脂肪酸合成代谢（课堂PPT）

1、第二节第二节 脂肪酸的合成代谢脂肪酸的合成代谢一一. 甘油的合成甘油的合成由糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮还原而成。由糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮还原而成。甘油的合成在甘油的合成在细胞质细胞质中进行。中进行。 事实上，在甘油和脂肪酸缩合连结成脂肪时，事实上，在甘油和脂肪酸缩合连结成脂肪时，所需要的是所需要的是3-3-磷酸甘油，而不是游离的甘油。磷酸甘油，而不是游离的甘油。 (一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成原料：乙酰乙酰CoACoA 产物：不超过不超过1616碳的饱和脂肪酸碳的饱和脂肪酸部位：动物体动物体 细胞质细胞质植物体植物体 叶绿体叶绿体和和前质体前质体 Overvi

2、ew Fatty acids are synthesized by the condensation of two-carbon units. However, in terms of the enzymic steps involved, the process is not the reversed of -oxidation. Fatty acid synthesis involves a separate series of reactions to build up long-chain hydrocarbons from acetyl CoA units. The key diff

3、erences between fatty acid synthesis and breakdown are: (一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.fattyacidsynthesisoccursinthecytosolofbothprokaryotesandeukaryoteswhereastheirdegradationoccursinthemitochondriaofeukaryotes;2.fattyacidsynthesisusesNADPHasthereductantwhereasNADHisproducedin-oxidation;3.duringthei

4、rsynthesis,fattyacidsarecovalentlylinkedtoanacylcarrierprotein(ACP),asopposedtoCoAintheirdegradation;4.theenzymeactivitiesoffattyacidsynthesisinhigherorganismsarepresentinasinglepolypeptidechaincalledfattyacidsynthase,whereasin-oxidationtheindividualactivitiesarepresentonseparateenzymes.(一) 脂肪酸的从头合成

5、二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 Transport into the cytosol Fatty acids are synthesized in the cytosol, but acetyl CoA is produced from pyruvate in the mitochondria. Thus the acetyl CoA must be transferred from the mitochondria into

6、 the cytosol to allow fatty acid synthesis to occur. However, the inner mitochondrial membrane is not readily permeable to this molecule. This problem is overcome by the condensation of acetyl CoA with oxaloacetate to form citrate. 1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙酰Co

7、ACoA的来源和转运的来源和转运 因为乙酰因为乙酰CoACoA在在线粒体产生，线粒体产生，乙酰乙酰CoACoA不能直不能直接穿过线粒体内膜，需要通过接穿过线粒体内膜，需要通过“柠檬酸穿梭柠檬酸穿梭”的的方式从线粒体基质到达细胞质，才能用于合成脂方式从线粒体基质到达细胞质，才能用于合成脂肪酸。肪酸。(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙

8、酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 循环的净结果是将乙酰循环的净结果是将乙酰CoACoA从线粒体转运到了细从线粒体转运到了细胞质，同时也胞质，同时也消耗了化学能消耗了化学能ATPATP。 在植物体中，线粒体内产生的乙酰在植物体中，线粒体内产生的乙酰CoACoA先脱去先脱去CoACoA以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒体外由脂酰以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒体外由脂酰CoACoA合成酶催化重新形成乙酰合成酶催化重新形成乙酰CoACoA。1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的

9、形成的形成 The first committed step in fatty acid biosynthesis is the carboxylation of acetyl CoA to form malonyl CoA using CO2 in the form of bicarbonate HCO3-. This reaction is catalyzed by the enzyme acetyl CoA carboxylase which has biotin as a prosthetic group, a common feature in CO2-binding enzymes

10、. 1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 在脂肪酸的从头合成过程中，参入脂肪酸链的在脂肪酸的从头合成过程中，参入脂肪酸链的二碳单位的直接提供者并不是乙酰二碳单位的直接提供者并不是乙酰CoA，而是乙酰而是乙酰CoA的羧化产物的羧化产物 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA（malonyl-CoA）。）。1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成(一)

11、脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成乙酰乙酰CoACoA羧化酶的组成羧化酶的组成 在原核生物中，由两种酶和一种蛋白质组成三元在原核生物中，由两种酶和一种蛋白质组成三元多酶复合体多酶复合体 生物素羧基载体蛋白生物素羧基载体蛋白（biotin carboxyl-carrierbiotin carboxyl-carrier protein protein，BCCPBCCP） 生物素羧化酶生物素羧化酶 羧基转移酶羧基转移酶 在动物及高等植物体内，乙酰在动物及高等植物体内，乙酰CoACoA羧化酶是由多个羧化酶是由多个亚基组成的寡聚酶，每个亚基兼具上述的三种催化活亚基组成的寡聚酶，每个亚基兼具

12、上述的三种催化活性，但只有当它们聚合成完整的寡聚酶后才有活性。性，但只有当它们聚合成完整的寡聚酶后才有活性。 1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 乙酰乙酰CoACoA的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤，故的限速步骤，故乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶的活性高低控制的活性高低控制着脂肪酸合成的速度。着脂肪酸合成的速度。1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成

13、(2) (2) 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 影响乙酰影响乙酰CoACoA羧化酶活性的因素：（在动物体中）羧化酶活性的因素：（在动物体中） 柠檬酸柠檬酸：促进无活性的单体聚合成有活性的全酶，从：促进无活性的单体聚合成有活性的全酶，从而加速脂肪酸的合成；而加速脂肪酸的合成； 软脂酰软脂酰CoACoA：促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合成。成。1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS） FA

14、的组成的组成 乙酰乙酰CoA-ACP转移酶转移酶 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA-ACP转移酶转移酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP还原酶还原酶 -羟脂酰羟脂酰-ACP脱水酶脱水酶 烯脂酰烯脂酰-ACP还原酶还原酶 硫酯酶硫酯酶ACP 脂酰基载体蛋白脂酰基载体蛋白1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3)

15、 (3) 脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成ACPACP：不同生物体中的不同生物体中的ACPACP十分相似：大肠杆菌中的十分相似：大肠杆菌中的ACPACP是一个由是一个由7777个氨基酸残基组成的热稳定蛋白个氨基酸残基组成的热稳定蛋白质，在它的第质，在它的第3636位丝氨酸残基的侧链上，连有辅位丝氨酸残基的侧链上，连有辅基基4-4-磷酸泛酰巯基乙胺。磷酸泛酰巯基乙胺。1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3) (3) 脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成 ACPACP辅基犹如一个辅基犹如一个转动的手臂，以其末转动的手臂，以其末端的巯基携

16、带着脂酰端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活基依次转到各酶的活性中心，从而发生各性中心，从而发生各种反应，如下图所示种反应，如下图所示。(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成FASFAS上的活性巯基：（用上的活性巯基：（用于 运 载 脂于 运 载 脂酰基）酰基）中央巯基中央巯基 ACPACP上的巯上的巯基；基；外围巯基外围巯基 - -酮脂酰酮脂酰- -ACPACP合酶上合酶上的 巯 基 ，的 巯 基 ，由 该 酶 的由 该 酶 的一个一个CysCys残残基提供。基提供。1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成

17、乙酰乙酰CoA:ACP转移酶转移酶丙二酸单酰丙二酸单酰CoA:ACP转移酶转移酶 -酮脂酮脂酰酰ACP合酶合酶 -酮脂酮脂酰酰ACP还原酶还原酶 -羟脂羟脂酰酰ACP脱水酶脱水酶烯脂烯脂酰酰ACP还原酶还原酶1. 1. 脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3) (3) 脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成整个过程都是在整个过程都是在脂肪酸合酶系统脂肪酸合酶系统中进行。中进行。 这一阶段包含有多轮酶促反应，每经历一轮可以这一阶段包含有多轮酶促反应，每经历一轮可以使脂肪酸链在羧基端使脂肪酸链在羧基端延长一个二碳单位，同时消耗延长一个二碳单位，同

18、时消耗2 2分子还原剂分子还原剂NADPHNADPH。 从乙酰从乙酰CoACoA的穿梭、丙二酸单酰的穿梭、丙二酸单酰CoACoA的生成，到脂的生成，到脂肪酸链的形成，需要消耗化学能肪酸链的形成，需要消耗化学能ATPATP及还原剂及还原剂NADPHNADPH。 整个合成的碳源来自乙酰整个合成的碳源来自乙酰CoACoA，尽管尽管COCO2 2参与了合参与了合成，但没有被消耗，其作用是乙酰成，但没有被消耗，其作用是乙酰CoACoA通过羧化通过羧化将将ATPATP的能量贮存在丙二酸单酰的能量贮存在丙二酸单酰CoACoA中，从而在缩中，从而在缩合反应中通过脱羧放能而使反应向正方向即合成合反应中通过脱羧放

19、能而使反应向正方向即合成的方向进行，这要比两分子的乙酰的方向进行，这要比两分子的乙酰CoACoA进行的缩进行的缩合反应更易进行。合反应更易进行。 2. 2. 脂肪酸从头合成的化学计量脂肪酸从头合成的化学计量(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成2. 2. 脂肪酸从头合成的化学计量脂肪酸从头合成的化学计量(一) 脂肪酸的从头合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成 由此可见，由脂肪酸合酶系统形成由此可见，由脂肪酸合酶系统形成1 1分子软脂酸需分子软脂酸需要消耗要消耗1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA、7 7分子丙二酸单酰分子丙二酸单酰CoACoA以及以及1414分分子还原辅酶子还原

20、辅酶，同时释放出，同时释放出7 7分子分子COCO2 2。1.1.延长发生的部位延长发生的部位(二) 脂肪酸碳链的延长二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成内质网内质网动物体动物体线粒体线粒体植物体植物体叶绿体叶绿体或或前质体前质体2. 2. 延长过程延长过程该过程是以该过程是以脂酰脂酰CoA（不是脂肪酸）作为起点不是脂肪酸）作为起点(引物引物)，通过与从头合成相似的步骤，即，通过与从头合成相似的步骤，即缩合缩合还还原原脱水脱水再还原再还原，逐步在羧基端增加二碳单位。，逐步在羧基端增加二碳单位。 至于延长的具体方式，在细胞的不同部位都不至于延长的具体方式，在细胞的不同部位都不相同。相同。(二) 脂肪

21、酸碳链的延长二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成线粒体中的延长过程线粒体中的延长过程：相当于脂肪酸相当于脂肪酸 -氧化过氧化过程的逆转程的逆转，只是第二次还原反应由，只是第二次还原反应由还原酶还原酶而不是脱而不是脱氢酶催化，电子载体为氢酶催化，电子载体为NADPH而不是而不是FADH2；内质网上的延长过程内质网上的延长过程：与从头合成过程相似，：与从头合成过程相似，只是脂酰基的载体为只是脂酰基的载体为CoA而不是而不是ACP。2. 2. 脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程(二) 脂肪酸碳链的延长二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1) 1) 动物体中脂肪酸链的延长动物体中脂肪酸链的延长植物的脂肪

22、酸延长系统有两个植物的脂肪酸延长系统有两个 叶绿体或前质体中的只负责将软脂酸转变为硬叶绿体或前质体中的只负责将软脂酸转变为硬脂酸（脂酸（18:0），这一过程类似于从头合成途径；），这一过程类似于从头合成途径；碳链的进一步延长则由内质网上的延长系统完碳链的进一步延长则由内质网上的延长系统完成成。 2. 2. 脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程(二) 脂肪酸碳链的延长二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)植物体中脂肪酸链的延长植物体中脂肪酸链的延长细胞内进行细胞内进行部位部位动动 物物植植 物物线粒体线粒体叶绿体、前质体叶绿体、前质体ACPACP内质网内质网电子供体电子供体脂酰基的载体

23、脂酰基的载体二碳单位的供体二碳单位的供体内质网内质网NADPHNADPH丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA不不明明确确NADHNADHNADPHNADPHCoACoA乙酰乙酰CoACoA 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoACoACoANADPHNADPH2. 2. 脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程(二) 脂肪酸碳链的延长二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成在生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸，在生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸，如棕榈油酸（如棕榈油酸（16:116:1D D9 9）、）、油酸（油酸（18:118:1D D9 9）、）、亚油亚油酸（酸（18:218:2D D9,129,12）、

24、）、亚麻酸（亚麻酸（18:318:3D D9,12,159,12,15）等，它等，它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。去饱和作用有去饱和作用有需氧和厌氧需氧和厌氧两条途径，前者主两条途径，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。(三) 脂肪酸碳链的去饱和二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 需氧途径该途径由去饱和酶系催化，需要该途径由去饱和酶系催化，需要O O2 2和和NADPHNADPH的共同参与。的共同参与。去饱和酶系由去饱和酶系由去饱和酶去饱和酶（desaturasedesaturase）

25、及一系列的电子及一系列的电子传递体组成。在该途径中，一分子氧接受来自去饱和酶的两对传递体组成。在该途径中，一分子氧接受来自去饱和酶的两对电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从NADPHNADPH获得，另一对则是从脂酰基获得，结果获得，另一对则是从脂酰基获得，结果NADPHNADPH被氧化成被氧化成NADPNADP+ +，脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）(三) 脂肪酸碳链的去饱和二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成去饱和作用一般去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的首先发生在饱和脂肪酸的9 9、1010位

26、位碳碳原子上，生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油原子上，生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸）。接下来，对于动物，尤其是哺乳动物，从该双酸）。接下来，对于动物，尤其是哺乳动物，从该双键向脂酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸。键向脂酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸。二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 需氧途径(三) 脂肪酸碳链的去饱和而植物则是从该双键向脂酸的甲基端继续去饱和而植物则是从该双键向脂酸的甲基端继续去饱和生成如亚油酸、亚麻酸等的多烯脂肪酸。此外，植物生成如亚油酸、亚麻酸等的多烯脂肪酸。此外，植物也可以不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单也可以不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和的，不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和的，它也是一个需氧的过程。它也是一个需氧的过程。二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 需氧途径