(一)脂肪酸(fattycaid)的分解代謝-脂肪動(dòng)員
動(dòng)物將脂肪酸以甘油三酯的形式貯存在脂肪組織內(nèi)。一旦機(jī)體需要時(shí),脂肪酶即可逐步水解甘油三酯為游離脂肪酸(freefat acid, FFA)及甘油并釋放入血以供其他組織氧化利用,這一過程稱為脂肪動(dòng)員。調(diào)節(jié)這一過程的關(guān)鍵酶為激素敏感性甘油三酯脂肪酶。當(dāng)禁食、饑餓或交感神經(jīng)興奮時(shí),腎上腺素、去甲腎上腺素、胰高血糖素等分泌增加,作用于脂肪細(xì)胞膜表面受體,激活腺苷酸環(huán)化酶,促進(jìn)cAMP合成,激活cAMP-蛋白激酶,使胞液內(nèi)甘油三酯脂及的調(diào)控敏感,故稱為激素敏感性脂肪酶。
脂肪分解成游離脂肪酸和甘油后進(jìn)入血。血漿白蛋白具有結(jié)合游離脂肪酸的能力,脂肪酸不溶于水,與白蛋白結(jié)合后由血流運(yùn)送至全身各組織,主要由心、肝、骨骼肌等攝取利用。甘油溶于水,直接由血液運(yùn)送至肝、腎、腸等組織。在肝甘油激酶(glycerokinase)作用下,轉(zhuǎn)變?yōu)棣?磷酸甘油,然后脫氫生成磷酸二羥丙酮,循糖代謝徑而代謝。
(二)脂肪酸的β-氧化
脂肪酸是人及哺乳動(dòng)物的主要能源物質(zhì)。供能方式是通過β-氧化,在O2供給充足的條件下,脂肪酸在體內(nèi)被分解成CO2和H2O并釋放出大量能量以ATP形式供機(jī)體利用。除腦組織外,大多數(shù)組織均能氧化脂肪酸,但以肝和肌肉最為活躍。脂肪酸氧化的亞細(xì)胞器是線粒體,而脂肪酸是不能自由通過其內(nèi)膜的。因此脂肪酸在進(jìn)入線粒體之前必然被活化和轉(zhuǎn)載。
1.脂肪酸的活化-脂酰CoA的生成。
quanxiangyun.cn/yishi/在ATP、CoASH、Mg2+存在下,脂酰CoA合成酶(acyl-CoAsynthetase)催化脂肪酸活化,生成脂酰CoA。
2.脂酰CoA進(jìn)入線粒體
在線粒體內(nèi)膜兩側(cè)有肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶(carnitine acyltransferase)Ⅰ和Ⅱ,該酶促進(jìn)脂酰CoA將脂;D(zhuǎn)移到肉毒堿生成脂酰肉毒堿.后者與載體結(jié)合進(jìn)入線粒體內(nèi)側(cè),在內(nèi)側(cè)由肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅱ催化脂酰肉毒堿轉(zhuǎn)變?yōu)橹oA并釋放肉毒堿。
3.脂肪酸的β-氧化
在線粒體基質(zhì)中疏松結(jié)合的脂肪酸β-氧化多酶復(fù)合體的催化下,從酯酰基的β-碳原子開始進(jìn)行脫氫,加水,再脫氫及硫解等四步連續(xù)反應(yīng),脂酰基斷裂生成-分子比原來少兩個(gè)碳原子的脂酰CoA和-分子乙酰CoA。
4.脂肪酸氧化的能量生成
體內(nèi)能量的重要來源之一是脂肪酸的氧化。以軟脂酸為例,進(jìn)行7次β-氧化,生成7分子FADH2,7分子NADH+H+及8分子酰CoA。每分子FADH2通過呼吸鏈氧化產(chǎn)生2分子ATP,每分子ANDH+H+氧化產(chǎn)生3分子ATP,每分子乙酰CoA通過三羧酸循環(huán)氧化產(chǎn)生12分子ATP。因此一分子軟脂肪酸徹底氧化共生成(7×2)+(7×3)+(8×12)=131ATP。減去脂酸活化時(shí)耗去的2個(gè)高能磷酸鍵,相當(dāng)于2個(gè),ATP凈生成129分子ATP或129×30.5=3935KJ/mol。軟脂酸在體外徹底氧化成CO2及H2O時(shí)的自由能為971KJ。故其能量利用率為:
3935/9791×100%=40%
5.脂肪酸的其他氧化方式
除β-氧化之外,機(jī)體還存在脂肪酸氧化的其他方式:①不飽和脂肪酸的氧化。不飽和脂肪酸也在線粒體中進(jìn)行β-氧化,所不同的是飽和脂肪素β-氧化過程中產(chǎn)生的脂肪烯酰CoA是反式△2脂烯酰CoA,而天然不飽和脂肪酸中的雙鍵均為順式。因此,需經(jīng)線粒體特異的△3順→△2反脂烯酰CoA異構(gòu)酶的催化,將△3順式轉(zhuǎn)變?yōu)棣?氧化酶系所需的△2反式構(gòu)型,然后沿β-氧化途徑進(jìn)行代謝。②過氧化酶體脂肪酸氧化,除線粒體外,過氧化酶體中亦存在脂肪酸β-氧化酶系,它能使極長鏈脂肪酸氧化成較短鏈脂肪酸,而對(duì)較短鏈脂肪酸無效;在脂肪酸氧化酶(FAD為輔基)催化下,脫下的氫不與呼吸鏈偶聯(lián)產(chǎn)生ATP而是生成H2O2,后者為過氧化氫酶分解;③丙酸的氧化,人體含有極少量奇數(shù)碳原子脂肪酸,β-氧化后除生成乙酰CoA外,最終生成丙酰CoA。另外,支鏈氨基酸氧化亦可產(chǎn)生丙酰CoA。丙酰CoA經(jīng)β-羧化及異構(gòu)酶的作用可轉(zhuǎn)變?yōu)?a class="channel_keylink" href="http://quanxiangyun.cn/pharm/2009/20090113060139_95542.shtml" target="_blank">琥珀酰CoA,然后參加三羧酸循環(huán)而被氧化。
6.酮體的生成及利用
酮體是乙酰乙酸(acetoacetate),β-羥丁酸(β-hydroxybatyrate)及丙酮(acetone)三者的統(tǒng)稱。酮體是脂肪酸在肝分解氧化時(shí)特有的中間代謝物,因?yàn)橹挥懈尉哂泻铣赏w的酶系,但缺乏利用酮體的酶系。
酮體的利用,除肝外,肝外心、腎、腦及骨骼肌線粒體是較高活性的利用酶。其一是琥珀酰CoA轉(zhuǎn)硫酶,催化乙酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴R阴oA,其二是乙酰乙酰CoA硫解酶催化乙酰乙酰CoA生成乙酰CoA,后者即可進(jìn)入三羧酸循環(huán)而被氧化供能。其三是乙酰乙酸硫激酶,此酶可直接活化乙酰乙酸生成乙酰乙酰CoA,后者在硫解酶的作用下硫解為2分子乙酰CoA。
另外,β-羥基丁酸在β-羥丁酸脫氫酶的催化下,脫氫生成乙酰乙酸,然后循上述途徑代謝。而丙酮不能按上述方式活化,除隨尿排出外,在血中酮體劇烈升高時(shí),可從肺直接呼出,總之,肝是生成酮體的器官,但不能利用酮體,而肝外組織不能生成酮體,卻可利用酮體。
(三)脂肪酸的合成代謝
長鏈脂肪酸以乙酰CoA為原料在胞液內(nèi)由不同于β-氧化的脂肪酸合成酶及多功能酶等催化而完成。
1.脂肪酸合成酶系及反應(yīng)過程
在乙酸CoA羥化酶的作用下,乙酰CoA羧化成丙二酸單酰CoA。
ATP+HCO3-+乙酰CoA→丙二酰CoA+ADP+Pi
在多酶體系或多功能酶的作用下,乙酰CoA與丙乙酰開始重復(fù)加成過程,每次延長二個(gè)碳原子。十六碳軟酯酸的生成,需經(jīng)過連續(xù)的七步重復(fù)加成。
脂肪酸生物合成,從乙酰CoA合成丁酰-S-ACP為第一輪反應(yīng),七步反應(yīng)分別有七種酶催化。①乙酰CoA羧化酶;②乙;-ACP轉(zhuǎn)移酶;③丙二酸單;-ACP轉(zhuǎn)移酶;④3-酮;-合成酶;⑤3-酮;-ACP還原酶;⑥3-羧;-ACP脫水酶;⑦3-烯;-ACP還原酶。七種酶催化完成七步反應(yīng)最后生成丁酰-SACP。需指出的是在大腸桿菌中七種酶蛋白聚合在一起構(gòu)成多酶體系,而高等動(dòng)物,這七種酶活性都在一條多肽鏈上,屬多功能酶。
脂肪酸生物合成的碳鏈延伸循環(huán)過程是每輪新生成的;-SACP再與丙二酸單酰-SACP縮合,經(jīng)還原、脫水和還原諸反應(yīng)延伸兩個(gè)碳原子,這樣每輪循環(huán),加上兩個(gè)碳原子。所以軟脂酸經(jīng)七次循環(huán)即生成。
2,不飽和脂肪酸的合成
人體所含的不飽和脂肪酸主要有軟油酸、油酸、亞油酸、亞麻酸及花生四烯酸等。前兩種可由人體自身合成,而后三種則必須從食物攝取,因?yàn)槿梭w缺乏相應(yīng)的去飽和酶。
去飽和酶位于動(dòng)物體內(nèi)組織內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,其催化脫氫過程已基本明了。此氧化脫氫過程有線粒體外電子傳遞系統(tǒng)參與。該系統(tǒng)在有機(jī)毒物氧化或苯環(huán)上加氧等機(jī)體解毒過程中,也有重要作用。例如去飽和酶能使硬脂酸(18:0)脫去2H成油酸(18:1,△9)。
3.脂肪酸合成的調(diào)節(jié)
脂肪酸合成主要受二方面的調(diào)節(jié):一是代謝物的調(diào)節(jié)作用。進(jìn)食高脂肪食物以后或饑餓會(huì)使脂肪動(dòng)員加強(qiáng),肝細(xì)胞內(nèi)脂酰CoA增多,可別構(gòu)抑制乙酰CoA羧化酶,從而抑制體內(nèi)脂肪酸的合成;進(jìn)食糖類使糖代謝加強(qiáng)。NADPH及乙酰CoA供應(yīng)增多,有利于脂肪酸的合成,同時(shí)糖代謝加強(qiáng)使細(xì)胞內(nèi)ATP增多,可抑制異檸檬酸脫氫酶,造成異檸檬酸及檸檬酸堆積,透出線粒體,可別構(gòu)激活乙酰CoA羧化酶,使脂肪酸合成增加,此外,大量進(jìn)食糖類也能增加各種合成脂肪有關(guān)的酶活性從而使脂肪合成增強(qiáng);二是激素的調(diào)節(jié)作用。胰島素是調(diào)節(jié)脂肪合成的主要激素,它能誘導(dǎo)乙酶羥化酶,脂肪酸合成酶乃至ATP-檸檬酸裂解酶等的合成,從而促進(jìn)脂肪酸合成。胰島素還能促進(jìn)脂肪酸合成磷脂酸。胰高血糖素,腎上腺素、生長素則與胰島素作用相反,通過抑制乙酰CoA羧化酶的活性,從而阻止脂肪酸的合成。
前列腺素(prostglandins,PG)最早發(fā)現(xiàn)于精液,現(xiàn)知前列激腺素來源廣泛,種類繁多,但均為二十碳多不飽和脂肪酸的衍生物。血栓烷(thromboxane,TX)來自白細(xì)胞,是由二十碳多不飽和脂肪酸的衍生物,來自血小板。白三烯(leukotrienes,LT)來自白細(xì)胞,是由二十碳多不飽和和脂肪酸衍生而來。PG、TXA2及LT3幾乎參予了所有細(xì)胞代謝活動(dòng),并且與炎癥、免疫、過敏、心血管病等重要病理過程有關(guān),在調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝上亦具有重要作用。
(一)前列腺素(PG)、血栓烷(TX)及白三烯(LT)的合成
1.PG及TX的合成。
以花生四烯酸為原料,機(jī)體除紅細(xì)胞外,其他各組織均有合成PG的酶系。血小板內(nèi)還有血栓烷合成酶。當(dāng)細(xì)胞受外界剌激如血管緊張素Ⅱ(agniotensionⅡ)、緩激肽(bradydinin)、腎上腺素、凝血酶及某些抗原抗體復(fù)合物或一些病理因子(許多激活因素尚未清楚),細(xì)胞膜中磷脂酶被激活,使磷脂水解釋出花生四烯酸,在一系列的作用下,逐步合成PG和TX,其合成過程如圖1-1所示。
圖1-1 PG和TX合成示意圖
2.白三烯的合成
白三烯合成同樣以花生四烯酸為原料,在脂氧合酶(lipoxygenase)作用下,生成氫過氧化二十四烯酸(5-HPETE),后者在脫水酶作用下生成白三烯(LTA4)。LTA4在酶促作用下轉(zhuǎn)變成具有重要生物活性的化合物,如LTB4、LTC4、LTD4、及LTE4等。如圖1-2所示。
(二)血栓烷(TX),內(nèi)過氧化物與環(huán)前列腺素(PGI2)
這兩種物質(zhì)是與前列腺素有密切聯(lián)系的化合物。血栓烷A2(TXA2)由血小板內(nèi)血栓烷合成酶催化合成。由于是首先在血小板內(nèi)分離出而且分子內(nèi)含有一個(gè)血栓烷,故名。血栓烷B2(TXB2)和6-酮基前列腺素F1a是TXA2和PGI2的降解產(chǎn)物,無生物活性。環(huán)前列腺素(PGI2)含有二個(gè)五碳環(huán)。故名,它是在人類動(dòng)脈及靜脈最里面的內(nèi)襯處合成(包括冠狀動(dòng)脈內(nèi)襯),由環(huán)前列腺素合成酶催化。
圖1-2 白三烯合成示意圖
(一)膽固醇(clolesterol)的消化吸收
膽固醇主要由機(jī)體自身合成,但亦從食物中少量攝取。膽固醇主要來自動(dòng)物內(nèi)臟、蛋黃、奶油、肉等動(dòng)物性食品,植物性食品不含膽固醇,但含植物固醇,過多攝入植物固醇可抑制膽固醇的吸收。食物中膽固醇以游離膽固醇和膽固醇酯兩種形式存在,其中游離膽固醇占總量的85%~90%。膽固醇酯經(jīng)膽汁酸鹽乳化后,在小腸中為胰膽固醇酯酶水解生成游離膽固醇。游離膽固醇與膽汁酸鹽,磷脂及脂肪的水解產(chǎn)物甘油一酯、脂酸等結(jié)合成混合微團(tuán),為小腸粘膜吸收。吸收的游離膽固醇80%~90%在腸粘膜細(xì)胞內(nèi),又與長鏈脂酸(主要是油酸)結(jié)合成膽固醇酯,后者大部分參入乳糜微粒(chylomicrons,CM),少量參與組成極低密度脂蛋白(verylowdensitylipoprotein, VLDL)經(jīng)淋巴進(jìn)入血循環(huán)。未被吸收的膽固醇在小腸下段及結(jié)腸被細(xì)菌還原轉(zhuǎn)化為類固醇隨糞便排出。
膽固醇的消化吸收可以由以下因素影響:①膽汁酸鹽,它促進(jìn)脂類包括膽固醇及固醇酯的乳化,既有利于胰脂酶及膽固醇酯酶及膽固醇酯酶的作用,又有利于膽固醇的吸收;②食物脂肪,脂肪能促進(jìn)膽汁分泌,其分解產(chǎn)物又是混合微團(tuán)的重要成份,它還促進(jìn)腸粘膜細(xì)胞合成乳糜微粒,故食物脂肪有利于膽固醇的吸收;③植物固醇,由于其結(jié)構(gòu)與膽固醇相似,但不易吸收,攝入過多可抑制膽固醇的吸收;④纖維素、果酸可與膽汁酯鹽結(jié)合而促進(jìn)其糞便排出,間接減少膽固醇的吸收;⑤某些藥物如消膽胺,系陰離子交換樹脂,它可與膽汁酸鹽結(jié)合,加速膽汁酸鹽的排泄,間接減少膽固醇的吸收。
(二)膽固醇的合成
1.合成部位
膽固醇合成部位除成年動(dòng)物腦組織及成熟紅細(xì)胞外,幾乎在全身各組織內(nèi)都可合成。但肝是主要合成場所,占合成總量的70%~80%。膽固醇合成酶系存在于胞液及光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,因此膽固醇的合成主要在胞液及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進(jìn)行。
2.合成過程
膽固醇合成部位以乙酰CoA為原料,而乙酰CoA主要產(chǎn)生于線粒體內(nèi),它不能自由通過線粒體內(nèi)膜,需在線粒體內(nèi)先與草酰乙酸縮合成檸檬酸,后者再通過線粒體內(nèi)膜的載體進(jìn)入胞液,然后在檸檬酸裂解酶的作用下,裂解生成乙酰CoA。這一過程是耗能的,每轉(zhuǎn)支1分子乙酰CoA,要耗去1分子ATP。由乙酰CoA合成膽固醇需要大量的NADPH+H+及ATP供給合成反應(yīng)所需的氫和能量。每合成1分子膽固醇需18分子乙酰CoA,36分子ATP及16分子NADPH+H+。乙酰CoA及ATP大多來自線粒體中糖的有氧氫化,而NADPH則主要來自胞液中糖的磷酸戊糖代謝途徑。膽固醇合成步驟十分復(fù)雜,有近30步酶促反應(yīng)大致可劃分為三個(gè)階段:
(1)甲羥戊酸的合成。在乙酰乙酰硫解酶的催化下,二分子乙酰CoA縮合成乙酰乙酰CoA;然后在羥甲基戊二酸單酰CoA合成酶(3-hydroxy-3-methylglutarylCoASynthase,HMG CoA Synthase)的催化下再與一分子乙酰CoA縮合生成痙甲基戊二酸單酰CoA(3-hydroxy-3methylglutarylCoA,HMGCoA)。HMGCoA是合成膽固醇及酮體的重要中間產(chǎn)物。在線粒體中,三分子乙酰CoA縮合成的HMGCoA裂解后生成酮體;而在胞液中生成的HMGCoA則在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)HMGCoA還原酶(HMGCoA reductase )的催化下,由NADPH+H+供氫,還原生成甲痙戊酸(mevalonicacid,MVA)。HMG CoA還原酶是合成膽固醇的限速酶,該步也是膽固醇合成的限速反應(yīng)。
(2)鯊烯的合成。MVA(C6)由ATP提供能量,在胞液內(nèi)一系列酶的催化下,脫羧、磷酸化生成活潑的異戊烯焦磷酸(△3-isopenterylpyrophosphate, IPP)和二甲基丙烯焦磷酸(3,3-dimetytlallypyrophosphate ,DPP)然后三分子活潑的5C焦磷酸化合物(IPP及DPP)縮合成15C的焦磷酸法呢酯(farnesylpyrophosfhate, EPP)。二分子15C焦磷酸法呢酯在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鯊烯合酶(squalenesynthase)的作用下,再縮合,還原即生成30C的多烯烴-鯊烯(squalene)。
圖1-3 膽固醇合成代謝圖
(3)膽固醇的合成。鯊烯為含30個(gè)碳原子的多烯烴,具有與固醇母相近似的結(jié)構(gòu)。鯊烯結(jié)合在胞液中固醇載體蛋白(sterolcarrierprotein,SCP)上以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)單加氧酶和環(huán)化酶等的作用,環(huán)化生成羊毛固醇,后者再烴經(jīng)氧化,脫羧,還原等反應(yīng),脫云個(gè)甲基(次CO2形式后成27℃的膽固醇,如圖1-3所示。
3.合成調(diào)節(jié)
對(duì)膽固醇合成的調(diào)節(jié)主要是通過對(duì)HMGCoA還原酶活性的影響來實(shí)現(xiàn)的。
(1)饑餓與飽食。饑餓與禁食可抑制肝合成膽固醇。禁食使HMGCoA還原酶合成減少活性降低外,乙酰CoA,ATP,NADPH+H+的不足也是膽固醇合成減少的重要原因。相反攝取高糖、高飽和脂肪膳食后,肝HMGCoA還原酶活性增加,膽固醇的合成增加。
(2)膽固醇。它可反饋抑制肝膽固醇合成,主要是HMGCoA還原酶的合成。如圖1-3所示。
(3)激素。胰島素及甲狀腺素能誘導(dǎo)肝HMGCoA還原酶的合成,從而加速膽固醇的合成。胰高血糖素及皮質(zhì)醇則能抑制則能抑制并降低HMGCoA還原酶的活性,因而減少膽固醇的合成。甲狀腺素除能促進(jìn)HMGCoA還原酶的合成外,同時(shí)又促進(jìn)膽固醇在肝轉(zhuǎn)變?yōu)槟懼,且后一作用較前者強(qiáng),結(jié)果使血清膽固醇含量反而下降。
另外,膽固醇合成有明顯的晝夜節(jié)律性。午夜時(shí)合成最高,而中午合成最低,主要是肝HMGCoA還原酶活性有晝夜節(jié)律性所致。
(三)膽固醇的轉(zhuǎn)化
1.在肝內(nèi)轉(zhuǎn)化成肝汁酸
正常人每天約合成1.0-1.5g膽固醇,其中約2/5(0.4-0.6g)在肝內(nèi)轉(zhuǎn)變成膽汁酸,隨膽汁排入腸道。膽固醇在肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)7α羥化酶作用下,由NADPH+H+供氫,O2參加,7α-羥化生成7α-羥膽固醇。7α-羥化酶屬單加氧酶系,是膽汁酸合成的限速酶。7α-羥膽固醇在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)3α-及12α-羥化酶的作用下,亦需NADPH+H+及O2參加,3α-及12α-羥化,然后17β側(cè)鏈經(jīng)β-氧化脫去丙酰CoA即形成24C的膽酸。僅3α和7α-羥則生成鵝脫氧膽酸。二者再在肝細(xì)胞酶的催化下,分別與甘氨酸及;撬結(jié)合即形成結(jié)合型的甘氨膽酸,;悄懰幔拾冰Z脫氧膽酸及;蛆Z脫氧膽酸。結(jié)合型的膽汁酸分泌入毛細(xì)膽管經(jīng)膽管隨膽汁排入膽囊儲(chǔ)存或排入腸道。膽汁酸可反饋抑制7α-羥化酶從而抑制膽汁酸的合成。結(jié)合型的初級(jí)膽汁酸隨膽汁分泌入腸道后,在小腸下段及大腸中受細(xì)菌的作用,發(fā)生水解,生成游離型的膽汁酸隨膽汁分泌入腸道細(xì)菌作用下,使7α羥基脫氧,膽酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-脫氧膽酸(7-deoxycholic acid)鵝脫氧膽酸轉(zhuǎn)變?yōu)?a class="channel_keylink" href="http://quanxiangyun.cn/pharm/2009/20090113060252_95664.shtml" target="_blank">石膽酸( lithocholic acid)。在腸道細(xì)菌作用后生成的7-脫氧膽酸及石膽酸即次級(jí)膽汁酸。
膽汁酸排入腸腔后,大部分未經(jīng)細(xì)菌作用的結(jié)合型膽汁酸(甘氨膽酸及;悄懰)在小腸,主要是回腸,通過主動(dòng)吸收經(jīng)門靜脈回到肝,經(jīng)腸道細(xì)胞作用后的游離型次級(jí)膽汁酸在大腸通過被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入門靜脈。然后進(jìn)入肝。肝細(xì)胞將從腸道來的游離型次級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合型初級(jí)膽汁酸,與新合成的結(jié)合型膽汁酸一起,再分泌入毛細(xì)血管,經(jīng)膽道又排入腸腔,這一過程稱為腸肝循環(huán)。每次由肝排入腸腔的膽汁酸95%以上均被重吸收再利用,僅小部分隨糞便排出。
膽汁酸生理作用是促進(jìn)脂類的消化吸收。由于膽汁酸分子具有親水和疏水的兩個(gè)側(cè)面,是一種很好的乳化劑,能使疏水的酯類在水中乳化成細(xì)小的微團(tuán),既有利于消化酶的作用,又促進(jìn)其吸收。另外,還可阻止膽固醇在膽汁中形成結(jié)石(沉淀)。膽固醇難溶于水,膽汁在膽囊中濃縮后膽固醇較易析出沉淀。而膽汁酸鹽卵磷酯,可使膽固醇分散形成成可溶性微團(tuán),使之不易形成結(jié)晶。若膽汁中膽固醇濃度過高或膽汁中酸鹽及卵類脂與膽固醇的比值降低(小于10:1),則膽固醇析出沉淀,引起結(jié)石。
2.膽固醇在肝外組織的轉(zhuǎn)化
膽固醇是腎上腺皮質(zhì)、睪丸、卵巢等內(nèi)分泌腺合成類固醇激素的原料。合成類固醇激素是膽固醇在體內(nèi)代謝的重要途徑。
(1)腎上腺皮質(zhì)激素的合成。腎上腺皮質(zhì)的球狀帶、束狀帶及網(wǎng)狀帶分別能夠合成醛固酮、皮質(zhì)醇(酮)、性激素。膽固醇是合成這些激素的原料。膽固醇在皮質(zhì)細(xì)胞線粒體內(nèi)膜的20α-羥化酶,22β-羥化酶及20,22碳鏈裂解酶的作用下,斷裂側(cè)鏈、釋出一分子異已醛(6C),生成21碳的孕烯醇酮,羥化反應(yīng)需NADPH+H+及O2參加。然后孕烯醇酮輸出線粒體,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)異構(gòu)酶的催化下,脫氫異構(gòu)化生成21的碳的孕酮。孕酮是合成皮質(zhì)激素的重要中間物,本身也具有激素活性,孕酮在17α、21β、11β及18羥化后,即可合成不同的皮質(zhì)激素。
(2)睪丸酮的合成。睪丸間質(zhì)細(xì)胞可直接以血膽固醇為原料合成睪丸酮。在17α-羥化酶及17,20碳裂解酸的作用下,膽固醇轉(zhuǎn)化睪丸酮。
(3)雌性激素的合成。睪丸酮是卵巢合成雌二醇的直接前體。卵巢獨(dú)有19-羥化酶,19-氧化酶及10,19碳裂解酶,在NADPH+H+及O2的參加下,睪丸酮的19位甲基氧化,三環(huán)芳香化轉(zhuǎn)變?yōu)楸江h(huán),形成雌二醇。雌二醇的生理活性最大,雌酮(estrone)及雌三醇(estriol)為其代謝產(chǎn)物。
圖1-4 膽固醇的主要代謝途徑
膽固醇代謝與其他脂質(zhì)代謝密切相關(guān),是脂蛋白代謝的一個(gè)組成部分。血清膽固醇水平高低反映了機(jī)體某些臟器的代謝障礙,如血清膽固醇升高的有關(guān)疾病有:①糖尿病(LDL)代謝異常等;②甲狀腺機(jī)能降低(膽固醇轉(zhuǎn)換成膽汁酸鹽減少);③膽汁淤滯癥(排泄減少);④家族性高膽固醇血癥(LDL受體缺乏);⑤腎病綜合征(膽固醇合成亢進(jìn))。
血清膽固醇降低的有關(guān)疾病有:①甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)癥(轉(zhuǎn)變成膽汁酸鹽亢進(jìn));②重病肝。ǜ萎a(chǎn)生VLDL和HDL減少);③吸收不良綜合征;④營養(yǎng)失調(diào);⑤無或低β脂蛋白血癥(LDL減少)。如圖1-4所示。
(一)脂肪代謝
脂肪的消化和吸收。膳食中的脂質(zhì)主要為脂肪,此外還含少量磷脂,膽固醇等。在小腸經(jīng)膽汁酸鹽有作用,乳化并分散成細(xì)小的微團(tuán)后,再被消化酶消化。小腸含有胰腺分泌的胰脂酶(pancreaticlipase,PL),磷脂酶A2(phospholipaseA,PLA2),膽固醇酯酶(cholesterylesterase)及輔脂酶(colipase)。胰脂酶特異催化甘油三酯的1及3位酯鍵水解,生成2-甘油一酯(2-monoglyceride,MG)及二分子脂肪酸。胰脂酶必須吸附在乳化脂肪微團(tuán)水油界面上,才能作用于微團(tuán)內(nèi)的甘油三酯。輔脂酶能于膽汁酸鹽及胰脂酶結(jié)合并促進(jìn)胰脂酶吸附在微團(tuán)的水油界面上,因而能增加胰脂酶的活性,促進(jìn)脂肪的水解。磷脂酶A2催化磷脂2位酯鍵水解,生成脂肪酸及溶血磷脂。膽固醇酯酶促進(jìn)膽固醇酯水解成游離膽固醇及脂肪酸。
脂類消化產(chǎn)物主要在十二指腸下段空腸上段吸收。中鏈脂肪酸(6-10C)及短鏈脂肪酸(2C-4C)構(gòu)成甘油三酯,經(jīng)膽汁酸鹽乳化后即可被吸收,在腸粘膜細(xì)胞內(nèi)脂肪酶的作用下,水解為脂肪酸及甘油,通過門靜脈進(jìn)入血循環(huán)。長鏈脂肪酸(12-26C)及2-甘油一酯吸收入腸粘膜后,在光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)酰酶(acylstransferase)的催化下,由ATP供給能量,2-甘油一酯加上2分子脂酰CoA,再合成甘油三酯。后者參入乳糜微粒的組成,經(jīng)淋巴進(jìn)入血循環(huán)。
(二)脂肪的合成
脂肪(;视腿)是機(jī)體儲(chǔ)存能量的形式。肝、脂肪組織及小腸是合成甘油三酯的主要場所,以肝的合成能力最強(qiáng)。
甘油三酯合成原料是由葡萄糖代謝提供的甘油及脂肪酸。甘油三酯合成的兩條途徑,一是小腸粘膜細(xì)胞內(nèi)由消化吸收的甘油一酯及脂肪酸在轉(zhuǎn)酰酶的催化下合成甘油三酯。二是在肝細(xì)胞及脂肪細(xì)胞進(jìn)行的合成途徑-甘油二酯途徑。3-磷酸甘油在轉(zhuǎn)酰酶的作用下,加上2分子脂酰CoA生成磷脂酸(phosphatidicacid)。后者在磷脂酸磷酸酶的作用下,水解脫去磷酸生成1,2-甘油二酯,然后在轉(zhuǎn)酰酶的催化下,再加上1分子脂;瓷筛视腿ァ
合成脂肪的三分子酸可為同一種脂肪酸,也可是三種不同的脂肪酸。合成所需的3-磷酸甘油主要由糖代謝提供。肝、腎等組織含有甘油激酶,能利用游離甘油,使之磷酸化生成3-磷酸甘油。脂肪細(xì)胞缺乏甘油激酶因而不能利用甘油合成脂肪。
(三)磷脂的代謝
1.甘油磷脂的合成和降解
甘油磷脂可在全身各組織細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有合成磷脂的酶系。但以肝、腎及腸等組織最活躍,其合成原料是脂肪酸,甘油主要由葡萄糖代謝轉(zhuǎn)化而來,但多不飽和脂肪酸必須從植物油攝取,其他原料如磷酸鹽、膽堿(choline)、絲氨酸、肌醇(inositol)等可來自食物和體內(nèi)合成。其合成過程有兩種,一是甘油二酯合成途徑。磷脂酰膽堿及磷脂酰及乙醇胺主要通過此途徑合成;二是CDP-甘油二酯合成途徑。肌醇磷脂(phosphatidylinositol)、絲氨酸磷脂(phosphatidyline serine)及心磷脂(cardiolipin)由此途徑合成,具體過程如下。
以上是磷脂合成的基本過程。此外磷脂酰膽堿亦可由磷脂酰乙醇胺從S-腺苷蛋氨酸獲得甲基生成。磷脂酰絲氨酸可由磷脂酰乙醇胺羥化或其乙醇胺與絲氨酸交換生成。甘油磷脂的合成是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜外側(cè)面進(jìn)行,而在胞液中存在一類能促進(jìn)磷脂在細(xì)胞內(nèi)膜之間進(jìn)行交換的蛋白質(zhì)-磷脂交換蛋白(phospholipidexchange proteins)。不同的磷脂交換蛋白催化不同種類磷脂在膜之間進(jìn)行交換。合成的磷脂通過這類蛋白的作用轉(zhuǎn)移至不同的細(xì)胞器膜上,從而更新其磷脂。
甘油磷脂的降解是由多種磷脂酶類(phospholipase)分別作用于甘油磷脂分子中的不同酯鍵。作用于1,2位酯鍵的酶分別稱為磷脂酶A1和A2,作用于溶血磷脂1位酯鍵的酶稱為磷脂酶B1,作用于3位磷酸酯鍵的酶稱為磷脂酶C,作用磷酸取代基間酯鍵的酶稱為磷脂酶D。通過以上多種酶的作用甘油磷脂最終分解為甘油、脂肪酸、無機(jī)磷酸。
2.鞘磷脂的代謝
全身各組織均可合成鞘磷脂,但以腦組織最為活躍。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有合成鞘氨醇酶系,鞘胺醇是各種鞘磷脂的前體物質(zhì),其合成過程為:
神經(jīng)鞘磷脂以鞘氨醇為前體,在脂酰轉(zhuǎn)移酶的催化下,其氨基與脂酰CoA進(jìn)行酰胺縮合,生成N-脂酰鞘氨醇后,者由CDP-膽堿供給磷酸膽堿即生成神經(jīng)鞘磷脂。
鞘磷脂的降解過程類似于磷脂的降解,在多種磷脂酶的作用下,可逐步水解。神經(jīng)鞘磷脂酶存在于腦、肝、脾、腎等細(xì)胞的溶酶體中,屬于磷脂酶C類,能夠使磷酸酯鍵水解,產(chǎn)生磷酸膽堿及N-脂酰鞘氨醇。
(四)糖酯的代謝
1.糖基甘油酯的生物合成
糖基甘油酯分子是由糖類、甘油和脂肪酸組成的。其組成與磷脂的區(qū)別只是磷是基團(tuán)被糖基所取代,因此合成過程與磷脂有許多相似之處。動(dòng)物體內(nèi)合成quanxiangyun.cn/pharm/糖酯最活躍的器官是腦,亞細(xì)胞部位是微粒體。微粒體含有催化生成二半乳糖基甘油二酯的酶系。
2.糖基甘油酯的降解
腦組織含有脂肪酶和半乳糖苷酶催化半乳糖基甘油酯的水解反應(yīng)。腦微粒體的半乳糖脂酶水解半乳糖基甘油二酯。動(dòng)物體只有神經(jīng)組織含有糖基甘油酯,其濃度在髓鞘形成期開始升高,因?yàn)樗暮铣伤俣茸羁,而水解酶活力又相?yīng)降低。由此表明糖脂參與了髓鞘形成的過程。糖脂降解產(chǎn)物是脂肪酸、半乳糖、甘油。
3.糖鞘脂代謝
哺乳動(dòng)物的糖脂在肝臟和脾臟周轉(zhuǎn)很快,但紅細(xì)胞發(fā)育期動(dòng)物的腦組織與內(nèi)膜結(jié)合的糖脂半壽期卻比較長。中性糖鞘脂的生物合成是通過在神經(jīng)酰胺分子上順序添加單糖而合成寡糖鏈,催化這一反應(yīng)的酶總稱為糖基轉(zhuǎn)移酶,糖基供體是糖核苷酸衍生物(UDP-半乳糖,UD-P葡萄糖等,單糖從它的核苷酸衍生物轉(zhuǎn)移給適宜的受體(底物)合成各種中性糖鞘脂。其中已糖苷神經(jīng)酰胺的合成途徑有兩條。其一,是從鞘氨醇和UDP-半乳糖合成鞘氨醇半乳糖苷,由UDP-半乳糖:鞘氨醇β-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶催化,再經(jīng)一個(gè);D(zhuǎn)移酶合成1-0-半乳糖苷神經(jīng)酰胺。但是已糖苷神經(jīng)酰胺還是主要通過第二條途徑合成的,即鞘氨醇首先;a(chǎn)生神經(jīng)酰胺,后者再經(jīng)UDP-半乳糖:N;拾贝及肴樘寝D(zhuǎn)移酶催化合成1-0-半乳糖神經(jīng)酰胺。
中性糖鞘脂的合成則是在多種糖基轉(zhuǎn)移酶的催化下逐步合成的。如半乳糖基轉(zhuǎn)移酶有催化生成α(1→4)糖苷鍵的酶,也有催化產(chǎn)生β(1→4)或β(1→3)糖苷鍵的酶;此外還有葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶、巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶、N-乙酰氨基葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶β(1→3)和不止一種N-乙酰氨基半乳糖轉(zhuǎn)移酶催化產(chǎn)生β(1→3)糖苷鍵和催化產(chǎn)生а(1→3)糖苷鍵。
葡萄糖苷酶、N-乙酰、β-氨基乙糖苷酶、α-巖藻糖苷酶、芳香基硫酸酯酶和神經(jīng)酰胺酶。由于糖鞘脂的分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此每一類酶呈現(xiàn)多樣的底物專一性。糖硝酯被以上諸酶水解生成鞘氨醇、脂肪和酸糖基。