（二）淀粉的合成
淀粉在叶绿体子座中产生并在子座中以淀粉颗粒储存。合成途径包括由卡尔文循环产生的甘油醛-3-磷酸转变为G-1-P，再合成核苷酸的糖衍生物ADP-G、CDP-G、GDP-G；随后，在引物分子上经转葡糖苷酶催化进行合成直链淀粉，再在Q酶作用下生成α-1，6-糖苷键，形成支链。
二、糖原的合成
葡萄糖等单糖合成糖原的过程称为糖原的合成。糖原合成是在糖原分子（引物约4-6个葡萄糖残基）基础上经酶系作用逐个加上葡萄糖，并形成分支。UDPG是葡萄糖的活性形式，是参与合成反应的葡萄糖的活性供体。
1.UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化UTP和G-1-P合成UDP-G和焦磷酸，焦磷酸立即被焦磷酸酶水解，释放能量。反应基本上不可逆。
2.糖原合成酶催化形成α-1，4-糖苷键，即把UDP-G的糖残基转移到糖原分子非还原端的C4-OH基上。此酶是关键酶。
3.分支酶催化α-1，6-糖苷键连接，形成分支。通常分支酶断裂含7个葡萄糖残基的一段糖链，将其转移到糖原分子更内部的位点。
总反应式： Gn+G+2ATP → Gn+1+2ADP+2Pi
糖原合成与分解是由不同酶催化的逆向反应，属于不同的途径，有利于调节。糖原合成酶和糖原磷酸化酶是两个过程的关键酶。其活性均受磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节，磷酸化的方式相似，但效果不同，糖原合成酶磷酸化后失活，去磷酸化后有活性，而糖原磷酸化酶磷酸化后活性变强。两种酶的磷酸化受相应的激酶催化，并通过上一级酶的调节及激素调控使整个调节过程精细化。
二、糖异生作用
  （一）概念和部位
非糖物质(如甘油、丙酮酸、乳酸和生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。这是体内单糖生物合成的惟一途径。
肝脏是糖异生的主要器官，长期饥饿时，肾脏的糖异生作用增强。糖异生中许多反应是糖酵解的逆向过程，在胞液和线粒体内发生。
（二）反应过程
糖异生并非是糖酵解的逆转，己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化的三个高放能反应不可逆，构成“能障”，需要消耗能量走另外途径，或由其它的酶催化来克服不可逆反应带来的“能障”。
1.丙酮酸羧化支路：丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧基化生成草酰乙酸，再经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化脱羧基和磷酸化形成磷酸烯醇式丙酮酸。
丙酮酸羧化酶仅存在线粒体中，胞液中的丙酮酸必须进入线粒体，才能羧化为草酰乙酸，此步消耗1分子ATP，草酰乙酸不能直接透过线粒体膜，转化成苹果酸或天冬氨酸才转运回胞液。PEP羧激酶在线粒体和胞液都有，此步消耗1分子GTP。PEP经一系列酶催化生成F-1，6-BP，其反应需用1分子ATP和1分子NADH。
2.果糖二磷酸酶催化F-1，6-BP水解为F-6-P。
3.G-6-P酶催化G-6-P水解为葡萄糖。
总反应式：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++6H2O → 葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+
糖异生等于用了4分子ATP克服由2分子丙酮酸形成2分子高能磷酸烯醇式丙酮酸的能障，用了2分子ATP进行磷酸甘油激酶催化反应的可逆反应。这比酵解净生成的ATP多用了4分子ATP。
（三）糖异生的调控和生理意义
糖异生的前体，例如乳酸是由乳酸脱氢酶催化转化为丙酮酸进入糖异生途径的，甘油先转变成α-磷酸甘油再转化成磷酸二羟丙酮进入。
ATP/AMP的变化是影响糖异生关键酶活性的重要因素。当AMP的水平高时，表明要合成更多的ATP，AMP激发PFK，增加糖酵解的速率和抑制果糖1，6-二磷酸酶，关闭糖异生作用；反之，当ATP和柠檬酸水平高时，PFK受抑制，降低酵解的速率，以及柠檬酸激发果糖1，6-二磷酸酶，增加糖异生的速率。
糖异生的意义：
1.补充血糖，可保持其浓度的相对恒定。在饥饿或剧烈运动时对保持血糖水平是重要的，在脑和红细胞，几乎完全依靠血糖作为能量的来源。
2.回收乳酸能量，防止乳酸中毒。剧烈运动时，肌糖原酵解产生大量乳酸，部分由尿排出，但大部分经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原和葡萄糖，以补充血糖，再被肌肉利用，形成乳酸循环。所以糖异生途径对乳酸的再利用、肝糖原的更新、补充肌肉消耗的糖及防止乳酸中毒都有一定的意义。

 
第六章  脂类代谢

教学目标：
1.掌握脂类的结构、生理功能及酶促水解。
2.掌握甘油的氧化、脂肪酸的β-氧化途径；酮体的生成和利用；了解脂肪酸氧化的其他途径。                    
3.掌握软脂酸合成的部位、原料、途径及关键酶；熟悉脂肪酸链的加长和去饱和；了解脂肪酸代谢的调节。
4.熟悉卵磷脂和脑磷脂的生物合成。
5.熟悉胆固醇合成的部位、原料、过程及其转化。
导入：脂类是人体的重要营养素，分为脂肪和类脂两大类。脂肪的主要功能是储能和供能。类脂包括磷脂、糖脂、胆固醇及其酯，是生物膜的重要组分，参与细胞识别及信息传递，并是多种生理活性物质的前体。体内脂肪酸的来源有二：一是机体自身合成，以脂肪形式储存在脂肪组织中，需要时从脂肪动员。饱和脂酸及单不饱和脂酸主要靠机体自身合成。另一来源系膳食的脂肪供给，特别是某些多不饱和脂酸，动物机体自身不能合成，需从植物油摄取，称为必需脂酸。本章重点讨论脂肪的分解和合成代谢。

第一节   概论
一、脂类
脂肪(fat)又称甘油三酯（triglyceride ,TG）。脂肪细胞是哺乳动物脂肪主要储存处。糖原可在短时间（1h左右）提供用于肌肉收缩的能量，但持续、剧烈地工作，如马拉松选手竞赛、侯鸟持久的飞行和蝗虫迁移，其能量来源依赖TG的代谢。1g脂肪氧化释能37.6 kJ，比等量的糖或蛋白质高出2倍以上。
天然脂肪酸多为偶数C，16C或18C多见；不饱和脂肪酸中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸是必需脂肪酸。
磷脂按其化学结构分为甘油磷脂和鞘磷脂。
甘油磷脂是生物膜中含量最多的脂类物质，核心结构是甘油-3-磷酸，C1和C2位的羟基被2条脂酰基长链取代（形成疏水尾），C3的磷酸羟基结合各种取代基形成极性头。包括磷脂酰胆碱（卵磷脂，PC）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂，PE）、磷脂酰丝氨酸(PS）、磷脂酰甘油、二磷脂酰甘油（心磷脂）及磷脂酰肌醇（PI）六类，每一类又因组成的脂酸不同而有若干种，红细胞就有100种以上的不同的磷脂。鞘磷脂、脑苷脂和神经节苷脂属鞘脂类，在神经组织和脑内含量较高。不含甘油，由一分子脂肪酸，一分子鞘氨醇或其衍生物，一分子极性头基团组成。
固醇是环戊烷多氢菲的衍生物。胆固醇（cholesterol ,Ch）及胆固醇酯是血浆蛋白和细胞外膜的重要组分。胆固醇可调节生物膜的流动性，同时也是合成胆汁酸、类固醇激素和维生素D等生理活性物质的前体。
二、生物膜
细胞的外周膜和细胞器的内膜系统统称为生物膜。其功能是维持细胞内环境相对稳定的屏障，又是进行物质交换、细胞识别、信息传递的场所，内膜系统使酶区域化分布保证各种生化反应有序进行。膜的基本结构是脂质双分子层，用“流体镶嵌模型”解说。
三、脂类的酶促水解
1.脂肪酶广泛存在于动物、植物和微生物中。在人体内，脂肪的消化主要在小肠，由胰脂肪酶催化，胆汁酸盐和辅脂肪酶的协助使脂肪逐步水解生成脂肪酸和甘油。
2.磷脂酶有多种，作用于磷脂分子不同部位的酯键。作用于1位、2位酯键的分别称为磷脂酶A1及 A2，生成溶血磷脂和游离脂肪酸。作用于3位的称为磷脂酶C，作用磷酸取代基间酯键的酶称磷脂酶D。作用溶血磷脂1位酯键的酶称磷脂酶B1。
3.胆固醇酯酶水解胆固醇酯生成胆固醇和脂肪酸。
4.小肠可吸收脂类的水解产物。胆汁酸盐帮助乳化，结合载脂蛋白（apoprotein,apo）形成乳糜微粒经肠粘膜细胞吸收进入血循环。所以乳糜微粒(chylomicron,CM)是转运外源性脂类（主要是TG）的脂蛋白。

第二节   脂肪的分解代谢
食物中的脂肪通过消化被脂肪酶逐步降解为甘油和游离脂肪酸（FFA）,而储存于脂肪细胞中的脂肪通过脂肪动员降解，在脂肪动员中，三酰甘油脂肪酶的活性低，是脂肪动员的限速酶。脂肪分解是生物体利用脂肪作为供能原料的第一个步骤。
一、甘油的氧化
脂肪动员产生的甘油主要在肝细胞经甘油激酶作用生成3-磷酸甘油，再脱氢生成磷酸二羟丙酮后循糖代谢途径分解或经糖异生途径转化成葡萄糖。脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低，不能很好利用甘油。
二、脂肪酸的氧化分解
脂肪酸不溶于水，在血液中与清蛋白结合后（10:1），运送全身各组织，在组织的线粒体内氧化分解，释放大量的能量，以肝脏和肌肉最为活跃。1904年，Knoop用苯环作标记，追踪脂肪酸在动物体内的转变过程，发现当奇数碳脂肪酸衍生物被降解时，尿中检测出的是马尿酸，如果是偶数碳，尿中排出的是苯乙尿酸。显然脂肪酸酰基链的降解发生在β-碳原子上，即每次从脂酸链上切下一个二碳单位。以后的科学实验证明β-氧化学说是正确的，切下的二碳单位是乙酰CoA，脂肪酸进入线粒体前先被活化。
（一）脂肪酸的活化   
在胞液中FFA通过与CoA酯化被激活,催化该反应的酶是脂酰CoA合成酶，需ATP、Mg2+参与。反应产生的PPi立即被焦磷酸酶水解，阻止了逆反应，所以1分子FFA的活化实际上消耗2个高能磷酸键。
 RCOOH+ATP+CoASH—→RCO~SCoA+AMP+PPi
（二）脂酰CoA进入线粒体
脂肪酸的氧化是在线粒体内进行的, 而脂酰CoA不能自由通过线粒体内膜进入基质, 需耍通过线粒体内膜上肉毒碱转运才能将脂酰基带入线粒体。内膜两侧的脂酰CoA肉毒碱酰基转移酶Ⅰ、Ⅱ（同工酶）催化完成脂酰基的转运和肉毒碱的释放。酶Ⅰ是FFA氧化分解的主要限速酶。
（三）脂酰CoA的β-氧化
脂酰CoA氧化生成乙酰CoA涉及四个基本反应：第一次氧化反应、水化反应、第二次氧化反应和硫解反应。
第一步由脂酰CoA脱氢酶催化脱氢生成反-⊿2-烯脂酰CoA和 FADH2。
第二步由反-⊿2-烯脂酰CoA水化酶催化加水生成L-（+）-β-羟脂酰CoA。
第三步由L-（+）-β-羟脂酰CoA脱氢酶催化生成β-酮脂酰CoA和NADH+H+。
第四步由硫解酶作用底物的α-与β-C间断裂，CoASH参与，生成1分子乙酰CoA和比原来少2个C的脂酰CoA。然后再一轮β-氧化，如此循环反应。
（四）脂肪酸氧化的能量计算
1分子软脂酸（16C）经7次β-氧化可生成8个乙酰CoA、7个NADH+H+、7个FADH2。每个乙酰CoA进入TCA循环生成3个NADH+H+、1个FADH2、1个GTP，并释放2分子CO2。
总反应方程式是：软脂酰CoA+23 O2+131Pi+131ADP→CoASH+16 CO2+123H2O+131ATP
净生成的ATP数：12×8＋3×7＋2×7－2 =129。 (脂肪酸活化消耗2个高能磷酸键，相当消耗2个ATP)
当以脂肪为能源时，生物体还获得大量的水。骆驼的驼峰是储存脂的“仓库”，既提供能量，又提供所需的水。
（五）脂肪酸氧化的其他途径
1. 奇数碳原子脂酸的氧化 
人体含极少量奇数碳脂肪酸，而许多植物、海洋生物、石油酵母等含一定量的奇数碳脂肪酸。其β-氧化除生成乙酰CoA外，还生成1分子丙酰CoA，后者可通过β-羧化酶及异构酶的作用生成琥珀酰CoA，经TCA途径彻底氧化。
2. 不饱和脂肪酸的氧化
机体中脂酸约一半以上是不饱和脂肪酸，其中的双键均为顺式（cis）构型，不能被烯脂酰CoA水化酶作用（该酶催化的是反式构型双键的加水），所以需要异构酶和还原酶才能使一般不饱和脂肪酸的氧化进行下去。如油酸是十八碳一烯酸（cis-⊿9），细胞质中的油酸同样先活化生成油酰CoA，经转运系统换成线粒体基质中的油酰CoA，经三轮β-氧化生成3分子乙酰CoA和cis-⊿3-十二碳烯脂酰CoA，后者经异构酶催化为trans-⊿2-十二碳烯脂酰CoA，就可由烯脂酰CoA水化酶作用生成L-β-羟脂酰CoA，再经五轮β-氧化生成6分子乙酰CoA，总计9分子乙酰CoA。
多不饱和脂肪酸的氧化还需一个特殊的还原酶。
三、酮体的生成和利用
脂肪酸经β-氧化生成的大多数乙酰CoA进入TCA循环，当乙酰CoA的量超过TCA循环氧化能力时，多余的生成酮体（ketone bodies）,包括β-羟丁酸（占70%）、乙酰乙酸（占30%）和丙酮（微量）。酮体是燃料分子，作为“水溶性的脂”，在心脏和肾脏中比脂肪酸氧化得更快。