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脂类代谢 本章主要介绍脂类 主要是脂肪 物质在生物体的分解及合成代谢 要求学生重点掌握脂肪酸在生物体内的氧化分解途径 氧化和从头合成途径 了解脂类物质的功能和其他的氧化分解途径 脂类代谢 返回 思考 1 目录 第一节生物体内的脂类第二节脂肪的分解代谢第三节脂肪的生物合成第四节磷脂和糖脂的代谢第五节胆固醇的代谢 2 第一节生物体内的脂类 脂类 单纯脂类 复合脂类 非皂化脂类 酰基甘油酯 蜡 磷脂 糖脂 硫脂 萜类 甾醇类 含有脂肪酸 不含脂肪酸 3 一 单纯脂类 1 概念 单纯脂类是由脂肪酸和醇形成的酯 2 种类 2 蜡 1 酰基甘油酯 二 复合脂类 1 概念 2 种类 复合脂是指除脂肪酸与醇组成的酯外 分子内还含有其它成分的脂类 1 磷脂 2 糖脂和硫脂 酰基甘油酯 磷脂酰胆碱 卵磷脂 控制脂肪代谢防止脂肪肝 磷脂酸 磷脂酰乙醇胺 脑磷脂 磷脂酰肌醇 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰甘油 几种糖脂和硫酯 2 3 双酰基 1 D 半乳糖基 D 甘油 6 亚硫酸 6 脱氧 葡萄糖甘油二酯 硫酯 2 3 双酰基 1 D 半乳糖基 1 6 D 半乳糖基 D 甘油 非皂化脂类 1 概念 2 种类 即异戊二烯脂类 它不含脂肪酸 不能进行皂化 1 甾醇类 固醇 2 萜类化合物 一 脂类的消化和吸收 1 脂类的消化2 脂类的吸收 二 脂类的转运和脂蛋白的作用 乳麋微粒 CM 极低密度脂蛋白VLDL 低密度脂蛋白LDL 高密度脂蛋白HDL 脂蛋白的种类 三 脂类的消化吸收和运转 1 脂肪的消化 食物中的脂肪微团 乳化 消化酶 产物 甘油三酯 胰脂酶 2 甘油一酯 2FFA 11 磷脂酶的作用部位 12 2 脂肪的吸收 部分水解物进入肠粘膜细胞后再合成甘油三酯 经淋巴系统进入血液循环完全水解物 甘油和脂肪酸 脂肪酸与胆盐结合 进入小肠粘膜细胞经门静脉入肝 重新合成脂肪完全不水解物 经乳化后进入小肠粘膜细胞经淋巴系统进入血液循环 13 乳麋微粒 CM 由小肠粘膜细胞合成 TG80 95 Ch2 7 PL6 9 Pr0 8 2 5 运输外源性TG和CE 极低密度脂蛋白VLDL主要由肝细胞合成 TG50 70 Ch10 15 PL10 15 Pr5 10 运输内源性TG 低密度脂蛋白LDL由VLDL转变而来 TG10 Ch45 PL20 Pr25 转运肝合成的内源性Ch 高密度脂蛋白HDL主要由肝细胞合成 TG5 Ch20 PL36 Pr45 50 将肝外组织的Ch转运至肝中 脂蛋白的种类 二 脂类的转运和脂蛋白的作用 TG 甘油三酯Ch 胆固醇PL 磷脂Pr 蛋白质CE 胆固醇酯 第二节脂肪的分解代谢 三 脂肪酸的分解代谢 氧化作用 氧化作用 氧化作用 一 脂肪的水解 二 甘油的转化 四 不饱和及奇数碳链脂肪酸的氧化 五 酮体的代谢 一 脂肪的酶促水解 注意 甘油三酯脂肪酶为限速酶 此酶对激素极为敏感故又称为激素敏感性脂肪酶激活 肾上腺素 胰高血糖素 促肾上腺皮质激素 促甲状腺素等 抑制 胰岛素 前列腺素等 二 甘油的转化 实线为甘油的分解 虚线为甘油的合成 甘油激酶甘油磷酸酶 甘油磷酸脱氢酶 异构酶 三 脂肪酸的分解代谢 一 饱和脂肪酸的 氧化作用 3 氧化过程中能量的释放及转换效率 2 氧化过程 1 氧化作用的概念及试验证据 1 脂肪酸的活化和转运 2 氧化的生化过程 1 氧化作用的概念及试验证据 概念 试验证据1904年F Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验结果 推导出了 氧化学说 脂肪酸在体内氧化时在羧基端的 碳原子上进行氧化 碳链逐次断裂 每次断下一个二碳单位 既乙酰CoA 该过程称作 氧化 2 氧化过程 1 脂肪酸的活化和转运 2 氧化的生化过程 3 氧化过程中能量的释放及转换效率 1 脂肪酸的活化和转运 a 脂肪酸的活化 酯酰CoA进入线粒体基质示意图 N CH3 3CH2HO CH2COO 肉毒碱 酯酰肉毒碱 CoASH 线粒体内膜 内侧 外侧 载体 2 氧化的生化历程 a 脱氢 b 水化 c 再脱氢 R CH CH C SCoA R CH2CH2C SCoA OHOR CH CH2C SCoA OOR C CH2C SCoA d 硫解 氧化的主要生化反应 酯酰CoA脱氢酶 2 烯脂酰CoA水化酶要求底物为反式构型 产物为L 构型 羟脂酰CoA脱氢酶只作用于L 构型 硫解酶 H2O CoASH 氧化的生化历程 乙酰CoA RCH2CH2CO SCoA 脂酰CoA脱氢酶 脂酰CoA 烯脂酰CoA水化酶 羟脂酰CoA脱氢酶 酮酯酰CoA硫解酶 RCHOHCH2CO ScoA RCOCH2CO SCoA RCH CH CO SCoA CH3CO SCoA R CO ScoA 乙酰CoA 3 氧化过程中能量的释放及转换效率 净生成 131 2 129ATP 例 软脂酸 7次 氧化 8乙酰CoA CH3 CH2 14COOH 7NADH 7FADH2 12ATP 3ATP 2ATP 131ATP 能量转换率 40 3 脂肪酸 氧化作用小结 1 脂肪酸 氧化时仅需活化一次 其代价是消耗1个ATP的两个高能键2 长链脂肪酸 12C以上 由线粒体外的脂酰CoA合成酶活化 经肉毒碱运到线粒体内 中 短链脂肪酸 4 10C 直接进入线粒体 由线粒体内的脂酰CoA合成酶活化 3 氧化包括脱氢 FAD 水化 再脱氢 NAD 硫解4个重复步骤4 氧化的产物是乙酰CoA 可以进入TCA 28 二 脂肪酸的其他氧化作用1 脂肪酸的 氧化作用 脂肪酸氧化作用发生在 碳原子上 分解出CO2 生成比原来少一个碳原子的脂肪酸 这种氧化作用称为 氧化作用 氧化对于降解支链脂肪酸 奇数碳脂肪酸 过分长链脂肪酸 如脑中C22 C24 有重要作用 RCH2COO RCH OH COO RCOCOO RCOO CO2 O2 NAD NADH H NAD NADH H 羟化 2 脂肪酸的 氧化作用 脂肪酸的 氧化指脂肪酸的末端甲基 端 经氧化转变成羟基 继而再氧化成羧基 从而形成 二羧酸的过程 少数的12C以下的脂酸可通过 氧化途径 三不饱和脂肪酸的 氧化 油酰基CoA 918 1 CH3 CH2 7CH CH CH2 CH2 6CO CoA 6CH3 CO CoA 氧化 三次循环 烯酯酰CoA异构酶 烯酯酰CoA水化酶 再开始 氧化 ATP CoASH 四 丙酸的代谢 奇数脂肪酸的氧化 甲基丙二酸单酰CoA 琥珀酰CoA 硫激酶 羧化酶 变位酶 ATP CO2生物素 CoB12 四 酮体的代谢 酮体的生成 酮体的分解 生成酮体的意义 脂肪酸 氧化产物乙酰CoA 在肌肉中进入三羧酸循环 然后在肝细胞中可形成乙酰乙酸 羟丁酸 丙酮这三种物质统称为酮体 1 酮体的生成 羟甲基戊二酰CoA HMGCoA 脂肪酸 硫解酶 2CH3COSCoA CH3COCH2COSCoA 乙酰乙酰CoA HMGCoA合成酶 CH3COSCoA CoASH 氧化 CoASH 酮体的合成发生在肝细胞的线粒体内 2 酮体的分解 乙酰乙酰CoA 硫解酶 转硫酶 琥珀酰CoA CoASH 氧化 乙酰乙酸 脱氢酶 NADH H NAD 乙酰CoA 2 羟丁酸 琥珀酸 心 肾 脑 骨骼肌等的线粒体中 肝中无琥珀酰CoA转硫酶 因此酮体在肝中不能分解 丙酮的去路 随尿排出从肺部呼出丙酮氧化丙酮酸CO2 H2O转化甲酰基或乙酰基 36 酮体生成的生理意义 酮体是肝内正常的中间代谢产物 是肝输出能量的一种形式 酮体溶于水 分子小 能通过血脑屏障及肌肉毛细管壁 是心 脑组织的重要能源 脑组织不能氧化脂酸 却能利用酮体 长期饥饿 糖供应不足时 酮体可以代替Glc 成为脑组织及肌肉的主要能源 正常情况下 血中酮体0 2 0 9mg 100ml 在饥饿 高脂低糖膳食时 酮体的生成增加 当酮体生成超过肝外组织的利用能力时 引起血中酮体升高 导致酮症酸 乙酰乙酸 羟丁酸 中毒 引起酮尿 37 脂肪代谢和糖代谢的关系 延胡索酸 琥珀酸 苹果酸 草酰乙酸 3 磷酸甘油 甘油 乙酰CoA 三酰甘油 脂肪酸 植物和微生物 第三节脂肪的生物合成 一 脂肪酸的生物合成 二 磷酸甘油的生物合成 三 三酰甘油的生物合成 39 一 脂肪酸的生物合成 1 十六碳饱和脂肪酸 软脂酸 的从头合成 2 线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长 3 不饱和脂肪酸的合成 自学 40 所有的生物都可用糖合成脂肪酸 有两种合成方式 A 从头合成 乙酰CoA 在胞液中 16碳以下 B 延长途径 在线粒体或微粒体中高等动物的脂类合成在肝脏 脂肪细胞 乳腺中占优势 41 一 软脂酸的从头合成 3 乙酰CoA运转 柠檬酸循环 1 脂肪酸合成酶复合体系和脂酰基载体蛋白 acylcarrierprotein ACP 2 脂肪酸生物合成的反应历程 42 1 脂肪酸合成酶系结构模式细菌 植物 多酶复合体 动物 多功能酶 p288 ACP 乙酰CoA ACP转移酶 丙二酰CoA ACP转移酶 酮脂酰 ACP合酶 酮脂酰 ACP还原酶 羟脂酰 ACP脱水酶 烯脂酰 ACP还原酶 脂酰基载体蛋白 ACP 的辅基结构 辅基 4 磷酸泛酰巯基乙胺 2 脂肪酸从头合成的生化历程 a 丙二酸单酰ACP的形成 OOR C CH2 C SACP 1 丙二酰ACP的形成 ATP HCO3 ADP Pi 乙酰CoA羧化酶生物素 乙酰CoA羧化酶 此酶催化反应不可逆 是脂肪酸合成的关键酶 也是限速酶 柠檬酸是该酶的别构激活剂 促进无活性的单体聚合成有活性的多聚体高糖饮食能使此酶的活性增高 促进糖转变成脂肪酸 长链脂酰CoA及高脂饮食抑制此酶的活性 47 羧基载体蛋白上生物素转移羧基的模式图 软脂酸合成的反应流程 进位启动 链的延伸 水解 2 脂肪酸生物合成的反应历程 羟丁酰ACP脱水酶 酮丁酰ACP还原酶 CoASH OOHO C CH2C S ACP 丙二酰 ACP 烯丁酰ACP还原酶 缩合酶 3 脂肪酸合成的化学计量 从乙酰CoA开始 以合成软脂酸为例 8个乙酰CoA 14NADPH 7ATP14 3 7 49ATP 52 3 乙酰CoA从线粒体内至胞液的运转 苹果酸酶 柠檬酸激活此酶 二 线粒体和微粒体中脂肪酸碳链的延长 1 线粒体脂肪酸延长酶系 延长短链脂肪酸 其过程是 氧化逆过程 2 微粒体脂肪酸延长酶系 延长饱和或不饱和长链脂肪酸 其中间过程与脂肪酸合成酶体系相似 54 三 不饱和脂肪酸的合成 1 需氧途径 2 厌氧途径 是厌氧生物合成单不饱和脂肪酸的方式 发生在脂肪酸从头合成的过程中 当生成 羟葵酰 ACP时 由专一的脱水酶催化脱水 生成 稀葵酰 ACP 在继续参入二碳单位 就可产生不同长度的单不饱和脂肪酸 动 细胞色素b5zh植 铁硫蛋白 四 脂肪酸代谢调节1 氧化的调节 脂酰基进入线粒体的速度是限速步骤 丙二酸单酰CoA的浓度增加 可抑制肉碱脂酰转移酶 限制脂肪氧化 NADH NAD 比率高时 抑制 羟脂酰CoA脱氢酶 乙酰CoA浓度高时 可抑制硫解酶 抑制氧化 脂酰CoA有两条去路 氧化 合成甘油三酯 56 2 脂肪酸合成的调节 1 酶浓度调节 酶量的调节或适应性控制 乙酰CoA羧化酶 产生丙二酸单酰CoA 脂肪酸合成酶系苹果酸酶 产生还原NADPH 饥饿时 这几种酶浓度降低3 5倍 进食后 酶浓度升高 喂食高糖低脂膳食 这几种酶浓度升高 脂肪合成加快 2 酶活性的调节乙酰CoA羧化酶是限速酶 1 别构调节 柠檬酸激活 长链脂肪酸或脂酰CoA抑制 2 聚合与解聚 原体无活性 聚合体有活性 柠檬酸促进聚合 长链脂肪酸或脂酰CoA促进解聚 3 共价调节 磷酸化失活 脱磷酸化复活胰高血糖素可使此酶磷酸化失活 胰岛素可使此酶脱磷酸化而恢复活性 57 脂肪酸的 氧化和从头合成的异同 59 四 三酰甘油的生物合成 磷酸甘油酯酰转移酶 磷酸甘油酯酰转移酶 二酰甘油酯酰转移酶 磷酸酶 三酰甘油的生物合成 磷酸甘油酯酰转移酶 磷酸甘油酯酰转移酶 二酰甘油酯酰转移酶 磷酸酶 溶血磷脂酸 磷脂酸 二酰甘油 61 动植物中不饱和脂肪酸合成的比较 磷脂和糖脂的降解与合成 1 磷脂的降解 2 磷脂的生物合成 3 糖脂的合成与分解 磷脂酶的作用部位 乙醇胺和胆碱的活化 HOCH2CH2NH2 HOCH2CH2N CH3 3 OCH2CH2NH2 磷酸乙醇胺 CDP OCH2CH2NH2 CDP 乙醇胺 乙醇胺激酶 CTP 磷酸乙醇胺胞苷转移酶 ATPADP CTPPPi 胆碱激酶 ATPADP OCH2CH2N CH3 3 CDP OCH2CH2N CH3 3 CDP 胆碱 CTP 磷酸胆碱胞苷转移酶 CTPPPi P P 磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱的合成 磷脂酰乙醇胺 脑磷脂 CDP 乙醇胺CMP 磷脂酰胆碱 脑磷脂 葡萄糖 3 磷酸甘油 磷脂酸 1 2 甘油二酯 脂酰CoACoA CDP 胆碱CMP 甘油三酯 2RCOCoA2CoA Pi 转酰酶 磷酸酯酶 转移酶 1 糖脂的合成 2 糖脂的分解 糖脂的代谢 胆固醇的代谢 一 胆固醇的合成 二 胆固醇的转化 胆固醇合成 同位素示踪实验证明 复杂的胆固醇分子能在动物体内由小分子物质乙酸缩合而成 乙酰CoA为合成胆固醇的原料 胆固醇的转化 动物体内胆固醇可转变成类固醇如 孕酮 肾上腺皮质激素 雌激素 V