生物化学脂肪酸的分解代谢学习教案

1、会计学1生物化学生物化学(shn w hu xu)脂肪酸的分脂肪酸的分解代谢解代谢第一页，共90页。 脂质（lipid）也称为脂类或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂(rngj)的生物有机分子。对大多数脂质而言，其化学本质是脂肪酸与醇形成的酯类及其衍生物。参与脂质组成的脂肪酸多是4碳以上的长链一元羧酸，醇的成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇及固醇。第1页/共90页第二页，共90页。1. 单纯脂质（simple lipid）单纯脂质是由脂肪酸和醇形成的酯，包括甘油三酯和蜡，蜡是长链脂肪酸和长链醇或固醇形成的酯。2. 复合(fh)脂质（compound lipid）复合(fh)脂质包括磷脂和糖脂

2、。3. 衍生脂质（derived lipid）脂肪酸、高级醇、脂肪醛、脂肪胺、烃；固醇、胆酸、强心苷、性激素、肾上腺皮质激素、萜及其它第2页/共90页第三页，共90页。饱和饱和脂肪酸脂肪酸系统名系统名不饱和不饱和脂肪酸脂肪酸系统名系统名羊蜡酸羊蜡酸n-癸酸癸酸油酸油酸十八碳十八碳-9-烯酸烯酸月桂酸月桂酸n-十二酸十二酸亚油酸亚油酸十八碳十八碳-9,12-二烯酸二烯酸豆蔻酸豆蔻酸n-十四酸十四酸亚麻酸亚麻酸十八碳十八碳-9,12,15-三烯酸三烯酸棕榈酸棕榈酸n-十六酸十六酸亚麻酸亚麻酸十八碳十八碳-6,9,12-三烯酸三烯酸硬脂酸硬脂酸n-十八酸十八酸花生四烯酸花生四烯酸二十碳二十碳-5,8

3、,11,14-四烯酸四烯酸花生酸花生酸n-二十酸二十酸EPA二十碳二十碳-5,8,11,14,17-五烯酸五烯酸山山萮酸萮酸n-二十二酸二十二酸DHA二十二碳二十二碳-4,7,10,13,16,19-六烯酸六烯酸木蜡酸木蜡酸n-二十四酸二十四酸蜡酸蜡酸n-二十六酸二十六酸褐煤酸褐煤酸n-二十八酸二十八酸第3页/共90页第四页，共90页。 脊椎动物从食物中获得脂肪，动员(dngyun)贮存在脂肪组织中的脂肪，在肝中将过量的食物中的碳水化合物转变成脂肪运输到其它组织。对于某些器官来说，三酰甘油提供了过半的能量需求，特别是在肝、心和静息的骨骼肌中。在冬眠的动物和迁徙的鸟中，贮存的脂肪实际上是惟一的能

4、量来源。维管植物在种子萌发时动员(dngyun)贮存的脂肪，但其它时候不依赖脂肪提供能量。第4页/共90页第五页，共90页。 甘油三酯在人类的饮食(ynsh)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。 第5页/共90页第六页，共90页。1软脂酰2,3二油酰甘油 当3个脂肪酸都是同一种脂肪酸时，称为简单三脂酰甘油，当3个脂肪酸至少有一个不同时，称为混合(hnh)三脂酰甘油。 各种脂肪酸的名称和结构见上册P 83 表 2-2

5、三脂酰甘油(n yu)（三酰甘油(n yu)）（甘油(n yu)三酯）第6页/共90页第七页，共90页。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-十二酸十二酸12:044.2软脂酸软脂酸n-十六酸十六酸16:063.1花生酸花生酸n-二十酸二十酸20:076.5棕榈油酸棕榈油酸十六碳十六碳-9-烯酸（顺）烯酸（顺）16:19C-0.50.5鳕油酸鳕油酸二十碳二十碳-9-烯酸（顺）烯酸（顺）20:19C2323.5亚油酸亚油酸十八碳十八碳-9,12-二烯酸（顺，顺）二烯酸（顺，顺）18:29C ,12C-5-亚麻酸亚麻酸十八碳十八碳-9,12,15-三烯酸（全顺）三烯酸（全

6、顺）18:39C,12C,15C-11花生四烯酸花生四烯酸二十碳二十碳-5,8,11,14-四烯酸四烯酸（全顺）（全顺）20:45C,8C,11C,14C-49EPA二十碳二十碳-5,8,11,14,17-五烯酸五烯酸（全顺）（全顺）cis （顺式）（顺式）-54 -53DHA二十二碳二十二碳-4,7,10,13,16,19-六烯六烯酸（全顺）酸（全顺）trans（反式）（反式）-45.5 -44.1棕榈(zngl)酸第7页/共90页第八页，共90页。 棕榈(zngl)酸 硬脂酸 油酸 亚油酸 -亚麻酸 花生(hu shn)四烯酸第8页/共90页第九页，共90页。成成 分分H（kJ/g干重）干

7、重）糖糖 类类16脂脂 肪肪37蛋白质蛋白质17H=U+PV H=U+PV = Qp（恒压反应热）第9页/共90页第十页，共90页。 由于三脂酰甘油是水不溶性的，而消化作用的酶却是水溶性的，因此三脂酰甘油的消化是在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(fnm)的胆汁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 。 第10页/共90页第十一页，共90页。胆酸甘氨胆酸牛磺胆酸第11页/共90页第十二页，共90页。 消化脂肪的酶有胃分泌的胃脂肪酶、胰脏分泌的胰脂肪酶，它们可将三脂

8、酰甘油的脂肪酸水解下来。胰脂肪酶与一个称为辅脂肪酶的小蛋白质在一起，存在(cnzi)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、胆固醇酯和维生素A的酯水解。另外，胰脏还分泌磷脂酶，它催化磷脂的2酰基水解。 第12页/共90页第十三页，共90页。 脂肪消化后的产物脂肪酸和2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，然后与蛋白质一起包装成乳糜微粒，乳糜微粒释放到淋巴管中，再进入血液，运送到肌肉(jru)和脂肪组织。短的和中等长度的脂肪酸被吸收进入门静脉血液，直接送入肝脏。 第13页/共90页第十四页，共90页。第14页/共90页第十

9、五页，共90页。乳糜(rm)微粒第15页/共90页第十六页，共90页。Apolipoproteins（载脂蛋白）CholesterolPhospholipidsTriacylglycerols and cholesteryl esters第16页/共90页第十七页，共90页。 在脂肪组织和骨骼肌毛细血管中，细胞(xbo)外的脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase）被载脂蛋白apoC-活化，催化三脂酰甘油水解成脂肪酸和甘油，产生的脂肪酸由靶组织的细胞(xbo)吸收。在肌肉中，脂肪酸被氧化以提供能量；在脂肪组织中，它们被重新合成三脂酰甘油贮存起来被这些组织吸收；甘油被运送到肝脏和肾脏，

10、转变成二羟丙酮磷酸（脱氢反应），进入糖酵解途径。 第17页/共90页第十八页，共90页。 被去除大多数三酰甘油的乳糜(rm)微粒仍含有胆固醇和载脂蛋白，随血液运送到肝脏，经apoE受体介导吞入肝细胞，释放出其中的胆固醇，残体在溶酶体中降解。三酰甘油或氧化供能，或作为酮体合成的前体。当食物提供的脂肪酸超过当时氧化供能及合成酮体所需时，肝脏将它们转变成三酰甘油，与特异的载脂蛋白组装成VLDL，经血液运送到脂肪组织贮藏。 第18页/共90页第十九页，共90页。 中性脂（neutral lipid）以脂滴的形式(xngsh)贮存在脂肪细胞（以及合成固醇的肾上腺皮质、卵巢、睾丸细胞）中。脂滴的结构是以固

11、醇和三脂酰甘油为核心，外面包裹着一层磷脂。脂滴的表面还覆盖着围脂滴蛋白（perilipin，油滴包被蛋白，围脂素）。围脂滴蛋白能够阻止脂滴被不适时地动员。当需要代谢能量的激素信号到达时，贮存在脂肪组织中的三脂酰甘油被动员，运输到需要的组织（骨骼肌、心脏和肾皮质）中作为燃料。 第19页/共90页第二十页，共90页。 肾上腺素和胰高血糖素通过细胞质膜上的受体、G蛋白、腺苷酸环化酶、蛋白激酶A通路，使围脂滴蛋白及激素敏感的脂肪酶磷酸化，磷酸化的围脂滴蛋白引起磷酸化的脂肪酶运动到脂滴表面，催化三脂酰甘油水解成游离(yul)脂肪酸和甘油。激素敏感的脂肪酶被磷酸化后，活性提高1-2倍，同时在磷酸化的围脂滴

12、蛋白作用下，活性提高50倍。围脂滴蛋白基因缺陷的细胞不能对cAMP浓度的增加作出响应，激素敏感的脂肪酶也不能与脂滴结合。 第20页/共90页第二十一页，共90页。 脂肪细胞中的脂肪酸进入血液，与清蛋白非共价键结合运输。清蛋白分子量66000，约占血清总蛋白的50%，每个清蛋白单体分子结合多达10个脂肪酸分子。通过与可溶性的血清清蛋白结合，水不溶性的脂肪酸得以经血液运输。到达靶组织后，脂肪酸与清蛋白解离(ji l)，进入靶细胞氧化供能。 第21页/共90页第二十二页，共90页。第22页/共90页第二十三页，共90页。第23页/共90页第二十四页，共90页。第24页/共90页第二十五页，共90页。

13、蛋白体油体第25页/共90页第二十六页，共90页。 简单的、非酯化的脂肪酸与血清清蛋白及血浆中的其他蛋白质结合(jih)而转运。 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。第26页/共90页第二十七页，共90页。 大多数蛋白质的密度为1.31.4g/ml，脂的密度一般(ybn)为0.8g/ml。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。第27页/共90页第二十八页，共90页。脂蛋白类别脂蛋白类别密度密度（g /cm3）颗粒直径颗粒直径（nm）主要载脂主要载脂蛋白蛋白乳糜微粒（乳糜微粒（chylom

14、icrons)0.920.95100500B-48,A,C,EVLDL（very low density lipoproteins）0.951.0063080B-100,C,EIDL（intermediate-density lipoproteins）1.0061.0192550B-100,ELDL（low-density lipoproteins）1.0191.0631828B-100HDL（high-density lipoproteins）1.0631.21515A-1,A-2,C,E也有些书上将IDL和LDL合并为LDL，其密度(md)范围为1.006-1.063。第28页/共90页第

15、二十九页，共90页。载脂蛋白载脂蛋白分子量分子量存在于脂蛋白的类型存在于脂蛋白的类型（功能）（功能）ApoA-28,331HDLActivates LCAT; interacts with ABC transporterApoA-17,380HDLApoA-44,000Chylomicrons, HDLApoB-48240,000ChylomicronsApoB-100513,000VLDL, LDLBinds to LDL receptorApoC-7,000VLDL, HDLApoC-8,837Chylomicrons, VLDL, HDLActivates lipoprotein lip

16、aseLCAT：卵磷脂胆固醇酰基转移酶第29页/共90页第三十页，共90页。载脂蛋白载脂蛋白分子量分子量存在于脂蛋白的类型存在于脂蛋白的类型（功能）（功能）ApoC-8,751Chylomicrons, VLDL, HDLInhibits lipoprotein lipaseApoD32,500HDLApoE34,145Chylomicrons, VLDL, HDLTriggers clearance of VLDL and chylomicronremnants第30页/共90页第三十一页，共90页。第31页/共90页第三十二页，共90页。脂蛋白脂蛋白类别类别组成组成 （%干重）干重）蛋白质

17、蛋白质胆固醇胆固醇胆固醇酯胆固醇酯磷脂磷脂三酰甘油三酰甘油乳糜微粒乳糜微粒122488485VLDL108141850IDL188222230LDL25940215HDL50317273第32页/共90页第三十三页，共90页。 VLDL主要在肝脏的内质网上形成，肠中也有少量形成。VLDL在目的部位被脂蛋白脂肪酶作用(zuyng)，将三脂酰甘油水解利用，VLDL逐渐转变成IDL和LDL，LDL又返回到肝脏重新加工，或将胆固醇转运到脂肪组织和肾上腺。LDL似乎是胆固醇和胆固醇酯的主要运输形式，而乳糜微粒的主要任务是运输三脂酰甘油。第33页/共90页第三十四页，共90页。ACAT: 脂酰CoA:胆固

18、醇脂酰基转移酶第34页/共90页第三十五页，共90页。LDL受体缺陷(quxin)会导致高胆固醇血症第35页/共90页第三十六页，共90页。 HDL在肝脏和小肠里刚形成时，体积小，富含蛋白质的颗粒，含有少量的胆固醇，不含胆固醇酯。它含有卵磷脂胆固醇酰基转移酶（lecithin-cholesterol acyl transferase，LCAT），催化(cu hu)胆固醇酯形成。存在于初生HDL表面的LCAT将乳糜微粒残体（remnant）和VLDL残体中的胆固醇和卵磷脂转变成胆固醇酯，形成核心，使得碟状的初生HDL转变成成熟的、球状的HDL颗粒。这个富含胆固醇的脂蛋白回到肝脏，卸下胆固醇，其中

19、一些胆固醇转变成胆酸盐。 第36页/共90页第三十七页，共90页。 HDL可以通过受体介导的内吞作用吸收进入肝细胞，但是也有些HDL的胆固醇由另一个机制输入其它组织。HDL能够结合到肝脏(gnzng)和产生类固醇的组织如肾上腺的质膜受体蛋白SR-BI上，这些受体并不介导内吞作用，而是将HDL中的胆固醇和其它脂部分地、选择性地运入细胞。耗尽的HDL然后解离到血液中重新循环，从乳糜微粒和VLDL残体中吸收脂质。 第37页/共90页第三十八页，共90页。 耗尽(ho jn)的HDL也能够吸收贮存在肝外组织中的胆固醇，把它们携带到肝脏，产生反向胆固醇运输途径。一种反向运输途径是，新生的HDL与富含胆固

20、醇细胞的SR-BI受体相互作用，触发胆固醇从细胞表面到HDL的被动运动，然后携带它返回肝脏。第二个途径是，耗尽(ho jn)的HDL的apoA-与富含胆固醇细胞的主动运输蛋白（ABC1）相互作用，HDL由内吞作用吸收，装载着胆固醇重新分泌出来，运输到肝脏。 第38页/共90页第三十九页，共90页。第39页/共90页第四十页，共90页。 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(wixin)，而高水平的L D L 会 增 加 冠 状 动 脉 及 心 血 管 疾 病 的 危 险(wixin)。第40页/共90页第四十一页，共90

21、页。第41页/共90页第四十二页，共90页。脂肪酸的活化(huhu) 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。脂肪酸在进入线粒体前，必须先与CoA形成脂酰CoA，这个反应是由脂酰CoA合成酶（acyl-CoA synthetase）催化(cu hu)的。 RCOOH + ATP + HS-CoA RCO-S-CoA + AMP + PP i 无机焦磷酸酶 2Pi 第42页/共90页第四十三页，共90页。脂酰CoA合成酶脂酰CoA合成酶第43页/共90页第四十四页，共90页。 短链或中等长度链（10个碳原子以下）的脂酰CoA通过渗透可以容易地通过线粒体内膜，但是更长链的脂酰C

22、oA需要(xyo)通过特殊机制才能进入线粒体。这个过程需要(xyo)经过3种不同酶的作用。 肉碱脂酰转移酶 肉碱：脂酰肉碱移位酶 肉碱脂酰转移酶 第44页/共90页第四十五页，共90页。肉碱：脂酰肉碱移位(y wi)酶第45页/共90页第四十六页，共90页。 After fatty acylcarnitine is formed at the outer membrane or in the intermembrane space, it moves into the matrix by facilitated diffusion through the transporter in the

23、inner membrane. In the matrix, the acyl group is transferred to mitochondrial coenzyme A, freeing carnitine to return to the intermembrane space through the same transporter.第46页/共90页第四十七页，共90页。 在研究脂肪酸降解时Knoop发现（1904年），把偶数碳原子的脂肪酸己酸带上苯基示踪物后喂狗，分析尿液的结果是苯基以苯乙酰-N-甘氨酸的形式出现；而用奇数碳原子的脂肪酸戊酸作同样(tngyng)的实验，结果得到

24、苯甲酰-N-甘氨酸。他由此推论，脂肪酸氧化每次降解下一个2碳单位的片段。 第47页/共90页第四十八页，共90页。第48页/共90页第四十九页，共90页。第49页/共90页第五十页，共90页。软脂(run zh)酰CoA + 7FAD + 7CoA + 7NAD+ + 7H2O 8乙酰CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ 以16碳的软脂酸为例第50页/共90页第五十一页，共90页。第51页/共90页第五十二页，共90页。 脂酰CoA脱氢酶存在于线粒体的基质中，共有(n yu)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

25、递黄素蛋白（ETF），再经ETF：泛醌氧化还原酶的催化将电子传递给泛醌，进入呼吸电子传递链。 第52页/共90页第五十三页，共90页。第53页/共90页第五十四页，共90页。第54页/共90页第五十五页，共90页。以软脂酸为例 一分子(fnz)软脂酸经过氧化产生 8个乙酰CoA， 7个NADH，7个FADH2每个乙酰CoA经过柠檬酸循环产生 3个NADH，1个FADH2，1个GTP（ATP） 合计 NADH 38 + 7 = 31个 FADH2 18 + 7 = 15个 GTP 18 = 8个共产生ATP 312.5 + 151.5 + 8 = 77.5 + 22.5 + 8 = 108个第5

26、5页/共90页第五十六页，共90页。以软脂酸为例 这108个ATP减去软脂酸活化时消耗的两个(lin )高能键，实际产生106个ATP。 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%。 第56页/共90页第五十七页，共90页。动物(dngw)线粒体中的氧化第57页/共90页第五十八页，共90页。 大多数哺乳动物组织中很少有奇数碳原子的脂肪酸，但在反刍动物中，奇数碳原子的脂肪酸氧化提供的能量相当于它们所需能量的25%。具有奇数碳原子的直链脂肪酸可经正常的氧化途径，产生若干个乙酰CoA和一个丙

27、酰CoA，丙酰CoA也是甲硫氨酸、缬氨酸及异亮氨酸的降解(jin ji)产物。第58页/共90页第五十九页，共90页。依赖(yli)生物素的羧化柠檬酸循环(xnhun)第59页/共90页第六十页，共90页。5脱氧腺苷钴氨素Vit B12第60页/共90页第六十一页，共90页。水合、脱氢(tu qn)、硫解，循环三轮(sn ln)氧化烯酰CoA异构酶双键位置改变，同时构型由顺式变成反式第61页/共90页第六十二页，共90页。三轮(sn ln)氧化烯酰CoA异构酶一轮(y ln)氧化亚油酰CoA双键位置改变，同时构型由顺式变成反式。第62页/共90页第六十三页，共90页。将 4 位 顺 式 双 键

28、(shun jin)和2位反式双键(shun jin)转变成3位反式 双 键 ( s h u n jin)。2,4-二烯酰-CoA还原酶脂酰-CoA脱氢酶第63页/共90页第六十四页，共90页。烯酰CoA异构酶四轮(s ln)氧化将 3 位 反 式 双 键(shun jin)异构成2位反式双键(shun jin)。第64页/共90页第六十五页，共90页。 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C3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植烷酸羟化酶催化羟基化，再由植烷酸氧化酶催化氧化脱羧反应，生成(shn chn)少一个碳原子

29、的降植烷酸，然后按正常的氧化方式降解，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，它可以转化成琥珀酰CoA进入TCA循环。 第65页/共90页第六十六页，共90页。疏水的植醇侧链（20个碳）第66页/共90页第六十七页，共90页。植醇植烷酸氧化(ynghu)第67页/共90页第六十八页，共90页。降植烷酸第68页/共90页第六十九页，共90页。 Refsums Disease是遗传性共济失调性多发性神经炎样病，是因遗传性缺少脂肪酸氧化酶系统，体内积累植烷酸，导致暗视觉不良、震颤，以及其他神经方面(fngmin)的异常。这种病人要忌食含有叶绿素的食品和植食性动物

30、食品。 第69页/共90页第七十页，共90页。 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(zhn chn)链和长链脂肪酸通过末端甲基的氧化，生成二羧酸，两端的羧基都可以与CoA结合，从两端进行氧化。 催化氧化的酶是依赖细胞色素P450的单加氧酶，反应还需要NADPH和O2参与。第70页/共90页第七十一页，共90页。mixed function oxidasealdehyde dehydrogenasealcohol dehydrogenase oxidation柠檬酸循环(xnhun)第71页/共90页第七十二页，共90页。逆戟鲸 骆驼(lu tuo) 金鸻 灰熊 沙鼠

31、(sh sh) 红喉蜂鸟第72页/共90页第七十三页，共90页。乙酰CoA的代谢(dixi)结局 在肝脏线粒体中脂肪酸降解生成的乙酰CoA可以有以下几种去向：1. 最主要的去向是进入柠檬酸循环彻底氧化；2. 作为类固醇的前体，合成胆固醇；3. 作为脂肪酸合成的前体，合成脂肪酸；4. 转化为乙酰乙酸、D羟丁酸和丙酮，这3种 物质(wzh)称为酮体（ketone bodies）。 第73页/共90页第七十四页，共90页。 在肝脏线粒体中，决定乙酰CoA去向的是草酰乙酸，它带动乙酰CoA进入柠檬酸循环。但在饥饿(j )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。在动物体内，乙酰CoA不能转变成葡萄糖，在植物中可以。 第74页/共90页第七十五页，共90页。*ThiolaseHMG-CoA synthase第75页/共90页第七十六页，共90页。HMG-CoA lyase-Hydroxybutytate dehydrogenase酮体酮体酮体*第76页/共90页第七十七页，共90页。 严重饥饿(j )或未经治疗的糖尿病人体内可产生大量的乙酰乙酸，其原因是饥饿(j )状态和胰岛素水平过