第九章 脂类物质的合成与分解

1、2022-5-2412022-5-242 按其生物学功能分为：按其生物学功能分为： 贮存脂质贮存脂质：酯酰甘油、蜡等；是能源物质。：酯酰甘油、蜡等；是能源物质。 结构脂质结构脂质：磷脂等；生物膜的骨架成分。：磷脂等；生物膜的骨架成分。 活性脂质活性脂质：萜类化合物、甾醇类化合物；：萜类化合物、甾醇类化合物； 是激素、维生素前体是激素、维生素前体(生理活生理活 性）。性）。2022-5-243第一节第一节 生物体内的脂类物质生物体内的脂类物质 按其化学组成与结构分为：按其化学组成与结构分为： 单纯脂类单纯脂类：酯酰甘油、蜡等：酯酰甘油、蜡等（含脂肪酸）（含脂肪酸） 。 复合脂类复合脂类：磷脂、糖

2、脂、硫脂等：磷脂、糖脂、硫脂等（含脂肪酸）（含脂肪酸） 。 异戊二烯脂异戊二烯脂：萜类、类固醇（不含脂肪酸）。：萜类、类固醇（不含脂肪酸）。2022-5-244一、脂肪酸一、脂肪酸 由一条由一条线性的长碳线性的长碳氢链氢链（疏水尾）和（疏水尾）和一个一个末端羧基末端羧基（亲（亲水头）组成的羧酸。水头）组成的羧酸。通常为通常为C4C36（数（数字表示碳链的碳原子字表示碳链的碳原子数）。数）。2022-5-245 按碳氢链是否含双键，可分为：按碳氢链是否含双键，可分为： 饱和脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸：软脂酸(16:0)、硬脂酸、硬脂酸(18:0)。 不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸 单不饱和脂肪酸单不饱和

3、脂肪酸：棕榈油酸：棕榈油酸(16:1) 多不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸：亚油酸：亚油酸(18:2)、亚麻酸、亚麻酸2022-5-2462022-5-247二、单纯脂类二、单纯脂类 由由脂肪酸和醇脂肪酸和醇（甘油或高级一元醇）形成的酯。（甘油或高级一元醇）形成的酯。根据醇基不同，可分为根据醇基不同，可分为酰基甘油酰基甘油和和蜡蜡。1. 甘油三酯甘油三酯2022-5-2482. 蜡蜡长链一元醇长链一元醇2022-5-249三、复合脂类三、复合脂类磷脂磷脂 复合脂类包括磷脂、糖复合脂类包括磷脂、糖脂、硫脂等。脂、硫脂等。2022-5-24102022-5-2411第二节第二节 脂肪的生物合成脂肪的生物

4、合成 脂肪由脂肪由甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸经酶促反应而合成经酶促反应而合成的，但二者不能直接合成脂肪，必须转变的，但二者不能直接合成脂肪，必须转变为活化形式的为活化形式的磷酸甘油磷酸甘油和和脂酰脂酰CoA后才能后才能合成脂肪。合成脂肪。2022-5-24122022-5-2413一、磷酸甘油的生物合成一、磷酸甘油的生物合成磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶甘油激酶甘油激酶3-磷酸甘油磷酸甘油2022-5-2414二、脂肪酸的生物合成二、脂肪酸的生物合成 脂肪酸的生物合成可分为脂肪酸的生物合成可分为3个过程：个过程： 1. 饱和脂肪酸的从头合成饱和脂肪酸的从头合成 2. 脂肪酸碳链的延长脂肪酸碳链的延

5、长 3. 脂肪酸链去饱和脂肪酸链去饱和2022-5-2415、饱和脂肪酸的从头合成、饱和脂肪酸的从头合成 以乙酰以乙酰CoA为原料为原料，可合成，可合成16C及以下的饱和及以下的饱和脂肪酸。动物体在细胞液中进行；植物体在叶绿脂肪酸。动物体在细胞液中进行；植物体在叶绿体或前质体进行。体或前质体进行。1. 参与合成的两种酶系统参与合成的两种酶系统 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶：催化乙酰：催化乙酰CoA转变为丙二酸转变为丙二酸单酰单酰CoA。 脂肪酸合酶系统脂肪酸合酶系统：依次发生反应，催化脂酰：依次发生反应，催化脂酰ACP的形成。的形成。2022-5-2416生物素羧化酶生物素羧化酶生物素羧基生物素

6、羧基载体蛋白载体蛋白羧基转移酶羧基转移酶乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶2022-5-2417脂肪酸合酶系统脂肪酸合酶系统ACP：酰基载体蛋白：酰基载体蛋白MT：丙二酸单酰：丙二酸单酰CoA-ACP转移酶转移酶KR：-酮脂酰酮脂酰ACP还原酶还原酶HD： -羟脂酰羟脂酰ACP脱水酶脱水酶ER：烯脂酰：烯脂酰ACP还原酶还原酶AT：乙酰：乙酰CoA-ACP脂酰基转移酶脂酰基转移酶KS： -酮脂酰酮脂酰ACP合酶（缩合酶）合酶（缩合酶）2022-5-24182. 合成原料乙酰合成原料乙酰CoA的准备的准备 乙酰乙酰CoA的来源的来源：线粒体内的丙酮酸氧化脱：线粒体内的丙酮酸氧化脱羧、脂肪酸羧、脂肪酸氧化

7、、氨基酸氧化。氧化、氨基酸氧化。 乙酰乙酰CoA的转运的转运：通过：通过“柠檬酸穿梭柠檬酸穿梭”从从线粒体转运到胞液。线粒体转运到胞液。 乙酰乙酰CoA的来源及转运的来源及转运2022-5-2419 乙酰乙酰CoA的转运的转运：“柠檬酸循环柠檬酸循环”每次循环产生每次循环产生1分子分子NADPH2022-5-2420 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA的合成的合成此反应不可逆，是合成脂肪的限速步骤。此反应不可逆，是合成脂肪的限速步骤。 脂肪酸合成中，除起始一分子乙酰脂肪酸合成中，除起始一分子乙酰CoA以外，所以外，所有乙酰有乙酰CoA原料都要先羧化成丙二酸单酰原料都要先羧化成丙二酸单酰CoA。乙酰乙酰

8、CoA羧化酶羧化酶2022-5-2421生物素羧化酶生物素羧化酶羧基转移酶羧基转移酶丙二酸单酰丙二酸单酰CoA2022-5-24223. 脂肪酸的从头合成脂肪酸的从头合成 乙酰乙酰CoA乙酰乙酰-S-E乙酰乙酰CoACoA-ACP-ACP脂酰基脂酰基转移酶转移酶乙酰基转移反应乙酰基转移反应2022-5-2423丙二酸单酰基转移反应丙二酸单酰基转移反应丙二酸单酰丙二酸单酰CoA丙二酸单酰丙二酸单酰ACP丙二酸单酰丙二酸单酰CoA-ACP转移酶转移酶2022-5-2424缩合反应缩合反应-酮脂酰酮脂酰ACPACP合酶合酶2022-5-2425还原反应还原反应-酮脂酰酮脂酰ACPACP还原酶还原酶2

9、022-5-2426脱水反应脱水反应-羟脂酰羟脂酰ACPACP脱水酶脱水酶2022-5-2427再次还原再次还原烯脂酰烯脂酰ACPACP还原酶还原酶2022-5-24282022-5-2429乙酰乙酰乙酰乙酰ACP缩和反应缩和反应首次还原首次还原-羟丁酰羟丁酰ACP脱水反应脱水反应巴豆酰巴豆酰ACP再次还原再次还原丁酰丁酰ACP丙二酸单酰丙二酸单酰CoA酰基转移酰基转移2022-5-2430 水解或硫解反应水解或硫解反应棕榈酰棕榈酰ACP+H2O 棕榈酸棕榈酸+ACP-SH硫解酶硫解酶棕榈酰棕榈酰ACP+HSCoA 棕榈酰棕榈酰CoA+ACP-SH硫酯酶硫酯酶2022-5-2431 由于由于-

10、酮脂酰酮脂酰ACP合酶只对合酶只对2C14C的酯酰具有的酯酰具有催化活性，故从头合成途径只能合成催化活性，故从头合成途径只能合成16C及以下的及以下的饱和脂酰饱和脂酰ACP。-酮脂酰酮脂酰ACPACP合成酶合成酶2022-5-2432由乙酰由乙酰CoA从头合成棕榈酸的总反应式为：从头合成棕榈酸的总反应式为：8 CH3CO-SCoA + 7 ATP + 14 ( NAPH + H+ ) + 7 H2O CH3(CH2)14COOH + 8 CoA-SH + 7 ADP + 14 NADP+ + 7 Pi2022-5-2433 NAPH的来源：的来源：2022-5-2434饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的

11、延延长长及及去去饱饱和和2022-5-2435单不饱和脂肪酸的合成需要单不饱和脂肪酸的合成需要O2和和NADPH的参与。的参与。2022-5-2436必需脂肪酸：必需脂肪酸：由于动物机体缺乏由于动物机体缺乏9 以上的脱饱和以上的脱饱和酶，不能合成对其生理活动十分重要的多不饱和酶，不能合成对其生理活动十分重要的多不饱和脂肪酸，如亚油酸、亚麻油酸和花生四烯酸，它脂肪酸，如亚油酸、亚麻油酸和花生四烯酸，它们必须从食物中获得。这类不饱和脂肪酸称为必们必须从食物中获得。这类不饱和脂肪酸称为必需脂肪酸。需脂肪酸。2022-5-2437三、脂肪的生物合成三、脂肪的生物合成3-磷酸甘油磷酸甘油酯酰酯酰CoA磷

12、酸甘油磷酸甘油2022-5-2438磷酸酶磷酸酶甘油二酯转甘油二酯转酰酶酰酶2022-5-2439第三第三节节 脂肪的分解代谢与转化脂肪的分解代谢与转化一、脂肪的水解一、脂肪的水解2022-5-2440二、甘油的降解与转化二、甘油的降解与转化 磷酸二羟丙酮是糖酵解途径的一个中间产物，磷酸二羟丙酮是糖酵解途径的一个中间产物，它可以沿着糖酵解途径的逆过程合成葡萄糖及糖它可以沿着糖酵解途径的逆过程合成葡萄糖及糖原；也可以沿着糖酵解正常途径形成丙酮酸，再原；也可以沿着糖酵解正常途径形成丙酮酸，再进入三羧酸循环被完全氧化。进入三羧酸循环被完全氧化。2022-5-2441甘油代谢甘油代谢2022-5-24

13、42三、脂肪酸降解与转化三、脂肪酸降解与转化氧化氧化 乙酰乙酰CoA 氧化氧化氧化氧化TCA ATP等等 酮体酮体乙醛酸循环乙醛酸循环 糖糖2. 脂肪酸氧化方式有三种：脂肪酸氧化方式有三种：1. Knoop实验实验2022-5-2443、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化 是指脂肪酸在一系列酶作用下，在是指脂肪酸在一系列酶作用下，在-碳原子和碳原子和-碳原子之间发生断裂，碳原子之间发生断裂，碳原子被氧化成酮基，碳原子被氧化成酮基，然后裂解生成然后裂解生成2个碳原子的乙酰个碳原子的乙酰CoA和较原来少了和较原来少了两个碳原子的脂肪酸的过程。两个碳原子的脂肪酸的过程。 氧化在线粒体内进行，植物还可以在乙醛

14、酸氧化在线粒体内进行，植物还可以在乙醛酸体中进行。体中进行。2022-5-24441. 脂肪酸的活化脂肪酸的活化脂酰脂酰CoA的生成的生成 RCH2CH2CH2COOH + ATPRCH2CH2CH2COAMP + PPi脂酰CoA合成酶RCH2CH2CH2COAMP CoASHRCH2CH2CH2COSCoA + AMP 脂肪酸的活化在脂肪酸的活化在细胞质细胞质中进行中进行2022-5-24452022-5-24462. 脂酰脂酰CoA进入线粒体进入线粒体肉毒碱穿梭肉毒碱穿梭 2022-5-2447肉碱肉碱参与下脂肪转入线粒体的简要过程参与下脂肪转入线粒体的简要过程2022-5-24483.

15、 氧化途径氧化途径 脂酰脂酰CoA在在线粒体线粒体的基质中进行氧化分解。每的基质中进行氧化分解。每进行一次进行一次 -氧化，需要经过氧化，需要经过脱氢、水化、再脱氢脱氢、水化、再脱氢和硫解和硫解四步反应，同时释放出四步反应，同时释放出1分子乙酰分子乙酰CoA。反。反应产物是比原来的脂酰应产物是比原来的脂酰CoA减少了减少了2个碳的新的脂个碳的新的脂酰酰CoA。如此反复进行，直至脂酰。如此反复进行，直至脂酰CoA全部变成全部变成乙酰乙酰CoA。2022-5-2449RCH2CH2CH2COSCoAFADFADH2RCH2CCHHCOSCoA脂酰CoA脱氢酶 脱氢脱氢 水化水化RCH2CCHHCO

16、SCoARCH2CHCHCOSCoAOHH2O烯脂酰CoA水合酶脂酰脂酰CoA , -反烯脂酰反烯脂酰CoA , -反烯脂酰反烯脂酰CoA -羟脂酰羟脂酰CoA2022-5-2450 再脱氢再脱氢 硫解硫解RCH2CHCHCOSCoAOHRCH2CCHCOSCoAO烯脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH + H+ -羟脂酰羟脂酰CoA -酮脂酰酮脂酰CoARCH2CCH COSCoAORCH2COSCoACH3COSCoACoASH+硫解酶 -酮脂酰酮脂酰CoA乙乙酰酰CoA2022-5-24512022-5-24522022-5-24532022-5-24544. 能量计算能量计算 脂肪酸的完全

17、氧化可以产生大量的能量。例如软脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能量。例如软脂酸（含脂酸（含16碳）经过碳）经过7次次 -氧化，可以生成氧化，可以生成8个乙酰个乙酰CoA，每一次，每一次 -氧化，还将生成氧化，还将生成1分子分子FADH2和和1分分子子NADH。 C15H31COOH + 8 CoA-SH + ATP + 7 FAD + 7 NAD+ +7 H2O 8 CH3CO-SCoA + AMP +PPi+ 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+2022-5-2455 8 CH3CO-SCoA 108 80 ATP 7 FAD 1.5710.5 ATP 7 NADH + 7 H+ 2

18、.5717.5 ATP活化消耗：活化消耗：-2个高能磷酸键个高能磷酸键净生成：净生成：108 - 2106 ATP 软脂酸燃烧热值为软脂酸燃烧热值为 9790 KJ能量利用率能量利用率10630.54 / 9790 =33.1% 2022-5-24562022-5-2457、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化 是指脂肪酸在一些酶催化下，其是指脂肪酸在一些酶催化下，其碳原子发生碳原子发生氧化，生成一分子氧化，生成一分子CO2和比原来少了一个碳原子和比原来少了一个碳原子的脂肪酸的过程。的脂肪酸的过程。、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化 是指脂肪酸的末端甲基（是指脂肪酸的末端甲基（端）经氧化转变为端）经氧化转变为羟脂酸，继而再氧化为羟脂酸，继而再氧化为,-二羧酸的过程。二羧酸的过程。2022-5-2458羟脂酰羟脂酰CoA变位酶变位酶烯脂酰烯脂酰CoA异构酶异构酶、不饱和脂肪酸的氧化、不饱和脂肪酸的氧化2022-5-2459软脂酸从头合成与软脂酸从头合成与氧化的区别氧化的区别 从头合成从头合