脂肪代谢

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脂类主要包括以下几种:

1脂肪:由甘油和脂肪酸合成,体内脂肪酸来源有二:一是机体自身合成,二是食物供给特别是某些不饱和脂肪酸,机体不能合成,称必需脂肪酸,如亚油酸、α-亚麻酸。

2磷脂:由甘油与脂肪酸、磷酸及含氮化合物生成。

3鞘脂:由鞘氨酸与脂肪酸结合的脂,含磷酸者称鞘磷脂,含糖者称为鞘糖脂

4胆固醇脂:胆固醇与脂肪酸结合生成。  

脂类消化与吸收

消化主要在小肠上段经各种酶及胆汁酸盐的作用,水解为甘油、脂肪酸等。

脂类的吸收含两种情况:

中链、短链脂肪酸构成的甘油三酯乳化后即可吸收——>肠粘膜细胞内水解为脂肪酸及甘油——>门静脉入血。长链脂肪酸构成的甘油三酯在肠道分解为长链脂肪酸和甘油一酯,再吸收——>肠粘膜细胞内再合成甘油三酯,与载脂蛋白、胆固醇等结合成乳糜微粒——>淋巴入血。  

甘油三酯代谢

(一)合成代谢

甘油三酯是机体储存能量及氧化供能的重要形式。

1合成部位及原料

肝、脂肪组织、小肠是合成的重要场所,以肝的合成能力最强,注意:肝细胞能合成脂肪,但不能储存脂肪。合成后要与载脂蛋白、胆固醇等结合成极低密度脂蛋白,入血运到肝外组织储存或加以利用。若肝合成的甘油三酯不能及时转运,会形成脂肪肝脂肪细胞是机体合成及储存脂肪的仓库。

合成甘油三酯所需的甘油及脂肪酸主要由葡萄糖代谢提供。其中甘油由糖酵解生成的磷酸二羟丙酮转化而成,脂肪酸由糖氧化分解生成的乙酰CoA合成。

2合成基本过程

①甘油一酯途径:这是小肠粘膜细胞合成脂肪的途径,由甘油一酯和脂肪酸合成甘油三酯。

②甘油二酯途径:肝细胞和脂肪细胞的合成途径。

脂肪细胞缺乏甘油激酶因而不能利用游离甘油,只能利用葡萄糖代谢提供的3-磷酸甘油。  

(二)分解代谢

即为脂肪动员,在脂肪细胞内激素敏感性甘油三酯脂的酶作用下,将脂肪分解为脂肪酸及甘油并释放入血供其他组织氧化。

甘油甘油激酶——>3-磷酸甘油——>磷酸二羟丙酮——>糖酵解或有氧氧化供能,也可转变成糖脂肪酸与清蛋白结合转运入各组织经β-氧化供能。  

(三)脂肪酸的分解代谢—β-氧化

在氧供充足条件下,脂肪酸可分解为乙酰CoA,彻底氧化成CO2和H2O并释放出大量能量,大多数组织均能氧化脂肪酸,但脑组织例外,因为脂肪酸不能通过血脑屏障。其氧化具体步骤如下:

1. 脂肪酸活化,生成脂酰CoA。

2.脂酰CoA进入线粒体,因为脂肪酸的β-氧化在线粒体中进行。这一步需要肉碱的转运。肉碱脂酰转移酶I是脂酸β氧化的限速酶,脂酰CoA进入线粒体是脂酸β-氧化的主要限速步骤,如饥饿时,糖供不足,此酶活性增强,脂肪酸氧化增强,机体靠脂肪酸来供能。

3.脂肪酸的β-氧化,基本过程(见原书)

丁酰CoA经最后一次β氧化:生成2分子乙酰CoA

故每次β氧化1分子脂酰CoA生成1分子FADH2,1分子NADH+H+,1分子乙酰CoA,通过呼吸链氧化前者生成2分子ATP,后者生成3分子ATP。

4脂肪酸氧化的能量生成

脂肪酸与葡萄糖不同,其能量生成多少与其所含碳原子数有关,因每种脂肪酸分子大小不同其生成ATP的量中不同,以软脂酸为例;1分子软脂酸含16个碳原子,靠7次β氧化生成7分子NADH+H+,7分子FADH2,8分子乙酰CoA,而所有脂肪酸活化均需耗去2分子ATP。故1分子软脂酸彻底氧化共生成:

7×2.5+7×1.5+8×10-2=106分子ATP

以重量计,脂肪酸产生的能量比葡萄糖多。  

(四)脂肪酸的其他氧化方式

1不饱和脂肪酸的氧化,也在线粒体进行,其与饱和脂肪酸不同的是键的顺反不同,通过异构体之间的相互转化,即可进行β-氧化。

2过氧化酶体脂酸氧化:主要是使不能进入线粒体的二十碳、二十二碳脂肪酸先氧化成较短的脂肪酸,以便能进入线粒体内分解氧化,对较短键脂肪酸无效。

3丙酸的氧化:人体含有极少量奇数碳原子脂肪酸氧化后还生成1分子丙酰CoA,丙酰CoA经羧化及异构酶作用转变为琥珀酰CoA,然后参加三羧酸循环而被氧化。  

(五)酮体的生成及利用

酮体包括乙酰乙酸、β-羟丁酸丙酮。酮体是脂肪酸在肝分解氧化时特有的中间代谢物,脂肪酸在线粒体中β氧化生成的大量乙酰CoA除氧化磷酸化提供能量外,也可合成酮体。但是肝却不能利用酮体,因为其缺乏利用酮体的酶系。

1生成过程:

2利用:肝生成的酮体经血运输到肝外组织进一步分解氧化。

总之肝是生成酮体的器官,但不能利用酮体,肝外组织不能生成酮体,却可以利用酮体。

3生理意义

长期饥饿,糖供应不足时,脂肪酸被大量动用,生成乙酰CoA氧化供能,但象脑组织不能利用脂肪酸,因其不能通过血脑屏障,而酮体溶于水,分子小,可通过血脑屏障,故此时肝中合成酮体增加,转运至脑为其供能。但在正常情况下,血中酮体含量很少。

严重糖尿病患者,葡萄糖得不到有效利用,脂肪酸转化生成大量酮体,超过肝外组织利用的能力,引起血中酮体升高,可致酮症酸中毒

4酮体生成的调节

①1″饱食或糖供应充足时:胰岛素分泌增加,脂肪动员减少,酮体生成减少;2″糖代谢旺盛3-磷酸甘油及ATP充足,脂肪酸脂化增多,氧化减少,酮体生成减少;3″糖代谢过程中的乙酰CoA和柠檬酸别构激活乙酰CoA羧化酶,促进丙二酰CoA合成,而后者能抑制肉碱脂酰转移酶

Ⅰ,阻止β-氧化的进行,酮体生成减少。

②饥饿或糖供应不足或糖尿病患者,与上述正好相反,酮体生成增加。  

(六)脂肪酸的合成代谢

1脂肪酸主要从乙酰CoA合成,凡是代谢中产生乙酰CoA的物质,都是合成脂肪酸的原料,机体多种组织均可合成脂肪酸,肝是主要场所,脂肪酸合成酶系存在于线粒体外胞液中。但乙酰CoA不易透过线粒体膜,所以需要穿梭系统将乙酰CoA转运至胞液中,主要通过柠檬酸-丙酮酸循环来完成。

脂酸的合成还需ATP、NADPH等,所需氢全部NADPH提供,NADPH主要来自磷酸戊糖通路。

2软脂酸的合成过程(见原书)

乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶,存在于胞液中,辅基为生物素。柠檬酸、异柠檬酸是其变构激活剂,故在饱食后,糖代谢旺盛,代谢过程中的柠檬酸可别构激活此酶促进脂肪酸的合成,而软脂酰CoA是其变构抑制剂,降低脂肪酸合成。此酶也有共价修饰调节,胰高血糖素通过共价修饰抑制其活性。

②从乙酰CoA和丙二酰CoA合成长链脂肪酸,实际上是一个重复加长过程,每次延长2个碳原子,由脂肪酸合成多酶体系催化。哺乳动物中,具有活性的酶是一二聚体,此二聚体解聚则活性丧失。每一亚基皆有ACP及辅基构成,合成过程中,脂酰基即连在辅基上。丁酰是脂酸合成酶催化第一轮产物,通过第一轮乙酰CoA和丙二酰CoA之间缩合、还原、脱水、还原等步骤,C原子增加2个,此后再以丙二酰CoA为碳源继续前述反应,每次增加2个C原子,经过7次循环之后,即可生成16个碳原子的软脂酸。

3酸碳链的加长。

碳链延长在肝细胞的内质网或线粒体中进行,在软脂酸的基础上,生成更长碳链的脂肪酸。

4脂肪酸合成的调节(过程见原书)

胰岛素诱导乙酰CoA羧化酶、脂肪酸合成酶的合成,促进脂肪酸合成,还能促使脂肪酸进入脂肪组织,加速合成脂肪。而胰高血糖素、肾上腺素生长素抑制脂肪酸合成。  

(七)多不饱和脂肪酸的重要衍生物

前列腺素血栓素、白三烯均由多不饱和脂肪酸衍生而来,在调节细胞代谢上具有重要作用,与炎症免疫、过敏及心血管疾病等重要病理过程有关。在激素或其他因素刺激下,膜脂由磷脂酶A2催化水解,释放花生四烯酸,花生四烯酸在脂过氧化酶作用下生成丙三烯,在环过氧化酶作用下生成前列腺素、血栓素。  

磷脂的代谢

含磷酸的脂类称磷脂可分为两类:由甘油构成的磷脂称甘油磷脂,由鞘氨醇构成的称鞘磷脂。  

(一)甘油磷脂的代谢

甘油磷脂由1分子甘油与2分子脂肪酸和1分子磷酸组成,2位上常连的脂酸是花生四烯酸,由于与磷酸相连的取代基团不同,又可分为磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)、二磷脂酰甘油(心磷脂)等。

1甘油磷脂的合成

①合成部位及原料

全身各组织均能合成,以肝、肾等组织最活跃,在细胞的内质网上合成。合成所用的甘油、脂肪酸主要用糖代谢转化而来。其二位的多不饱和脂肪酸常需靠食物供给,合成还需ATP、CTP。

②合成过程

磷脂酸是各种甘油磷脂合成的前体,主要有两种合成途径:

1″甘油二酯合成途径:脑磷脂、卵磷脂由此途径合成,以甘油二酯为中间产物,由CDP胆碱等提供磷酸及取代基。

2″CDP-甘油二酯途径:肌醇磷脂,心磷脂由此合成,以CDP-甘油二酯为中间产物再加上肌醇等取代基即可合成。

2甘油磷脂的降解

主要是体内磷脂酶催化的水解过程。其中磷脂酶A2能使甘油磷脂分子中第2位酯键水解,产物为溶血磷脂及不饱和脂肪酸,此脂肪酸多为花生四烯酸,Ca2+为此酶的激活剂。此溶血磷脂是一类较强的表面活性物质,能使细胞膜破坏引起溶血或细胞坏死。再经溶血磷脂酶继续水解后,即失去溶解细胞膜的作用。  

(二)鞘磷脂的代谢

主要结构为鞘氨醇,1分子鞘氨醇通常只连1分子脂肪酸,二者以酰胺链相连,而非酯键。再加上1分子含磷酸的基团或糖基,前者与鞘氨醇以酯键相连成鞘磷脂,后者以β糖苷键相连成鞘糖脂,含量最多的神经鞘磷脂即是以磷酸胆碱,脂肪酸与鞘氨醇结合而成。

1合成代谢

以脑组织最活跃,主要在内质网进行。反应过程需磷酸呲哆醛,NADPH+H+等辅酶,基本原料为软脂酰CoA及丝氨酸

2降解代谢

由神经鞘磷脂酶(属磷脂酶C类)作用,使磷酸酯键水解产生磷酸胆碱及神经酰胺(N-脂酰鞘氨醇)。若缺乏此酶,可引起痴呆等鞘磷脂沉积病。  

胆固醇的代谢

(一)合成代谢

1.几乎全身各组织均可合成,肝是主要场所,合成主要在胞液及内质网中进行。

2.合成原料乙酰CoA是合成胆固醇的原料,因为乙酰CoA是在线粒体中产生,与前述脂肪酸合成相似,它须通过柠檬酸——丙酮酸循环进入胞液,另外,反应还需大量的NADPH+H+及ATP。合成1分子胆固醇需18分子乙酰CoA、36分子ATP及16分子NADPH+H+。乙酰CoA及ATP多来自线粒体中糖的有氧氧化,而NADPH则主要来自胞液中糖的磷酸戊糖途径。

3合成过程

简单来说,可划分为三个阶段。

甲羟戊酸(MVA)的合成:首先在胞液中合成HMGCoA,与酮体生成HMGCoA的生成过程相同。但在线粒体中,HMGCoA在HMGCoA裂解酶催化下生成酮体,而在胞液中生成的HMGCoA则在内质网HMGCoA还原酶的催化下,由NADPH+H+供氢,还原生成MVA。HMGCoA还原酶是合成胆固醇的限速酶。

②鲨烯的合成:MVA由ATP供能,在一系列酶催化下,生成3OC的鲨烯。

③胆固醇的合成:鲨烯经多步反应,脱去3个甲基生成27C的胆固醇。

4.调节

HMGCoA还原酶是胆固醇合成的限速酶。多种因素对胆固醇的调节主要是通过对此酶活性的影响来实现的。

②胆固醇:可反馈抑制胆固醇的合成。

③激素:胰岛素能诱导HMGCoA还原酶的合成,增加胆固醇的合成,胰高血糖素及皮质醇正相反。  

(二)胆固醇的转化

1转化为胆汁酸,这是胆固醇在体内代谢的主要去路。

2转化为固醇类激素,胆固醇是肾上腺皮质卵巢等合成类固醇激素的原料,此种激素包括糖皮质激素性激素

3转化为7-脱氢胆固醇,在皮肤,胆固醇被氧化为7-脱氢胆固醇,再经紫外光照射转变为VitD3。  

血浆脂蛋白代谢

(一)血浆脂蛋白分类

1电泳法:可将脂蛋白分为前β、β脂蛋白及乳糜微粒(CM)。

2超速离心法:分为乳糜微粒、极低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)分别相当于电泳分离的CM、前β、β、α-脂蛋白。

(二)血浆脂蛋白组成

血浆脂蛋白主要由蛋白质、甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯组成。游离脂肪酸与清蛋白结合而运输不属于血浆脂蛋白之列。CM最大,含甘油三酯最多,蛋白质最少,故密度最小。VLDL含甘油三酯亦多,但其蛋白质含量高于CM。LDL含胆固醇及胆固醇酯最多。HDL含蛋白质量最多。

(三)脂蛋白的结构

血浆各种脂蛋白具有大致相似的基本结构。疏水性较强的甘油三酯及胆固醇酯位于脂蛋白的内核,而载脂蛋白、磷脂及游离胆固醇等双性分子则以单分子层覆盖于脂蛋白表面,其非极性向朝内,与内部疏水性内核相连,其极性基团朝外,脂蛋白分子呈球状。CM及VLDL主要以甘油三酯为内核,LDL及HDL则主要以胆固醇酯为内核。因脂蛋白分子朝向表面的极性基团亲水,故增加了脂蛋白颗粒的亲水性,使其能均匀分散在血液中。从CM到HDL,直径越来越小,故外层所占比例增加,所以HDL含载脂蛋白,磷脂最高。

(四)载脂蛋白

脂蛋白中的蛋白质部分称载脂蛋白,主要有apoA、B、C、D、E五类。不同脂蛋白含不同的载脂蛋白。载脂蛋白是双性分子,疏水性氨基酸组成非极性面,亲水性氨基酸为极性面,以其非极性面与疏水性的脂类核心相连,使脂蛋白的结构更稳定。

(五)代谢

1乳糜微粒

主要功能是转运外源性甘油三酯及胆固醇。空腹血中不含CM。外源性甘油三酯消化吸收后,

在小肠粘膜细胞内再合成甘油三酯、胆固醇,与载脂蛋白形成CM,经淋巴入血运送到肝外组

织中,在脂蛋白脂肪酶作用下,甘油三酯被水解,产物被肝外组织利用,CM残粒被肝摄取利

用。

2极低密度脂蛋白

VLDL是运输内源性甘油三酯的主要形式。肝细胞及小肠粘膜细胞自身合成的甘油三酯与载脂

蛋白,胆固醇等形成VLDL,分泌入血,在肝外组织脂肪酶作用下水解利用,水解过程中VLDL

与HDL相互交换,VLDL变成IDL被肝摄取代谢,未被摄取的IDL继续变为LDL。

3低密度脂蛋白

人血浆中的LDL是由VLDL转变而来的,它是转运肝合成的内源性胆固醇的主要形式。肝是降

解LDL的主要器官,肝及其他组织细胞膜表面存在LDL受体,可摄取LDL,其中的胆固醇脂水

解为游离胆固醇及脂肪酸,水解的游离胆固醇可抑制细胞本身胆固醇合成,减少细胞对LDL

的进一步摄取,且促使游离胆固醇酯化在胞液中储存,此反应是在内质网脂酰CoA胆固醇脂

转移酶(ACAT)催化下进行的。

除LDL受体途径外,血浆中的LDL还可被单核吞噬细胞系统清除。

4高密度脂蛋白

主要作用是逆向转运胆固醇,将胆固醇从肝外组织转运到肝代谢。新生HDL释放入血后径系

列转化,将体内胆固醇及其酯不断从CM、VLDL转入HDL,这其中起主要作用的是血浆卵磷脂

胆固醇脂酰转移酶(LCAT),最后新生HDL变为成熟HDL,成熟HDL与肝细胞膜HDL受体结合被摄

取,其中的胆固醇合成胆汁酸或通过胆汁排出体外,如此可将外周组织中衰老细胞膜中的胆

固醇转运至肝代谢并排出体外。

(六)高脂血症

血脂高于正常人上限即为高脂血症,表现为甘油三脂、胆固醇含量升高,表现在脂蛋白上,

CM、VLDL、LDL皆可升高,但HDL一般不增加。

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