生化课件11脂肪酸分解

1、第一节第一节 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢脂肪是生物体中重要的贮藏物质，它将能量脂肪是生物体中重要的贮藏物质，它将能量和各种代谢中间物提供给各种生命活动。和各种代谢中间物提供给各种生命活动。如动物可以利用食物中的脂肪或自身的贮脂如动物可以利用食物中的脂肪或自身的贮脂（当糖源不足时）作为能源物质，油料种子萌发（当糖源不足时）作为能源物质，油料种子萌发时所需的能量及物质碳架也主要来自脂肪。时所需的能量及物质碳架也主要来自脂肪。第一节第一节 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢这都要通过这都要通过脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢来实现。来实现。第一节第一节 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢三酯酰甘油三酯酰甘油乳乳

2、化化胃脂肪酶胃脂肪酶胰脂肪酶胰脂肪酶辅脂肪酶辅脂肪酶 在分解代谢的过程中，在分解代谢的过程中，脂肪脂肪首先经水首先经水解作用生成解作用生成甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸，然后水解产物，然后水解产物各自按不同的途径进一步分解或转化。各自按不同的途径进一步分解或转化。CH2-O -C R1OCH2-O -C R3OR2 C-O -CHO一一. 脂肪的水解脂肪的水解 动 物 体 中 脂 肪 的 消 化 需 要 三 种动 物 体 中 脂 肪 的 消 化 需 要 三 种 脂 肪 酶脂 肪 酶（lipaselipase）的参与，逐步水解脂肪的三个酯键，的参与，逐步水解脂肪的三个酯键，最后生成甘油和脂肪酸。最后生

3、成甘油和脂肪酸。一一. 脂肪的水解脂肪的水解 在植物油料种子萌发时，贮藏在种子内的脂在植物油料种子萌发时，贮藏在种子内的脂肪也有类似的水解作用。肪也有类似的水解作用。一一. 脂肪的水解脂肪的水解三酰甘油脂肪酶三酰甘油脂肪酶OCH2OCH2OHCHC R1OR2CO二酰甘油二酰甘油脂肪酶二酰甘油脂肪酶CH2OHCH2OHCHOR2CO单酰甘油单酰甘油脂肪酶单酰甘油脂肪酶CH2OHCH2OHCHHO甘油OCH2OCH2OCHC R1OR2COOC R3三酰甘油甘油在甘油在甘油激酶甘油激酶的催化下，被磷酸化成的催化下，被磷酸化成3-磷酸甘油磷酸甘油，然后氧化脱氢生成然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮磷酸二

4、羟丙酮。二二. 甘油的代谢甘油的代谢CH2OHCH2OHCHHO甘油甘油激酶甘油激酶CH2OHCH2OPO32-CHHO磷酸甘油CH2OHCH2OPO32-CO磷酸二羟丙酮磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶NAD+NADH.H+二二. 甘油的代谢甘油的代谢其中第一步反应需要其中第一步反应需要消耗消耗ATP，而第二步反而第二步反应可应可生成还原辅酶生成还原辅酶（NADH)。磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是糖酵解途径的为磷酸丙糖，是糖酵解途径的中间产物，因此既可以中间产物，因此既可以继续氧化继续氧化，经丙酮酸进入，经丙酮酸进入三羧酸循环彻底氧化成三羧酸循环彻底氧化成CO2和水，又可经和水，又可经糖

5、异生糖异生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。b b- -氧化途径是在脂肪酸的氧化途径是在脂肪酸的b b- -碳原子上进行氧碳原子上进行氧化，然后在化，然后在a-a-碳原子和碳原子和b b- -碳原子之间发生断裂碳原子之间发生断裂。每进行一次每进行一次b b- -氧化作用，氧化作用，分解出一个二碳片分解出一个二碳片段段，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径 b b- -氧化作用氧化作用的提出是在的提出是在十九世纪初，十九世纪初，Franz Knoop在此方面作出了关键性的贡献。在此方面作出了关

6、键性的贡献。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径 -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-S-COA b b三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径b b- -氧化作用的部位：氧化作用的部位：油料作物种油料作物种子萌发时子萌发时乙醛酸循环体乙醛酸循环体(glyoxysome，简称乙醛酸体简称乙醛酸体) 线粒体基质（真核生物）线粒体基质（真核生物）1.脂肪酸-氧化的过程三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径 (1) 脂肪酸的活化脂肪酸的活化 (2) 脂肪酸的转运脂肪酸的转运 (3)

7、 b b- -氧化的历程氧化的历程(1) 脂肪酸的活化脂肪酸的活化 脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoA酯化酯化成成脂酰脂酰CoA的过程。的过程。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程R-C-OHOR-C-SCoAO脂酰脂酰CoA合成酶合成酶在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解。在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解。脂肪酸的活化需要脂肪酸的活化需要ATP的参与。每活化的参与。每活化1分子脂肪酸，分子脂肪酸，需要需要1分子分子ATP转化为转化为AMP，即要即要消耗消耗2个高能磷酸键个高能磷酸键。这可以折算成需要这可以折算成需要2分子分子ATP水解

8、成水解成ADP。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程R-C-OHOR-C-SCoAO脂脂酰酰CoA合成酶合成酶(1) 脂肪酸的活化脂肪酸的活化(2) 脂肪酸的转运脂肪酸的转运脂肪酸的脂肪酸的b b- -氧化作用通常是在线粒体的基质中进氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，而行的，而在细胞质中形成的脂酰在细胞质中形成的脂酰CoA不能透过线粒体不能透过线粒体内膜内膜，需依靠内膜上的载体肉碱携带，以，需依靠内膜上的载体肉碱携带，以脂酰肉碱脂酰肉碱的的形式跨越内膜而进入基质。形式跨越内膜而进入基质。肉碱肉碱（也叫肉毒碱（也叫肉毒碱，carnitine）的结构如下：的结

9、构如下：三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程N+CH3CH3CH3CH2CHCH2COO-OH脂酰脂酰CoA的转运过程见下图：的转运过程见下图：三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程(2) 脂肪酸的转运脂肪酸的转运(3) -氧化的历程氧化的历程1. 脂肪酸脂肪酸-氧化的过程氧化的过程脂酰脂酰CoA进入进入线粒体后，经历多次线粒体后，经历多次b b- -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CoA。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程每次每次b b- -氧化作用

10、包括四个步骤。氧化作用包括四个步骤。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程 P290脱脱 氢氢加加 水水脱脱 氢氢硫硫 解解(3) -氧化的历程氧化的历程以上的四步反应组成了一次以上的四步反应组成了一次- -氧化作用，产生氧化作用，产生乙酰乙酰CoA和和缩短了两个碳原子的脂酰缩短了两个碳原子的脂酰CoA。每轮每轮b b- -氧化作用的总反应式：氧化作用的总反应式： 三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程R-CH2-CH2-C-SCOAOOCH3-C-SCOAO R-C-SCOAFADFADH2NAD+NADH+.H +H2OHSC

11、OA+(3) -氧化的历程氧化的历程对于长链脂肪酸，需要经过多次对于长链脂肪酸，需要经过多次b-b-氧化作用，氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪每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）的酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰脂酰CoAoA。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径1.脂肪酸-氧化的过程(3) -氧化的历程氧化的历程下图是软脂酸（棕榈酸下图是软脂酸（棕榈酸 C C1515H H3131COOHCOOH）的的b b- -氧化过程，氧化过程，它需经历它需经历七轮七轮b b- -氧化作用而生成氧化作用而

12、生成8 8分子乙酰分子乙酰CoACoA。 三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径2. 偶数碳饱和脂肪酸的氧化对于偶数碳饱和脂肪酸，对于偶数碳饱和脂肪酸，b b- -氧化过程的化学计量：氧化过程的化学计量：脂肪酸在脂肪酸在b b- -氧化作用前的氧化作用前的活化作用活化作用需消耗能量，需消耗能量，消耗消耗了了2个高能磷酸键，相当于个高能磷酸键，相当于2分子分子ATP。在在b b- -氧化过程中，每进行一轮氧化过程中，每进行一轮，使，使1分子分子FAD还原成还原成FADH2、1分子分子NAD+还原成还原成NADH，两者经呼吸链可两者经呼吸链可分别生成分别生成1.5分子和分子和2.5分子分

13、子ATP，因此因此每轮每轮b-氧化作用氧化作用可可生成生成4分子分子ATP。b b- -氧化作用的产物乙酰氧化作用的产物乙酰CoA可通过可通过三羧酸循环三羧酸循环而彻底而彻底氧化成氧化成CO2和水，同时和水，同时每分子乙酰每分子乙酰CoA可可生成生成10分子分子ATP。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径2. 偶数碳饱和脂肪酸的氧化1分子软脂酸彻底氧化分子软脂酸彻底氧化生成生成ATP的分子数的分子数一次活化作用一次活化作用-2七七轮轮b-氧化作用氧化作用+47 = +28八分子乙酰八分子乙酰CoA的氧化的氧化+108 = +80总总 计计+106三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化

14、途径氧化途径2. 偶数碳饱和脂肪酸的氧化大多数脂肪酸含偶数碳原子，它们通过大多数脂肪酸含偶数碳原子，它们通过b b- -氧化氧化可全部可全部转变成乙酰转变成乙酰CoA，但一些植物和海洋生物能但一些植物和海洋生物能合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一轮合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一轮b b- -氧化作用后，氧化作用后，产生产生丙酰丙酰CoA。三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径3. 奇数碳链脂肪酸的氧化丙酰丙酰CoA的代谢在动物体内依照如下图所示的的代谢在动物体内依照如下图所示的途径进行，先进行途径进行，先进行羧化羧化，然后经过，然后经过两次异构化两次异构化，形，形成成琥珀酰琥珀酰CoA。

15、三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径3. 奇数碳链脂肪酸的氧化丙酰丙酰CoA琥珀酰琥珀酰CoA丙酰丙酰CoA乙酰乙酰CoA （丙烯酰丙烯酰CoAb b-羟丙酰羟丙酰CoAb b-羟丙酸羟丙酸丙二酸半醛丙二酸半醛乙酰乙酰CoA）三三. 脂肪酸的脂肪酸的b b-氧化途径氧化途径4. 不饱和脂肪酸的氧化生物体中不饱和脂肪酸的双键是生物体中不饱和脂肪酸的双键是顺式顺式的。的。位置也有规律。位置也有规律。其氧化与饱和脂肪酸基本相同，只在某些步骤有其其氧化与饱和脂肪酸基本相同，只在某些步骤有其他酶（他酶（烯酯酰烯酯酰CoA异构酶异构酶）的参与，以双键异构化代替）的参与，以双键异构化代替脱氢。脱

16、氢。每多一个双键，每多一个双键，少生成一分子少生成一分子FADH2。脂肪酸在一些酶的催化下，在脂肪酸在一些酶的催化下，在a-a-碳原子上发碳原子上发生氧化作用，分解出生氧化作用，分解出一个一碳单位一个一碳单位CO2，生成缩生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂脂肪酸的肪酸的a-a-氧化作用氧化作用。四四. 脂肪酸的脂肪酸的a-氧化途径氧化途径a-a-氧化作用氧化作用是是1956年由年由Stumpf,P.K.首先在首先在植物种子和叶片中发现的，后来在动物脑和肝细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。胞中也发现

17、了脂肪酸的这种氧化作用。该途径以游离脂肪酸作为底物，在该途径以游离脂肪酸作为底物，在a-a-碳原子碳原子上发生羟化上发生羟化（-OH）或氢过氧化（或氢过氧化（-OOH），然后然后进一步氧化脱羧，其可能的机理下图所示。进一步氧化脱羧，其可能的机理下图所示。四四. 脂肪酸的脂肪酸的a-氧化途径氧化途径a-a-氧化作用对于生物体内氧化作用对于生物体内 奇数碳脂肪酸的形成；奇数碳脂肪酸的形成； 含甲基的支链脂肪酸（植烷酸）的降解；含甲基的支链脂肪酸（植烷酸）的降解； 过长的脂肪酸过长的脂肪酸（如（如C22、C24）的降解的降解起着重要的作用起着重要的作用四四. 脂肪酸的脂肪酸的a-氧化途径氧化途径脂肪

18、酸的脂肪酸的w-w-氧化氧化是指脂肪酸的末端（是指脂肪酸的末端（w-w-端）端）甲基发生氧化，先转变成甲基发生氧化，先转变成羟甲基羟甲基，继而再氧化成，继而再氧化成羧基羧基，从而形成，从而形成,w-,w-二羧酸二羧酸的过程。的过程。生成的生成的,w-,w-二羧酸可从两端进行二羧酸可从两端进行b-b-氧化作用氧化作用而降解。而降解。五五. 脂肪酸的脂肪酸的w-w-氧化途径氧化途径动物体内的动物体内的十二碳以下的脂肪酸十二碳以下的脂肪酸常常通过常常通过w w- -氧氧化途径进行降解；化途径进行降解；植物体内的在植物体内的在w w- -端具有含氧基团（羟基、醛基端具有含氧基团（羟基、醛基或羧基）的脂

19、肪酸大多也是通过或羧基）的脂肪酸大多也是通过w w- -氧化作用生成的，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；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性产物，这种降解过程首先要进行w w- -氧化作用，生氧化作用，生成二羧基脂肪酸后再通过成二羧基脂肪酸后再通过b b- -氧化作用降解，如海洋中氧化作用降解，如海洋中的某些浮游细菌可降解海面上的浮油，其氧化速率可的某些浮游细菌可降解海面上的浮油，其氧化速率可高高达达0.5克克/天天/平方米平方米。五五. 脂肪酸的

20、脂肪酸的w-w-氧化途径氧化途径有不少的细菌、藻类和处于一定生长阶段的高有不少的细菌、藻类和处于一定生长阶段的高等植物（如正在萌发的油料种子），脂肪酸降解的等植物（如正在萌发的油料种子），脂肪酸降解的主要产物乙酰主要产物乙酰CoA还可以通过另外一条途径还可以通过另外一条途径 乙醛酸循环乙醛酸循环（glyoxylate cycle），），将将2分子乙酰分子乙酰CoA合成合成1分子四碳化合物琥珀酸分子四碳化合物琥珀酸。六六. 乙醛酸循环乙醛酸循环1. 乙醛酸循环的过程六六. 乙醛酸循环乙醛酸循环P298H2CCOO_COO_COH2C COO_COO_CH2C COO_HOH2C COO_COO_

21、CC COO_HHOHOC COO_HH2C COO_COO_CHOHOCSCoAH3CHSCoA(1)(2)H2C COO_COO_CH2(3)OCSCoAH3CCoASH(4)NAD+NADH+H+(5)（1）柠檬酸合酶）柠檬酸合酶 （2）顺乌头酸酶）顺乌头酸酶（3）异柠檬酸裂解酶）异柠檬酸裂解酶（4）苹果酸合酶）苹果酸合酶（5）苹果酸脱氢酶）苹果酸脱氢酶H2CCOO_COO_CO1. 乙醛酸循环的过程乙醛酸循环的净结果是把两分子乙醛酸循环的净结果是把两分子乙酰乙酰CoA转变转变成成一分子琥珀酸。其总反应为：一分子琥珀酸。其总反应为：六六. 乙醛酸循环乙醛酸循环OCSCoAH3CH2C COO_COO_CH2 2CoASH21. 乙醛酸循环的过程乙醛酸循环与三羧酸循环相比，可以看成是三乙醛酸循环与三羧酸循环相比，可以看成是三羧酸循环的一个支路。羧酸循环的一个支路。参与乙醛酸循环的酶除了参与乙醛酸循环的酶除了异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶和和苹苹果酸合酶果酸合酶外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的关键酶。关键酶。 六六. 乙醛酸循