甘油三酯代谢

甘油三酯代谢包括甘油三酯分解代谢、酮体代谢及甘油三酯合成代谢三部分。

甘油三酯分解代谢

脂肪动员

储存在脂肪组织中的脂肪,被脂肪酶逐步水解后以游离脂肪酸和甘油形式释放,通过血液循环供其他组织氧化利用的过程称为脂肪动员。三脂酰甘油脂肪酶是脂肪动员的关键酶。该酶受多种激素的调控,称为激素敏感性脂肪酶(hormone-sensitive lipase,HSL)。肾上腺素、胰高血糖素、促肾上腺皮质激素和促甲状腺素都是促进脂肪动员的激素称为脂解激素。与此相反,胰岛素、前列腺素E2及烟酸等抑制脂肪动员的激素称为抗脂解激素。其主要的信号通路有:激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→PKA→磷酸化修饰激活HSL;此外PKA还可激活MAPK/ERK信号通路,后者也可磷酸化修饰HSL。近年来研究发现PKA还可磷酸化修饰脂肪滴表面支架蛋白脂周数(perilipin,PLIN)使之从脂肪滴表面解离,从而促进HSL与脂肪结合和水解。除了HSL外,同时发现另一个参与脂肪动员的酶是脂肪细胞甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL),目前认为,ATGL启动脂肪水解第一个阶段,即甘油三酯的第一个酯键,而HSL水解甘油二酯分子中酯键。因此,ATGL 和HSL一起才能完成白色脂肪组织(white adipose tissue,WAT)中的脂肪水解过程。

脂肪动员释放的甘油可被肝、肾、肠等组织利用。甘油依次由甘油激酶和磷酸甘油脱氢酶催化生成磷酸二羟丙酮,再通过糖异生作用转变为糖或循糖酵解途径氧化分解。甘油也可再用来合成脂肪。

脂肪酸氧化分解

脂肪动员释放游离脂肪酸被心、肝、骨骼肌等摄取利用。在O2供给充足的条件下,脂肪酸可彻底氧化分解为CO2、H2O和生成大量ATP。脂肪酸是人及哺乳动物主要的能源物质之一,除脑组织外,大多数组织均能氧化脂肪酸,不过以肝脏及肌肉最活跃。整个过程分为四个阶段(图3-3-2):①活化:脂肪酸在胞液中活化生成脂酰CoA。②转运:脂肪酰基转运进入线粒体,长链脂肪酸(12C~26C)进入线粒体必须要在肉碱脂酰转移酶Ⅰ和Ⅱ、肉碱-脂酰肉碱转位酶以及肉碱共同作用下才能完成转运。这一转运过程是脂肪酸氧化分解的限速步骤,其中关键酶是肉碱脂酰转移酶Ⅰ。在饥饿、高脂低糖膳食或患糖尿病的状况下,机体主要靠脂肪酸氧化供能,肉碱脂酰转移酶Ⅰ活性增加。相反,高糖低脂膳食时,肉碱脂酰转移酶Ⅰ活性受抑制,脂肪酸氧化减少,合成增加。肉碱脂酰转移酶缺乏的重要特征是运动时的肌无力。由于中等长度的脂肪酸(8C~10C)进入线粒体无需肉碱的协助,所以此类患者可以正常氧化中链脂肪酸。③β-氧化:脂肪酰CoA在线粒体基质中脂肪酸β-氧化多酶体系的催化下,从脂酰基的β-碳原子开始,进行脱氢、加水、再脱氢及硫解四步连续反应,脂酰基α与β碳原子之间的共价键断裂,生成1分子乙酰CoA、1分子比原来少2个碳原子的脂酰CoA、1分子FADH2和1分子NADH+H+,反复进行上述反应,直至全部变成乙酰CoA,即完成脂肪酸的β-氧化。④彻底分解和放能:脂肪酸β-氧化产物乙酰CoA经三羧酸循环进一步氧化分解,产生的还原当量(FADH2 和NADH+H+)进入氧化磷酸化过程,彻底氧化生成H2O,释放的能量转换为大量ATP。1摩尔软脂酸(16C)氧化分解可净产生129摩尔ATP,比葡萄糖氧化分解产生更多ATP。因此,脂肪是机体更有效的储能物质。

脂肪酸氧化分解过程

图3-3-2 脂肪酸氧化分解过程

酮体的生成和利用:

肝组织脂肪酸氧化生成的乙酰CoA,除部分彻底分解提供肝组织本身需要的能量外,余下的则转变成一类特殊的水溶性中间产物——酮体。酮体包括乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮。肝细胞线粒体内含有合成酮体的酶类,这些酶活性很高,可以将脂肪酸β-氧化产生的乙酰CoA迅速转变成酮体。但是肝脏本身缺乏利用酮体的酶,酮体必须透过肝细胞膜由血液运输到肝外组织进一步氧化分解。肝外许多组织具有活性很强的利用酮体的酶,可以将酮体重新转化成乙酰CoA,再通过三羧酸循环彻底氧化分解。酮体分子小,溶解性高,易于透过血-脑屏障及肌肉毛细血管壁。心肌和肾皮质利用酮体优于利用葡萄糖。脑组织虽然不能直接氧化脂肪酸,却能利用肝所产生的酮体。正常饮食时,脑优先利用葡萄糖,但在糖供应不足或糖利用障碍时,酮体可以替代葡萄糖,成为脑组织的主要能源,甚至75%的能源来自酮体。

三脂酰甘油的合成代谢

三脂酰甘油除由食物脂肪水解产物重新合成以外,大部分由糖转化而来。尤其当糖摄入量增多时,葡萄糖氧化产生的乙酰CoA可大量合成脂肪酸,脂肪酸酯化为三脂酰甘油,储存于脂肪组织内。

脂肪酸合成在细胞液中进行,胞液中存在合成脂肪酸的多酶体系,以葡萄糖氧化产生的乙酰CoA为原料,在ATP、NADPH+H+、HCO-3 (CO2)及Mn2+等多种辅因子参与下,通过缩合还原方式合成软脂酸(16碳)。肝脏合成脂肪酸的能力较脂肪组织大8~9倍,是人体脂肪酸合成的主要场所。乙酰CoA羧化酶存在于胞液中,是脂肪酸合成的限速酶。胰高血糖素可激活依赖于AMP的蛋白激酶A,从而抑制乙酰CoA羧化酶活性。而胰岛素则能通过蛋白磷酸酶作用,使乙酰CoA羧化酶脱磷酸而恢复活性。此外,高糖膳食能促进乙酰CoA羧化酶的合成,进而具有促进乙酰CoA的羧化作用。小肠黏膜细胞利用食物脂肪水解产生的一脂酰甘油和脂肪酸可以合成三脂酰甘油。

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