生物化学与分子生物学/甘油三酯代谢

维基教科书,自由的教学读本
跳到导航 跳到搜索

脂质代谢 - 脂质的构成、功能及分析 - 脂质的消化与吸收 - 甘油三酯代谢 - 磷脂代谢 - 胆固醇代谢 - 血浆脂蛋白及其代谢

甘油三酯氧化分解产生大量ATP[编辑]

甘油三酯分解代谢从脂肪动员开始[编辑]

脂肪动员(fat mob山zation) 指储存在白色脂肪细胞内的脂肪在脂肪酶作用下,逐步水解,释放游离脂肪酸和甘油供其他组织细胞氧化利用的过程。
曾经认为,脂肪动员由激素敏感性甘油三酯脂肪酶(hormone-sensitive triglyceride lipase, HSL)、也称激素敏感性脂肪酶(hormone sensitive lipase, HSL)调控。HSL催化甘油三酯水解的第一步,是脂肪动员的关键酶。随后发现催化甘油三酯水解第一步并不是HSL的主要作用,而是下面所描述的第二步反应。脂肪动员也还需多种酶和蛋白质参与,如脂肪组织甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase, ATGL)和Perilipin-1。
脂肪动员由多种内外刺激通过激素触发。当禁食、饥饿或交感神经兴奋时,肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素等分泌增加,作用于白色脂肪细胞膜受体,激活腺苷酸环化酶,使腺苷酸环化成cAMP, 激活cAMP依赖蛋白激酶,使细胞质内脂滴包被蛋白-1(Perilipin-1)和HSL磷酸化。磷酸化的Perilipin-1一方面激活ATGL,另一方面使因磷酸化而激活的HSL从细胞质转移至脂滴表面。脂肪在脂肪细胞内分解的第一步主要由ATGL催化,生成甘油二酯和脂肪酸。第二步主要由HSL催化,主要水解甘油二酯sn-3位酯键,生成甘油一酯和脂肪酸。最后,在甘油一酯脂肪酶(monoacylglycerol lipase, MGL) 的催化下,生成甘油和脂肪酸。所以,上述激素能够启动脂肪动员、促进脂肪水解为游离脂肪酸和甘油,称为脂解激素。而胰岛素、前列腺素E2等能对抗脂解激素的作用,抑制脂肪动员,称为抗脂解激素。
游离脂肪酸不溶于水,不能直接在血浆中运输。血浆清蛋白具有结合游离脂肪酸的能力(每分子清蛋白可结合10分子游离脂肪酸),能将脂肪酸运送至全身,主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用。

甘油转变为3-磷酸甘油后被利用[编辑]

甘油可直接经血液运输至肝、肾、肠等组织利用。 在甘油激酶(glycerokinase)作用下,甘油转变为3-磷酸甘油;然后脱氢生成磷酸二羟丙酮,循糖代谢途径分解,或转变为葡萄糖。肝的甘油激酶活性最高,脂肪动员产生的甘油主要被肝摄取利用,而脂肪及骨骼肌因甘油激酶活性很低,对甘油的摄取利用很有限。

β-氧化是脂肪酸分解的核心过程[编辑]

除脑外,机体大多数组织均能氧化脂肪酸,以肝、心肌、骨骼肌能力最强。在O2供充足时,脂肪酸可经脂肪酸活化、转移至线粒体、β-氧化(β-oxidation) 生成乙酰 CoA 及乙酰 CoA 进入三羧酸循环彻底氧化4个阶段,释放大量ATP。

脂肪酸活化为脂酰CoA[编辑]

脂肪酸被氧化前必须先活化,由内质网、线粒体外膜上的脂酰 CoA合成酶(acyl-CoA synthetase) 催化生成脂酰 CoA,需 ATP、CoA-SH 及 Mg2+参与。
脂酰 CoA 含高能硫酯键,不仅可提高反应活性,还可增加脂肪酸的水溶性,因而提高脂肪酸代谢活性。活化反应生成的焦磷酸(PPi) 立即被细胞内焦磷酸酶水解,可阻止逆向反应进行,故 l 分子脂肪酸活化实际上消耗2个高能磷酸键。

脂酰CoA进入线粒体[编辑]

催化脂肪酸氧化的酶系存在于线粒体基质,活化的脂酰 CoA 必须进入线粒体才能被氧化。长链脂酰 CoA 不能直接透过线粒体内膜,需要肉碱 (carnitine, 或称 L-β 羟-γ-三甲氨基丁酸)协助转运。存在于线粒体外膜的肉碱脂酰转移酶Ⅰ(carnitine acyl transferase Ⅰ) 催化长链脂酰 CoA 与肉碱合成脂酰肉碱 (acyl carnitine), 后者在线粒体内膜肉碱-脂酰肉碱转位酶(carnitine-acylcarnitine translocase) 作用下,通过内膜进入线粒体基质,同时将等分子肉碱转运出线粒体。进入线粒体的脂酰肉碱,在线粒体内膜内侧肉碱脂酰转移酶Ⅱ作用下,转变为脂酰 CoA 并释出肉碱。
脂酰 CoA 进入线粒体是脂肪酸β-氧化的限速步骤,肉碱脂酰转移酶Ⅰ是脂肪酸β-氧化的关键酶。当饥饿、高脂低糖膳食或糖尿病时,机体没有充足的糖供应,或不能有效利用糖,需脂肪酸供能,肉碱脂酰转移酶Ⅰ活性增加,脂肪酸氧化增强。相反,饱食后脂肪酸合成加强,丙二酸单酰CoA含量增加,抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ活性,使脂肪酸的氧化被抑制。

脂酰CoA分解产生乙酰CoA、FADH2和NADH[编辑]

线粒体基质中存在由多个酶结合在一起形成的脂肪酸β-氧化酶系,在该酶系多个酶顺序催化下,从脂酰基β-碳原子开始,进行脱氢、加水、再脱氢及硫解四步反应,完成一次β-氧化。

  • 脱氢生成烯脂酰CoA:脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶(acyl CoA dehydrogenase)催化下,从α、β碳原子各脱下一个氢原子,由FAD接受生成FADH2,同时生成反Δ2烯脂酰CoA。
  • 加水生成羟脂酰CoA: 反Δ2烯脂酰CoA在烯酰 CoA 水化酶(enoyl CoA hydratase)催化下,加水生成L(+)-β- 羟脂酰CoA。
  • 再脱氢生成β-酮脂酰CoA:L(+)-β-羟脂酰CoA在L-β-羟脂酰CoA脱氢酶(L-3-hydroxyacyl CoA dehydrogenase)催化下,脱下2H, 由NAD+接受生成NADH, 同时生成β-酮脂酰CoA。
  • 硫解产生乙酰CoA:β-酮脂酰CoA在β-酮硫解酶(β-ketothiolase)催化下,加 CoASH 使碳链在β位断裂,生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的 脂酰CoA。

经过上述四步反应,脂酰CoA 的碳链被缩短2个碳原子。脱氢、加水、再脱氢及硫解反复进行,最终完成脂肪酸β-氧化。生成的 FADH2、NADH经呼吸链氧化,与ADP磷酸化偶联,产生ATP。生成的乙酰CoA主要在线粒体通过三羧酸循环彻底氧化;在肝,部分乙酰CoA 转变成酮体,通过血液运送至肝外组织氧化利用。

脂肪酸氧化是机体ATP的重要来源[编辑]

脂肪酸彻底氧化生成大量 ATP。以软脂肪酸为例,1分子软脂酸彻底氧化需进行7次β-氧化,生成7分子FADH2、7分子NADH及8分子乙酰CoA。在pH7.0,25℃的标准条件下氧化磷酸化,每分子FADH2产生1.5分子ATP, 每分子NADH产生2.5分子ATP; 每分子乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化产生10分子ATP。因此1分子软脂酸彻底氧化共生成(7×1.5)+(7×2.5)+(8×10)=108分子ATP。因为脂肪酸活化消耗2个高能磷酸键,相当于2分子ATP, 所以1分子软脂肪酸彻底氧化净生成106分子ATP。

不同的脂肪酸还有不同的氧化方式[编辑]

  • 不饱和脂肪酸β-氧化需转变构型 不饱和脂肪酸也在线粒体进行β-氧化。不同的是,饱和脂肪酸β-氧化产生的烯脂酰CoA 是反式Δ2烯脂酰CoA, 而天然不饱和脂肪酸中的双键为顺式。因双键位置不同,不饱和脂肪酸β-氧化产生的顺式Δ3烯脂酰CoA 或顺式Δ2烯脂酰CoA不能继续β-氧化。顺式Δ3烯脂酰CoA在线粒体特异Δ3顺→Δ2反烯脂酰CoA异构酶Δ3-cis→Δ2-trans enoyl-CoA isomerase)催化下转变为β-氧化酶系能识别的Δ2反式构型,继续β-氧化。顺式Δ2烯脂酰CoA虽然也能水化,但形成的 D(-)-β羟脂酰CoA不能被线粒体β-氧化酶系识别。 在D(-)-β-羟脂酰CoA表异构酶(epimerase, 又称差向异构酶)催化下,右旋异构体[D(-)型]转变为β氧化酶系能识别的左旋异构体[L(+)型],继续β氧化。
  • 超长碳链脂肪酸需先在过氧化酶体氧化成较短碳链脂肪酸 过氧化酶体(peroxisomes)存在脂肪酸β-氧化的同工酶系,能将超长碳链脂肪酸(如C20、C22)氧化成较短碳链脂肪酸。氧化第一步反应在以FAD为辅基的脂肪酸氧化酶作用下脱氢,脱下的氢与O2结合成H2O2,而不是进行氧化磷酸化;进一步反应释出较短链脂肪酸,在线粒体内β-氧化。
  • 丙酰CoA转变为琥珀酰CoA进行氧化 人体含有极少量奇数碳原子脂肪酸,经β-氧化生成丙酰CoA;支链氨基酸氧化分解亦可产生丙酰CoA。丙酰CoA彻底氧化需经β-羧化酶及异构酶作用,转变为琥珀酰CoA(succinyl CoA), 进入三羧酸循环彻底氧化。
  • 脂肪酸氧化还可从远侧甲基端进行 即ω-氧化(ω-oxidation)。与内质网紧密结合的脂肪酸ω-氧化酶系由羧化酶、脱氢酶、NADP+,NAD+及细胞色素P450(cytochrome P450, cyt P450)等组成。脂肪酸ω-甲基碳原子在脂肪酸ω-氧化酶系作用下,经ω-羟基脂肪酸、ω-醛基脂肪酸等中间产物,形成α,ω-二羧酸。这样,脂肪酸就能从任一端活化并进行β-氧化。

脂肪酸在肝分解可产生酮体[编辑]

脂肪酸在肝内β-氧化产生的大量乙酰CoA,部分被转变成酮体(ketone bodies),向肝外输出。酮体包括乙酰乙酸(acetoacetate)(30%)、β-羟丁酸(β-hydroxy-butyrate)(70%)和丙酮(acetone)(微量)。

酮体在肝生成[编辑]

酮体生成以脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA为原料,在肝线粒体由酮体合成酶系催化完成。

  • 2分子乙酰CoA缩合成乙酰乙酰CoA:由乙酰乙酰CoA硫解酶(thiolase)催化,释放1分子CoASH。
  • 乙酰乙酰CoA与乙酰CoA缩合成羟基甲基戊二酸单酰CoA(3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA, HMG-CoA):由HMG-CoA合酶(HMG-CoA synthase)催化,生成HMG-CoA,释放出1分子CoASH。
  • HMG-CoA裂解产生乙酰乙酸:在HMG-CoA裂解酶(HMG-CoA lyase)作用下完成,生成乙酰乙酸和乙酰CoA。
  • 乙酰乙酸还原成β-羟丁酸:由NADH供氢,在β-羟丁酸脱氢酶(β-hydroxybutyrate dehydrogenase)催化下完成。少量乙酰乙酸转变成丙酮。

酮体在肝外组织氧化利用[编辑]

肝组织有活性较强的酮体合成酶系,但缺乏利用酮体的酶系。肝外许多组织具有活性很强的酮体利用酶,能将酮体重新裂解成乙酰CoA, 通过三羧酸循环彻底氧化。所以肝内生成的酮体需经血液运输至肝外组织氧化利用。

  • 乙酰乙酸的利用需先活化:有两条途径。
    • 在心、肾、脑及骨骼肌线粒体,由琥珀酰CoA转硫酶(succinyl CoA thiophorase)催化生成乙酰乙酰CoA。
    • 在肾、心和脑线粒体,由乙酰乙酸硫激酶(acetoacetate thiokinase)催化,直接活化生成乙酰乙酰CoA。
  • 乙酰乙酰CoA硫解生成乙酰CoA:由乙酰乙酰CoA硫解酶(acetoacetylCoA thiolase)催化。

β-羟基丁酸的利用是先在β-羟丁酸脱氢酶催化下,脱氢生成乙酰乙酸,再转变成乙酰CoA被氧化。正常情况下,丙酮生成量很少,可经肺呼出。

酮体是肝向肝外组织输出能量的重要形式[编辑]

酮体分子小,溶于水,能在血液中运输,还能通过血脑屏障、肌组织的毛细血管壁,很容易被运输到肝外组织利用。心肌和肾皮质利用酮体能力大于利用葡萄糖能力。脑组织虽然不能氧化分解脂肪酸,却能有效利用酮体。当葡萄糖供应充足时,脑组织优先利用葡萄糖氧化供能;但在葡萄糖供应不足或利用障碍时,酮体是脑组织的主要能源物质。
正常情况下,血中仅含少量酮体,为0.03~0.5mmol/L(O.3~5mg/dl)。在饥饿或糖尿病时,由于脂肪动员加强,酮体生成增加。严重糖尿病病人血中酮体含量可高出正常人数十倍,导致酮症酸中毒(ketoacidosis )。血酮体超过肾阈值,便可随尿排出,引起酮尿(ketonuria)。此时,血丙酮含量也大大增加,通过呼吸道排出,产生特殊的“烂苹果气味”。

酮体生成受多种因素调节[编辑]

  • 餐食状态影响酮体生成:饱食后胰岛素分泌增加,脂解作用受抑制、脂肪动员减少,酮体生成减少。饥饿时,胰高血糖素等脂解激素分泌增多,脂肪动员加强,脂肪酸β-氧化及酮体生成增多。
  • 糖代谢影响酮体生成:餐后或糖供给充分时,糖分解代谢旺盛、供能充分,肝内脂肪酸氧化分解减少,酮体生成被抑制。相反,饥饿或糖利用障碍时,脂肪酸氧化分解增强,生成乙酰CoA增加;同时因糖来源不足或糖代谢障碍,草酰乙酸减少,乙酰CoA进入三羧酸循环受阻,导致乙酰CoA大量堆积,酮体生成增多。
  • 丙二酸单酰CoA抑制酮体生成:糖代谢旺盛时,乙酰CoA及柠檬酸增多,别构激活乙酰CoA羧化酶,促进丙二酸单酰CoA合成,后者竞争性抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ, 阻止脂酰CoA进入线粒体进行β-氧化,从而抑制酮体生成。

不同来源脂肪酸在不同器官以不同的途径合成甘油三酯[编辑]

肝、脂肪组织及小肠是甘油三酯合成的主要场所[编辑]

甘油三酯(triglyceride, TG)合成在细胞质中完成,以肝合成能力最强。但肝细胞不能储存甘油三酯,需与载脂蛋白B100、C 等载脂蛋白及磷脂、胆固醇组装成极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein, VLDL), 分泌入血运输至肝外组织。营养不良、中毒,以及必需脂肪酸(essential fatty acid)、胆碱或蛋白质缺乏等可引起肝细胞VLDL生成障碍,导致甘油三酯在肝细胞蓄积,发生脂肪肝。脂肪细胞可大最储存甘油三酯,是机体储存甘油三酯的“脂库”。

甘油和脂肪酸是合成甘油三酯的基本原料[编辑]

机体能分解葡萄糖产生3-磷酸甘油,也能利用葡萄糖分解代谢中间产物乙酰CoA(acetyl CoA)合成脂肪酸,人和动物即使完全不摄取,亦可由糖转化合成大量甘油三酯。小肠黏膜细胞主要利用摄取的甘油三酯消化产物重新合成甘油三酯,当其以乳糜微粒形式运送至脂肪组织、肝等组织/器官后,脂肪酸亦可作为这些组织细胞合成甘油三酯的原料。脂肪组织还可水解极低密度脂蛋白甘油三酯,释放脂肪酸用于合成甘油三酯。

甘油三酯合成有甘油—酯和甘油二酯两条途径[编辑]

  • 脂肪酸活化成脂酰CoA 脂肪酸作为甘油三酯合成的基本原料,必须活化成脂酰CoA(acyl CoA)才能参与甘油三酯合成。
  • 小肠黏膜细胞以甘油一酯途径合成甘油三酯 由脂酰CoA转移酶催化、ATP供能,将脂酰CoA的脂酰基转移至2-甘油一酯羟基上合成甘油三酯。
  • 肝和脂肪组织细胞以甘油二酯途径合成甘油三酯 以葡萄糖酵解途径生成的3-磷酸甘油为起始物,先合成1,2-甘油二酯,最后通过酯化甘油二酯羟基生成甘油三酣。

合成甘油三酯的三分子脂肪酸可为同一种脂肪酸,也可是3种不同脂肪酸。肝、肾等组织含有甘油激酶,可催化游离甘油磷酸化生成3-磷酸甘油,供甘油三酯合成。脂肪细胞缺乏甘油激酶因而不能直接利用甘油合成甘油三酯。

内源性脂肪酸的合成需先合成软脂酸[编辑]

软脂酸由乙酰CoA 在脂肪酸合酶复合体催化下合成[编辑]

软脂酸在细胞质中合成
脂肪酸合成由多个酶催化完成,这些酶组成了脂肪酸合成的酶体系,即脂肪酸合酶复合体(fatty acid synthase complex), 存在于肝、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等多种组织的细胞质,肝的脂肪酸合酶复合体活性最高(合成能力较脂肪组织大8~9倍),是人体合成脂肪酸的主要场所。虽然脂肪组织能以葡萄糖代谢的中间产物为原料合成脂肪酸,但脂肪组织的脂肪酸来源主要是小肠消化吸收的外源性脂肪酸和肝合成的内源性脂肪酸。
乙酰CoA是软脂酸合成的基本原料
用于软脂酸(palmitic acid)合成的乙酰CoA(acetyl CoA) 主要由葡萄糖分解供给,在线粒体内产生,不能自由透过线粒体内膜,需通过柠檬酸-丙酮酸循环(citrate pyruvate cycle)进入细胞质。在此循环中,乙酰CoA首先在线粒体内柠檬酸合酶催化下,与草酰乙酸缩合生成柠檬酸;后者通过线粒体内膜载体转运进入细胞质,被ATP-柠檬酸裂解酶裂解,重新生成乙酰 CoA 及草酰乙酸。进入细胞质的草酰乙酸在苹果酸脱氢酶作用下,由 NADH 供氢,还原成苹果酸,再经线粒体内膜载体转运至线粒体内。苹果酸也可在苹果酸酶作用下氧化脱羧、产生CO2和丙酮酸,脱下的氢将 NADP 还原成 NADPH;丙酮酸可通过线粒体内膜上载体转运至线粒体内,重新生成线粒体内草酰乙酸,可继续与乙酰 CoA 缩合,将乙酰 CoA 运转至细胞质,用于软脂酸合成。
软脂酸合成还需ATP、NADPH、HCO3-(CO2)及Mn2+等原料。NADPH主要来自磷酸戊糖途径 (pentose phosphate pathway) , 在上述乙酰CoA转运过程中,细胞质苹果酸酶催化苹果酸氧化脱羧也可提供少量NADPH。
一分子软脂酸由1分子乙酰CoA与7分子丙二酸单酰CoA缩合而成

  • 乙酰CoA转化成丙二酸单酰CoA:这是软脂酸合成的第一步反应,催化此反应的乙酰CoA羧化酶(acelyl CoA carboxylase)是脂肪酸合成的关键酶,以Mn2+为激活剂,含生物素辅基,起转移羧基作用。该狻化反应为不可逆反应,过程如下:

酶-生物素+HCO3-+ATP→酶-生物素-CO2+ADP+Pi
酶-生物素-CO2+乙酰CoA→酶-生物素+丙二酸单酰CoA
总反应: ATP+HCO3-+乙酰CoA→丙二酸单酰CoA+ADP+Pi
乙酰CoA羧化酶活性受别构调节及化学修饰调节。该酶有两种存在形式,即无活性原聚体和有活性多聚体。柠檬酸、异柠檬酸可使此酶发生别构激活——由原聚体聚合成多聚体;软脂酰CoA及其他长链脂酰CoA可使多聚体解聚成原聚体,别构抑制该酶活性。乙酰CoA羧化酶还可在一种AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)催化下发生酶蛋白(79、1200及1215位丝氨酸残基)磷酸化而失活。胰高血糖素能激活该蛋白激酶,抑制乙酰CoA羧化酶活性;胰岛素能通过蛋白磷酸酶的去磷酸化作用,使磷酸化的乙酰CoA羧化酶脱磷酸恢复活性。高糖膳食可促进乙酰CoA羧化酶蛋白合成,增加酶活性。

  • 软脂酸经7次缩合-还原-脱水-再还原基本反应循环合成:各种脂肪酸生物合成过程基本相似,均以丙二酸单酰CoA 为基本原料,从乙酰CoA开始,经反复加成反应完成,每次(缩合-还原-脱水-再还原)循环延长2个碳原子。16碳软脂酸合成需经7次循环反应。

大肠杆菌脂肪酸合酶复合体的核心由7种独立的酶/多肽组成;这7种多肽包括酰基载体蛋白 (acyl carrier protein, ACP)、乙酰CoA-ACP转酰基酶(acetyl-CoA-ACP transacylase, AT; 以下简称乙酰基转移酶)、β-酮脂酰-ACP合酶(β-ketoacyl-ACP synthase, KS; β-酮脂酰合酶)、丙二酸单酰CoA-ACP转酰基酶(malonyl-CoA-ACP transacylase, MT; 丙二酸单酰转移酶)、β-酮脂酰-ACP 还原酶(β-ketoacyl-ACP reductase, KR; β-酮脂酰还原酶)、β-羟脂酰-ACP 脱水酶(β-hydroxyacyl-ACP dehydratase, HD; 脱水酶)及烯脂酰-ACP 还原酶(enoyl-ACP reductase, ER; 烯脂酰还原酶)。细菌酰基载体蛋白是一种小分 子蛋白质,以4'-磷酸泛酰巯基乙胺(4'-phosphopantotheine)为辅基,是脂酰基载体。此外,细菌脂肪酸合酶体系还有至少另外3种成分。
哺乳动物脂肪酸合酶是由两个相同亚基(Mr,240kD)首尾相连形成的二聚体。每个个亚基含有3个结构域(domain)。结构域1含有乙酰基转移酶(AT)、丙二酸单酰转移酶(MT)及β-酮脂酰合酶(KS),与底物的“进入”、缩合反应相关。结构域2含有β-酮脂酰还原酶(KR)、β-羟脂酰脱水酶(HD)及烯脂酰还原酶 (ER), 催化还原反应;该结构域还含有个肽段——酰基载体蛋白(ACP)。结构域3含有硫酯酶(thioeslerase, TE),与脂肪酸的释放有关。3个结构域之间由柔性的区域连接,使结构域可以移动,利于几个酶之间的协调、连续作用。
细菌、动物脂肪酸合成过程类似。细菌软脂酸合成步骤包括:

  • 乙酰 CoA在乙酰转移酶作用下被转移至 ACP 的巯基(—SH), 再从 ACP 转移至β-酮脂酰合酶的半胱氨酸巯基上。
  • 丙二酸单酰 CoA 在丙二酸单酰转移酶作用下,先脱去 HSCoA, 再与 ACP 的—SH缩合、连接。
  • 缩合:β-酮脂酰合酶上连接的乙酰基与 ACP上的丙二酸单酰基缩合、生成β-酮丁酰ACP, 释放CO2
  • 加氢:由NADPH供氢,β-酮丁酰ACP在β-酮脂酰还原酶作用下加氢、还原成D-(-)-β-羟丁酰ACP。
  • 脱水:D-(-)-β轻丁酰ACP在脱水酶作用下,脱水生成反式Δ2烯丁酰ACP。
  • 再加氢:NADPH供氢,反式Δ2烯丁酰ACP在烯酰还原酶作用下,再加氢生成丁酰ACP。

丁酰-ACP是脂肪酸合酶复合体催化合成的第一轮产物。通过这一轮反应,即酰基转移、缩合、还原、脱水、再还原等步骤,产物碳原子由2个增加至4个。然后,丁酰由E1-泛-SH(即ACP的-SH)转移至E2-半胱-SH,El-泛-SH又可与另一丙二酸单酰基结合,进行缩合、还原、脱水、再还原等步骤的第二轮循环。经7次循环后,生成16碳软脂酰-E2;由硫酯酶水解,软脂酸从脂肪酸合酶复合体释放。软脂酸合成的总反应式为:
CH3COSCoA+7HOOCCH2COSCoA+14NADPH+14H+→CH3(CH2)14COOH+7CO2+6H2O+8HSCoA+14NADP+

软脂酸延长在内质网和线粒体内进行[编辑]

脂肪酸合酶复合体催化合成软脂酸,更长碳链脂肪酸的合成通过对软脂酸加工、延长完成。

  • 内质网脂肪酸延长途径以丙二酸单酰CoA为二碳单位供体 该途径由脂肪酸延长酶体系催化,NADPH供氢,每通过缩合、加氢、脱水及再加氢等反应延长2个碳原子。过程与软脂酸合成相似,但脂酰基不是以 ACP 为载体,而是连接在CoASH上进行。该酶体系可将脂肪酸延长至24碳,但以18碳硬脂酸为主。
  • 线粒体脂肪酸延长途径以乙酰CoA为二碳单位供体 该途径在脂肪酸延长酶体系作用下,软脂酰CoA与乙酰CoA 缩合,生成β-酮硬脂酰CoA;再由NADPH供氢,还原为β-羟硬脂酰CoA; 接着脱水生成α,β-烯硬脂酰CoA。最后,烯硬脂酰CoA 由NADPH供氢,还原为硬脂酰CoA。通过缩合、加氢、脱水和再加氢等反应,每轮循环延长2个碳原子;一般可延长至24或26个碳原子,但仍以18碳硬脂酸为最多。

不饱和脂肪酸的合成需多种去饱和酶催化[编辑]

上述脂肪酸合成途径合成的均为饱和脂肪酸(saturated fatty acid), 人体含不饱和脂肪酸( unsaturated fatty acid),主要有软油酸(16:1,Δ9)、油酸(18:1,Δ9)、亚油酸(18:2,Δ9,12) ,α-亚麻酸(18:3,Δ9,12,15)及花生四烯酸(20:4,Δ5,8,11,14)等。由于只含Δ458及Δ9去饱和酶(desaturase), 缺乏Δ9以上去饱和酶,人体只能合成软油酸和油酸等单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids),不能合成亚油酸、α-亚麻酸及花生四烯酸等多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid)。植物因含有Δ912及Δ15去饱和酶,能合成Δ9以上多不饱和脂肪酸。人体所需多不饱和脂肪酸必须从食物(主要是植物油脂)中摄取。

脂肪酸合成受代谢物和激素调节[编辑]

  • 代谢物通过改变原料供应量和乙酰CoA羧化酶活性调节脂肪酸合成

ATP、NADPH 及乙酰CoA是脂肪酸合成原料,可促进脂肪酸合成;脂酰CoA是乙酰CoA羧化酶的别构抑制剂,抑制脂肪酸合成。凡能引起这些代谢物水平有效改变的因素均可调节脂肪酸合成。例如,高脂膳食和脂肪动员可使细胞内脂酰CoA 增多,别构抑制乙酰CoA羧化酶活性,抑制脂肪酸合成。进食糖类食物后,糖代谢加强,NADPH、乙酰CoA供应增多,有利于脂肪酸合成;糖代谢加强 还使细胞内 ATP 增多,抑制异柠檬酸脱氢酶,导致柠檬酸和异柠檬酸蓄积并从线粒体渗至细胞质,别构激活乙酰CoA羧化酶,促进脂肪酸合成。

  • 胰岛素是调节脂肪酸合成的主要激素

胰岛素( insulin)可通过刺激一种蛋白磷酸酶活性,使乙酰CoA羧化酶脱磷酸而激活,促进脂肪酸合成。此外,胰岛素可促进脂肪酸合成磷脂酸,增加脂肪合成。胰岛素还能增加脂肪组织脂蛋白脂肪酶活性,增加脂肪组织对血液甘油三酯脂肪酸摄取,促使脂肪组织合成脂肪贮存。该过程长期持续,与脂肪动员之间失去平衡,会导致肥胖。
胰高血糖素(glucagon)能增加蛋白激酶活性,使乙酰CoA羧化酶磷酸化而降低活性,抑制脂肪酸合成。胰高血糖素也能抑制甘油三酯合成,甚至减少肝细胞向血液释放脂肪。肾上腺素、生长素能抑制乙酰CoA羧化酶,调节脂肪酸合成。

  • 脂肪酸合酶可作为药物治疗的靶点

脂肪酸合酶(复合体组分)在很多肿瘤高表达 (overexpression) 。动物研究证明,脂肪酸合酶抑制剂可明显减缓肿瘤生长,减轻体重,是极有潜力的抗肿瘤和抗肥胖的候选药物。