生物化学脂类与脂代谢.ppt

1、第七章 脂类与脂类代谢,本章内容,脂类 甘油三酯的分解代谢 脂肪的生物合成 磷脂的代谢 胆固醇的代谢,脂类（lipid）亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 脂类的元素组成主要是C、 H 、O,有些尚含N 、 S、 P,一、定义,第一节 脂类,参见P124,构成脂类的脂肪酸,参见表5-1,硬脂酸180 （脂,油酸 181（油,I 按化学组成分类 单纯脂类 复合脂类 衍生脂类,二、脂类的分类,单纯脂类,由脂肪酸和醇类所形成的酯,脂酰甘油酯（最丰

2、富的为甘油三酯) 蜡（含14-36个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30个碳原子的一元醇所形成的酯,参见P124,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,复合脂类,磷脂（磷酸和含氮碱） 糖脂（糖） 硫脂（硫酸,参见P124,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,衍生脂类,可皂化脂类：一类能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。 不可皂化脂类：不能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。 主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类,II 按能否被碱水解分类,甘

3、油三酯的分子结构,三、重要脂类的结构,1.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,X = 胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、甘油,2.甘油磷脂,X= H 磷脂酸 （PA,参见表5-2,四、脂类的分布与生理功能,脂肪（甘油三酯，TG,脂类,类脂,磷酸甘油酯（PL,鞘磷脂,脑苷脂,神经节苷脂,磷脂,糖脂,胆固醇（Ch）及其酯（ChE,第二节 甘油三酯的分解代谢,参见P263,一、脂肪的酶促水解,脂肪,甘油+脂肪酸,限速酶,二、甘油的氧化分解与转化,思考： 1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量（形成ATP?) 22,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

4、中进行氧化分解,氧化作用 -氧化作用,饱和脂肪酸的氧化分解,三 脂肪酸的氧化分解,不饱和脂肪酸的氧化分解,奇数C原子脂肪酸的氧化分解,概念 脂肪酸的-氧化作用 能量计算,一) 饱和脂肪酸的-氧化作用,饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的位C原子发生氧化，碳链在位C原子与位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化,R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,1. 概念,2. 脂肪酸的-氧化作用,1）脂肪酸的活化,脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。 在脂酰CoA合成酶

5、(硫激酶) 催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA,在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱, carnitine）来携带脂酰基,2）脂酰CoA转运入线粒体,参见P267,借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶和酶）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。 其中，肉碱脂酰转移酶(carnitine acyl transferase )是脂肪酸-氧化的关键酶,脂酰CoA进入线粒体的过程,参见P267,关键酶,氧化过程由四个连续的酶促反应组成： 脱氢 水化 再脱氢 硫解,3) -氧化循环,氧

6、化循环的反应过程,2反式烯脂酰COA,L- 羟脂酰COA,-氧化循环过程在线粒体基质内进行； -氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆； 需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子； 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA,脂肪酸-氧化循环的特点,生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP,4) 彻底氧化,1分子FADH2可生成1.5分子ATP，1分子NADH可生成2.5分子ATP，故一次-氧化循环可生成4分子ATP。 1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成10分子ATP,3、脂肪酸氧化分解时的能量释放,以

7、16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为,7次-氧化分解产生47=28分子ATP,8分子乙酰CoA可得108=80分子ATP,共可得108分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP,对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算,4,10,3. 饱和脂肪酸的-氧化作用(自学,1.概念,脂肪酸在一些酶的催化下，其-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化。 RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2,参见P270,少一个C原子,2. -氧化的可能反应历程,二) 不饱和脂肪酸

8、的氧化,单不饱和脂肪酸的氧化 如油酸(18C:1,参见P268,多不饱和脂肪酸的氧化 如亚油酸(18C:2,3,D(,L(,三) 奇数碳脂肪酸的氧化,参见P269,脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三种中间代谢产物，统称为酮体(ketone bodies,四、酮体的生成及利用 (自学,参见P270-272,酮体的分子结构,酮体,酮体主要在肝细胞线粒体中生成。 酮体生成的原料为乙酰CoA,1酮体的生成,1) 两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶(thiolase)的催化下，缩合生成一分子乙酰乙酰

9、CoA,酮体生成的反应过程,2) 乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合，生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶是酮体生成的关键酶,限速酶,3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA,4)乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下，加氢还原为-羟丁酸,5) 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮,CoASH,CoASH,NAD,NADH+H,羟丁酸 脱氢酶,HMGCoA 合成酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,酮体的生成,羟- -甲基戊二酸单酰CoA合成酶,利用酮体的酶有两种： 1.琥珀酰CoA转硫酶 （主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中） 2.乙酰乙酸硫激酶 （主

10、要存在于心、肾、脑细胞线粒体中,2酮体的利用,1) -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢，生成乙酰乙酸,酮体利用的基本过程,2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA,3) 乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，裂解为两分子乙酰CoA,4) 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解,羟丁酸脱氢酶,当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可净生成24分子ATP，-羟丁酸可净生成27分子ATP； 而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成22分子ATP， -羟丁酸可净生成25分子ATP,1) 在正常情况下，酮体是肝输出能源的一种

11、重要的形式； (2) 在饥饿或疾病情况下，酮体可为心、脑等重要器官提供必要的能源,3酮体生成及利用的生理意义,第三节 脂肪的生物合成,甘油的合成 脂肪酸的合成 二者分别转变为3磷酸甘油和脂酰CoA后的连接,参见P272,合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成： 1由糖代谢生成（脂肪细胞、肝,一、3-磷酸甘油的生成,2由脂肪分解形成的甘油,二、饱和脂肪酸的从头合成 （在细胞质中,参见P272,来源 线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖） 脂肪酸的-氧化 氨基酸的氧化 转运 柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系,1. 乙酰CoA（碳源）的来源及转运,乙酰CoA转运出线粒体,参见P273,在关键酶乙酰C

12、oA羧化酶的催化下，将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA,2丙二酸单酰CoA的合成,参见P273,脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。 在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白（acyl carrier protein, ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体,3脂肪酸合成循环,脂酰基载体蛋白（ACP-SH） ACP-脂酰基转移酶 丙二酸单酰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 硫酯酶,ACP,SH,原核生物的脂肪酸合成

13、酶系,乙酰基转移反应,CH3-CSACP,O,ACP-SH,酮脂酰-ACP合酶,丙二酸单酰基转移反应,COA-SH,ACP-SH,ACP脂酰基转移酶,4.反应历程,缩合反应,CH3-CS-合酶,O,酮脂酰-ACP合酶,合酶-SH+CO2,还原反应,NADPH+ + H,酮脂酰-ACP还原酶,NADP,D-羟丁酰-ACP,脱水反应,C,羟脂酰-ACP脱水酶,H2O,2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP,再还原反应,3 2,NADPH+H,烯脂酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH-CSACP,O,NADP,丁酰-ACP,丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成

14、软脂酰-ACP,缩合反应,CH3-CS-合酶,O,酮脂酰-ACP合酶,合酶-SH+CO2,由于缩合反应中， -酮脂酰-ACP合酶是对链长有专一性的酶，仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性，故从头合成只能合成16C及以下饱和脂酰-ACP,软脂酰-ACP,硫酯酶水解,ACP+软脂酸（棕榈酸,释放,H2O,8CH3-CSCOA,O,7ATP+14NADPH+14H,CH3 ( CH2)14COOH,14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O,那么这个过程与糖代谢有一定关系,原料（乙酰辅酶A ）来源 羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供 还原力NADPH从哪来,总反应式,

15、合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA； 在胞液中进行，关键酶是乙酰CoA羧化酶； 合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于转运，7分子用于活化）； 需NADPH作为供氢体，对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性,脂肪酸合成的特点,5. 饱和脂肪酸的从头合成与-氧化的比较,区别要点 从头合成 -氧化,细胞内进行部位 胞液 线粒 体 酰基载体 ACP-SH COA-SH 二碳单位参与或断裂形式 丙二酸单酰ACP 乙酰COA 电子供体或受体 NADPH+H+ FAD,NAD -羟酰基中间物的立体构型不同 D型

16、 L型 对HCO3-和柠檬酸的需求 需要 不需要 所需酶 7种 4种 能量需求或放出 消耗7ATP及14NADPH+H+ 产生106ATP(软脂酸,三、 甘油三酯的合成,参见P277-278,Section 4 Metabolism of Phospholipids,第四节 磷脂的代谢,参见P279,自学,一）甘油磷脂的基本结构,一、甘油磷脂的代谢,体内几种重要的甘油磷脂,1甘油二酯合成途径： 磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成。 合成过程中所需胆碱及乙醇胺以CDP-胆碱和CDP-乙醇胺的形式提供,二）甘油磷脂的合成代谢,甘油二酯合成途径,磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸和心磷脂通过此途径合成

17、。 合成过程所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供,2CDP-甘油二酯合成途径,CDP-甘油二酯合成途径,甘油磷脂的分解靠存在于体内的各种磷脂酶将其分解为脂肪酸、甘油、磷酸等，然后再进一步降解,H,H,三）甘油磷脂的分解代谢,第五节 胆固醇的代谢,Section 5 Metabolism of Cholesterol,参见P280,自学,A,B,C,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,D,环戊烷 多氢菲,14,一、胆固醇的结构及其酯化,胆固醇（cholesterol）的酯化在C3位羟基上

18、进行，由两种不同的酶催化。 存在于血浆中的是卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT,存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶（ACAT,胆固醇合成部位主要是在肝和小肠的胞液和微粒体。其合成所需原料为乙酰CoA。 乙酰CoA经柠檬酸-苹果酸穿梭转运出线粒体而进入胞液，此过程为耗能过程。 每合成一分子的胆固醇需18分子乙酰CoA，36分子ATP和16分子NADPH,一）胆固醇合成的部位和原料,二、胆固醇的合成,胆固醇合成的基本过程可分为下列三个阶段： 1乙酰CoA缩合生成甲羟戊酸（MVA）： 此过程在胞液和微粒体进行。 HMG-CoA还原酶(HMG-CoA reductase)是胆固醇合成的关键酶,二）胆固醇合成的基本过程,此过程在胞液和微粒体进行,MVA5-焦磷酸甲羟戊酸异