生物化学ii（苏维恒）脂类代谢和蛋白质代谢

1、整理课件脂类代谢和蛋白质代谢脂类代谢和蛋白质代谢主讲：苏维恒主讲：苏维恒整理课件讲师讲师艾滋病疫苗国家工程实验室艾滋病疫苗国家工程实验室研究方向：研究方向： 手足口病抗病毒药物发现手足口病抗病毒药物发现 水通道蛋白在哺乳动物卵泡水通道蛋白在哺乳动物卵泡发育中的作用和机制研究发育中的作用和机制研究整理课件生物化学在生命科学中的地位生物化学在生命科学中的地位动物、植物、微生物动物、植物、微生物细胞细胞四类生物大分子四类生物大分子C、H、O、N 、P 、S生态系统生态系统进化生物学进化生物学整理课件 第九章第九章 脂肪酸的分解代谢脂肪酸的分解代谢(Fatty acid catabolism)一、脂质

2、的消化、吸收和传送一、脂质的消化、吸收和传送二、脂肪酸的氧化二、脂肪酸的氧化三、不饱和脂肪酸的氧化三、不饱和脂肪酸的氧化四、酮体四、酮体五、磷脂的代谢五、磷脂的代谢六、鞘脂类、甾醇的代谢六、鞘脂类、甾醇的代谢七、脂肪酸代谢的调节七、脂肪酸代谢的调节整理课件脂类概述脂类概述1. 1. 概念概念 脂类，或称为脂质，是脂肪和类脂的总称，它是由脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物。脂类是广泛存在于自然界的一大类物质，是动物和植物体的重要组成成分。脂类是生物体维持正常生命活动不可缺少的一大类有机化合物，是与糖类、蛋白质、核酸并列为四大类重要基本物质之一。 它们的化学组成、结构理化性质以及生物功能存在着很大的

3、差异，但它们都有一个共同的特性，就是难溶于水，易溶于有机溶剂。整理课件White and Brown Adipose TissueWhite Adipose Tissue (WAT, White Fat)l used as a store of energy; l acts as a thermal insulator;Brown Adipose Tissue (BAT, Brown Fat)l abundant in newborns and in hibernating mammals;l Contains a much higher number of mitochondria and

4、more capillaries than white fat.整理课件Obese mouse and normal mouseObesity“Super obese” male (1.77m and 146kg)Classification:lWaist circumference: 102cm (man) and 88cm (woman) - USA 94/80 in European Union; 90 in Chinese man and 85 in Japanese manlwaisthip ratio: 0.9 (man) and 0.85 (woman) USAlBMI: Bod

5、y Mass Index (20, 25, 30)lBody fat percentage: Bodyfat% = (1.2 * BMI) + (0.23 * age) 5.4 (10.8 * gender) 整理课件Effects on healthlMorbiditylMortalitylObesity survival paradoxCauses of obesitylDietlSedentary lifestylelGeneticslMedical and psychiatric illnesslSocial determinants整理课件脂肪脂肪 又称三酯酰甘油或甘油三脂又称三酯酰

6、甘油或甘油三脂类脂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2.2.脂类的分类脂类的分类(1) (1) 单纯脂单纯脂 - - 是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典型的为甘油三酯。是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典型的为甘油三酯。(2) (2) 复合脂复合脂 - - 除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，如磷酸、含氮化除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，如磷酸、含氮化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。(3) (3) 其它脂其它脂 - - 为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜类、前列为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜类、前列腺素类和甾类化合

7、物等。腺素类和甾类化合物等。 整理课件单纯脂单纯脂 CHOCH O2CH O2COCOCOR2R1R3OCHCH O2CH O2COCOCOR2R1R3CHOCH O2CH O2COCOCOR2R1R3或OCHCH O2CH O2COCOCOR2R1R3整理课件复合脂复合脂 O|COO|COCH |C H O | |CHOPO | O22 -非极性尾极性头 磷酸甘油脂，又称甘油磷脂，是最具有代表性的复合脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷酸甘油脂是细胞膜结构重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简单的磷酸甘油脂结构如图: 整理课件 贮藏物质贮藏物

8、质/ /能量物质能量物质 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。 脂肪组织储存脂肪, 约占体重1020%。1g脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ，而1g糖彻底氧化仅供能。 合理饮食合理饮食 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 151525%25% 空腹空腹 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 50% 50% 以上以上 禁食禁食1 13 3天天 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 85%85% 饱食、少动饱食、少动 脂肪堆积，发胖脂肪堆积，发胖3.3.脂类的功能脂类的功能整理课件 生物体结构物质生物体结构物质（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

9、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，使器官之间减少摩擦，对器官起保护作用。 提供给机体必需脂成分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。 用作药物用作药物 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。新功能：流感药物。整理课件Influenza Virus正黏液病毒科H：血凝素N：神经氨酸酶整理课件Cell 153, 112125, March 28, 2013(PD1)H1

10、N1H5N1PD1PD1抑制病毒转录中的核输出抑制病毒转录中的核输出整理课件Lipid Biological lipids are a chemically diverse group of compounds, the common and defining feature of which is their insolubility in water.Fats and oils (storage lipids)Phospholipids and sterol (major elements of membranes)整理课件The fats and oils used almost uni

11、versally as stored forms of energy in living organisms are derivatives of fatty acids.Typical type of fatty acid-containing compounds are triacylglycerols.整理课件NomenclatureFatty acids are named according to the number of carbon atoms in the chain and the number and position of any double bonds. Palmi

12、tate(C16:0)棕榈酸棕榈酸Stearate(C18:0)硬脂酸硬脂酸Oleate(C18:1)油酸油酸Linoleate(C18:2)亚油酸亚油酸Linolenate(C18:3)亚麻酸亚麻酸Arachidonate(C20:4)花生四稀酸花生四稀酸整理课件RolesComponents of membranes (glycerophospholipids and sphingolipids)Covalently joined with some proteinsEnergy stores (triacylglycerols) and fuel moleculeAs hormones

13、and intracellular second messengers (DAG, diacylglycerol)整理课件一、脂质的消化、吸收和传送一、脂质的消化、吸收和传送 三脂酰甘油在人类的饮食脂肪中，以及作为代谢能量的主要贮存形式中约占90%。脂肪可完全氧化成CO2和H2O，由于脂肪分子中绝大部分碳原子和葡萄糖相比，都处于较低的氧化状态，因此脂肪氧化代谢产生的能量按同等重量计算比糖类和蛋白质要高出2倍以上。 食物成分含有的能量食物成分含有的能量成成 分分HH（kJ/gkJ/g干重）干重）糖糖 类类1616脂脂 肪肪3737蛋白质蛋白质1717整理课件（一）脂肪（三酰甘油）（一）脂肪（三酰

14、甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。脂肪酸饱和脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸含1个双键（油酸）含2个双键（亚油酸）含3个双键（亚麻酸）含4个双键（花生四烯酸）整理课件三脂酰甘油的结构三脂酰甘油的结构1 1软脂酰软脂酰2,32,3二油酰甘油二油酰甘油 当当3 3个脂肪酸都是同一种脂肪酸时，个脂肪酸都是同一种脂肪酸时，称为简单三脂酰甘油，当称为简单三脂酰甘油，当3 3个脂肪酸至少个脂肪酸至少有一个不同时，称为混合三脂酰甘油。有一个不同时，称为混合三脂酰甘油。 三脂酰甘油三脂酰甘油（三酰甘油）（三酰甘油）（甘油三酯）（甘油三酯）整理课件某些天然存

15、在的脂肪酸某些天然存在的脂肪酸通俗名通俗名系统名系统名简写符号简写符号熔点熔点月桂酸月桂酸n-n-十二酸十二酸12:012:044.244.2软脂酸软脂酸n-n-十六酸十六酸16:016:063.163.1花生酸花生酸n-n-二十酸二十酸20:020:076.576.5棕榈油酸棕榈油酸十六碳十六碳-9-9-烯酸（顺）烯酸（顺）16:116:19C9C-0.5-0.5-0.5-0.5鳕油酸鳕油酸二十碳二十碳-9-9-烯酸（顺）烯酸（顺）20:120:19C9C23-23.523-23.5亚油酸亚油酸十八碳十八碳-9,12-9,12-二烯酸（顺，顺）二烯酸（顺，顺）18:218:29C ,12C9

16、C ,12C-5-5-亚麻酸亚麻酸十八碳十八碳-9,12,15-9,12,15-三烯酸（全顺）三烯酸（全顺）18:318:39C,12C,15C9C,12C,15C-11-11花生四烯酸花生四烯酸二十碳二十碳-5,8,11,14-5,8,11,14-四烯酸四烯酸（全顺）（全顺）20:420:45C,8C,11C,14C5C,8C,11C,14C-49-49EPAEPA二十碳二十碳-5,8,11,14,17-5,8,11,14,17-五烯酸五烯酸（全顺）（全顺）-54 - -53-54 - -53DHADHA二十二碳二十二碳-4,7,10,13,16,19-4,7,10,13,16,19-六六烯

17、酸（全顺）烯酸（全顺）-45.5 -45.5 -44.1-44.1整理课件消化脂肪的酶消化脂肪的酶 消化脂肪的酶有胃分泌的胃脂肪酶胃脂肪酶、胰脏分泌的胰脂肪酶胰脂肪酶，它们可将三脂酰甘油的脂肪酸水解下来。胰脂肪酶胰脂肪酶与一个称为辅脂肪酶辅脂肪酶的小蛋白质在一起，存在于脂质水界面上。 胰脂肪酶催化1、3位脂肪酸的水解，生成2单酰甘油。胰液中还有酯酶，它催化单酰甘油、酯酶，它催化单酰甘油、胆固醇酯和维生素胆固醇酯和维生素A A的酯水解的酯水解。另外，胰脏还分泌磷脂酶磷脂酶，它催化磷脂的2酰基水解。 整理课件脂肪的乳化脂肪的乳化 由于三脂酰甘油是水不溶性水不溶性的，而消化作用的酶却是水溶性的水溶性

18、的，因此三脂酰甘油的消化是在脂质水的界面脂质水的界面处发生的。若要消化迅速，必须尽量增大脂质水界面的面积。人摄入的脂肪在肝脏分泌的胆汁酸盐及磷脂酰胆碱胆汁酸盐及磷脂酰胆碱等物质（表面活性剂）的作用下，经小肠蠕动而乳化，大大地增大了脂质水的界面面积，促进了脂肪的消化和吸收。整理课件胆汁酸的结构胆汁酸的结构胆酸胆酸甘氨胆酸甘氨胆酸牛磺胆酸牛磺胆酸 胆汁盐是胆固醇的氧化产物，极性构成外侧，疏水形成内侧，构成一个胶质颗粒。整理课件u消化：小肠上段脂类脂类( TG( TG、CHCH、PLPL等等) )微团微团胆汁酸盐乳化胆汁酸盐乳化胰脂肪酶、辅脂酶等水解胰脂肪酶、辅脂酶等水解甘油一脂、溶血磷脂、甘油一脂

19、、溶血磷脂、长链脂肪酸、胆固醇等长链脂肪酸、胆固醇等混合微团混合微团乳化乳化整理课件混混合合微微团团扩散扩散小肠粘膜小肠粘膜细胞内细胞内重新酯化重新酯化载脂蛋白结合载脂蛋白结合乳糜微粒乳糜微粒门静脉门静脉肝肝 脏脏u吸收：十二指肠下段及空肠上段中短链脂肪酸中短链脂肪酸血液、淋巴血液、淋巴全全 身身整理课件脂肪的吸收脂肪的吸收 脂肪经消化后的产物脂肪酸和脂肪酸和2 2单酰甘油单酰甘油由小肠上皮粘膜细胞吸收后，又转化为三脂酰甘油三脂酰甘油，然后与蛋白质一起包装成乳糜微粒，释放到血液，通过淋巴系统运送到各种组织中。短的和中等长度的脂肪酸被吸收进入门静脉血液，以游离形式直接送入肝脏。 在脂肪组织和骨骼

20、肌毛细血管中，在脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase）的作用下，乳糜微粒中的脂肪被水解成游离的脂肪酸和甘油，产生的脂肪酸被这些组织吸收，甘油被运送到肝脏和肾脏，转变成二羟丙酮磷酸。 整理课件整理课件脂肪代谢脂肪代谢整理课件整理课件其中第一步反应需要其中第一步反应需要消耗消耗ATPATP，而第二步反应可，而第二步反应可生成还原生成还原辅酶辅酶。磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是糖酵解途径的中间产物，因此既可以继续氧化，经丙酮酸进入三羧酸循环彻底氧化成CO2和水，又可经糖异生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。甘油被被运送到肝脏和肾脏，在甘油激酶的催化下，被甘油被被运送到肝脏和肾脏，在甘油激酶的催

21、化下，被磷酸化成磷酸化成3-3-磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。整理课件Breakdown of triacylglycerolsThe fatty acids in triacylglycerols are released from the glycerol backbone by the action of lipases.The free fatty acids can then degraded by oxidation to produce energy. The glycerol is converted into dihydrox

22、yacetone phosphate which enters glycolysis.整理课件整理课件三脂酰甘油的转移三脂酰甘油的转移 贮存在脂肪组织中的三脂酰甘油要转移时，先在激素敏感的三脂酰甘油脂肪酶的作用下水解成甘油和脂肪酸。游离的脂肪酸进入血液，并与清蛋白结合清蛋白结合。形成脂肪清蛋白复合物脂肪清蛋白复合物可以大大增加脂肪酸的溶解度。 磷脂、三脂酰甘油、胆固醇和胆固醇酯是以脂蛋白的形式转运的。在机体的各个部位，脂蛋白与特异的受体和酶作用而被吸收和利用。整理课件血脂血脂概念：概念：血浆中所含脂类的总称，主要包括甘油三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯及游离脂肪酸等。血脂与血浆中的蛋白质结合形成水

23、溶性复合物LP（lipoprotein）形式存在和运输。 由肝脏、脂肪细胞等组织合成后释放入血血脂来源： 肠道中食物脂类的消化吸收 储存脂肪动员释放入血。运输运输-血浆脂蛋白血浆脂蛋白血脂的去路： 进入脂肪组织储存； 氧化供能； 构成生物膜； 转变为其它物质。整理课件脂蛋白的不同密度脂蛋白的不同密度 大多数蛋白质的密度为，脂的密度一般为。脂蛋白的密度取决于蛋白质和脂质的比例，蛋白质比例越大则密度越大。整理课件乳糜微粒（乳糜微粒（CMCM）极低密度脂蛋白（极低密度脂蛋白（VLDLVLDL）低密度脂蛋白低密度脂蛋白 （LDLLDL） 高密度脂蛋白高密度脂蛋白 （HDLHDL）密度血浆脂蛋白血浆脂蛋

24、白颗粒中间密度脂蛋白（中间密度脂蛋白（IDLIDL）分类：超速离心法分类：超速离心法整理课件 CM VLDL IDL LDL HDL蛋白质蛋白质 12 10 18 25 50脂肪脂肪 8485 50 30 5 3胆固醇脂胆固醇脂 4 14 22 40 17磷脂磷脂 8 18 22 21 27 Apo A C B48 C B100 E B100 A A B100合成部位合成部位 小肠粘膜小肠粘膜 肝细胞肝细胞 肝肝 肝肝 各组织各组织功能功能 转运外源转运外源 转运内源转运内源 转运内源转运内源 运至全身运至全身 转运至肝转运至肝 甘油三脂甘油三脂 甘油三脂甘油三脂 胆固醇胆固醇 胆固醇酯胆固醇

25、酯 胆固醇胆固醇胆固醇胆固醇 2 8 8 9 3血浆脂蛋白的组成、性质及功能血浆脂蛋白的组成、性质及功能整理课件HDLHDL和和LDLLDL与心血管疾病的关系与心血管疾病的关系 HDL和LDL的含量是一对二。两者都有重要任务：低密度脂蛋白把胆固醇从肝脏运送到全身组织，高密度脂蛋白将各组织的胆固醇送回肝脏代谢。 HDL和LDL的相对量对于胆固醇在体内的去向和动脉蚀斑的形成是重要的。高水平的HDL有助于降低心血管疾病的危险，而高水平的LDL会增加冠状动脉及心血管疾病的危险。整理课件脂蛋白（a）Lp(a) 导致动脉硬化 动脉硬化是血栓的一个原因 是血管平滑肌细胞增生导致 Lp(a)是类似于LDL L

26、p(a)作用于平滑肌细胞，产生炎症、促进细胞迁移和增殖（出来形成动脉硬化）研究进展整理课件前情回顾脂类的分类脂类的功能命名法消化和吸收甘油的代谢血脂的来源和去路脂蛋白的分类整理课件二、脂肪酸的氧化二、脂肪酸的氧化19041904年，年，Franz KnoopFranz Knoop的标记实验：的标记实验：实验前提：已知动物体内不能降解苯环实验方案：用苯基标记的饱和脂肪酸饲喂动物 整理课件 - -氧化作用氧化作用的提出是在二十世纪初，Franz Knoop 在此方面作出了关键性的贡献。他将末端甲末端甲基基上连有苯环苯环的脂肪酸喂饲狗，然后检测狗尿中的产物。结果发现，食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿中有

27、苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。 KnoopKnoop由此推测无论脂肪酸链的长短，脂肪酸的由此推测无论脂肪酸链的长短，脂肪酸的降解总是每次水解下两个碳原子。降解总是每次水解下两个碳原子。 脂肪酸的脂肪酸的 - -氧化氧化整理课件 据此，据此，Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在提出脂肪酸的氧化发生在 -碳原子碳原子上，而后上，而后Ca与与Cb之间的键发生断裂，从而产生二碳单之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位位，此二碳单位Knoop推测是乙酸。推测是乙酸。 以后的实验证明以后的实验证明KnoopKnoop推测的准确性，由此提出了推测的准确

28、性，由此提出了脂肪酸的脂肪酸的 - -氧化作用。氧化作用。 -氧化作用氧化作用是指脂肪酸在是指脂肪酸在 -碳原子上进行氧化，碳原子上进行氧化，然后然后-碳原子和碳原子和-碳原子之间键发生断裂。每进行一碳原子之间键发生断裂。每进行一次次 -氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来少氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。两个碳原子的脂肪酸。 整理课件 Early labeling experiments (1904): fatty acids are degraded by sequential removal of two-carbon units When dogs w

29、ere fed with odd-numbered fatty acids attached to a phenyl group, benzoate was excreted; and when fed with even-numbered, phenylacetate was excreted. Hypothesis: the -carbon is oxidized,with two-carbon units released by each round of oxidation. These experiments are a landmark in biochemistry, in us

30、ing synthetic label (the phenyl group here) to elucidate reaction mechanism, and was done long before radioisotopes was used in biochemistry!整理课件脂肪酸脂肪酸 - -氧化的过程氧化的过程 - -氧化作用的部位：氧化作用的部位：Localization of -oxidation occurs in mitochondria, ,线粒体基质。线粒体基质。整理课件脂肪酸的活化脂肪酸的活化 脂肪酸分解发生于原核生物的细胞溶胶及真核生物的线粒体基质中。脂肪酸在

31、进入线粒体前，必须先与CoA形成脂酰CoA，这个反应是由脂酰脂酰CoACoA合成合成酶酶（acyl-CoA synthetase）催化的。RCOOH + ATP + HS-CoA RCOS-CoA + AMP + PPi 无机焦磷酸酶无机焦磷酸酶 2Pi 脂肪酸的活化需要ATPATP的参与。每活化1分子脂肪酸，需要1分子ATP转化为AMP，即要消耗消耗2 2个高能磷酸键个高能磷酸键。这在计算能量利用时可以折算成需要2 2分子分子ATPATP水解成ADP。在体内，焦焦磷酸磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不可逆。整理课件整理课件 Fatty acids are activated on the ou

32、ter membrane of mitochondria Fatty acids are converted to fatty acyl-CoA (a high energy compound) via a fatty-acyl-adenylate intermediate (enzyme-bound) by the action of fatty acyl-CoA synthetases (also called fatty acid thiokinase).Fatty acid + CoA + ATP fatty acyl-CoA + AMP + 2Pi整理课件整理课件脂肪酸转入线粒体脂肪

33、酸转入线粒体 脂肪酸的-氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，中、短链脂肪酸中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长长链脂肪酸链脂肪酸需依靠肉碱肉碱(也叫肉毒碱，Carnitine)，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。 肉毒碱 carnitine ：L-羟基-三甲基氨基丁酸 ，由赖氨酸衍生的。 肉碱酰基转移酶肉碱酰基转移酶 肉碱：脂酰肉碱移位酶肉碱：脂酰肉碱移位酶 肉碱酰基转移酶肉碱酰基转移酶整理课件Activated (long chain) fatty acids are carried into the matrix by carnitine肉碱（肉毒碱）肉碱（肉毒碱）L

34、-L-羟基羟基-三甲基氨基丁酸三甲基氨基丁酸整理课件脂酰肉毒碱脂酰肉毒碱肉毒碱肉毒碱脂酰脂酰COACOACOACOA脂酰肉毒碱脂酰肉毒碱载载 体体( (移位酶移位酶)肉毒碱肉毒碱胞质一侧胞质一侧内膜外侧内膜外侧内膜内侧内膜内侧线粒体基质一侧线粒体基质一侧COACOA脂酰脂酰COACOA-氧化氧化肉毒碱脂酰基转移酶肉毒碱脂酰基转移酶肉毒碱脂酰基转移酶肉毒碱脂酰基转移酶整理课件 肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童近年来肉毒碱在心

35、脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。 其中的其中的肉碱脂酰转移酶肉碱脂酰转移酶和和是一组同工酶。是一组同工酶。前者在线粒体外催化脂酰前者在线粒体外催化脂酰CoACoA上的脂酰基转移给肉上的脂酰基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的碱，生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至CoACoA，游离的肉碱，游离的肉碱被运回内膜外侧循环使用。被运回内膜外侧循环使用。整理课件 The

36、 fatty acyl group is attached to carnitine (肉碱） by the action of carnitine acyltransferase I located on the outer face of the inner membrane, forming fatty acyl-carnitine, leaving the CoA in the cytosol. The acyl carnitine/carnitine transporter moves acyl-carnitine across the inner membrane of mitoc

37、hondria via facilitated diffusion. Medium-chain acyl-CoAs seem to enter the matrix by themselves, without being carried by carnitine. The acyl group is then transferred back to CoA to form fatty acyl-CoA by the action of carnitine acyltransferase II located on the inner face of the inner membrane. T

38、his entering step seems to be rate-limiting for fatty acid oxidation in mitochondria, and diseases have been found to be caused by a defect of this step (with aching muscle cramp, especially during fasting, exercise or when on a high-fat diet).整理课件脂肪酸的脂肪酸的-氧化途径氧化途径整理课件脂酰脂酰CoACoA进入线粒体后，经历多次进入线粒体后，经历多

39、次 - -氧化作用氧化作用而逐步降解成多个二碳单位而逐步降解成多个二碳单位 乙酰乙酰CoACoA。每次每次 - -氧化作用包括四个步骤氧化作用包括四个步骤脱氢脱氢，水合，脱氢，硫解，水合，脱氢，硫解 或或氧化，加水，氧化，断裂氧化，加水，氧化，断裂-氧化的历程氧化的历程Fatty acyl-CoA is oxidized to acetyl-CoA via multiple rounds of oxidation The oxidation consists of four reactions: Oxidation by FAD Hydration Oxidation by NAD+ Thio

40、lysis by CoA.整理课件 a. Oxidation of the fatty acyl CoA to enoyl CoA forming a trans2-double bond on the fatty acyl chain and producing FADH2 (catalyzed by acyl CoA dehydrogenase 脂酰辅酶脂酰辅酶A A脱氢酶脱氢酶). ). 脂肪酸的脂肪酸的-氧化过程氧化过程(2) (2) 氧化脱氢氧化脱氢RCH2CH2CH2COSCoA 脂酰脂酰CoA(16C)CoA(16C)脂酰脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶FADFADH2呼吸链呼吸链整

41、理课件脂酰脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶 脂酰脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶存在于线粒体的基质中，共有3种，分别催化短链、中链、长链脂酰CoA的脱氢反应。脱氢反应的产物FADH2的一对电子先传递给电子传递黄素蛋白（电子传递黄素蛋白（ETFETF，又，又名名泛醌氧化还原酶泛醌氧化还原酶），再经ETF的催化将电子传递给泛醌，进入呼吸电子传递链。 整理课件(3) (3) 加水加水RCH2C C COCoAHH 反反2-烯酰烯酰CoA 反反2-2-烯酰烯酰CoACoA水合酶水合酶 H2O OHRCH2CHCH2COSCoAL-L-羟脂酰羟脂酰CoACoAb. Hydration of the trans

42、2-enoyl CoA to form 3-hydroxyacyl CoA (catalyzed by enoyl CoA hydratase 烯脂酰烯脂酰CoACoA水合酶水合酶).).对反式双键具有立体专一性加水。 整理课件(4)(4)再脱氢再脱氢OHRCH2CHCH2COSCoAL-L-羟脂酰羟脂酰CoACoA NAD+ NADH+H+L-L-羟脂酰羟脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶呼吸链呼吸链c. Oxidation of 3-hydroxyacyl CoA to 3-ketoacyl CoA producing NADH (catalyzed by hydroxyacyl CoA deh

43、ydrognease 羟脂酰羟脂酰CoA脱氢酶脱氢酶).整理课件d. Cleavage, of thiolysis, of 3-ketoacyl CoA by a second CoA molecule, giving acetyl CoA and an acyl CoA shortened by two carbon atoms (catalyzed by -ketothiolase -酮脂酰酮脂酰CoACoA硫解酶硫解酶).(5) (5) 硫解硫解-酮脂酰酮脂酰CoARCH2CSCoAOCH2COCH3COSCoA乙酰乙酰CoACoARCH2COSCoA脂酰脂酰CoA(14C)CoA(14

44、C)（1）（）（2）（）（3）（）（4）CoA-SH-酮脂酰酮脂酰 CoACoA硫解酶硫解酶 重复反应重复反应整理课件乙酰乙酰CoACoA整理课件 The 1st oxidation is catalyzed by the membrane-bound acyl-CoA dehydrogenase, converting acyl-CoA to trans-2-enoyl-CoA with electrons collected by FAD. The hydration step, catalyzed by enoyl-CoA hydratase, converts the trans-2-

45、enoyl-CoA to L-b-hydroxylacyl-CoA. The second oxidation is catalyzed by L-b-hydroxylacyl-CoA dehydrogenase, converting L-b-hydroxylacyl-CoA to b-ketoacyl-CoA, with electrons collected by NAD+. The acyl-CoA acetyltransferase (or commoly called thiolase) catalyzes the attack of CoA, cleaving b-ketoacy

46、l-CoA between the a and b carbon (thiolysis), generating two acyl-CoA molecules with one entering the citric acid cycle and the other reenter the b oxidation pathway.整理课件整理课件对于长链脂肪酸，需要经过多次对于长链脂肪酸，需要经过多次 - -氧化作用，每氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含

47、奇数碳时）的脂酰CoACoA。(3) -(3) -氧化的历程氧化的历程整理课件下图是软脂酸（棕榈酸下图是软脂酸（棕榈酸 C C1515H H3131COOHCOOH）的）的b-b-氧化过程，它氧化过程，它需经历七轮需经历七轮b-b-氧化作用而生成氧化作用而生成8 8分子乙酰分子乙酰CoACoA。 偶数碳饱和脂肪酸的氧化偶数碳饱和脂肪酸的氧化整理课件对于偶数碳饱和脂肪酸，-氧化过程的化学计量： 脂肪酸在-氧化作用前的活化作用需消耗能量，即1分子ATP转变成了AMP，消耗了2 2个高能磷酸键，相当个高能磷酸键，相当于于2 2分子分子ATPATP。 在-氧化过程中，每进行一轮，使1分子FAD还原成F

48、ADH2、1分子NAD+还原成NADH，两者经呼吸链可分别生成分子和分子ATP，因此每轮-氧化作用可生成4 4分子分子ATPATP。-氧化作用的产物乙酰乙酰CoACoA可通过三羧酸循环而彻底氧化成CO2和水，同时每分子乙酰CoA可生成10分子ATP。整理课件1 1分子软脂酸彻底氧化分子软脂酸彻底氧化生成生成ATPATP的分子数的分子数一次活化作用一次活化作用-2-27 7轮轮 - -氧化作用氧化作用+4+47 = +287 = +288 8分子乙酰分子乙酰CoACoA的氧化的氧化+10+108 = +808 = +80总总 计计+106+106软脂酰软脂酰CoA + 7FAD + 7CoA +

49、 7NADCoA + 7FAD + 7CoA + 7NAD+ + + 7H+ 7H2 2O O 8 8乙酰乙酰CoA + 7FADHCoA + 7FADH2 2 + 7NADH + 7H + 7NADH + 7H+ + 106个ATP贮能为10630.54 = 3237 kJ软脂酸彻底氧化释放的自由能为9790kJ，故能量转化率为 32379790100% = 33%。 整理课件整理课件 总结：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/2-1）个NADH和（n/2-1

50、）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。 思考题：思考题：某个某个12碳的饱和脂肪酸经碳的饱和脂肪酸经-氧化彻底分解和电子传递最氧化彻底分解和电子传递最终形成多少终形成多少ATP？整理课件脂肪酸的其它氧化分解方式脂肪酸的其它氧化分解方式 不饱和脂肪酸的分解不饱和脂肪酸的分解 奇数碳原子脂肪酸的分解奇数碳原子脂肪酸的分解 脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化 脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化整理课件生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，而且位置也相当有规律而且位置也相当有规

51、律 第一个双键都是在第一个双键都是在C C9 9和和C C1010之间（写作之间（写作 9 9），），以后每隔三个碳原子出现一个。以后每隔三个碳原子出现一个。例如，亚油酸例如，亚油酸18:218:2 9 9，1212； - -亚亚油酸油酸18:318:3 9,12,159,12,15。不饱和脂肪酸的氧化不饱和脂肪酸的氧化 不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需其它酶是某些步骤还需其它酶（异构酶和还原酶）（异构酶和还原酶）的参与，的参与，现以油酸为例加以说明。现以油酸为例加以说明。整理课件它经历了三轮-氧化作用后，产物在, g, g位有

52、一顺式双键，因此接下来的反应不是脱氢，而是双键双键的异构化的异构化，生成反式的, 双键，然后-氧化作用继续正常进行。因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADH2。不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和脂肪酸不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和脂肪酸的前四轮的前四轮 - -氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时需要一种异构酶的参与。需要一种异构酶的参与。整理课件单不饱和脂肪酸的氧化单不饱和脂肪酸的氧化水合、脱氢、硫解，循环水合、脱氢、硫解，循环整理课件多不饱和脂肪酸的氧化多不饱和脂肪酸的氧

53、化整理课件整理课件Oxidation of unsaturated fatty acids requires one or two auxiliary enzymes, an isomerase and a reductase The isomerase converts a cis-3 double bond to a trans-2 double bond. The reductase (2,4-dienoyl-CoA reductase) converts a trans-2, cis-4 structure to a trans-3 structure, which will be f

54、urther converted to a trans-2 structure by the isomerase. NADPH is needed for the reduction (from two double bonds to one). Oxidation of a monounsaturated fatty acid: the enoyl-CoA isomerase helps to reposition the double bond Both an isomerase and a reductase are needed for oxidizing polyunsaturate

55、d fatty acids.整理课件大多数脂肪酸含偶数偶数碳原子，它们通过-氧化可全部转变成乙酰乙酰CoACoA，但一些植物和海洋生物能合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一轮-氧化作用后，产生丙酰丙酰CoACoA。奇数碳链脂肪酸的氧化奇数碳链脂肪酸的氧化丙酰CoA的代谢在动物体内依照如下图所示的途径进行，先进行羧化羧化，然后经过两次异构化异构化，形成琥珀酰琥珀酰CoACoA。整理课件奇数碳链脂肪酸的氧化奇数碳链脂肪酸的氧化DL整理课件脂肪酸在一些酶的催化下，在-碳原子上发生氧化作用，分解出一个一碳单位CO2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂肪酸的 - -氧化作用氧化作用。脂肪酸的脂肪

56、酸的 - -氧化途径氧化途径-氧化作用是1956年由首先在植物种子和叶片中发现的，后来在动物脑和肝细胞中也发现了脂肪酸的这种氧化作用。整理课件该途径以游离该途径以游离脂肪酸作为底物，脂肪酸作为底物，在在 - -碳原子上发生碳原子上发生羟化（羟化（-OH-OH）或氢过）或氢过氧化（氧化（-OOH-OOH），然，然后进一步氧化脱羧，后进一步氧化脱羧，其其可能的机理可能的机理下图下图所示。所示。整理课件脂肪酸的脂肪酸的 - -氧化氧化 植烷酸植烷酸存在于反刍动物的脂肪以及某些食品中，是人膳食中的一个重要组成成分。由于植烷酸C3C3位上有一个甲基，不能通过正常的氧化降解，而是利用线粒体中另一个酶脂肪酸

57、脂肪酸羟化酶羟化酶催化氧氧化脱羧化脱羧反应，生成少一个碳原子的降植烷酸，然后就可以按正常的氧化的方式降解了，其降解产物为3个丙酰CoA，3个乙酰CoA,最后一个降解产物为异丁酰CoA。 整理课件植醇植醇植烷酸植烷酸脂肪酸的 - -氧化植烷酸羟化酶植烷酸羟化酶植烷酸植烷酸 - -氧化酶氧化酶整理课件降植烷酸降植烷酸酯酰酯酰CoACoA合成酶合成酶整理课件Refsums DiseaseRefsums Disease：雷夫叙姆病雷夫叙姆病 植烷酸贮积症植烷酸贮积症 人若遗传性缺少脂肪酸氧化酶系统，体内会积累植烷酸，导致暗视觉不良、震颤，以及其他神经方面的异常。这种病人要忌食含有叶绿素的食品和植食性动

58、物食品。 整理课件脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化 在鼠肝微粒体中观察到一种较少见的脂肪酸氧化途径，这个途径使中长链和长链脂肪酸中长链和长链脂肪酸通过末端甲基的氧化末端甲基的氧化，生成二羧酸，两端的羧基都可以与CoA结合，从两端进行氧化。 脂肪酸的 - -氧化氧化是指脂肪酸的末端（-端）甲基发生氧化，先转变成羟甲基，继而再氧化成羧基，从而形成a, -二羧酸的过程。催化氧化的酶是依赖细胞色素细胞色素P P450450的单加氧酶，反应还需要NADPH和O2参与。整理课件生成的生成的 , , - -二羧二羧酸可从两端进行酸可从两端进行 - -氧化作用而降解。氧化作用而降解。整理课件动物体内的十二碳以下的脂肪

59、酸常常通过-氧化途径进行降解。植物体内的在-端具有含氧基团（羟基、醛基或羧基）的脂肪酸大多也是通过-氧化作用生成的，这些脂肪酸常常是角质层或细胞壁的组成成分。一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产物，这种降解过程首先要进行-氧化作用，生成二羧基脂肪酸后再通过-氧化作用降解，如海洋中的某些浮游细菌可降解海面上的浮油，其氧化速率可高达克/天/平方米。整理课件前情回顾脂肪酸-氧化的过程（活化、转运、氧化）能量计算其他氧化方式整理课件四、酮体四、酮体乙酰乙酰CoACoA的代谢结局的代谢结局 在肝脏线粒体中脂肪酸降解生成的乙酰CoA可以有几种去向：最主要的是进入柠檬酸循环彻底氧化；第二是作为类固

60、醇的前体，合成胆固醇；第三是作为脂肪酸合成的前体，合成脂肪酸；第四是转化为乙酰乙酸、乙酰乙酸、D D羟丁酸和丙酮，这羟丁酸和丙酮，这3 3种种物质称为酮体物质称为酮体（ketone bodis）。 -羟丁酸约羟丁酸约7070 乙酰乙酸约乙酰乙酸约3030 丙酮丙酮含量极微含量极微整理课件肝脏中酮体的形成肝脏中酮体的形成 在肝脏线粒体中，决定乙酰CoA去向的是草酰乙酸草酰乙酸，它带动乙酰乙酰CoACoA进入柠檬酸循环进入柠檬酸循环。但在饥饿或糖尿病情况下，草酰乙酸参与糖异生，乙酰CoA难以进入柠檬酸循环，这有利于乙酰CoA进入酮体合成途径，酮体合成途径，然后经血液流入肝外组织，氧化供能。 在动物