脂肪酸：结构，类型，功能，生物合成 - 生物学 - 2025

的脂肪酸是由烃衍生的有机大分子，其由碳原子和具有疏水性氢的长链的（是脂溶性）和是脂肪和脂质的结构基础。

它们是非常多样化的分子，它们通过其烃链的长度以及其双键的存在，数量，位置和/或构型而彼此区别。

饱和脂肪酸的通用方案（来自Wikimedia Commons的Laghi.l）

在动物，植物，真菌和微生物（例如细菌和酵母）的脂质中，已经描述了100多种不同类别的脂肪酸，这些脂肪酸被认为是大多数生物中特定的物种和组织。

人类每天消耗的油脂，无论是动物来源还是植物来源，都主要由脂肪酸组成。

介绍

黄油，除其他外，基本上是由脂肪酸组成的（来源：Africa Studio，通过psing.com）

脂肪酸分子在细胞水平上起着重要的功能，使其成为必不可少的组成部分，并且由于其中一些不能被动物合成，因此必须从饮食中获取它们。

脂肪酸在细胞质溶胶中很少见为游离物质，因此通常作为其他分子结合物的一部分被发现，例如：

-生物膜中的脂质。

-甘油三酸酯或脂肪酸酯，在植物和动物中用作储备。

-蜡，是长链脂肪酸和醇的固体酯。

-其他类似物质。

在动物中，脂肪酸以小的脂肪滴形式储存在细胞质中，该脂肪滴由称为三酰基甘油的复合物构成，而该复合物仅是其结合的甘油分子，位于每个原子中碳，通过酯键的脂肪酸链。

尽管细菌具有短且通常为单不饱和的脂肪酸，但在自然界中，通常发现链中具有偶数个碳原子（通常为14至24），饱和，单不饱和或多不饱和的脂肪酸。

结构体

脂肪酸是两亲性分子，也就是说，它们具有两个化学定义的区域：亲水性极性区域和疏水性非极性区域。

疏水区由长的烃链组成，从化学角度讲，它不是很活泼。另一方面，亲水性区域由表现为酸的末端羧基（-COOH）组成。

该末端羧基或羧酸在溶液中电离，具有高反应性（化学上来说）并且非常亲水，因此代表了脂肪酸与其他分子之间的共价结合位点。

脂肪酸的烃链的长度通常具有偶数个碳原子，这与它们的生物合成过程密切相关，因为它们的生长成对出现在成对的碳中。

最常见的脂肪酸具有16至18个碳原子的链，在动物中，这些链是非支链的。

分类

根据构成脂肪酸的键的性质，即根据其烃链的碳原子之间存在单键或双键，将脂肪酸分为两大类。

因此，存在饱和和不饱和脂肪酸。

-饱和脂肪酸仅具有一个碳-碳键，所有碳原子均被“饱和”或连接至氢分子。

-不饱和脂肪酸具有一个或多个碳-碳双键，并且并非所有这些都与氢原子相连。

还根据不饱和度（双键）的数目将不饱和脂肪酸分为单不饱和（只有一个双键）和多不饱和（有多个不饱和键）。

饱和脂肪酸

它们通常具有4至26个通过单键连接的碳原子。其熔点与链长即分子量成正比。

碳原子数为4至8的脂肪酸在25°C下为液态，是构成食用油的脂肪酸，而碳原子数超过10的脂肪酸为固体。

其中最常见的是月桂酸，其在棕榈仁和椰子油中含量丰富。在棕榈，可可和猪油中发现的棕榈酸；在可可和氢化油中发现的硬脂酸。

它们是脂肪酸，其不饱和脂肪酸的稳定性要比不饱和脂肪酸高得多，至少在生理条件下尤其抗氧化。

因为碳-碳单键可以自由旋转，所以饱和脂肪酸是非常灵活的分子，尽管空间位阻使完全伸展的结构在能量上最稳定。

不饱和脂肪酸

这些脂肪酸具有很高的反应活性，容易饱和和氧化。它们在植物和海洋生物中很常见。仅具有一个双键的那些被称为单不饱和或单烯酸，而具有两个以上双键的那些被称为多烯或多不饱和的。

双键的存在在位置9和10之间的碳原子之间很常见，但这并不意味着未发现在另一个位置具有不饱和键的单不饱和脂肪酸。

与不饱和脂肪酸不同，不饱和脂肪酸不是从末端羧基列出的，而是根据第一个C-C双键的位置列出的，因此分为两类，ω-6酸或ω6酸。和omega-3或ω3。

Omega-6酸在碳数6处具有第一个双键，而Omega-3酸在碳数3处具有第一个双键。名称ω由最接近最终甲基的双键给出。

双键也可以以称为“顺式”和“反式”的两种几何构型存在。

大多数天然不饱和脂肪酸具有“顺式”构型，商业（氢化）脂肪中存在的脂肪酸双键呈“反式”。

在多不饱和脂肪酸中，两个双键通常被至少一个甲基彼此隔开，即，一个与两个氢原子键合的碳原子。

特征

脂肪酸在活生物体中具有多种功能，如上所述，其必不可少的功能之一是作为脂质的必不可少的部分，脂质是生物膜的主要成分，也是生物体中三种最丰富的生物分子之一。与蛋白质和碳水化合物一起活着。

它们也是出色的能量底物，这是因为它们以ATP和其他中间代谢物的形式获得了大量能量。

例如，假设动物无法储存碳水化合物，那么脂肪酸就代表了能量储存的主要来源，这是由于过量消耗的糖类被氧化而产生的。

结肠中的短链饱和脂肪酸参与刺激水和钠，氯离子和碳酸氢根离子的吸收。此外，它们在粘液的产生，结肠细胞（结肠细胞）的增殖等方面具有功能。

不饱和脂肪酸在食用植物油中尤其丰富，对所有人的饮食都很重要。

我们每天消耗的油是脂肪酸（来源：stevepb，通过psing.com）

其他一些则作为具有酶促活性的某些蛋白质的配体参与，这就是为什么它们对于发现它们的细胞的能量代谢具有重要意义的原因。

生物合成

脂肪酸的降解被称为β-氧化，发生在真核细胞的线粒体中。相反，生物合成发生在动物细胞的胞质溶胶和植物细胞的叶绿体（光合细胞器）中。

它是依赖于乙酰辅酶A，丙二酰辅酶A和NADPH的过程，它发生在所有活生物体和“较高”的动物如哺乳动物中。例如，它在肝脏和脂肪组织以及乳腺中非常重要。

用于该途径的NADPH主要是磷酸戊糖途径的NADP依赖性氧化反应的产物，而乙酰辅酶A可以来自不同来源，例如丙酮酸的氧化脱羧，克雷布斯循环和脂肪酸的β-氧化。

像β氧化一样，生物合成途径在所有细胞中都受到变构效应子和参与调节的酶的共价修饰的高度调节。

-丙二酰辅酶A合成

该途径始于从乙酰辅酶A分子形成称为丙二酰辅酶A的代谢中间体，并被称为乙酰辅酶A羧化酶的多功能酶催化。

此反应是生物素依赖性羧基分子的加成反应（-COOH，羧化），分为两个步骤：

1. 首先，碳酸氢盐衍生的羧基（HCO3-）到生物素分子的ATP依赖性转移是与乙酰辅酶A羧化酶相关的辅基（非蛋白质）发生的。
2. 随后，将CO2转移到乙酰辅酶A中，生成丙二酰辅酶A。

-路线反应

在动物中，脂肪酸的碳水化合物链的形成通过称为脂肪酸合酶的多聚体和多功能酶催化的顺序缩合反应进一步发生。

该酶催化乙酰辅酶A单元与由乙酰辅酶A羧化酶反应产生的多个丙二酰辅酶A分子的缩合，在此过程中，每个丙二酰辅酶A释放一个CO2分子它增加了。

不断增长的脂肪酸被酯化为称为“酰基载体蛋白”或ACP的蛋白质，该蛋白质形成带有酰基的硫酯。在大肠杆菌中，该蛋白是10 kDa的多肽，但在动物中，它是脂肪酸合酶复合物的一部分。

这些硫酯键的断裂释放大量能量，从热力学上讲，这使得在生物合成途径中发生缩合步骤成为可能。

脂肪酸合酶复合物

在细菌中，脂肪酸合酶活性实际上对应于六个独立的酶，这些酶使用乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A形成脂肪酸，并且与六种不同的酶活性相关。

来自动物的同型二聚体和多功能脂肪酸合酶复合体（来源：勃林格殷格翰，维基媒体共享）

相反，在哺乳动物中，脂肪酸合酶是分子量约为500 kDa的多功能同型二聚酶复合物，具有六种不同的催化活性，并且与酰基载体蛋白缔合。

步骤1：引发反应

在合成开始之前，必须将负责代谢中间体与ACP酶结合的半胱氨酸残基中的巯基装载必要的酰基。

为此，将乙酰辅酶A的乙酰基转移至脂肪酸合酶ACP亚基的半胱氨酸残基之一的巯基（-SH）。该反应被ACP-酰基转移酶亚基催化。

然后将乙酰基从ACP转移到复合物另一个酶亚基的催化位点上的另一个半胱氨酸残基，该酶被称为β-酮酰基-ACP合酶。因此，酶复合物被“引发”以开始合成。

步骤2：丙二酰辅酶A单位的转移

由乙酰辅酶A羧化酶产生的丙二酰辅酶A被转移到ACP中的巯基上，在此反应中辅酶A部分丢失。该反应被脂肪酸合酶复合物的丙二酰-ACP-转移酶亚基催化，然后产生丙二酰-ACP。

在该过程中，丙二酰基分别通过酯和另一个巯基键与ACP和β-酮酰基-ACP合酶连接。

步骤3：冷凝

β-酮酰基-ACP合成酶催化在“引发”步骤中连接到其上的乙酰基转移至在先前步骤中已转移至ACP的丙二酰基的2-碳。

在该反应过程中，CO2分子从丙二酸中释放出来，它相当于乙酰辅酶A羧化酶羧化反应中碳酸氢盐提供的CO2。然后产生乙酰乙酰基-ACP。

步骤4：减少

β-酮酰基-ACP-还原酶亚基催化NADPH依赖性乙酰乙酰基-ACP的还原，从而形成D-β-羟基丁酰基-ACP。

步骤5：脱水

在此步骤中，形成了反式α，β-酰基-ACP或∆2-不饱和酰基-ACP（克拉通基-ACP），这是D-β-羟基丁酰基-ACP在烯酰基亚基作用下脱水的产物。 ACP水合酶。

后来，通过烯酰基-ACP-还原酶亚基催化的NADPH依赖性反应，克拉通基-ACP被还原为丁酰-ACP。该反应完成了生产棕榈酰-ACP所需的七个循环中的第一个循环，ACP是几乎所有脂肪酸的前体。

随后的缩合反应如何进行？

丁酰基从ACP转移到β-酮酰基-ACP合酶中的半胱氨酸残基的巯基上，从而ACP能够接受丙二酰CoA中的另一个丙二酰基。

这样，发生的反应是丙二酰基-ACP与丁酰基-β-酮酰基-ACP合酶的缩合，产生β-酮己酰基-ACP + CO 2。

由于硫酯酶的活性，后续步骤（再添加5个丙二酸单元）产生的棕榈酰-ACP可以游离棕榈酸的形式释放出来，可以转移到CoA中或掺入磷脂酸中以用于磷脂和甘油三酯的合成途径。

棕榈酸的结构（来源：Andel，通过Wikimedia Commons）

由于β-酮酰基-ACP合酶亚基的催化位点具有仅可容纳该长度的脂肪酸的构型，因此大多数生物的脂肪酸合酶在棕榈酰-ACP的合成中停止。

碳原子数奇数的脂肪酸如何形成？

这些在海洋生物中相对常见，并且也由脂肪酸合酶复合物合成。但是，“引发”反应发生在具有三个碳原子的较长分子丙酰-ACP上。

长链脂肪酸在哪里以及如何形成？

如上所述，棕榈酸是许多较长链的饱和和不饱和脂肪酸的前体。脂肪酸的“伸长”过程发生在线粒体中，而不饱和基团的引入基本上发生在内质网中。

许多生物为了适应低环境温度而将其饱和脂肪酸转化为不饱和脂肪酸，因为这可以使它们将脂质的熔点保持在室温以下。

脂肪酸的性质

脂肪酸的许多特性取决于其链长以及不饱和键的存在和数量：

-不饱和脂肪酸的熔点低于相同长度的饱和脂肪酸的熔点。

-脂肪酸的长度（碳原子数）与分子的流动性或柔韧性成反比，即“较短”的分子流动性更高，反之亦然。

通常，流体脂肪物质由具有不饱和键的短链脂肪酸组成。

植物具有大量不饱和脂肪酸，而动物则生活在非常低的温度下，因为它们作为细胞膜中脂质的成分，在这些条件下具有更大的流动性。

在生理条件下，脂肪酸的烃链中双键的存在导致约30°的曲率，这导致这些分子占据更大的空间并降低了其范德华相互作用的强度。

与脂质分子相关的脂肪酸中双键的存在对它们在其所属的膜中可能具有的“堆积”程度具有直接影响，因此对膜蛋白也具有影响。

羧酸胶束暴露于水性介质中形成脂肪酸胶束的示例（来源：Benutzer：Anderl，通过Wikimedia Commons）

脂肪酸的溶解度随着链长的增加而降低，因此它们成反比。在水和脂质混合物中，脂肪酸结合在称为胶束的结构中。

胶束是其中脂肪酸的脂族链被“封闭”，从而“排出”所有水分子并且在其表面上发现羧基的结构。

命名法

脂肪酸的命名可能会有些复杂，尤其是当人们引用它们获得的通用名称时，通常与某些理化特性，发现的位置或其他特征有关。

许多作者认为，由于这些分子由于末端的羧基而在生理pH下离子化，为此人们应使用末端“ ato”将其称为“羧酸盐”。

根据IUPAC系统，脂肪酸的碳原子的计数由分子极性末端的羧基组成，与该基团相连的前两个碳原子分别称为α和β。 。链的末端甲基包含碳原子ω。

通常，在系统命名法中，它们被称为“亲代”烃（具有相同碳原子数的烃）的名称，并且如果其是脂肪酸，则其结尾的“ o”将被“ oico”代替。不饱和的，添加结尾“ enoic”。

考虑例如C18（C18）脂肪酸的情况：

-由于碳原子数相同的烃称为十八烷，因此饱和酸称为“十八烷酸”或“十八烷酸酯”，其通用名称为硬脂酸。

-如果在结构中一对碳原子之间具有双键，则称为“十八碳烯酸”

-如果它具有两个双键c-c，则称为“十八碳二烯酸”，如果它具有三个“十八碳三烯酸”。

如果要总结命名法，则18：0用于18-碳脂肪酸且没有双键（饱和），并且根据不饱和程度，对于具有以下含义的分子，写成18：1而不是0。不饱和度为18：2，其中一个具有两个不饱和度，依此类推。

如果要指定不饱和脂肪酸中双碳键之间的碳原子，符号？会与数字上标一起使用，该数字上标表示不饱和位置，前缀“顺式”或“反式”，具体取决于的配置。

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