II 第八章 脂类代谢课件

1、第八章 脂类代谢 西北大学生命科学学院第一节 生物体内的脂类第二节 脂肪的分解代谢第三节 脂肪的合成代谢第四节 甘油磷脂的酶促降解与生物合成第八章 脂类代谢 脂类（lipid）亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂（氯仿和丙酮酸）的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇 和固醇。 脂类的元素组成主要是C H O,有些尚含N S P。一、定义:第一节 生物体内的脂类I 按化学组成分类单纯脂类复合脂类衍生脂类二、脂类的分类单纯脂类 由脂肪酸和醇类所形成的酯脂肪酸：脂肪酸根据其链内是否含有双键又可

2、分为饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸两类。脂酰甘油酯（最丰富的为甘油三酯) 蜡（含14-36C个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30C个碳原子的一元醇所形成的酯） 由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。萜类：天然色素、香精油、天然橡胶固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素）其他脂类：维生素A、D、E、K等。衍生脂类可皂化脂类：一类能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。不可皂化脂类：不能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。 主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类。重要脂类：甘油三酯II 按能否被碱水解分类1.甘油三酯 n、m、k可以相同，也可以不全相同甚至完全不同， 其中n多是不饱和的。 X =

3、 胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、甘油 2.甘油磷脂X= H 磷脂酸 （PA）二者的区别硬脂酸（脂）软脂酸（油）不饱和脂肪酸因其碳链内存在双键，不象饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而排列整齐有序，往往存在扭曲的空间结构，所以只要用较少的热量就可扰乱它不太有序的结构，从而它的熔点就低于相同链长的饱和脂肪酸。脂肪（甘油三酯，TG）脂类类脂磷酸甘油酯（PL）鞘磷脂脑苷脂神经节苷脂磷脂糖脂胆固醇（Ch）及其酯（ChE） 分类含量 分布 生理功能脂肪 甘油三酯（贮脂） 95，（随机体营养状况而变动）脂肪组织、皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、肾脏周围（脂库）、血浆1. 储脂供能2. 提供必需脂肪酸3. 促进脂溶性维

4、生素吸收4. 热垫作用5. 保护垫作用6. 构成血浆脂蛋白类脂糖酯、胆固醇及其酯、磷脂(组织脂）5（含量相当稳定）动物所有细胞的生物膜、神经、血浆1. 维持生物膜的结构和功能2. 胆固醇可转变成类固醇激 素、维生素、胆汁酸等3. 构成血浆脂蛋白四、脂类的分布与生理功能一、脂肪的酶促水解脂肪 脂肪酶甘油+脂肪酸CH2OH HCOHCH2OHCH2OHR2-C-O-CHCH2OHO=-H2OR1COOH二酰甘油脂肪酶H2OR2COOH单酰甘油脂肪酶-CH2-O -C-R1R2-C-O-CHCH2-O -C-R3O=O=O= H2OR3COOH三酰甘油脂肪酶O=O=-CH2-O -C-R1R2-C-

5、O-CHCH2OH限速酶脂肪甘油二脂甘油单脂甘油二、甘油的氧化分解与转化 思考：1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量（形成ATP?) 22 动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.甘油TCACO2 +H20+能量-氧化作用-氧化作用饱和脂肪酸的氧化分解三 脂肪酸的氧化分解单不饱和脂肪酸的氧化分解奇数C原子脂肪酸的氧化分解 概念 脂肪酸的-氧化作用 能量计算饱和脂肪酸的-氧化作用脂肪 脂肪酶甘油+脂肪酸脂肪酸的氧化：饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的位C原子发生氧化，碳链在位C原子与位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰CoA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断

6、重复进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化.R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH1. 概念2. 脂肪酸的-氧化作用（1）脂肪酸的活化 脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。 在脂酰CoA合成酶(硫激酶) 催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：脂酰CoA合成酶R-COOH AMP + PPiHSCoA+ ATPR-COSCoA脂酰CoA脂肪酸借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶和酶）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。其中，肉碱脂酰转移酶(carnitine acyl tr

7、ansferase )是脂肪酸-氧化的关键酶。关键酶 -氧化过程由四个连续的酶促反应组成： 脱氢 水化 再脱氢 硫解 (3) -氧化循环脱氢脂酰CoA脱氢酶 R-CH2-CH2-CH2-COSCoAFAD FADH2R-CH2-CH=CH-COSCoA硫解硫解酶 -2CCH3-COSCoAHSCoA水化水化酶 H2OR-CH2-CH(OH)-CH2-COSCoA-氧化循环的反应过程（2反式烯脂酰COA）L- 羟脂酰COA再脱氢L-羟脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CO-CH2-COSCoANADH + H+ NAD+- 酮脂酰COA（脂酰COA） -氧化循环过程在线粒体基质内进行； -氧化循环由脂

8、肪酸氧化酶系催化，反应不可逆； 需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子； 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。 脂肪酸-氧化循环的特点生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。 (4) 彻底氧化：肉碱转运载体线粒体膜脂酰CoA脱氢酶L(+)-羟脂酰CoA脱氢酶 NAD+ NADH+H+ 反2-烯酰CoA 水化酶H2OFADFADH2 酮脂酰CoA 硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶ATPCoASHAMP PPiH2O呼吸链 2ATP H2O 呼吸链 3ATP TCA （脂酰CoA）（2反式烯脂酰C

9、oA）（L- 羟脂酰CoA）（- 酮脂酰CoA）（脂酰CoA）（乙酰CoA）（脂酰CoA）活化1分子FADH2可生成2分子ATP，1分子NADH可生成3分子ATP，故一次-氧化循环可生成5分子ATP。1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成12分子ATP。3、脂肪酸氧化分解时的能量释放以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为：7次-氧化分解产生57=35分子ATP；8分子乙酰CoA可得128=96分子ATP；共可得131分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成129分子ATP。对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：3. 饱和脂肪酸的

10、-氧化作用1.概念脂肪酸在一些酶的催化下，其-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化。RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2 RCH2COOHO2，NADPH+H+ 单加氧酶Fe2+，抗坏血酸R-CH-COOHOH-（L-羟脂肪酸）NAD+NADH+H+脱氢酶R-C-COOHO=（-酮脂酸）ATP，NAD+， 抗坏血酸脱羧酶RCOOH+CO2（少一个C原子）2. -氧化的可能反应历程 不饱和脂酸 氧化 顺3-烯酰CoA顺2-烯酰CoA 反2-烯酰CoA 3顺-2反烯酰CoA 异构酶 氧化 L(+)-羟脂酰CoA D(-)-羟脂酰Co

11、A D(-)-羟脂酰CoA 表构酶H2O （二）、单不饱和脂肪酸的氧化L-甲基丙二酸单酰CoA 消旋酶 变位酶 5-脱氧腺苷钴胺素 琥珀酰CoA 奇数碳脂肪酸CH3CH2COCoA -氧化 丙酰CoA羧化酶（生物素）ADP+PiD-甲基丙二酸单酰CoA ATP+CO2经三羧酸循环途径丙酮酸羧化支路糖有氧氧化途径彻底氧化分解四、 奇数碳脂肪酸的氧化脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三种中间代谢产物，统称为酮体(ketone bodies)。五、酮体的生成及利用酮体的分子结构CHCH3CHCOOH

12、OH2D(-)-羟丁酸酮体酮体主要在肝细胞线粒体中生成。酮体生成的原料为乙酰CoA。1酮体的生成 (1) 两分子乙酰CoA在乙酰乙酸CoA硫解酶(thiolase)的催化下，缩合生成一分子乙酰乙酰CoA。乙酰乙酰CoA硫解酶2(乙酰CoA)酮体生成的反应过程乙酰乙酸CoA (2) 乙酰乙酸CoA再与1分子乙酰CoA缩合，生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶是酮体生成的关键酶。 HMG-CoA合酶*CoASH 限速酶乙酰乙酸CoA (3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。HMG-CoA裂解酶 (4)乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下，加氢还原为-羟丁酸。-羟丁酸脱氢酶 N

13、AD+ NADH+H+ (5) 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮。CO2CO2 CoASH CoASH NAD+ NADH+H+ -羟丁酸脱氢酶HMGCoA 合成酶乙酰乙酰CoA硫解酶HMGCoA 裂解酶 酮体的生成 -羟- -甲基戊二酸单酰CoA合成酶乙酰乙酸CoA 利用酮体的酶有两种：1.琥珀酰CoA转硫酶（主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中）2.乙酰乙酸硫激酶（主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中）。 2酮体的利用 (1) -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢，生成乙酰乙酸。酮体利用的基本过程-羟丁酸脱氢酶 NAD+ NADH+H+ (2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙

14、酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA。琥珀酰CoA转硫酶琥珀酰CoA 琥珀酸 乙酰乙酸硫激酶HSCoA+ATP AMP+PPi 乙酰乙酸CoA乙酰乙酸CoA(3) 乙酰乙酸CoA在乙酰乙酸CoA硫解酶的催化下，裂解为两分子乙酰CoA。(4) 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解。乙酰乙酸CoA硫解酶HSCoA 心、肾、脑、骨骼肌细胞心、肾、脑细胞羟丁酸-NAD+ NADH+H HSCoA + ATP乙酰乙酸琥珀酰CoA乙酰乙酸硫激酶琥珀酰CoA转硫酶AMP + PPi乙酰乙酰CoA 琥珀酸硫解酶2乙酰CoA三羧酸循环+ -羟丁酸脱氢酶 当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可

15、净生成24分子ATP，-羟丁酸可净生成27分子ATP；而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成22分子ATP， -羟丁酸可净生成25分子ATP 。 (1) 在正常情况下，酮体是肝输出能源的一种重要的形式；(2) 在饥饿或疾病情况下，酮体可为心、脑等重要器官提供必要的能源。 3酮体生成及利用的生理意义第三节 脂肪的合成代谢甘油的合成脂肪酸的合成二者分别转变为3磷酸甘油和脂酰CoA后的连接合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成：1由糖代谢生成（脂肪细胞、肝）：3-磷酸甘油脱氢酶NADH + H+磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油NAD+一、3-磷酸甘油的生成2由脂肪分解形成的甘

16、油甘油磷酸激酶甘油ATP3-磷酸甘油ADP二、饱和脂肪酸的从头合成（动物是在细胞质溶胶中，植物则在叶绿体和质体中进行）脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后产生的乙酰CoA。其合成过程由胞液中的脂肪酸合成酶系催化。脂肪酸合成的直接产物是软脂酸(palmitate)来源线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖）脂肪酸的-氧化氨基酸的氧化转运柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系）1. 乙酰CoA（碳源）的来源及转运线粒体基质 内膜 细胞质HSCoA柠檬酸草酰乙酸柠檬酸合酶H2O + 乙酰CoAHSCoA + ATP柠檬酸裂解酶草酰乙酸乙酰CoA+ADP+Pi 丙酮酸NADH + H+苹果酸脱氢酶苹果酸 NAD+ADP +

17、Pi丙酮酸羧化酶 ATP + CO2柠檬酸苹果酸酶 NADP+NADPH+H+CO2 丙酮酸苹果酸NAD+NADH + H+苹果酸脱氢酶 乙酰CoA转运出线粒体在关键酶乙酰CoA羧化酶的催化下，将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA。乙酰CoA羧化酶（生物素）*CH3COSCoA ADP + PiHCO3- + H+ + ATPHOOC-CH2-COSCoA 长链脂酰CoA-柠檬酸异柠檬酸+2丙二酸单酰CoA的合成脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。在动物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白（acyl carr

18、ier protein, ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体。植物和细菌中6种酶。3脂肪酸合成循环脂酰基载体蛋白（ACP-SH）ACP-脂酰基转移酶丙二酸单酰COA- ACP转移酶-酮脂酰- ACP合酶-酮脂酰- ACP还原酶-羟脂酰- ACP脱水酶烯脂酰-ACP还原酶ACPSH原核生物的脂肪酸合成酶系 乙酰基转移反应CH3-CSCOA=OCH3-CSACP=OACP-SH酮脂酰-ACP合酶CH3-CS-合酶=O 丙二酸单酰基转移反应COA-SHACP-SHACP脂酰基转移酶HOOC-CH2-CSCOA+ACP-SH HOOC-CH2-CSACPO=丙二酸单酰转移酶HOOC-CH2-CSC

19、OAO=+COA-SH4.反应历程乙酰CoA丙二酸CoA丙二酰-ACP第一阶段缩合反应CH3-CS-合酶+=O HOOC-CH2-CSACPO=-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C-CH2-CSACP O=O=+合酶-SH+CO2丙二酸单酰-ACP乙酰乙酰-ACP2酰合酶还原反应 CH3-C-CH2-CSACPO=O=+NADPH+ + H + -酮脂酰-ACP还原酶 CH3-CH-CH2-CSACP O-OH=+NADP+ D-羟丁酰-ACP乙酰乙酰-ACP第二阶段脱水反应 CH3-CH-CH2-CSACP O-OH=- C- C=C O-CH3- H HSACP-羟脂酰-ACP脱水酶+H2O（

20、2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）再还原反应- C=CO-CH3 H HSACPC-=- 3 2+NADPH+H+-烯脂酰-ACP还原酶 CH3-CH2-CH-CSACPO=+NADP+（丁酰-ACP）丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成软脂酰-ACP。D-羟丁酰-ACP第二阶段缩合反应CH3-CS-合酶+=O HOOC-CH2-CSACPO=-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C-CH2-CSACPO=O=+合酶-SH+CO2由于缩合反应中， -酮脂酰-ACP合酶是对链长有专一性的酶，仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性，故从头合成只能合成16C及以下

21、饱和脂酰-ACP。软脂酰-ACP硫酯酶水解ACP+软脂酸（棕榈酸）释放H2O2酰合酶（丁酰-ACP）第二阶段第三阶段8CH3-CSCOA=O+7ATP+14NADPH+14H +CH3 ( CH2)14COOH+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O 那么这个过程与糖代谢有一定关系：原料（乙酰辅酶A ）来源羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供还原力NADPH从哪来？总反应式反应中所需的NADPH+H+约有40%来自PPP途径，其余的60%可由EMP中生成的NADH+H+间接转化提供 。 合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子

22、丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA； 在胞液中进行，关键酶是乙酰CoA羧化酶； 合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于转运，7分子用于活化）； 需NADPH作为供氢体，对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性。脂肪酸合成的特点：4. 饱和脂肪酸的从头合成与-氧化的比较区别要点 从头合成 -氧化细胞内进行部位 胞液 线粒 体 酰基载体 ACP-SH COA-SH二碳单位参与或断裂形式 丙二酸单酰ACP 乙酰COA电子供体或受体 NADPH+H+ FAD,NAD -羟酰基中间物的立体构型不同 D型 L型对HCO3-和柠檬酸的需求 需要 不需要 所需酶 7种(P250) 4种(P2

23、43)能量需求或放出 消耗7ATP及14NADPH+H+ 产生129或106ATP脂酰CoA转移酶 CoA R1COCoA 脂酰CoA 转移酶 CoA R2COCoA 磷脂酸磷酸酶Pi 脂酰CoA 转移酶 CoA R3COCoA 三、 甘油三酯的合成Section 4 Metabolism of Phospholipids第四节 甘油磷脂的 代谢 与生物合成（一）甘油磷脂的基本结构：CH2-O-CO-RR-CO-O-CHCH2-O-PO3H-X|一、甘油磷脂的代谢体内几种重要的甘油磷脂1甘油二酯合成途径： 磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成。 合成过程中所需胆碱及乙醇胺以CDP-胆碱和

24、CDP-乙醇胺的形式提供。 （二）甘油磷脂的合成代谢甘油二酯合成途径3S-腺苷同型半胱氨酸3S-腺苷蛋氨酸胆碱乙醇胺ATPADP磷酸胆碱胆碱激酶磷酸乙醇胺乙醇胺激酶CDP-乙醇胺转胞苷酸酶CDP-胆碱CTPPPi转胞苷酸酶 甘油二酯CMP磷酸胆碱甘油二酯转移酶磷脂酰胆碱磷酸乙醇胺甘油二酯转移酶磷脂酰乙醇胺磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸和心磷脂通过此途径合成。合成过程所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供。 2CDP-甘油二酯合成途径：磷脂酸转胞苷酸酶CTPPPiCDP-甘油二酯肌醇磷脂酰肌醇合成酶CMP磷脂酰肌醇磷脂酰丝氨酸CMP丝氨酸磷脂酰丝氨 酸合成酶心磷脂CMP心磷脂合成酶磷脂酰甘油CDP-甘油二酯合成途径A2 A1C