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脂質代謝は、細胞内での脂質の合成と分解であり、エネルギーのための脂肪の分解と貯蔵、および細胞膜の構築に関与する構造脂質や機能脂質の合成を含みます。動物では、これらの脂肪は食物から得られ、肝臓で合成されます。[ 1 ]脂肪生成は、これらの脂肪を合成するプロセスです。[ 2 ] [ 3 ]食物の摂取によって人体に見られる脂質の大部分は、トリグリセリドとコレステロールです。[ 4 ]体内で見られる他の種類の脂質は、脂肪酸と膜脂質です。脂質代謝は、食事性脂肪の消化と吸収のプロセスとみなされることが多いですが、生物がエネルギーを得るために使用できる脂肪源は、摂取した食事性脂肪と貯蔵脂肪の2つです。[ 5 ]脊椎動物（人間を含む）は、心臓などの臓器が機能するためのエネルギーを生成するために、両方の脂肪源を使用します。 [ 6 ]脂質は疎水性分子であるため、代謝を開始する前に溶解する必要があります。脂質代謝は多くの場合、加水分解から始まります。 [ 7 ]これは消化器系のさまざまな酵素の助けを借りて起こります。[ 2 ]脂質代謝は植物でも起こりますが、動物と比較するとプロセスがいくつかの点で異なります。[ 8 ]加水分解の後の2番目のステップは、脂肪酸が腸壁の上皮細胞に吸収されることです。[ 6 ]上皮細胞では、脂肪酸はパッケージ化され、体の他の部分に輸送されます。[ 9 ]
代謝プロセスには、脂質の消化、吸収、輸送、貯蔵、異化、生合成が含まれます。脂質の異化は、ミトコンドリアとペルオキシソームという細胞小器官で起こるβ酸化と呼ばれるプロセスによって行われます。
消化は脂質代謝の最初のステップであり、リパーゼ酵素の助けを借りてトリグリセリドをより小さなモノグリセリド単位に分解するプロセスです。脂肪の消化は、舌リパーゼによる化学的消化によって口の中で始まります。摂取されたコレステロールはリパーゼによって分解されず、小腸の上皮細胞に入るまでそのままの状態を保ちます。その後、脂質は胃に進み、そこで胃リパーゼによる化学的消化が続き、機械的消化（蠕動運動）が始まります。しかし、脂質の消化と吸収の大部分は、脂肪が小腸に到達した後に起こります。膵臓からの化学物質（膵リパーゼと胆汁酸依存性リパーゼ）が小腸に分泌され、トリグリセリドの分解を助け、[ 10 ]さらに機械的消化が進み、個々の脂肪酸単位が小腸の上皮細胞に吸収されるようになります。[ 11 ]
脂質代謝の2番目のステップは脂肪の吸収です。短鎖脂肪酸は胃で吸収されますが、脂肪の吸収の大部分は小腸でのみ起こります。トリグリセリドが個々の脂肪酸とグリセロールに分解されると、コレステロールとともにミセルと呼ばれる構造に凝集します。脂肪酸とモノグリセリドはミセルから出て膜を拡散して腸上皮細胞に入ります。上皮細胞の細胞質では、脂肪酸とモノグリセリドが再びトリグリセリドに再結合します。上皮細胞の細胞質では、トリグリセリドとコレステロールはカイロミクロンと呼ばれるより大きな粒子にパッケージ化されます。カイロミクロンは消化された脂質を輸送する両親媒性構造です。 [ 9 ] カイロミクロンは血流に乗って体内の脂肪組織やその他の組織に入ります。 [ 6 ] [ 2 ] [ 3 ]
膜脂質、トリグリセリド、コレステロールは疎水性であるため、リポタンパク質と呼ばれる特殊な輸送タンパク質が必要です。[ 1 ]リポタンパク質の両親媒性構造により、トリグリセリドとコレステロールは血液中を輸送されます。カイロミクロンは、消化された脂質を小腸から体の他の部分に運ぶリポタンパク質のサブグループです。リポタンパク質の種類間の密度の違いは、輸送する脂肪の種類に特徴的です。[ 12 ]例えば、超低密度リポタンパク質（VLDL）は体内で合成されたトリグリセリドを運び、低密度リポタンパク質（LDL）はコレステロールを末梢組織に運びます。[ 6 ] [ 1 ]これらのリポタンパク質の多くは肝臓で合成されますが、すべてがこの臓器に由来するわけではありません。[ 1 ]
脂質は白色脂肪組織にトリグリセリドとして貯蔵されます。痩せた若い成人の場合、貯蔵されるトリグリセリドの質量は約10～20キログラムです。トリグリセリドは、グリセロールの骨格に3つの脂肪酸が結合して形成されます。遊離脂肪酸はアシルCoAに活性化され、エステル化されて最終的にトリグリセリド液滴になります。リポタンパク質リパーゼが重要な役割を果たします。[ 13 ]
カイロミクロン（またはその他のリポタンパク質）が組織を通過すると、これらの粒子は毛細血管の内皮細胞の内腔表面にあるリポタンパク質リパーゼによって分解され、トリグリセリドが放出されます。[ 14 ]トリグリセリドは細胞に入る前に脂肪酸とグリセロールに分解され、残りのコレステロールは再び血液中を移動して肝臓に運ばれます。[ 15 ]
細胞（例えば筋肉細胞）の細胞質では、グリセロールはグリセルアルデヒド-3-リン酸に変換され、これは解糖系の中間体であり、さらに酸化されてエネルギーを生成します。しかし、脂肪酸異化の主なステップはミトコンドリアで起こります。[ 16 ]長鎖脂肪酸（炭素数14以上）は、ミトコンドリア膜を通過するために脂肪アシル-CoAに変換されなければなりません。[ 6 ]脂肪酸異化は、アシル-CoAシンテターゼがATPの切断からのエネルギーを使用して脂肪酸への補酵素Aの付加を触媒するため、細胞の細胞質で始まります。 [ 6 ]生成されたアシル-CoAはミトコンドリア膜を通過してβ酸化のプロセスに入ります。 β酸化経路の主な生成物は、アセチルCoA （クエン酸回路でエネルギー生成に利用される）、NADH、FADHです。 [ 16 ] β酸化のプロセスには、アシルCoAデヒドロゲナーゼ、エノイルCoAヒドラターゼ、3-ヒドロキシアシルCoAデヒドロゲナーゼ、3-ケトアシルCoAチオラーゼなどの酵素が必要です。[ 15 ]左の図は、脂肪酸がアセチルCoAに変換される様子を示しています。
パルミトイル-CoA（16:0）をモデル基質として用いた場合の、全体の正味反応は以下のとおりです。
食事性脂肪に加えて、脂肪組織に蓄えられた貯蔵脂質は、生物にとって主要なエネルギー源の一つである。[ 17 ]トリグリセリド、脂質膜、コレステロールは、生物によって様々な経路で合成される。
膜脂質には、グリセロリン脂質とスフィンゴ脂質の2つの主要なクラスがあります。私たちの体内ではさまざまな膜脂質が合成されますが、その経路は同じパターンを共有しています。最初のステップは骨格（スフィンゴシンまたはグリセロール）の合成であり、2番目のステップは骨格に脂肪酸を付加してホスファチジン酸を作ることです。ホスファチジン酸は、骨格にさまざまな親水性ヘッドグループが結合することでさらに修飾されます。膜脂質の生合成は小胞体膜で行われます。[ 18 ]
ホスファチジン酸はトリグリセリド生合成の前駆体でもある。ホスファチジン酸ホスホターゼはホスファチジン酸をジアシルグリセリドに変換する反応を触媒し、ジアシルグリセリドはアシル転移酵素によってトリグリセリドに変換される。トリグリセリド生合成は細胞質で起こる。[ 19 ]
脂肪酸の前駆体はアセチルCoAであり、細胞の細胞質に存在する。 [ 19 ]パルミチン酸（16:0）をモデル基質として用いた全体の正味反応は次のとおりである。
8アセチルCoA + 7ATP + 14NADPH + 6H+ → パルミチン酸 + 14NADP+ + 6H2O + 7ADP + 7P¡
コレステロールは、イソプレノイド経路として知られる多段階経路を経てアセチルCoAから作られます。コレステロールは、プロゲステロンなどの性ホルモンの前駆体であるため、必須化合物です。[ 6 ]コレステロール生合成の70%は肝細胞の細胞質で起こります。
脂質代謝は、エネルギーの貯蔵と利用のバランスを保つために、ホルモンによって厳密に制御されている。
脂質代謝障害（先天性脂質代謝異常を含む）は、脂肪（または脂肪様物質）の分解または合成の正常なプロセスを阻害する疾患です。[ 22 ]脂質代謝障害は、 LDLコレステロール、VLDL、トリグリセリドなどの血漿脂質の血中濃度の上昇と関連しており、最も一般的には心血管疾患につながります。[ 23 ]これらの障害は遺伝性であることが多いです。[ 22 ]ゴーシェ病（I型、II型、III型）、ニーマン・ピック病、テイ・サックス病、ファブリー病はすべて脂質代謝障害です。[ 24 ]まれな脂質代謝障害には、シトステロール血症、ウォルマン病、レフサム病、脳腱黄色腫症などがあります。[ 24 ]
脂質代謝に関与する脂質の種類には、以下のようなものがある。
米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）における脂質＋代謝