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　　第二节 脂肪的分解代谢

　　食物中的脂肪通过消化被脂肪酶逐步降解为甘油和游离脂肪酸（FFA）,而储存于脂肪细胞中的脂肪通过脂肪动员降解，在脂肪动员中，三酰甘油脂肪酶的活性低，是脂肪动员的限速酶。脂肪分解是生物体利用脂肪作为供能原料的第一个步骤。

　　一、甘油的氧化

　　脂肪动员产生的甘油主要在肝细胞经甘油激酶作用生成3-磷酸甘油，再脱氢生成磷酸二羟丙酮后循糖代谢途径分解或经糖异生途径转化成葡萄糖。脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低，不能很好利用甘油。

　　二、脂肪酸的氧化分解

　　脂肪酸不溶于水，在血液中与清蛋白结合后（10:1），运送全身各组织，在组织的线粒体内氧化分解，释放大量的能量，以肝脏和肌肉最为活跃。1904年，Knoop用苯环作标记，追踪脂肪酸在动物体内的转变过程，发现当奇数碳脂肪酸衍生物被降解时，尿中检测出的是马尿酸，如果是偶数碳，尿中排出的是苯乙尿酸。显然脂肪酸酰基链的降解发生在β-碳原子上，即每次从脂酸链上切下一个二碳单位。以后的科学实验证明β-氧化学说是正确的，切下的二碳单位是乙酰CoA，脂肪酸进入线粒体前先被活化。

　　（一）脂肪酸的活化

　　在胞液中FFA通过与CoA酯化被激活,催化该反应的酶是脂酰CoA合成酶，需ATP、Mg2+参与。反应产生的PPi立即被焦磷酸酶水解，阻止了逆反应，所以1分子FFA的活化实际上消耗2个高能磷酸键。

　　RCOOH+ATP+CoASH—→RCO~SCoA+AMP+PPi

　　（二）脂酰CoA进入线粒体

　　脂肪酸的氧化是在线粒体内进行的, 而脂酰CoA不能自由通过线粒体内膜进入基质, 需耍通过线粒体内膜上肉毒碱转运才能将脂酰基带入线粒体。内膜两侧的脂酰CoA肉毒碱酰基转移酶Ⅰ、Ⅱ（同工酶）催化完成脂酰基的转运和肉毒碱的释放。酶Ⅰ是FFA氧化分解的主要限速酶。

　　（三）脂酰CoA的β-氧化

　　脂酰CoA氧化生成乙酰CoA涉及四个基本反应：第一次氧化反应、水化反应、第二次氧化反应和硫解反应。

　　第一步由脂酰CoA脱氢酶催化脱氢生成反-⊿2-烯脂酰CoA和 FADH2。

　　第二步由反-⊿2-烯脂酰CoA水化酶催化加水生成L-（+）-β-羟脂酰CoA。

　　第三步由L-（+）-β-羟脂酰CoA脱氢酶催化生成β-酮脂酰CoA和NADH+H+。

　　第四步由硫解酶作用底物的α-与β-C间断裂，CoASH参与，生成1分子乙酰CoA和比原来少2个C的脂酰CoA。然后再一轮β-氧化，如此循环反应。

　　（四）脂肪酸氧化的能量计算

　　1分子软脂酸（16C）经7次β-氧化可生成8个乙酰CoA、7个NADH+H+、7个FADH2。每个乙酰CoA进入TCA循环生成3个NADH+H+、1个FADH2、1个GTP，并释放2分子CO2。

　　总反应方程式是：软脂酰CoA+23 O2+131Pi+131ADP→CoASH+16 CO2+123H2O+131ATP

　　净生成的ATP数：12×8＋3×7＋2×7－2 =129。 (脂肪酸活化消耗2个高能磷酸键，相当消耗2个ATP)

　　当以脂肪为能源时，生物体还获得大量的水。骆驼的驼峰是储存脂的“仓库”，既提供能量，又提供所需的水。

　　（五）脂肪酸氧化的其他途径

　　1. 奇数碳原子脂酸的氧化

　　人体含极少量奇数碳脂肪酸，而许多植物、海洋生物、石油酵母等含一定量的奇数碳脂肪酸。其β-氧化除生成乙酰CoA外，还生成1分子丙酰CoA，后者可通过β-羧化酶及异构酶的作用生成琥珀酰CoA，经TCA途径彻底氧化。

　　2. 不饱和脂肪酸的氧化

　　机体中脂酸约一半以上是不饱和脂肪酸，其中的双键均为顺式（cis）构型，不能被烯脂酰CoA水化酶作用（该酶催化的是反式构型双键的加水），所以需要异构酶和还原酶才能使一般不饱和脂肪酸的氧化进行下去。如油酸是十八碳一烯酸（cis-⊿9），细胞质中的油酸同样先活化生成油酰CoA，经转运系统换成线粒体基质中的油酰CoA，经三轮β-氧化生成3分子乙酰CoA和cis-⊿3-十二碳烯脂酰CoA，后者经异构酶催化为trans-⊿2-十二碳烯脂酰CoA，就可由烯脂酰CoA水化酶作用生成L-β-羟脂酰CoA，再经五轮β-氧化生成6分子乙酰CoA，总计9分子乙酰CoA。

　　多不饱和脂肪酸的氧化还需一个特殊的还原酶。

　　三、酮体的生成和利用

　　脂肪酸经β-氧化生成的大多数乙酰CoA进入TCA循环，当乙酰CoA的量超过TCA循环氧化能力时，多余的生成酮体（ketone bodies）,包括β-羟丁酸（占70%）、乙酰乙酸（占30%）和丙酮（微量）。酮体是燃料分子，作为“水溶性的脂”，在心脏和肾脏中比脂肪酸氧化得更快。

　　（一）酮体是在肝脏中合成的

　　2分子乙酰CoA经肝细胞线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶催化缩合成乙酰乙酰CoA，再在羟甲基戊二酸单酰CoA合成酶（HMG- CoA合成酶）的催化下，结合第三个乙酰CoA生成β-羟基-β-甲基戊二酸单酰CoA。然后HMG- CoA裂解酶催化生成乙酰乙酸和乙酰CoA。（乙酰乙酰CoA也可在硫酯酶催化下水解为乙酰乙酸和CoA）

　　乙酰乙酸在β-羟丁酸脱氢酶的催化下，由NADH供氢，被还原为β-羟丁酸或脱羧生成丙酮。

　　（二）酮体的利用

　　酮体是正常的、有用的代谢物，是很多组织的重要能源。但肝细胞氧化酮体的酶活性很低，因此酮体经血液运输到肝外组织进一步氧化分解。心、肾、脑和骨胳肌线粒体有活性很高的氧化酮体的酶。β-羟丁酸在β-羟丁酸脱氢酶催化下重新脱氢生成乙酰乙酸，在不同肝外组织中乙酰乙酸可在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶作用下转变为乙酰乙酰CoA，再由乙酰乙酰CoA硫解酶裂解为2分子乙酰CoA，进入TCA途径彻底氧化。

　　脑在正常代谢时主要以葡萄糖为能源，但在饥饿和患糖尿病时，也不得不利用乙酰乙酸，长期饥饿时，脑需要的燃料有75%是乙酰乙酸。长期饥饿和糖尿病患者的呼吸中会拌有丙酮的气味（乙酰乙酸脱羧形成）。

　　正常情况下，血中酮体含量很低，为0.05~0.5mmol/L。在饥饿、高脂低糖膳食和糖尿病时，脂肪动员加强，酮体生成增加，超出肝外组织利用酮体的能力，血中酮体含量升高，造成酮症酸中毒，称为酮血症，若尿中酮体增多则称为酮尿症。