第四节 甘油三酯的分解代谢

　　(一)脂肪的动员

　　储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂酸(free fatty acid, FFA)及甘油并释放入血以供其他组织氧化利用，该过程称为脂肪的动员。在脂肪动员中，脂肪细胞内激素敏感性甘油三酯脂肪酶(hormone-sensitive triglyceride lipase, HSL)起决定性作用，它是脂肪分解的限速酶。

　　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，作用于脂肪细胞膜表面受体，激活腺苷酸环化酶，促进cAMP合成，激活依赖cAMP的蛋白激酶，使胞液内HSL磷酸化而活化。后者使甘油三酯水解成甘油二酯及脂酸。这步反应是脂肪分解的限速步骤，HSL是限速酶，它受多种激素的调控，故称为激素敏感性脂肪酶。能促进脂肪动员的激素称为脂解激素，如肾上腺素、胰高血糖素，ACTH及TSH等。胰岛素、前列腺素E2及烟酸等抑制脂肪的动员，对抗脂解激素的作用。

　　脂解作用使储存在脂肪细胞中的脂肪分解成游离脂酸及甘油，然后释放入血。血浆白蛋白具有结合游离脂酸的能力，每分子白蛋白可结合10分子FFA。FFA不溶于水，与白蛋白结合后由血液运送至全身各组织，主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用。甘油溶于水，直接由血液运送至肝、肾、肠等组织。主要是在肝甘油激酶(glycerokinase)作用下，转变为3-磷酸甘油;然后脱氢生成磷酸二羟丙酮，循糖代谢途径进行分解或转变为糖。脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低，故不能很好利用甘油。

　　(二)脂酸的β-氧化

　　脂酸是人及哺乳动物的主要能源物质。在O2供给充足的条件下，脂酸可在体内分解成CO2及H2O并释出大量能量，以ATP形式供机体利用。除脑组织外，大多数组织均能氧化脂酸，但以肝及肌肉最活跃。

　　1.脂酸的活化脂酰CoA的生成脂酸进行氧化前必须活化，活化在线粒体外进行。内质网及线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)在ATP、CoASH、Mg2+存在的条件下，催化脂酸活化，生成脂酰CoA。

　　脂酸活化后不仅含有高能硫酯键，而且增加了水溶性，从而提高了脂酸的代谢活性。反应过程中生成的焦磷酸(PPi)立即被细胞内的焦磷酸酶水解，阻止了逆向反应的进行。故1分子脂酸活化，实际上消耗了2个高能磷酸键。

　　2.脂酰CoA进入线粒体脂酸的活化在胞液中进行，而催化脂酸氧化的酶系存在于线粒体的基质内，因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。实验证明，长链脂酰CoA不能直接透过线粒体内膜。它进入线粒体需肉碱[carnitine, L-(CH3)3N+CH2CH(OH)CH2COO-, L-β羟-三甲氨基丁酸]的转运。

　　线粒体外膜存在肉碱脂酰转移酶I(carnitine acyl transferase I)，它能催化长链脂酰CoA与肉碱合成脂酰肉碱(acyl carnitine)，后者即可在线粒体内膜的肉碱-脂酰肉碱转位酶(carnitine-acylcarnitine translocase)的作用下，通过内膜进入线粒体基质内。此转位酶实际上是线粒体内膜转运肉碱及脂酰肉碱的载体。它在转运1分子脂酰肉碱进入线粒体基质内的同时，将1分子肉碱转运出线粒体内膜外膜间腔。进入线粒体内的脂酰肉碱，则在位于线粒体内膜内侧面的肉碱脂酰转移酶II的作用下，转变为脂酰CoA并释出肉碱。脂酰CoA即可在线粒体基质中酶体系的作用下，进行β氧化。

　　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。当饥饿、高脂低糖膳食或糖尿病时，机体不能利用糖，需脂酸供能，这时肉碱脂酰转移酶I活性增加，脂酸氧化增强。相反，饱食后，脂肪合成及丙二酰CoA增加，后者抑制肉碱脂酰转移酶I活性，因而脂酸的氧化被抑制。

　　3.脂酸的β-氧化

　　脂酰CoA进入线粒体基质后，在线粒体基质中疏松结合的脂酸β-氧化多酶复合体的催化下，从脂酰基的β-碳原子开始，进行脱氢、加水、再脱氢及硫解等四步连续反应，脂酰基断裂生成1分子比原来少2个碳原子的脂酰CoA及1分子乙酰CoA。

　　脂酸β-氧化的过程如下：

　　(1)脱氢：脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下，α、β碳原子各脱下一氢原子，生成反△2烯酰CoA。脱下的2H由FAD接受生成FADH2。

　　(2)加水：反△2烯酰CoA在△2烯酰水化酶的催化下，加水生成L(+)-β-羟脂酰CoA。

　　(3)再脱氢：L(+)-β-羟脂酰CoA在β-羟脂酰CoA脱氢酶的催化下，脱下2H生成β-酮脂酰CoA，脱下的2H由NAD+接受，生成NADH及H+。

　　(4)硫解：β-酮脂酰CoA在β-酮脂酰CoA硫解酶催化下，加CoASH使碳链断裂，生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA。

　　以上生成的比原来少2个碳原子的脂酰CoA，可再进行脱氢、加水、再脱氢及硫解反应。如此反复进行，直至最后生成丁酰CoA，后者再进行一次β-氧化，即完成脂酸的β-氧化。

　　脂酸经β-氧化后生成大量的乙酰CoA。乙酰CoA一部分在线粒体内通过三羧酸循环彻底氧化，一部分在线粒体中缩合生成酮体，通过血液运送至肝外组织氧化利用。

　　4.脂酸氧化的能量生成脂酸氧化是体内能量的重要来源。以软脂酸为例，进行7次β-氧化，生成7分子FADH2、7分子NADH+H+及8分子乙酰CoA。每分子FADH2通过呼吸链氧化产生2分子ATP，每分子NADH+H+氧化产生3分子ATP，每分子乙酰CoA通过三羧酸循环氧化产生12分子ATP。因此1分子软脂酸彻底氧化共生成(7×2)+(7×3)+(8×12)=131个ATP。减去脂酸活化时耗去的2个高能磷酸键，相当于2个ATP，净生成129分子ATP或129×51.6=6656kJ/mol。1mol软脂酸在体外彻底氧化成CO2及H2O时的自由能为9791kJ。