脂类

第四章 脂类代谢,第一节 脂类一、脂类概述1. 概念 脂类是生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的一大类物质的总称，包括脂肪和类脂。 它是有脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类，是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛存在与自然界的一大类物质，它们的化学组成、结构理化性质以及生物功能存在着很大的差异，但它们都有一个共同的特性，即可用非极性有机溶剂从细胞和组织中提取出来。,1,脂类,脂肪：又称三酯酰甘油或甘油三脂,类脂,固醇类：如胆固醇,磷脂,糖脂,甘油磷脂鞘氨醇磷脂,卵磷脂脑磷脂,2、分类,2,二、脂类的功能,1）贮藏物质(能量物质),在体内氧化放能。 脂肪是机体内代谢燃料的贮存形式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用。 脂肪组织储存脂肪, 约占体重1020% 。 1g脂肪在体内彻底氧化供能约37.66KJ，而1g糖彻底氧化仅供销能16.74KJ。 合理饮食 脂肪氧化供能占 1525% 空腹 脂肪氧化供能占 50% 以上 禁食13天 脂肪氧化供能占 85% 饱食、少动 脂肪堆积，发胖,3,2）提供给机体必需脂成分（1）必需脂肪酸 亚油酸 18碳脂肪酸，含两个不饱和键； 亚麻酸 18碳脂肪酸，含三个不饱和键； 花生四烯酸 20碳脂肪酸，含四个不饱和键；（2）生物活性物质 激素、胆固醇、维生素等。,4,3）生物体结构组成成分 （1）作为细胞膜的主要成分 几乎细胞所含的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜结构的基本组成成分。 （2）保护作用 脂肪组织较为柔软，存在于各重要的器官组织之间，使器官之间减少摩擦，对器官起保护作用。4）用作药物 卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗等。,5,5)参与代谢调控,前列腺素等生物活性物质,磷脂酰肌醇,三磷酸肌醇、甘油二酯,胆固醇,类固醇激素、VD,（第二信使）,6）脂类作为细胞表面的组分与细胞识别、种的特异性、组织免疫性等有密切关系。,花生四烯酸,6,三、脂类的分类,按化学组成分类 单纯脂类、复合脂类、衍生脂类1、单纯脂类 由脂肪酸和醇类所形成的酯 甘油三酯（三酰甘油) 蜡（是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯）,7,甘油三酯,1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。式中R是脂肪酸的烃链，若相同则称为单纯甘油酯；若不同则称为混合甘油酯。,8,甘油三脂的分子结构,9,甘油三酯,n、m、k可以相同，也可以不全相同甚至完全不同， 其中n多是不饱和的。,10,甘油磷脂,X = 胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、甘油,11,脂肪(Fat),脂肪的物理性质：1）一般无色、无嗅、无味，呈中性，比重小于1。 2）不溶于水而溶于溶剂中，在热乙醇内溶解度甚大，在冷乙醇中不易溶解。 3）脂肪能溶解脂溶性维生素和某些有机物质。 4）甘油三酯的熔点是由其脂肪酸组成决定的。一般随饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。,12,脂肪的化学性质,1）由酯键产生的性质-水解和皂化.2）皂化作用 碱水解甘油三酯的作用; 皂化值 完全皂化1克油或脂所消耗的KOH的毫克数.,13,脂肪分类： 在室温下根据物理状态不同将脂肪分为油和脂。室温下呈液态的脂肪称为油（植物油） 含不饱和脂肪酸和短链脂肪酸较多。室温下呈固态的脂肪称为脂（动物油） 含饱和脂肪酸和长链脂肪酸较多。不饱和脂肪酸：含有一个或多个双键的脂肪酸饱和脂肪酸：不含有双键（三键）的脂肪酸必需脂肪酸：机体必需但自身又不能合成或合成量不能满足机体需要，必须从植物油中摄取的脂肪酸叫必需脂肪酸。包括亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。,14,脂肪酸,C原子的数目一般是双数的。大多数含16个或18个C原子。,脂肪酸,饱和脂肪酸：软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）,不饱和脂肪酸,含1个双键（油酸）,含2个双键（亚油酸）,含3个双键（亚麻酸）,含4个双键（花生四烯酸）,15,脂肪酸之间的差别, 碳氢链的长度 饱和与否不饱和双键的个数 不饱和双键所在位置。 饱和脂肪酸无双键，硬脂酸表示，18:0；软脂酸，16:0。 不饱和脂肪酸有双键，必须表示双键的个数和位置。如油酸，18:1(9)或18:19；亚油酸，18:3 9，12，15。(3)不饱和脂肪酸一般都是顺式结构。,16,由不饱和脂肪酸产生的性质,1）氢化 在金属镍催化下发生氢化反应，使双键饱和。2）卤化 卤素Br2、I2加入产生饱和的卤代脂。3）碘值 100g油脂所能吸收的碘的克数 表示油脂的不饱和度。4）酸值 中和1克油脂中的游离脂肪酸所消耗的KOH的mg数。,17,2、复合脂类,单纯脂类的衍生物：除了含有脂肪酸和醇外，还含有非脂分子的成分，包括,磷脂（磷酸和含氮碱） 糖脂（糖） 硫脂（硫酸）,甘油磷脂鞘氨醇磷脂,鞘糖脂甘油糖脂,18,甘油磷酸脂类,甘油的第三个羟基被磷酸所酯化，而其它两个羟基被脂肪酸酯化。细胞膜的主要结构成分。甘油磷酸酯的结构：有极性的头部和两条疏水的尾部,磷脂在水相中自发形成脂质双分子层，是细胞膜的主要结构成分。,19,3、鞘脂类,由1分子鞘氨醇或其衍生物，1分子脂肪酸，以及1分子极性头基团组成。鞘脂类是植物和动物细胞膜的重要组分，在神经组织和脑内含量较高。,鞘脂类,鞘磷脂类,脑苷脂类,神经节苷脂类,鞘糖脂,20,4、衍生脂类,由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。 萜类：天然色素、香精油、天然橡胶 固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素） 其他脂类：维生素A、D、E、K等。,21,固醇类： 固醇类化合物分子都是以环戊烷多氢菲为其核心结构。由于含有醇基而又为固体故命名为固醇.广布于动植物体中。动物固醇以胆固醇为代表，植物固醇以麦角固醇为代表。,22,固醇类物质的重要生物学意义,动物固醇有下列功能：7-脱氢胆固醇经紫外光照射可得维生素D3，所以也称维生素D原。胆固醇可变为性激素和肾上腺皮质激素，胆汁酸也由胆固醇转变而来。胆固醇与某些疾病有关。胆管阻塞或胆石等都可因胆固醇结晶而成。 此外，动脉硬化也可能与固醇的代谢失常有关，患动脉粥样硬化的病人，血管内壁上常有显著的胆固醇沉着。,23,人工其它脂类物质脂肪替代物,脂肪替代物是为了克服天然脂肪容易引起肥胖病或心血管疾病而通过人工合成或对其它天然产物经过改造而形成的具有脂类物质口感和组织特性的物质。目前可见到的脂肪替代物包括脂肪替代品和脂肪模拟品两类。脂肪替代品常见的是人工合成物，而脂肪模拟物常为天然非油脂类物质。,24,蔗糖脂肪酸聚酯和山梨醇聚酯是已经有所应用的脂肪替代品。前者为蔗糖与68个脂肪酸通过酯基团转移或酯交换而形成的蔗糖酯的混合物，不能为人体提供能量。山梨醇聚酯是山梨醇与脂肪酸形成的三、四及五酯，可提供的热量仅为4.2kJ/g，远比甘油三酯的39.58kJ/g低。脂肪模拟品常以天然蛋白或多糖（植物胶、改性淀粉、某些纤维素等）经加工形成。,25,第二节 生物膜,一、细胞中的膜系统质膜：任何细胞都以一层薄膜将其内容物与与环境分开，这层膜称质膜。内膜系统：组成亚细胞结构与细胞器。中体（质体膜）：质膜向内延伸或内陷形成的结构。它们统称为生物膜。,26,二、生物膜的化学组成,电镜下表现出大体相同的形态，厚度69nm左右的3片层结构。1、膜脂质： 主要是磷脂、固醇和鞘脂。当磷脂分散于水相时，可形成脂质双分子层。2、膜蛋白 外在蛋白：离子键等较弱的键。内在蛋白：疏水基相互作用；离子键；共价键。3、膜糖类 主要以糖蛋白与糖脂形式存在。,27,三、膜的结构-流动镶嵌模型,膜的流动镶嵌模型结构要点：1.膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层。2.脂质双分子层具有流动性。3.内嵌蛋白“溶解”于脂质双分子层的中心疏水部分。4.外周蛋白与脂质双分子层的极性头部连接。5.双分子层中的脂质分子之间或蛋白质组分与脂质之间无共价结合。6.膜蛋白可作横向运动。,28,29,30,四、生物膜的功能,1.物质传递（运输）功能2.保护作用3.信息传递作用4.能量转换作用5.细胞的识别作用,31,第三节 脂类代谢,生理功能：（1）体内氧化放能，供给机体利用；（2）生物体对外界环境的屏障，是组织器官的保护层；（3）帮助食物中脂溶性维生素的吸收；（4）生物体的组成成分；（5）具有维生素、激素等功能。,32,甘油三酯的分解代谢,脂肪动员,甘油 脂肪酸,33,一、脂类的酶促水解,脂肪在脂肪酶、二脂酰甘油脂肪酶、一脂酰甘油脂肪酶的作用下逐步水解成甘油和脂肪酸,34,二、脂肪的分解代谢,（一）甘油的氧化,35,(二) 脂肪酸的-氧化作用,脂肪酸的-氧化是在线粒体中进行。这种氧化是在脂肪酸的-碳位发生。 天然不饱和脂肪酸的氧化途径同饱和脂肪酸的氧化途径基本相同。 -氧化场所：细胞液，线粒体,36,1、-氧化的反应过程,过程：脂肪酸的激活，脱氢，加水，脱氢，硫解（1）脂肪酸的激活脂酰 CoA 的生成（胞液）脂肪酸,37,（2）脱氢 脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化，在其和碳原子上脱氢，生成2反烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FAD。,38,（3）加水（水合反应） 2反烯脂酰CoA在2反烯脂酰CoA水合酶催化下，在双键上加水生成L-羟脂酰CoA。,39,（4）脱氢 L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA脱氢酶催化下，脱去碳原子与羟基上的氢原子生成-酮脂酰CoA，该反应的辅酶为NAD+。,40,（5）硫解 在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，-酮脂酰CoA与CoA作用，硫解产生 1分子乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。,41,42,43,44,2、肉毒碱的作用,动物体内氧化后产生的脂酰辅酶A不能进入线粒体内部，在肉毒碱存在时可在内膜上生成脂酰肉毒碱，然后再通过内膜生成脂酰辅酶A和游离的肉毒碱。,45,3、-氧化过程中的能量转变,脂肪酸氧化最终的产物为乙酰CoA、NADH和FADH2。假如碳原子数为Cn的脂肪酸进行氧化，则需要作（n/21）次循环才能完全分解为n/2个乙酰CoA，产生（n/21）个NADH和（n/21）个FADH2；生成的乙酰CoA通过TCA循环彻底氧化成二氧化碳和水并释放能量，而NADH和FADH2则通过呼吸链传递电子生成ATP。至此可以生成的ATP数量为：,46,以C16为例：活 化：消耗2个高能磷酸键氧 化：7 轮循环产物：8分子乙酰CoA 7分子NADH 7分子FADH2 能量计算： 生成ATP 812 + 73 + 72 = 131 净生成ATP 131 2 = 129,47,若脂肪酸中含有双键存在，则先按照正常的顺序每次切掉二个碳原子。待距双键有三个碳原子时，需烯脂酰辅酶A异构酶催化双键移位，使-氧化反应可以继续进行。多个双键的脂肪酸也可按上述步骤进行-氧化反应。,48,（三）脂肪酸氧化的其它途径,1、奇数碳链脂肪酸的氧化依偶数碳原子脂肪酸相同的方式进行氧化，只是在氧化最后一轮，产物是丙酰辅酶A和乙酰辅酶A。,49,丙酰辅酶A可生成琥珀酰辅酶A，进入TCA。丙酰辅酶A也可经其他代谢途径转变成乳酸及乙酰辅酶A。,50,2、脂肪酸的-氧化作用,在动物组织内，脂肪酸主要是通过-氧化分解的。在植物的发芽种子和叶子内及动物肝、脑和神经细胞的微体中还存在一特殊的氧化途径，即-氧化途径。,51,3、脂肪酸的-氧化作用,脂肪酸的末羰甲基（ - 端）可经氧化作用后转为为-羟脂酸，然后再氧化成， -二羧酸进行-氧化。在肝脏和植物细菌中进行。,52,（四）酮体的生成和利用,酮体组成:乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮的统称。1、酮体的生成（1）酮体的生成原料乙酰CoA， 场所肝脏线粒体。 2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下，缩合成乙酰乙酰CoA，并释放1分子的CoASH。（2） 乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMG CoA），并释放1分子CoASH。（3） HMG CoA在HMG CoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在线粒体内膜-羟丁酸脱氢酶作用下，被还原成-羟丁酸。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮。,53,2、酮体的氧化分解 肝脏是生成酮体的器官，但不能使酮体进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙酰CoA经血液运送到肝外组织，作为它们的能源，尤其是肾、心肌、脑等组织中主要以酮体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一步分解成乙酰CoA参加三羧酸循环。,54,（1） 乙酰乙酸在肌肉线粒体中经3-酮脂酰CoA转移酶催化，能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA。（2） 乙酰乙酰CoA被氧化酶系中的硫解酶裂解成乙酰CoA进入三羧酸循环。 （3） -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰CoA而被氧化。（4） 丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸，进而异生成糖，也可生成乙酰辅酶A，进入TCA。,55,3酮体生成的生理意义,（1）酮体肝内生成，肝外利用（2）正常情况下是肝输出能源的一种形式；（3）能通过血脑屏障及肌肉毛细血管壁，是肌肉，尤其是脑组织的重要能源；在饥饿状态或糖供应不足时可代替葡萄糖成为脑组织的重要能源。（4）在饥饿、高脂低糖膳食，特别糖尿病时，可导致酮症酸中毒。,56,酮体代谢的特点 肝内生成肝外用,57,58,三、脂肪的合成代谢,（一）甘油-磷酸的生物合成 甘油-磷酸可由糖酵解产生的二羟丙酮还原而成，也可由脂肪动员产生的甘油经脂肪组织外的甘油激酶催化与ATP作用而成。,59,（二）脂肪酸的生物合成,生物机体内脂类的合成是十分活跃的，特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要来自糖酵解产生的乙酰CoA。脂肪酸合成步骤与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的生物合成是在细胞液中进行，需要CO2和柠檬酸参加。,60,合成过程可以分为三个阶段,（1）原料的准备乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA（在细胞液中进行）。乙酰CoA的穿膜转运：柠檬酸穿梭系统，肉毒碱转运 （2）合成阶段 以软脂酸（16碳）的合成为例（在细胞液中进行）。（3）延长阶段（在线粒体和微粒体中进行）生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链的延长，一是线粒体中的延长酶系，另一个是粗糙内质网中的延长酶系。,61,饱和脂肪酸的合成 的反应历程,62,63,64,-酮脂酰-ACP合成酶（E3）,65,66,不饱和脂肪酸的合成,不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化形成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油酸（16C，一个不饱和键）、油酸（18C，一个不饱和键）、亚油酸（18C，两个不饱和键）、亚麻酸（18C，三个不饱和键）以及花生四烯酸（20C，四个不饱和键）等，前两种单不饱和脂肪酸可由人体自己合成，后三种为多不饱和脂肪酸，必须从食物中摄取，因为哺乳动物体内没有9以上的去饱和酶。,67,（三）