生物化学课件ppt（生物工程类）之第十三章脂代谢

13 脂代谢13.1 脂肪细胞是哺乳动物脂肪的主要贮存处13.2 脂肪酸氧化的主要方式是 -氧化13.3 奇数碳脂肪酸的 -氧化有丙酰 CoA生成13.4 不饱和脂肪酸的氧化还需要另外 2个酶13.5 酮体是燃料分子13.6 脂肪酸的合成是在细胞质中进行的13.7 脂肪酸链的进一步的加长和去饱和需要另外的酶13.8 动物的脂肪酸代谢受激素的调控13.9 三脂酰甘油和磷脂是由二脂酰甘油合成的13.10 鞘脂是软脂酰 CoA和丝氨酸的衍生物13.11 胆固醇是由细胞质中的乙酰 CoA衍生的13.12 胆固醇合成的调控酶是 HMG-CoA还原酶脂肪酸对生物体的重要功能：脂肪酸对生物体的重要功能：1. 脂肪酸是磷脂和糖脂的组成成分，这些分子又是生物膜的组成成分；2. 脂肪酸以共价键与糖蛋白的蛋白部分相接，经过修饰的这个糖蛋白在脂肪酸残基的引导下指向膜的靶标位置；3. 脂肪酸是燃料分子，他们以三脂酰甘油形式贮存起来；4. 脂肪酸的某些衍生物担当着激素及胞内信使的功能。食物中脂肪的消化和吸收内源性脂肪的降解和利用 肌细胞乳糜颗粒乳糜颗粒脂肪细胞主要部分是被一薄层细胞质包围的脂肪颗粒，而细胞核和其它细胞亚器官好像悬浮在细胞质中。脂肪颗粒的主要成分是三脂酰甘油。13.1 脂肪细胞是哺乳动物脂肪的主要贮存处例如， 肾上腺素肾上腺素 与脂肪细胞的 - 肾上腺素受体结合，激活 ，而腺苷酸环化酶催化 ATP生成 cAMP,。 细胞内 cAMP浓度的升高导致蛋白激酶 A的激活，在脂肪细胞内蛋白激酶 A催化激素敏感型的脂酶的磷酸化和激活，脂酶 A催化三脂酰甘油转化为游离的脂肪酸和单脂酰甘油。下图给出了激素调节的三脂酰甘油降解的途径。甘油和游离的脂肪酸通过质膜扩散进入血液，绝大部分甘油在肝中经糖异生途径转化为葡萄糖，而脂肪酸难溶于水溶液中，主要是与血清清蛋白 (serum albumin)结合后通过血液转运到其它许多组织中，其中包括心脏、骨骼肌和肝脏等组织，在这些组织中的线粒体内脂肪酸被氧化释放出大量能量。激素调节的三脂酰甘油的降解途径激素调节的三脂酰甘油的降解途径腺苷酸环化酶激素调节的三脂酰甘油的降解途径激素调节的三脂酰甘油的降解途径激素调节的三脂酰甘油的降解途径Knoop(1904)将末端碳连有苯基的一些脂肪酸衍生物喂狗，然后分离尿中的苯化合物。 Knoop发现，如果是奇数碳脂肪酸衍生物，尿中检测出的是马尿酸 (苯甲酸和甘氨酸的结合物 )；偶数碳，则尿中排出的是苯乙尿酸 (苯乙酸和甘氨酸的结合物 ).由此推论，脂肪酸氧化每次从羧基端 (-位 )降解下来一个 2碳单元的片断。Knoop的标记实验13.2 脂肪酸氧化的主要方式是 -氧化1. 脂肪酸通过与辅酶 A酯化被激活在胞液中脂肪酸通过转化为辅酶 A的硫酯而被激活，催化该反应的酶是脂酰 CoA合成酶。无机焦磷酸酶2Pi脂酰 CoA合成酶的催化机制脂酰 CoA合成酶催化的脂肪酸激活反应机制涉及到通过脂肪酸与 ATP反应形成的中间产物 脂酰腺脂酰腺苷酸苷酸 。CoA的硫原子对脂酰基的羰基碳进行的亲核攻击导致 AMP和硫酯脂酰CoA的释放。2. 脂酰 CoA通过转运系统进入线粒体基质首先在 脂酰肉毒碱转移酶 I（ CAT I） 催化下，脂酰 CoA中的脂酰基转移到 L-肉毒碱上，形成 脂酰肉毒碱 ， CAT I是位于线粒体外膜的内侧。然后脂酰肉毒碱在 肉碱肉碱 脂酰肉碱转运酶脂酰肉碱转运酶 作用下进入线粒体基质。在线粒体基质中，脂酰肉碱在 脂酰肉碱转移酶 II(CAT II)的催化下，重新生成脂酰 CoA和肉毒碱。总体上看，穿梭系统是将细胞质中的脂酰 CoA转运到了线粒体基质中。肉毒碱穿梭系统I II3. 脂肪酸氧化产生 ：乙酰 CoA， NADH 和 FADH2（ 1） 第一次氧化反应第一次氧化反应 ：在脂酰 CoA脱氢酶 （ FAD 作为辅基）的催化下脂酰 CoA脱氢，在 和 碳之间形成一个双键， 生成反式 - 2-烯脂酰 CoA， 同时使 FAD还原为 FADH2。（ 2） 水化反应水化反应 ：烯脂酰 CoA在烯脂酰 CoA水化酶的催化下，水化生成 L-3-羟脂酰 CoA。（ 3） 第二次氧化反应第二次氧化反应 ： L-羟脂酰 CoA在 L-羟脂酰 CoA脱氢酶 （NAD+作为辅酶） 的催化下， L-羟脂酰 CoA的 碳上的两个氢被脱去， 生成 -酮脂酰 CoA和 NADH和 H 。（ 4） 硫解反应硫解反应 ： -酮脂酰 CoA被硫解酶裂解， 生成一分子乙酰 CoA和比起始的脂酰 CoA少了 2个 C的脂酰 CoA， 缩短了 2个 C的脂酰 CoA作为底物重复（ 1）（ 4）反应，直至整个脂酰 CoA都转换成乙酰 CoA。脂酰脂酰 CoA氧化生成乙酰氧化生成乙酰 CoA涉及涉及 4个基本反应个基本反应脂肪酸彻底氧化为 CO2和 H2O的 3个阶段第一阶段：长链脂肪酸经 -氧化降解为乙酰基（乙酰 CoA）；第二阶段： 乙酰基经柠檬酸循环氧化为 CO2第三阶段：产生的 NADH和FADH2中的电子经呼吸链传递给 O2， 传递中产生的能量经氧化磷酸化合成 ATP。-氧化柠檬酸循环氧化磷酸化1分子的软脂酰 CoA经 -氧化共生成 8 分子乙酰 CoA、 7 分子 FADH2和 7分子 NADH H ， 每个乙酰 CoA进入柠檬酸循环循环可以生成 3 分子的 NADH H 、 1分子的 FADH2、 一分子的 GTP和释放出 2分子 CO2。如果所有 NADH和 FADH2中的高能电子通过电子传递和氧化磷酸化完全氧化，那么总反应方程式为 :(见 P239)软脂酰 CoA 23O2 131Pi 131ADP CoASH 16 CO2 123 H2O 108(131) ATP假如要计算细胞质中 1分子软脂酸经 -氧化生成的 ATP， 还应考虑脂肪酸活化时消耗的两个高能磷酸键，即相当于消耗两个 ATP， 所以所以 1分子软脂酸完全氧化可净生成分子软脂酸完全氧化可净生成 106(129) 个个 ATP。-氧化的反应历程小结RCH2CH2COOHRCH2CH2CO SCOA（脂酰 COA）- RCH=CHCO SCOA（ 2反式烯脂酰 COA）-RCH-CH2CO SCOAOH（ L- 羟脂酰 COA）RC-CH2CO SCOAO=（ - 酮脂酰 COA）R-C SCOA+ CH3-C SCOAO=O=继续 -氧化脂酰 COA脱 H酶（ 3种）中长链脂酰 COA脱 H酶缺陷症牙买加呕吐病：一种浆果内含降糖氨基酸，其代谢物抑制该酶13.3 脂 肪 的 水 解 脂肪 脂肪酶 甘油 +脂肪酸CH2-O -C-R1R2-C-O-CHCH2OH-CH2-O -C-R1R2-C-O-CHCH2-O -C-R3O=O=O= H2O R3COOH三酰甘油脂肪酶O=O= -CH2OHHCOHCH2OHCH2OHR2-C-O-CHCH2OHO= -H2O R1COOH二酰甘油脂肪酶H2O R2COOH单酰甘油脂肪酶-第一步为限速步骤，磷酸化的脂肪酶有活性，动物的脂肪酶存在于脂肪细胞中，而植物的脂肪酶存在脂体、油体及乙醛酸循环体中。甘 油 的 氧 化 分 解 与 转 化CH2OHHCOHCH2OH- ATP ADP+Pi甘油激酶CH2OHHCOHCH2O-P-磷酸酯酶NAD+ NADH +H+磷酸甘油脱氢酶CH2OHC=OCH2O-P-异构酶 磷酸丙糖CHOCHOHCH2O-P-糖异生葡萄糖EMPCH3C=OCOOH-乙酰 COATCACO2+H2O 糖代谢与脂代谢通过 磷酸二羟丙酮 联系起来。 动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到 肝细胞中进行氧化分解。1分子甘油彻底氧化分解产生的能量？自然界中发现的大多数脂肪酸是偶数碳脂肪酸。但在许多植物、海洋生物、石油酵母等生物体内还存在很多奇数碳脂肪酸。例如反刍动物的胃中通过细菌作用就可生成奇数碳脂肪酸。奇数碳脂肪酸也像偶数碳脂肪酸一样进行 -氧化，但最后一轮-氧化的硫解反应的产物中除了乙酰 CoA外，还有 丙酰丙酰 CoA。13.4 奇数碳脂肪酸的 -氧化有丙酰 CoA生成奇数 C原子的脂肪酸氧化生成 丙酰 -COA丙酰 COA羧化酶甲基丙二酰 COA消旋酶甲基丙二酰 COA变位酶 琥珀酰 COATCA丙酸代谢的一条途径丙酸代谢的 -羟丙酸支路 途径脂酰 COA脱 H酶FAD FADH2烯脂酰 COA水化酶H2O水解酶H2O HSCOA脱氢酶DAN+ DADH+H+脱氢酶NADP+CO2+ NADPH+H+HSCOATCA丙酸的来源 反刍动物胃中碳水化合物酵解产生大量丙酸 某些氨基酸降解（如 Val Ile） 产生丙酸 脂肪酸的降解 所以丙酸代谢非常重要所以丙酸代谢非常重要13.5 不饱和脂肪酸的氧化还需要另外两个酶1. 单不饱和脂肪酸的氧化 （单个双键，油酸） 3-顺 -十二烯脂酰 COA HCH3(CH2 )7C=CCH2(CH2 )6C-SCOA-H O油酰 COA(18:1, 9 ) - =3次-氧化3CH3-C SCOAO=3 2 1- OCH3(CH2 )7C=CCH2C-SCOAHH - 3顺 - 2反烯脂酰 COA 异构酶 （ -氧化中无）=-OCH3(CH2 )7CH2C=C-C-SCOAHH- =3 2 1 2-反 -十二烯脂酰 COA 烯脂酰 COA 水化酶OCH3(C