂,分解下两个碳,β-碳原子被氧化成羧基,生成少了两个碳的脂肪酸。
1、历程
五种 E 催化的五步反应完成
（ 1）脂肪酸的活化：在细胞液中进行，在脂酰 COA 合成酶的，脂肪酸转变为脂酰
COA 的过程，该过程需要 COA 和 ATP 的参与，注意 ATP AMP 相当于消耗 2
分子 ATP。 脂酰 COA 需经运载系统进入线粒体才能进行β-氧化 （在线粒体中进行） 。
该运载系统后面讲。
（ 2）脱氢：在脂酰 COA 脱氢酶的催化下，脂酰 COA 在α、β位碳原子上脱氢，
形成α、β—烯脂酰 COA，同时 FAD接受氢被还原成 FADH 2。
（ 3）水化：在烯脂酰 COA 水化酶的催化下，烯脂酰 COA 在双键上加上一分子水，形成β—羟脂酰 COA。
（ 4）脱氢：在β—羟脂酰 COA 脱氢酶的催化下，β—羟脂酰 COA 的β位上的羟基脱氢氧化成β—酮脂酰 COA，同时 NAD接受氢被还原成 NADH。
（ 5）硫解：在β—酮脂酰 COA 硫解酶（简称硫解酶）的催化下，β—酮脂酰 COA在甘油
E甘油激磷酸甘油?α
脂肪合成糖异生脂肪合成
ATP ADP
2H
DHAP
EMP TCA
E脱氢生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 5 页 共 16 页
5
软脂酸 +8CoASH+ATP+7FAD+7NAD
+
+7H
2
O
8 乙酰
COA+AMP+PP
i
+ 7FADH
2
+ 7NADH + 7H
+
8乙酰 COA 经 TCA 8× 12=96
7FAD 7×2=14
7（NADH+H
+
） 7×3=21
131 ATP
α和β位之间被 1 分子 COA 硫解，产生乙酰 COA 和缩短了两个碳原子的脂酰 COA，
后四步反应组成了 1 次β-氧化。
注意：以上 4 步反应都是可逆反应，但由于第四步硫解作用是高度放能反应，
从而使整个β—氧化过程往裂解方向进行。对于长链脂肪酸需要经过多次β-氧化，
每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（含偶数 C 的脂肪酸）或三碳含奇数碳的脂肪酸） 。
2、能量计算
以 C
16
软脂酸为例，经 7 次循环，产生 8 分子乙酰 COA,7 分子 FADH
2
,7 分子
NADH，消耗 2 分子 ATP，净生成 ATP 数,129
能量公式,
消耗 1 ATP （ 2 个高能键）, C
16
净生成 130（ 129） ATP
COA乙酰脂肪酸
COA脂酰
COA烯脂酰 βα
COA羟脂酰?β
COA酮脂酰?β
AT P
ADP+PPi
2H
H
2
O
2H
(NAD )
+
CoASH
212*
2
5*)1
2
(?+?
nn
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 16 页
6
3、乙酰 COA 的去路
（ 1）进入 TCA CO
2
和 H
2
O
（ 2）进入乙醛酸循环 琥珀酸 进入线粒体 TCA 苹果酸
苹果酸
进入细胞质 草酰乙酸 丙酮酸 糖异生
（ 3）合成胆固醇。注：合成胆固醇的碳源为乙酰 COA，此外还需要还原剂 NADPH
和能源 ATP 合成过程分 4 个阶段 P238。
（ 4）动物肝细胞中生成酮体（乙酰乙酸、β—羟丁酸和丙酮） 。注,（1）肝脏组织将乙酰 COA转变为酮体； （2）肝外组织则将酮体转变为乙酰 COA。
4、动、植物β-氧化的区别
（ 1）动物：β -氧化是在线粒体基质中进行的，而脂肪酸的活化则在胞液中进行，
产生的脂酰 COA 不能直接穿过线粒体内膜，必须以肉毒碱为载体，形成脂酰肉碱的形式才能穿过线粒体膜。
I：肉碱脂酰转移酶 I
II：肉碱脂酰转移酶 II
以上转运机制首先在动物细胞中被确证,目前发现在植物细胞中脂酰 COA 也有类似的转运机制。
（ 2）植物：β -氧化发生在乙醛酸体中（一种过氧化物酶体）,也有在线粒体中进行。
（二）α —氧化
脂肪酸的 Cα 位氧化，每次脱去 1 分子 CO
2
特点,
胞液侧肉碱内膜肉碱肉碱肉碱基质侧
RC-SCoA
CoASH
I
RC
O
RC
O
II
CoASH
RC-SCoA
O
O
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 7 页 共 16 页
7
①需过氧化氢及脂肪酸过氧化物酶
②以 C 12—C18的游离脂肪酸为底物
③消除β —氧化的β-位阻，如β-碳原子上有取代基团（分枝）先进行α-氧化，便可消除障碍
④α-氧化协同β氧化可产生奇数的脂肪酸 —丙酸（COA、ACP 组成成分丙 aa 前体）
（三）ω —氧化
脂肪酸ω-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
α、ω -二羧酸的过程称为ω —氧化。
意义：形成α、ω -二羧酸，两端同时进行β -氧化，在生物体内加速脂肪酸的降解，生成水溶物，消除石油污染。
（四）酮体代谢
1,酮体的生成：主要在肝细胞线粒体中由乙酰 COA 缩合而成。 P219 图 8-7 酮体的生成途径。
2,酮体的利用：酮体在肝内产生，本身不能利用。酮体随血液流到肝外组织（包括心肌、骨骼肌及大脑等）,进行氧化功能，酮体的分解。 P220 图 8-8。
3,酮体的生理意义：肝脏输出能源的一种形式。缺葡萄糖时，可利用酮体氧化分解功能以节约葡萄糖，与脂肪酸相比，酮体能更为有效的代替葡萄糖，机体的这种安排是把脂肪酸的氧化集中在肝脏中进行，在那里先把他消化为酮体，再输出，以利于其他组织利用。
4,酮病：正常情况下，血液中酮体含量很少，肝脏中产生酮体的速度和肝外组织分解酮体的速度处于动态平衡中，由于酮体主要成分是酸性的物质，其大量积存的结果常导致动物酸碱平衡失调，引起酸中毒。
四、乙醛酸循环
1、意义,（ 1）在植物脂肪酸分解转化中是一个重要途径，将 C
2
C
4
酸补充
TCA 循环中的 C
4
酸。油料种子发芽，将脂肪 糖。
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 8 页 共 16 页
8
异柠檬酸裂解 E
苹果酸合成 E
（ 2）参与植物光呼吸。
2、发生部位
植物细胞的乙醛酸体
3、历程及关键酶
总反应
关键酶
第三节 脂肪的生物合成
脂肪的生物合成可分为三个部分,1、甘油的生成； 2、脂肪酸的生成； 3、由甘油和脂肪酸合成脂肪。
一,脂肪酸的生物合成
生物体内的脂肪酸多种多样，不但链的长短不一，不饱和键的数目和位置也各不相同，他们的合成过程包括,1、饱和脂肪酸的从头合成； 2、脂肪酸碳链的延长；
3、不饱和键的形成。
（一）饱和脂肪酸的从头合成（主要途径）
合成地点,细胞质
碳源,乙酰 COA
还原剂,NADPH+H
+
来自, PPP 途径（ 60%）,其余由 EMP 的 NADH
再经转化而来。
2 乙酰 COA + NAD
+
琥珀酸 + 2COA + NADH + H
+
COA乙酰柠檬酸异柠檬酸琥珀酸乙醛酸
COA乙酰苹果酸草酰乙酸
CoASH
2H
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 9 页 共 16 页
9
H
+
+NADH+草酰乙酸 苹果酸 +NAD
+
苹果酸
乙酰 COA 的来源,
1、乙酰 COA 的转运
脂肪酸的合成在细胞质中，线粒体基质中的乙酰 COA 不能自由越膜，借助于柠檬酸—丙酮酸循环的转运途径实现其转移。在植物体内，线粒体内产生的乙酰 COA
先脱去 COA 以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒体外由脂酰 COA 合成酶催化重新形成乙酰 COA。因此植物体内可能不存在“柠檬酸穿梭”过程
乙酰 COA 从线粒体 细胞质
Pyr 乙酰 COA（ mt）
aa降解
脂肪酸氧化（ mt）
→?
HE苹果酸脱
NADP
+
NADPH+H
+
Pyr+CO
2
E苹果酸膜Mt
柠檬酸 柠檬酸
COA乙酰草酰乙酸 COA乙酰苹果酸丙酮酸丙酮酸脱氢酶系Pyr
ATP
ADP+Pi
CoASH
2H
2H
CO
2
CO
2
ATP
CO
2
H
2
O
E
化羧草酰乙酸
(NADPH)
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 10 页 共 16 页
10
2、丙二酸单酰 COA 的合成（ C
2
供体合成）
脂肪酸合成原料为乙酰 COA，但参入脂肪酸链的二碳单位的直接供体不是乙酰
COA，而是乙酰 COA 的羧化产物丙二酸单酰 COA。 （与糖原、淀粉合成比较,G 的供体为糖核苷酸即 ADPG,UDPG,GDPG。 ）
①乙酰COA羧化酶复合体
由生物素羧化 E（BC）,羧基转移 E（CT）, 生物素羧基载体蛋白（BCCP）三个不同的亚基组成，其中 BCCP 连结有生物素辅基。每个亚基行使着不同的功能，但只有当他们聚合成完整的酶后才有活性。
②反应：反应需消耗ATP
反应分两步：第一步由 BC 亚基催化生物素的羧化作用，C 原子来自比 CO 2更活泼的
HCO3
-
。第二步由 CT 亚基催化使羧基从 BCCP—CO 2
-
转移到乙酰 COA 上形成丙二酸单酰
COA。 （图）
3、脂肪酸合酶系统（FAS）
脂肪酸合酶系统是一个多酶复合体,7 种蛋白组成,6 种酶以酰基载体蛋白为中心。
酰基载体蛋白（ ACP）
乙酰 COA,ACP 酰基转移酶（ AT）
丙二酸单酰 COA,ACP 转移酶（ MT）
β —酮脂酰-ACP 合成酶（KS）
β —酮脂酰-ACP 还原酶（KR）
β —羟脂酰-ACP 脱水酶（HD）
β —烯脂酰-ACP 还原酶（ER）
注意,尽管不同生物体内脂肪酸的合成过程相似,但 FAS 的组成却不相同 （参见P225
图 8-13） 。在大肠杆菌中，上述 6 种酶以 ACP 为中心，有序地组成松散的多酶复合体。ACP 是一个由 77 个 AA 残基组成的热稳定蛋白质，在它的第 36 位 SER残基上连有 4-磷酸泛酰巯基乙胺。该辅基犹如一个转动的手臂，以其末端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活性中心，从而发生各种反应。通常把 ACP上的巯基叫中央巯基，
BCCPSCoACOCHCOOH
MgCT
ACoAOCHCOBCCP
PiADPCOBCCP
MnBC
ATPHCOATP
+
+
+?
++?
+
+
+
→?
→?
2
2
,
32
2
2
,
3
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 11 页 共 16 页
11
β —酮脂酰-ACP 合成酶（KS）多肽链半胱氨酸残基上的巯基叫外围巯基。
4．从头合成的反应历程,
这一过程以乙酰 COA 为起点，由丙二酸单酰 COA 在羧基端逐步添加二碳单位，
合成出不超过 16 碳的脂酰基，最后脂酰基被水解成游离的脂肪酸。
（1）第一阶段：乙酰基和丙二酸单酰基进位。
乙酰基进位,乙酰 COA在转移酶催化下，乙酰基被转移到中央巯基上。
乙酰基移位,乙酰基由中央巯基转移到外围巯基上。
丙二酸单酰基进位,丙二酸单酰 COA 在转移酶催化下，丙二酸单酰基被转移到中央巯基上。
（2）第二阶段：脂肪酸链延伸
缩合,在合成酶催化下外围巯基上的乙酰基与中央巯基上的丙二酸单酰基缩合成β —酮丁酰基连接在中央巯基上，同时释放出一分子 CO 2。
还原,在还原酶催化下，β —酮丁酰基β位羰基被 NADPH 还原成羟基，生成β
—羟酯酰基。
脱水,在脱水酶催化下β —羟丁酰基的α、β碳原子间脱水生成反市式烯丁酰基。
还原,在还原酶催化下烯丁酰基的α、β之间双键被 NADPH 还原成单键，生成延长了两个碳单位的丁酰基。
生成的丁酰基再与新进位的丙二酸单酰基重复上述缩合、还原、脱水、再还原的循环反应，又延长两个碳片段。生成己酯酰基，如此反复进行，直至生成软酯酰基为止。
（3）第三阶段：脂酰基水解
当中央巯基上的脂酰基延长到一定程度 （不超过 16 碳） 后,在硫酯酶的作用下，
ACP 上的脂酰基或被转移到 COA 上，或形成游离脂肪酸，或者直接用于合成磷脂酸。
从乙酰COA合成软脂酰的反应可分为两部分
（1）先形成7 个丙二酸单酰 COA,（2）经 7 次循环形成软脂酰
总反应,
生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 12 页 共 16 页
12
与β-氧化作用的区别 P229。
（二）碳链的延长
从头合成只能合成 16C 以下的脂肪酸，16C 以上的脂肪酸是由延长系统以脂酰
COA 为起点形成的。可经过两条途径延长。
1、线粒体延长系统：延长过程发生在动物的线粒体中
① C 2供体 乙酰COA 还原剂 NADPH
② 反应
基本上是β-氧化的逆过程，只是第四个酶烯脂酰 COA 还原酶代替了β-氧化过程中的酯酰 COA 脱氢酶
COA乙酰
ACP乙酰 COA丙二酸单酰
ACP丙二酸单酰
ACP酮丁酰?β
ACP羟丁酰?βACP烯丁酰
β
ACP丁酰
CO 2
ATP
ADP+Pi
CO 2
ACP
NADPH+H
+
NADP
+
H2O
2H C16ACP
() PiADPOHNADPCoASHC
HNADPHATPCOA
77614816
141478
2
+++++
→+++
+
软脂酸乙酰生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 13 页 共 16 页
13
2、内质网延长系统（非线粒体延长系统）
①C 2供体 丙二酸单酰 COA
②还原剂 NADPH
动、植物都存在内质网延长系统，过程与脂肪酸从头合成相似，不同的是脂酰基载体为 COA。
（三）不饱和脂肪酸的合成
生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸，如棕榈油酸（16：1Δ
9
）,油酸（18：
1Δ
9
）,亚油酸（18：2Δ
9，12
）,亚麻酸（18：3Δ
9，12，15
）等，它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。去饱和作用有需氧和厌氧两条途径，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。
1、单烯脂酸的合成
去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的 9、10 位碳原子上（从羧基端开始计数）生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸） 。
（1）需氧途径（氧化脱氢途径 ）
该途径由去饱和酶系催化，需要氧和 NADPH 的共同参与。
①动物组织,去饱和酶系由去饱和酶及一系列的电子传递体组成。在该途径中，
RCOSCoA + CH
3
COSCoA
2H
RCHOHCH
2
COSCoA
RCH=CHCOSCoA
RCH
2
CH
2
COSCoA
H
2
O
2H
RCOCH
2
COSCoA
硫解 E
L-β -羟脂酰 COA 脱 HE
烯脂酰 COA 水合酶
A
烯脂酰 COA 还原酶生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 14 页 共 16 页
14
一分子氧接受来自去饱和酶的两对电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从 NADPH 获得，另一对则是从脂酰基获得，结果 NADPH 被氧化成NADP，脂酰基被氧化成双键。
反应式,
脂肪酸去饱和电子传递途径,
②植物及微生物组织,植物和动物体内的去饱和酶系略有不同，前者结合在内质网膜上，以脂酰—COA 为底物；后者结合在质体中，以脂酰—ACP 为底物。此外，两者的电子传递体的组成也略有差别—动物体内的细胞色素 b 5在植物体内为铁硫蛋白。
③动、植物单烯脂酸合成的区别
去饱和E 位置 底物 产物 还原剂 C 2载体 低浓度亚砷酸盐
动物 内质网 硬脂酰COA 油酰COA NA DPH NADH 乙酰COA、丙二酸单酰COA 不敏感
植物 叶绿体、细胞质 硬酯酰ACP 油酯酰ACP NADP H 丙二酸单酰 ACP 敏感
（2）厌氧途径
厌氧途径是厌氧微生物合成单烯脂酸的方式，这一过程发生在脂肪酸从头合成的过程中。当 FAS 系统从头合成到 10 个碳的羟脂酰—ACP（β—羟癸酰—ACP）时，
由专一性的β—羟癸酰—ACP 脱水酶催化在β、γ位之间脱水，生成β、γ—烯癸酰—ACP，然后继续参入二碳单位，进行从头合成反应过程。这样，就可产生不同长短的单不饱和脂肪酸。
厌氧途径只能生成单不饱和脂肪酸，因此厌氧微生物中不存在多不饱和脂肪
CH
3
(CH
2
)
16
COSCoA CH
2
(CH
2
)
7
CH = CH(CH
2
)COSCoA
O
2
H
2
O
2H
COA不饱和脂酰
)(NADPH
NADH E-FAD Cytb
5
2H
2e
ˉ
NADPH FP FeS
2H2H
2
O O
2
2eˉ
2
eˉ
COA饱和脂酰动物生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 15 页 共 16 页
15
酸。
2、多烯脂酸的合成
具有一个以上双键的不饱和脂肪酸，除厌氧细菌外所有生物都含有。
去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的 9、10 位碳原子上（从羧基端开始计数）生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸） 。对于动物，尤其是哺乳动物，从该双键向脂肪酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸；而植物则是从该双键向脂肪酸的甲基端继续去饱和生成如亚油酸、亚麻酸等多烯脂肪酸。此外，植物的继续去饱和并不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和，它也是一个需氧的过程。
必需脂肪酸,动物因缺乏在脂肪酸的第 9位碳以上的位置形成双键的去饱和酶，
不能合成亚油酸和亚麻酸，必需从食物中获得。
二、脂肪（三酰甘油）的合成
原料：3-磷酸甘油和脂酰 COA
（一）α —磷酸甘油的来源
1、EMP 中的DHAP 还原
2、甘油在甘油激E 的催化下生成α —磷酸甘油
（二）三酰甘油的合成
E磷酸甘油脱氢?α
磷酸甘油?α
DHAP
NADH+H
+
NAD
+
磷酸甘油?α
E转酰磷酯酸
E转酰三酰甘油
R1COSCoA
R2COSCoA
Pi
R3COSCoA
磷酸甘油?α
E甘油激
ATP
ADP
甘油
+2
mg
E磷酸二酰甘油生物化学, 脂类代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 16 页 共 16 页
16
（三）脂酰COA 的合成
第四节 类脂代谢
自学
磷脂：细胞膜重要成份，对膜的流动性，膜蛋白的活性及对脂肪的吸收，转运、
贮藏起重要作用。
12OCORCH
2CHOCOR
OCH 2
P
OH
O
O H
胆 碱 卵磷脂
胆 胺 脑磷脂
丝氨酸 磷脂酰 Ser
E硫酯脂肪酸
COA酯酰
ACP脂酰
+ACP
CoASH
ATP
AMP+PPi
