第九章脂代谢

1、第九章 脂类代谢,脂类主要包括甘油三酯（脂肪）、磷脂和类固醇等。脂类代谢是指在生物细胞内上述各类物质的生物合成和分解过程。脂类代谢对于生命活动具有重要意义。 （1）脂肪在动物体内和植物种子及果实中大量存储。脂肪在氧化时可以比其他能源物质提供更多的能量。每克脂肪氧化时可释放出38.9 kJ 的能量，每克糖和蛋白质氧化时释放的能量仅分别为17.2 kJ和23.4 kJ。 （2）许多类脂及其衍生物具有重要生理作用。脂类代谢的中间产物是合成激素、胆酸和维生素等的基本原料，对维持机体的正常活动有重要影响作用。 （3）人类的某些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关,生物体内的脂类,脂肪

2、 真脂或中性脂肪（甘油三酯） 蜡 类脂,磷脂 糖脂 异戊二烯酯,甾醇 萜类,甘油磷脂 鞘氨醇磷脂,卵磷脂 脑磷脂,贮藏物质/能量物质: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。 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,脂类的功能,生物体结构物质 （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，

3、使器官之间减少摩擦，对器官起保护作用。 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,一、脂类的消化和吸收,1、脂类的消化 脂肪的消化主要在小肠中进行。催化脂类消化水解的酶主要来自胰脏分泌的胰脂肪酶。胰脂肪酶分为酯酶和脂酶,2、脂类的吸收和输送 在人和动物的小肠内，可以吸收完全水解的脂类，也能吸收部分水解或未能被水解的脂类。吸收后，大多数由淋巴系统进入血液循环，也有一部分直接经门静脉进入肝脏。未被吸收的脂肪进入大肠被细菌分解,二、脂肪的分解代谢,脂肪在脂肪酶催化下水解成甘油和脂肪酸，它们在生物体内将沿着不同途径进行代谢,脂肪的水解 乳化 脂肪的消化主要在肠中进行，胰液和胆

4、汁经胰管和胆管分泌到十二指肠，胰液中含有胰脂肪酶，能水解部分脂肪成为甘油及游离脂肪酸，但大部分脂肪仅局部水解成甘油一酯，甘油一酯进一步由另一种脂酶水解成甘油和脂肪酸,甘油三酯的酶促降解发生在脂肪动员、消化过程中,激素敏感 性脂肪酶,1甘油的代谢,甘 油 的 氧 化 分 解 与 转 化,甘油激酶,磷酸酯酶,NAD,NADH +H,磷酸甘油脱氢酶,异构酶,磷酸丙糖,糖异生,葡萄糖,EMP,乙酰COA,TCA,CO2+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,2. 脂肪酸的分解代谢,1

5、）饱和脂肪酸的-氧化,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（乙酰CoA），该过程称作-氧化,CH3-(CH2)n - CH2 - CH2 -COOH,氧化作用、-氧化作用、-氧化作用,2脂肪酸的分解代谢 （1）脂肪酸的-氧化 在发芽的油料种子中，既发生于线粒体内， 也发生在乙醛酸循环体中。前者主要意义是 通过生物氧化产生能量，后者则主要是满足 没有进入光合阶段的幼苗生长对糖的需求； 通过此途径可使得脂肪酸转变为葡萄糖,1）脂肪酸的活化,2）脂酰CoA转运进入线粒体,肉碱酰基 转移酶,肉碱酰基 转移酶,2） 氧化反应线粒体内部,赖氨酸衍生的兼性化合物

6、,比原来少C2,问： 完成一次-氧 化有几次脱氢？偶 联多少ATP生成？ 棕榈酸(C16)需要 进行几次氧化,问： 完成一次-氧 化有几次脱氢？偶 联多少ATP生成？ 棕榈酸(C16)需要 进行几次氧化,问： 完成一次-氧 化有几次脱氢？偶 联多少ATP生成？ 棕榈酸(C16)需要 进行几次氧化,3）化学计量 终产物及去向：偶数脂肪酸的产物均为乙酰CoA，乙酰CoA可通过三羧酸循环被彻底氧化。彻底氧化产生的能量，下表以16碳的棕榈酸为例计算,1分子软脂酸完全氧化时的自由能总变化为 9790.56kJ/mol 经氧化产生129个ATP贮存的能量为： 30.5129=3934.5(kJ/mol)

7、能量转换率为：3934.59790.56100=40,总结： 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/2个NADH和n/2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： 以软脂酸（18C）为例计算其完全氧化所生成的ATP分子数,氧化过程中能量的转化,净生成：131 2 = 129 ATP,例：软脂酸,7次-氧化,CH3(CH2)14COOH,12 ATP 8 乙酰

8、CoA 96 ATP,3 ATP 7 NADH 21 ATP,2 ATP 7 FADH2 14 ATP,131 ATP,同一单位质量的脂肪酸产生的ATP是葡萄糖的2.4 倍,2）脂肪酸的其它氧化方式,氧化：在动物体中，C10 或C11脂肪酸的碳链末端碳原子（-碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行-氧化，最后生成的琥珀酰CoA可直接进入三羧酸循环。 -氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的-碳被氧化成羟基，生成-羟基酸。-羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。上述反应由单氧化酶催化，需要有O2、Fe2+和抗坏血酸等参加,氧化：每次氧化降解1个碳

9、，氧化发生在C上，产 生1分子NADH,氧化作用,脂肪酸的末端（-端）甲基经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成,-二羧酸的过程,脂肪酸的其他氧化方式,-二羧酸可进入线粒体，进一步通过-氧化彻底分解,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,3）含奇数碳原子饱和脂肪酸的氧化,天然存在的脂肪酸大多数含有偶数碳原子，动物脂肪中含有少量奇数碳原子。含奇数碳原子脂肪酸的氧化与含偶数碳脂肪酸相似，经-氧化后，除了产生乙酰CoA外，最后还生成1分子丙酰CoA,3）含奇数碳原子饱和脂肪酸的氧化,经-氧化后产生1 分子丙酰CoA,生成的琥珀酰CoA可进入三羧

10、酸循环,3、酮体的代谢,脂肪酸在-氧化过程中产生的乙酰CoA，在一定条件可以转变成乙酰乙酸、 -羟基丁酸和丙酮等中间产物，这些产物统称为酮体,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氧化供能，然而在肝细胞中还有另一条去路。乙酰CoA可在肝细胞形成乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮，这三种物质统称为酮体,酮体的生成,1）酮体的生成,乙酰乙酸的生成,-羟基丁酸的生成,丙酮的生成,生成酮体的意义,肝脏将长碳链的脂肪酸分解成分子较小、易被其他组织用以供能的酮体，为肝外组织提供可利用的能源,糖尿病人的酮血、酮尿症,糖尿病病人糖的氧化能力减弱，使脂肪动员

11、加速，酮体增加；糖代谢减弱丙酮酸缺乏草酰乙酸减少难以与乙酰CoA结合生成柠檬酸（结果是减少酮体的去路,在动物肌肉中乙酰COA可以进入TCA,在动物肝、肾的线粒体内乙酰COA进入酮体的合成,乙酰-COA,COA-SH,硫解酶,HMGCOA 合酶,乙酰-COA+H2O,COA-SH,HMGCOA 裂解酶,乙酰-COA,乙酰乙酸,D - -羟丁酸,丙酮,D - -羟丁酸脱氢酶,NADH+H+ NAD,CO2,在严重饥饿或 胰岛素水平过 低时，草酰乙酸 缺少，则乙酰-COA 水平升高丙酮中毒；酸中毒,自动,酮体的分解,丙酮在体内可转变为丙酮酸。 丙酮可随尿排出体外，或从肺部呼出,三， 脂肪的合成代谢,

12、1、磷酸甘油的形成,高等动物脂肪酸合成最活跃的组织是脂肪组织、肝脏和乳 腺。脂肪合成的起始原料乙酰辅酶A主要来自于糖酵解产物 丙酮酸。脂肪从头合成的部位在细胞质，并需要载体蛋白参 加。脂肪酸的合成途径与分解途径完全不同,2、脂肪酸的生物合成 （1）. 乙酰CoA的运转 丙酮酸乙酰CoA发生在线粒体内，而脂肪酸合成发生于细胞质，但线粒体内膜对乙酰CoA是不通透的，因此需要乙酰CoA的运转系统柠檬酸穿梭系统转运乙酰CoA ，其过程为,柠檬酸穿羧系统,3）. 饱和脂肪酸的合成从头合成酶系统存在细胞质 中的叫作型酶系统,六 种 酶 乙酰CoA-ACP酰基转移酶 丙二酸单酰CoA-ACP转移酶 -酮脂酰

13、-ACP合成酶 -酮脂酰-ACP还原酶 -羟脂酰-ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶,脂肪酸合成酶复合体由六种酶和一种脂酰基载体 蛋白组成,脂酰基载体蛋白 ACP：是脂肪酸合成反 应过程中脂酰基的载体,反应历程分两个阶段（人为划分,第一阶段：乙酰CoA丙二酸-ACP,第二阶段：丙二酸单酰-ACP C16饱和脂酸,脂肪酸链延长过程中需要的六种 酶是以复合体的形式存在的，原料以C3 -ACP输入，ATP供能NADPH作为还原剂进 行合成的循环每进行一周，消耗一分子ATP 和一分子NADPH，同时增加两个CH2，直 至合成棕榈酸-ACP为止。被延长的脂肪 酸链在整个过程中始终结合在ACP 分子上,脂

14、肪酸链延长过程中需要的六种 酶是以复合体的形式存在的，原料以C3 -ACP输入，ATP供能NADPH作为还原剂进 行合成的循环每进行一周，消耗一分子ATP 和一分子NADPH，同时增加两个CH2，直 至合成棕榈酸-ACP为止。被延长的脂肪 酸链在整个过程中始终结合在ACP 分子上,脂肪酸链延长过程中需要的六种 酶是以复合体的形式存在的，原料以C3 -ACP输入，ATP供能NADPH作为还原剂进 行合成的，循环每进行一周，消耗一分子ATP 和一分子NADPH，同时增加两个CH2，直 至合成棕榈酸-ACP为止。被延长的脂肪 酸链在整个过程中始终结合在ACP 分子上,第二阶段：丙二酸单酰-ACP C

15、16饱和脂酸,脱羧反应释放CO2释放自由能是ATP水解过程的一种变相形式，可促使合成反应的进行,脂肪酸从头合成的生化历程,软脂酸生物合成的总反应式,8 乙酰CoA + 7 ATP + 14 NADPH,软脂酸 + 8 CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+ + 6 H2O,脂肪酸合成酶系：植物中脂肪酸合成酶系有I、II、III型，上述反应过程是 I 型酶系催化的，这个酶系由六种酶和一个酰基载体蛋白（ACP）形成多酶复合体。这个复合体以ACP为中心，ACP：4-磷酸泛酰巯基乙胺长臂（2.02nm）在各个酶之间摆动，依次完成反应。这个反应过程称为脂肪酸的 “从头合成” 途径,脂

16、肪酸合成与-氧化 的区别列表如下,2）特点：NADPH为还原力，乙酰CoA为合成原料，丙二酸单酰CoA为直 接底物，反应时中间产物始终与ACP结合,软脂酸的合成：乙酰CoA + 7丙二酸单酰-CoA + 14NADPH + 14H+ 软脂酸+ 14NADP+ + 8CoA + 7H2O + 7CO2,I 型酶系只能合成16C饱和脂肪 酸，更长链的饱和脂肪酸需要在延长酶系的催化下形成,脂肪酸链的延长,II型：棕榈酰ACP+丙二酸单酰CoA 硬脂酰ACP III型：硬脂酰ACP20碳（20以上 碳）脂肪酸 载体：ACP 供体：丙二酸单酰CoA,植物,线粒体延长酶系：棕榈酰CoA+乙酰CoA 硬脂酸

17、CoA,动物,内质网延长系统：20及20以上碳的脂肪酸，底物为丙二酸单酰CoA，载体为CoA,不饱和脂肪酸合成：通过饱和脂肪酸的 去饱和作用 NADPH的来源：磷酸戊糖途径（60%），柠檬酸穿梭作 用（40,3、脂肪的合成 脂肪合成所需的脂酰CoA是由脂肪酸激活而来脂肪合成 过程如下,脂肪代谢和糖代谢的关系,乙酰 CoA,为什么吃糖多会发胖,甘油磷脂的降解,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2O-P-OCH2CH2N+(CH3)3,O,O,O,O,卵磷脂 (磷脂酰胆碱,磷脂酶,A1、A2、C、D,A1,2-脂酰甘油磷酸胆碱+脂肪酸,A2,1-脂酰甘油磷酸胆碱+脂肪酸,C,二酰甘油+磷酸胆碱,D,磷脂酸 +胆碱,脂酰甘油磷酸胆碱+脂肪酸,A1：动物体中；A2：蛇、蝎、蜂毒和动物胰脏中 C： 蛇、微生物分泌的毒素、动物脑 D：高等植物中,一 、 甘油磷脂的降解与生物合成,一 、 甘油磷脂的降解与生物合成,一 、 甘油磷脂的降解与生物合成,四、磷脂代谢,甘油磷脂的生物合成,以磷脂酸作 前体 ，需胞嘧啶核苷酸以 CDP衍生物形 式作活化载体。 存在两条途径，以磷酸乙醇胺、磷酸丝氨酸（脑磷 脂）为例说明,利用CDP-二酰甘油的途径,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2O-P-OH,O,O,O,OH,PPi,CTP,胞苷酰转移酶,O,O