基础生物化学脂类代谢

基础生物化学脂类代谢第一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五

脂肪(fat)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。如动物可以利用食物中的脂肪或自身的贮脂作为能源物质，油料种子萌发时所需的能量及物质碳架也主要来自脂肪。这都要通过脂肪的分解代谢来实现。第二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1脂肪的分解代谢脂肪水解生成甘油(glycerin)和脂肪酸(fattyacid)，水解产物然后按各自不同的途径进一步分解或转化。第三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.1脂类的消化和吸收动物体中脂肪的消化需要三种脂肪酶(lipase)参与，逐步水解甘油三酯的三个酯，生成甘油和脂肪酸。第四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五水解产物脂肪酸、甘油和-单酰甘油等经扩散进入肠粘膜细胞又重新酯化成脂肪；它们和一些磷脂和胆固醇混合在一起，由脂蛋白外壳包裹，形成乳糜微粒；乳糜微粒经胞吐作用由粘膜细胞分泌至细胞间隙，再经淋巴系统进入血液。小分子的脂肪酸(C6-C10)可不经酯化而直接进入血液。植物细胞水解产生的脂肪酸则直接进入线粒体或乙醛酸体进行氧化分解。第五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.2甘油代谢甘油在甘油激酶(glycerolkinase)的催化，生成磷酸二羟丙酮。第六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五磷酸二羟丙酮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TCA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。第七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.3脂肪酸的氧化生物体内脂肪酸的氧化分解主要有-氧化、-氧化和-氧化等几条不同途径，其中-氧化途径最为重要和普遍。第八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.3.1脂肪酸的-氧化(-oxidation)1904年，Knoop利用在体内不易降解的苯基作为标记物连接在脂肪酸的甲基末端，然后喂狗或兔。结果发现，如喂环标记的奇数碳原子脂肪酸，动物尿中的代谢物为苯甲酸；如果喂苯环标记的偶数碳原子脂肪酸，则尿中发现的代谢物是苯乙酸。第九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五Knoop提出脂肪酸的-氧化学说。这是同位素示踪技术还未建立起来之前最具创造性的实验之一，后来的同位素示踪技术证明了其正确性。-氧化是从脂肪酸的羧基端-碳原子开始，碳链逐次断裂，每次产生一个乙酰CoA和原来少2个C的脂肪酸链。第十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五-氧化作用在细胞的线粒体基质中进行，油料作物种子萌发时另一个细胞器——乙醛酸循环体(glyoxysome，简称乙醛酸体)中也能进行类似的作用。脂肪酸在进行-氧化作用之前需要进行活化，并且转运到氧化作用的部位，然后才能进行-氧化作用。第十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑴脂肪酸的活化脂肪酸参加代谢前先要活化，活化形式是脂酰CoA。在脂酰CoA合成酶催化和CoA-SH及ATP的参与下，脂肪酸转变为脂酰CoA。第十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使反应不可逆。活化后生成的脂酰CoA极性增强，易溶于水；分子中有高能键、性质活泼；是酶的特异底物，与酶的亲和力大，因此更容易参加反应。第十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五脂酰CoA合成酶又称硫激酶，分布在胞浆中、线粒体膜和内质网膜上。胞浆中的硫激酶催化中短链脂肪酸活化；内质网膜上的酶活化长链脂肪酸，生成脂酰CoA，然后进入内质网用于甘油三酯合成；而线粒体膜上的酶活化的长链脂酰CoA，进入线粒体进入β-氧化。第十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑵脂肪酸的转运脂肪酸的-氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，而在细胞液中形成的脂酰CoA不能透过线粒体内膜，需依靠内膜上的载体肉碱(即肉毒碱，3-羟-4-三甲氨基丁酸carnitine)携带，以脂酰基的形式跨越内膜而进入基质。第十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五在肉毒碱脂酰转移酶(carnitineacyltransferase)的催化下，长链脂肪酰CoA和肉毒碱反应生成辅酶A和脂酰肉毒碱，脂肪酰基与肉毒碱的3-羟基通过酯键相连接。线粒体内膜的内外两侧均有肉毒碱脂酰转移酶，分别称为肉毒碱脂酰转移酶I和肉毒碱脂酰转移酶Ⅱ，酶Ⅰ和酶Ⅱ是同工酶。第十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五酶Ⅰ使胞浆的脂酰CoA转化为辅酶A和脂肪酰肉毒碱，脂肪酰肉毒碱进入线粒体内膜。位于线粒体内膜内侧的酶Ⅱ又使脂肪酰肉毒碱转化成肉毒碱和脂酰CoA，肉毒碱重新发挥其载体功能，脂酰CoA则进入线粒体基质，成为脂肪酸β-氧化酶系的底物。第十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑶氧化的生化历程脂酰CoA在线粒体基质中进入β氧化要经过脱氢、加水、再脱氢和硫解四步为一轮的循环反应，生成1分子乙酰CoA和一个少2个碳的脂酰CoA。第十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五①脱氢反应在脂酰CoA脱氢酶催化下，脂酰CoA在α和β碳原子上各脱去一个氢原子生成具有反式双键的α、β-烯脂肪酰辅酶A。第十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五②加水反应在烯酰CoA水化酶催化下，反式-2-烯脂酰-CoA在双键上加1分子水，生成L-（+）-β-羟脂酰CoA。第二十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五③脱氢反应在β-羟脂肪酰CoA脱氢酶（辅酶为NAD）催化下，β-羟脂肪酰CoA脱氢生成β酮脂酰CoA。第二十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五④硫解反应β-酮硫解酶催化在β-酮酯酰CoA的α、β碳原子之间断链，加上1分子辅酶A生成乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA。第二十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五β-氧化的4步反应都是可逆反应，但是第4步是高度放能的硫解反应，因此使整个β-氧化过程向裂解方向进行。长链脂酰CoA经多次循环，每次降解下1分子乙酰CoA，直至成为2碳或3碳的脂酰CoA。如软脂酸（棕榈酸，C15H31COOH，palmitate）经7轮β-氧化生成8分子乙酰CoA。第二十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第二十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑷脂肪酸β-氧化的特点①脂肪酸活化生成脂酰CoA是一个耗能过程。中、短链脂肪酸不需载体可直拉进入线粒体，而长链脂酰CoA需要肉毒碱转运。②β-氧化反应在线粒体内进行，因此没有线粒体的红细胞不能氧化脂肪酸供能。③β-氧化过程中有FADH2和NADH生成，这些氢经呼吸链传递给氧生成水需要氧参加，乙酰CoA的氧化也需要氧。因此，β-氧化是需氧的过程。第二十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑸脂肪酸β-氧化的能量变化脂肪酸β-氧化是脂肪酸分解的主要途径，脂肪酸氧化可以供应机体所需要的大量能量，以18个碳原子的饱和脂肪酸硬脂酸为例，其β-氧化的总反应为：CH3(CH2)16COSCoA+8NAD++8FAD++8CoASH+8H2O→9CH3COSCoA+8FADH2+8NADH+8H+第二十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8分子FADH2提供8×1.5=12分子ATP；8分子NADH+H+提供8×2.5=20分子ATP；9分子乙酰CoA完全氧化提供9×10=90个分子ATP。1mol硬脂酸完全氧化生成CO2和H2O，共提供122molATP。硬脂酸的活化过程消耗2molATP，所以1mol硬脂酸完全氧化可净生成120molATP。第二十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五1mol葡萄糖完全氧化可生成32分子ATP。3mol葡萄糖所含碳原子数与1mol硬脂酸相同，3mol葡萄糖可提供96molATP，1mol硬脂酸可提供120molATP。在碳原子数相同的情况下脂肪酸能提供更多的能量。脂肪酸氧化时释放出来的能量约有40%为机体利用合成高能化合物，其余60%以热的形式释出，热效率为40%。第二十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五脂肪酸β-氧化也是脂肪酸的改造过程，人体所需要的脂肪酸链的长短不同，通过β-氧化可将长链脂肪酸改造成长度适宜的脂肪酸，供机体代谢所需。脂肪酸β-氧化过程中生成的乙酰CoA是重要的中间化合物，乙酰CoA除能进入三羧酸循环氧化供能外，还是许多重要化合物合成的原料，如酮体、胆固醇和类固醇化合物。第二十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五在油料种子萌发时，乙醛酸体中进行β-氧化产生的乙酰CoA一般不用于产能过程，而是通过乙醛酸循环转变为琥珀酸，再经糖异生作用转化为糖。第三十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第三十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑹不饱和脂肪酸(unsaturatedfattyacid)的氧化生物体内的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型第一个双键都在C9和C10之间，以后每隔3个碳原子出现1个。不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需一些异构酶的参与。第三十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五油酸(oleate，18：19)为单不饱和脂肪酸，它经历3轮-氧化作用后，产物在，位有一顺式双健，因此下一步反应不是脱氢，而是双键的异构化生成反式的，双键，然后-氧化作用继续正常进行。第三十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第三十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第三十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五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1分子FADH2。不饱和脂肪酸完全氧化生成CO2和H2O时提供的ATP少于相同碳原子数的饱和脂肪酸。单不饱和脂肪酸和所有的多不饱和脂肪酸的前4轮-氧化作用都与油酸相同，都在第4轮时需要异构酶的参与。第三十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑺奇数碳链脂肪酸的氧化大多数脂肪酸含偶数碳原子，通过-氧化可全部转变成乙酰CoA，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CoA。第三十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五先进行羧化，后经过两次异构化，形成琥珀酸。第三十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五丙酰CoA的代谢在动物体内代谢形成琥珀酰CoA进入三羧酸循环，继续进行代谢。一些氨基酸，如异亮氨酸、缬氨酸和甲硫氨酸在降解过程中也会产生丙酰CoA或丙酸。反刍动物瘤胃中的细菌可将糖类发酵产生大量的丙酸，而被宿主细胞吸收。丙酸先活化成丙酰CoA，然后进行代谢。第三十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.3.2α-氧化1956年，Stumpf，P.K.在植物种子和叶子以及动物的脑和肝细胞中发现了α-氧化作用。在酶的催化下，在脂肪酸的-碳原子上发生氧化作用，分解出CO2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸，称为脂肪酸的-氧化。第四十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五α-氧化是以游离脂肪酸作为底物，在-碳原子上发生羟化(-OH)或氢过氧化(-OOH)，再进一步氧化脱羧。第四十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五长链脂肪酸在加单氧酶催化下生成α-羟脂肪酸，作为脑苷脂和硫脂的重要成分，α-羟脂肪酸继续氧化脱羧可生成奇数碳原子脂肪酸。

-氧化作用对于生物体内含甲基的支链脂肪酸的降解，或过长的脂肪酸(如C22、C24)的降解起着重要的作用。第四十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.3.3脂肪酸的-氧化途径-氧化是脂肪酸的-端甲基发生氧化，转变成羟甲基然后再氧化成羧基，而形成，-二羧酸的过程。第四十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五脂肪酸的ω碳原子羟化生成ω-羟脂肪酸，再经ω醛脂肪酸生成α、ω-二羧酸，然后在α或ω-端活化，进入线粒体进行β-氧化。第四十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五动物体内的12C以下的脂肪酸常通过-氧化途径进行降解。植物体内的在-端具有含氧官能团(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分。第四十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产物，降解过程先进行-氧化，生成二羧基脂肪酸后再通过-氧化降解，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0.5g·d-1·m-2。第四十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.4酮体(acetonebodies)代谢脂肪酸-氧化及其它代谢所产生的乙酰CoA，在一般的细胞中可进入TCA进行氧化分解；而在肝脏中则可生成酮体。酮体是脂肪酸在肝脏进行正常分解代谢所生成的特殊中间产物，包括乙酰乙酸(acetoaceticacid约占30%)，β-羟丁酸(β-hydroxybutyricacid约占70%)和极少量的丙酮(acetone)。第四十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮统称为酮体。乙酰乙酸和-羟丁酸是酮体的主要成分，它们在血液和尿液中是可溶性的；丙酮的含量最少，是一种挥发性的物质。这是动物利用脂肪氧化供能的正常现象。第四十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五但在某些生理情况(饥饿、禁食)或病理情况下(如糖尿病)，糖的来源或氧化供能障碍，脂动员增强，脂肪酸就成了人体的主要供能物质。若肝中合成酮体的量超过肝外组织利用酮体的能力，二者之间失去平衡，血中浓度就会过高，导致酮血症(acetonemia)和酮尿症(acetonuria)。乙酰乙酸和β-羟丁酸都是酸性物质，因此酮体在体内大量堆积还会引起酸中毒。第四十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.4.1酮体的合成酮体是在肝细胞线粒体中生成的，其生成原料是脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA。第五十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五2分子乙酰CoA在硫解酶作用下脱去一分子CoA-SH，缩合成乙酰乙酰CoA。并释放出1分子CoA-SH。这一步反应是酮体生成的限速步骤。第五十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五在3-羟-3-甲基戊二酰CoA(hydroxymethylglutarylCoA,HMG-CoA)合成酶催化下，乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA反应，生成-羟--甲基戊二酸单酰CoA(HMG-CoA)。第五十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五在HMG-CoA裂解酶催化下，HMG-CoA分解成乙酰乙酸和乙酰CoA。第五十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五生成的乙酰乙酸一部分在线粒体中的-羟丁酸脱氢酶催化下还原（NADH作供氢体）成-羟丁酸。少量乙酰乙酸可自行脱羧或由乙酰乙酸脱羧酶催化生成丙酮。第五十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五酮体生成过程是一个循环，又称为雷宁循环(lynencycle)。2分子乙酰CoA通过循环生成1分子乙酰乙酸。第五十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五酮体生成后迅速透过肝线粒体膜和细胞膜进入血液，转运至肝外组织利用。第五十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.4.2酮体的分解酮体在肝脏中产生后，必须由血液运送到肝外组织中进行分解。第五十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五酮体分解的关键是乙酰乙酸转变为乙酰乙酰CoA，反应由3-酮脂酰CoA转移酶催化，以琥珀酰CoA作为CoA的供体。肝脏中缺乏3-酮脂酰CoA转移酶，因此只有在肝外组织中才能给乙酰乙酸加上CoA，然后裂解成乙酰CoA，从而通过TCA彻底氧化放能，也可作为合成脂肪酸的原料。第五十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五肝脏组织将乙酰CoA转变为酮体，而肝外组织则再将酮体转变为乙酰CoA。这并不是一种无效的循环，而是乙酰CoA在体内的运输方式。肝脏组织正是以酮体的形式将乙酰CoA通过血液运送至外周器官中的。骨骼、心脏和肾上腺皮质细胞的能量消耗主要来自酮体，脑组织在糖饥饿时也能利用酮体作为能源。第五十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五心肌、肾脏和脑中还有硫激酶，在有ATP和辅酶A存在时，催化乙酰乙酸活化成乙酰乙酰CoA。第六十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五乙酰乙酰CoA在硫解酶作用下，分解成两分子乙酰CoA，乙酰CoA主要进入TCA氧化分解。丙酮除随尿排出外，有一部分直接从肺呼出，代谢上不占重要地位。第六十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五肝外组织利用乙酰乙酸和β-羟丁酸的过程。第六十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.4.3酮体生成的意义①酮体易运输长链脂肪酸穿过线粒体内膜需要载体肉毒碱转运，脂肪酸在血中转运需要与白蛋白结合生成脂酸白蛋白，而酮体通过线粒体内膜以及在血中转运并不需要载体。第六十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五②节省葡萄糖供脑和红细胞利用肝外组织利用酮体会生成大量的乙酰CoA，大量乙酰CoA抑制丙酮酸脱氢酶系活性，限制糖的利用。同时乙酰CoA还能激活丙酮酸羧化酶，促进糖异生。肝外组织利用酮体氧化供能，就减少了对葡萄糖的需求，以保证脑组织、红细胞对葡萄糖的需要。脑组织不能利用长链脂肪酸，但在饥饿时可利用酮体供能。第六十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五酮体的生成于利用第六十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.5乙醛酸循环(glyoxylatecycle)乙醛酸循环存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中，它可将脂肪酸降解的主要产物乙酰CoA合成为琥珀酸。第六十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.5.1乙醛酸循环的历程①乙酰CoA经柠檬酸合酶和顺乌头酸酶催化生成异柠檬酸。②在异柠檬酸裂解酶(isocitratelyase)的催化下异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸。③在苹果酸合酶(malatesynthase)催化下乙醛酸和1分子乙酰CoA生成苹果酸。④苹果酸经苹果酸脱氢酶催化生成草酰乙酸。整个过程构成一个循环反应。第六十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第六十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五总反应第六十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五乙醛酸循环可以看成是三羧酸循环的一个支路。它在异柠檬酸处分支，绕过了三羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。参与乙醛酸循环的酶除了异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶外，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关键酶。第七十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.1.5.2乙醛酸循环的生物学意义乙醛酸循环存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中。油料植物的种子中主要的贮藏物质是脂肪，在种子萌发时乙醛酸体大量出现，由于它含有脂肪分解和乙醛酸循环的整套酶系，因此可以将脂肪分解。并将分解产物乙酰CoA转变为琥珀酸。第七十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五琥珀酸可异生成糖并以蔗糖的形式运至种苗的其它组织供给它们生长所需要的能源和碳源；而当种子萌发终止，贮脂耗尽，叶片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可以由光和CO2获得，乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失。对于一些细菌和藻类，乙醛酸循环使它们能够仅以乙酸盐作为能源和碳源生长。第七十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五植物线粒体内脂肪酸-氧化能力很低。乙醛酸循环将乙酰CoA转变为琥珀酸，再在线粒体中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸，然后进入细胞质，沿糖异生途径转变为糖类物质。第七十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五乙醛酸循环中也有苹果酸中间体，它也可以转运到细胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环的正常进行，苹果酸仍由TCA循环的产物琥珀酸在线粒体中转变而来。在脂肪转变为糖的过程中，乙醛酸循环起着关键的作用，它是连结糖代谢和脂代谢的枢纽。第七十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五

课堂习题在有氧条件下，请计算油酸(18：19)完全氧化分解成二氧化碳和水之后，净生成的ATP个数为多少？（简要注明ATP的来源）第七十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2脂肪的合成代谢脂肪的生物合成包括甘油的生成、脂肪酸的生成以及由甘油与脂肪酸合成脂肪三个步骤。第七十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.1甘油的生物合成甘油是由糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮在细胞质中合成的。与脂肪酸缩合成脂肪的是3-磷酸甘油，而不是游离的甘油。第七十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.2脂肪酸的生物合成生物体内的脂肪酸多种多样，脂肪酸链的长短不一，不饱和键的数目和位置也各不相同。脂肪酸的合成是在细胞质中以乙酰CoA为原料，消耗ATP和NADPH，生成16C的软脂酸，经过加工生成各种脂肪酸。脂肪酸合成过程包括：①饱和脂肪酸的从头合成；②脂肪酸碳链的延长；③不饱和键的形成。第七十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.2.1饱和脂肪酸的从头合成饱和脂肪酸的从头合成过程是在动物胞质溶胶(cytosol)中进行的，对于植物则在叶绿体和前质体中进行。合成过程以乙酰CoA作为碳源，合成不超过16碳的饱和脂肪酸。第七十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第八十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五饱和脂肪酸的从头合成过程可分为：乙酰CoA的穿梭(转运)、乙酰CoA的羧化(丙二酸单酰CoA的形成)和脂肪酸链的合成三个阶段。第八十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑴乙酰CoA的来源和转运乙酰CoA是合成脂肪酸的主要原料，它来自丙酮酸氧化脱羧及氨基酸氧化等过程。这些代谢过程都是在线粒体内进行的，而脂肪酸合成发生在线粒体外。乙酰CoA不能直接穿过线粒体内膜，需要ATP供能，通过“柠檬酸穿梭”方式转移到线粒体外。第八十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五线粒体内的乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸，通过内膜上的三羧酸载体透过内膜进入胞质溶胶中。柠檬酸裂解成乙酰CoA和草酰乙酸，乙酰CoA即可参与脂肪酸的合成，而草酰乙酸必须转变成苹果酸或丙酮酸，再经线粒体内膜上的载体转运入线粒体，再分别以不同的方式重新生成草酰乙酸，从而完成乙酰CoA的一次转运。第八十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第八十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五“柠檬酸穿梭”一次，使1分子乙酸CoA由线粒体进入胞液，同时消耗2分子ATP，还为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要。在植物体中，线粒体内产生的乙酰CoA先脱去CoA以乙酸的形式运出线粒体，在线粒体外由脂酰CoA合成酶催化重新形成乙酰CoA。因此植物体内可能不存在“柠檬酸穿梭”过程。第八十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑵丙二酸单酰CoA的生成在脂肪酸的从头合成过程中，参入脂肪酸链的二碳单位的直接供体是丙二酸单酰CoA(malonyl-CoA)。在乙酰CoA羧化酶(acetyl-CoAcarboxylase)的催化下，消耗ATP，乙酰CoA和HCO3-反应形成丙二酸单酰CoA。第八十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五原核生物中，乙酰CoA羧化酶由3个不同的亚基组成。每个亚基行使着不同的功能，分别称作生物素羧基载体蛋白(blotincarboxyl-carrierprotein，BCCP)、生物素羧化酶和羧基转移酶，其中BCCP上连结有生物素。第八十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五动物及高等植物体内，乙酰CoA羧化酶也是由多个亚基聚合而成的，每个亚基兼具有生物素羧基载体蛋白、生物素羧化酶和羧基转移酶的催化功能，但只有当它们聚合成完整的酶后才有活性。乙酰CoA的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤，故乙酰CoA羧化酶的活性高低控制着脂肪酸合成的速度。第八十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑶脂肪酸合酶系统脂肪酸合酶系统(fattyacidsynthasesystem，FAS)是一个多酶复合体，它包括：①乙酰CoA：ACP转移酶、②丙二酸单酰CoA：ACP转移酶、③-酮脂酰-ACP合酶、④-酮脂酰-ACP还原酶、⑤-羟脂酰-ACP脱水酶、⑥烯脂酰-ACP还原酶等6种酶；此外复合体中还含有脂酰基载体蛋白(acylcarrierprotein，ACP)作为辅助蛋白。第八十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五不同生物体内脂肪酸的合成过程相似，但FAS的组成却不相同。第九十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五在大肠杆菌中，6种酶以ACP为中心，有序地组成松散的多酶复合体。在许多真核生物中，每个单体具有多种酶的催化活性，即一条多肽链上有多个不同催化活性的功能域，如酵母的FAS中含有6条链和6条链(66)，其中链具有-酮脂酰-ACP合酶、-酮脂酰-ACP还原酶及ACP的活性，链具有其余几种酶的活性。第九十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五脊椎动物的FAS为含两个相同亚基的二聚体，每个亚基都是上述6种酶活性及一种硫酯酶(thioesterase)集于一条肽链的多功能蛋白。不过只有当它们聚合成二聚体后才具有活性。植物的脂肪酸从头合成定位于质体中，因此其酶系类似于大肠杆菌。所不同的是植物ACP多酶复合体有不同的同工酶，用于合成不同长度的脂肪酸链。各个酶结合更加松散。第九十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五不同生物体中的ACP十分相似，大肠杆菌中的ACP是一个由77个氨基酸残基组成的热稳定蛋白质，在它的第36位丝氨酸残基的侧链上，连有4-磷酸泛酰巯基乙胺。第九十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五ACP的辅基尤如一个转动的手臂，以其末端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活性中心，从而发生各种反应。第九十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第九十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五除ACP上有一活性巯基外，-酮脂酰-ACP合酶上也有一活性巯基，这是由该酶多肽链上的一个半胱氨酸残基提供的，它是脂肪酸合成过程中脂酰基的另一个载体。第九十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五因此，脂肪酸合酶系统上有两种活性巯基用于运载脂肪酸。把ACP上的称中央巯基，-酮脂酰-ACP合酶上的称外围巯基。第九十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑷脂肪酸链的形成过程脂肪酸链的形成过程是以乙酰CoA为起点，由丙二酸单酰CoA在羧基端逐步添加二碳单位，合成出不超过16碳的脂酰基，最后脂酰基被水解成游离的脂肪酸。第九十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五整个过程都是在脂肪酸合酶系统中进行，由其中的酶和蛋白质协调完成。第九十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五①乙酰基和丙二酸单酰基进位（第一阶段）乙酰基进位：乙酰CoA在转移酶催化下，乙酰基被转移到中央巯基上。乙酰基移位：乙酰基由中央巯基转移到外围巯基上。丙二酸单酰基进位：丙二酸单酰CoA在转移酶催化下，丙二酸单酰基被转移到中央巯基上。第一百页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五②脂肪酸链延伸（第二阶段）缩合：在合成酶催化下外围巯基上的乙酰基与中央巯基上的丙二酸单酰基缩合成-酮丁酰基连接在中央巯基上，同时释放出一分子CO2。第一百零一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五还原：在还原酶催化下，-酮丁酰基位羰基被NADPH还原成羟基，生成-羟脂酰基。第一百零二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五脱水：在脱水酶催化下-羟丁酰基的、碳原子间脱水生成反式2-烯丁酰基。第一百零三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五还原：在还原酶催化下2-烯丁酰基的双键被NADPH还原成单键生成延长了2个碳单位的丁酰基。第一百零四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五生成的丁酰基再与新进位的丙二酸单酰基重复缩合、还原、脱水、再还原的循环反应，又延长两个碳片段，生成己酯酰基，如此反复进行，直到生成软脂酰基为止。第一百零五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第一百零六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五③脂酰基水解（第三阶段）当中央巯基上的脂酰基延长到一定程度(不超过16碳)后，在硫酯酶的作用下，ACP上的脂酰基或被转移到CoA上，或形成游离脂肪酸，或者直接用于合成磷脂酸。第一百零七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五由脂肪酸合酶系统形成1分子软脂酸需要消耗8分子乙酰CoA、7分子ATP和14分子NADPH。NADPH主要来源于葡萄糖分解的磷酸戊糖途径。此外，苹果酸氧化脱羧也可产生少量NADPH。第一百零八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑸脂肪酸从头合成与-氧化的比较脂肪酸的-氧化和从头合成过程不是简单的逆转关系。它们反应的组织，细胞定位，转移载体，酰基载体，限速酶，激活剂，抑制剂，供氢体和受氢体以及反应底物与产物均不相同。第一百零九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第一百一十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.2.2脂肪酸碳链的延长脂肪酸碳链的延长是以脂酰CoA作为起点，通过与从头合成相似的步骤，即缩合-还原-脱水-再还原，逐步在羧基端增加二碳单位。第一百一十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五延长过程发生在内质网以及动物的线粒体和植物的叶绿体或前质体中。不同的部位延长的具体方式都不相同。第一百一十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五在动物体中，发生在线粒体的延长过程相当于脂肪酸-氧化过程的逆转，只是第二次还原反应由烯脂酰CoA还原酶而不是脱氢酶催化，辅酶是NADPH而不是FADH2。在内质网，脂肪酸链延长是以丙二酰CoA为二碳单位的供体，由NADPH供氢，经缩合脱羧、还原等过程延长碳链，与胞液中脂肪酸合成过程基本相同。但催化反应的酶体系不同，脂肪酰基载体不是ACP而是CoA。第一百一十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五植物的脂肪酸延长系统有两个，叶绿体或前质体中的只负责将软脂酸转变为硬脂酸(18：0)，这一过程类似于从头合成途径；碳链的进一步延长则由内质网上的延长系统完成。第一百一十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.2.3脂肪酸碳链的去饱和在生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸，如棕榈油酸(16：l

9)、油酸(18：l9)、亚油酸(18：29,12)、亚麻酸(18：39,12,15)等，它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。去饱和作用主要有存在于真核生物中的需氧途径和存在于厌氧微生物中的厌氧途径。第一百一十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五①需氧途径需氧途径由去饱和酶系催化，需O2和NADPH的共同参与。去饱和酶系由去饱和酶(desaturase)及一系列的电子传递体组成。第一百一十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五一分子氧接受来自去饱和酶的2对电子而生成2分子水，其中一对电子是通过电子传递体从NADPH获得，另一对则是从脂酰基获得，结果NADPH被氧化成NADP，脂酰基被氧化形成双键。第一百一十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五动物的去饱和酶系结合在内质网膜上，以脂酰CoA为底物；而植物的在质体中，以脂酰-ACP为底物。此外，两者的电子传递体的组成也略有差别，动物体内的细胞色素b5在植物体内为铁硫蛋白。第一百一十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五去饱和作用首先发生在饱和脂肪酸的9、10碳原子上生成单不饱和脂肪酸(如棕榈油酸、油酸)。动物从该双键向脂肪酸的-COOH端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸；植物则从该双键向脂肪酸的甲基端继续去饱和生成如亚油酸、亚麻酸等多烯脂肪酸。第一百一十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第一百二十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五植物的继续去饱和并不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和，也是一个需氧的过程。由于动物不能合成亚油酸和亚麻酸，但它们对维持其生长十分重要，必须从食物中获得，这些脂肪酸对人类和哺乳动物是必需脂肪酸。但动物能通过去饱和作用和延长脂肪酸碳链的过程将它们转变为二十碳四烯酸。第一百二十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五②厌氧途径厌氧途径是厌氧微生物合成单不饱和脂肪酸的方式，它发生在脂肪酸从头合成的过程中。当FAS系统从头合成到10个碳的羟脂酰-ACP(-羟癸酰-ACP)时，由专一性的-羟癸酰-ACP脱水酶催化在、位之间脱水，生成、-烯癸酰-ACP，然后继续参入二碳单位，进行从头合成反应过程。这样，就可产生不同长短的单不饱和脂肪酸。厌氧途径只能生成单不饱和脂肪酸，因此厌氧微生物中不存在多不饱和脂肪酸。第一百二十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.3三酰甘油的生物合成三酰甘油是由3-磷酸甘油逐步与三分子脂酰CoA缩合生成的。在磷酸甘油脂酰转移酶催化下，3-磷酸甘油与2分子脂酰CoA缩合形成磷脂酸。在磷酸酶催化下，磷脂酸脱去磷酸生成二酰甘油。在二酰甘油脂酰转移酶催化下，二酰甘油与1分子脂酰CoA缩合形成三酰甘油。第一百二十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第一百二十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.4脂肪代谢的调节脂肪代谢调节于人类健康密切相关，许多疾病如心血管疾病、高血脂和肥胖等都与脂肪代谢的失调有关。油料作物的出油量也与脂肪代谢的调节有关。脂肪代谢中最重要的部分是脂肪酸的代谢。第一百二十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.4.1脂肪酸分解的调节脂肪酸最主要的分解代谢途径是-氧化，其限速步骤是活化的脂酰CoA从线粒体外转运至线粒体内。在参与转运的酶及蛋白质中，关键酶是肉毒碱脂酰转移酶I，脂肪酸合成途径的第一个中间产物丙二酸单酰CoA是酶I的抑制剂。当细胞中能荷较高时，丙二酸单酰CoA含量丰富，使肉毒碱脂酰转移酶I活性降低，脂酰CoA不能穿膜进入线粒体，因而无法氧化放能。第一百二十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五当细胞处于高能荷状态时，参与-氧化作用的-羟脂酰CoA脱氢酶被NADH抑制，硫解酶被乙酰CoA抑制。这些调节方式可以保证细胞在高能荷状态时，抑制脂肪酸的氧化分解放能，而走脂质合成的途径。第一百二十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.2.4.2脂肪酸合成的调节乙酰CoA羧化酶为变构酶，是脂肪酸合成的限速酶。在动物体内，乙酰CoA羧化酶由平均约20个单体聚集而成，每个单体兼具生物素羧基载体蛋白、生物素羧化酶和羧基转移酶的功能，但它们只有在聚集状态才具有活性。柠檬酸能促进无活性的单体聚集成有活性的全酶，从而加速脂肪酸的合成；而软脂酰CoA则相反，它促使聚集物的解体，因而抑制脂肪酸的合成。第一百二十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五当细胞处于高能荷状态时，线粒体中乙酰CoA和ATP含量丰富，可抑制TCA中异柠檬酸脱氢酶的活性，使柠檬酸浓度升高，进入胞质溶胶的柠檬酸可促进乙酰CoA的羧化，同时柠檬酸可裂解成乙酰CoA而参入乙酰CoA的穿梭过程。这些都加速了脂肪酸的合成。第一百二十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五当细胞含有过量的脂肪酸时，软脂酰CoA不但抑制了乙酰CoA羧化酶的活性，而且还抑制柠檬酸从线粒体基质到胞质溶胶的转移、抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生脂肪酸合成所需的还原剂NADPH以及抑制柠檬酸合酶产生柠檬酸从而导致脂肪酸合成的抑制。因此，当生物体内糖含量高而脂肪酸含量低时，脂肪酸的合成最为有利。第一百三十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.3类脂的代谢8.3.1磷脂的降解与生物合成8.3.1.1磷脂的降解甘油磷脂的降解和甘油三酯相同，先经水解生成甘油、脂肪酸、磷酸及氨基醇，然后水解产物各自按不同的途径进一步分解或转化。以卵磷脂为例介绍水解的过程。卵磷脂中有四个酯键，需要经过多步水解反应：第一百三十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五①磷脂酶(phospholipase)催化第一步水解反应已发现的磷脂酶有磷脂酶A1、磷脂酶A2、磷脂酶C和磷脂酶D等四种，它们对磷脂水解的部位不同，产物也不同。第一百三十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五(联考2012、五、27、1分)下列脂类化合物中含有胆碱基的是A磷脂酸

B卵磷脂

C丝氨酸磷脂

D脑磷脂

参考答案：B第一百三十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五第一百三十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五磷脂酶A1，广泛分布于动物细胞内；磷脂酶A2存在于蛇毒、蝎毒和蜂毒中；磷脂酶C存在于动物脑、蛇毒和细菌毒素中；磷脂酶D主要存在于高等植物中。第一百三十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五②由磷脂酶A1或磷脂酶A2水解甘油磷脂生成溶血磷脂溶血磷脂是一类具有较强表面活性的物质，能使红细胞膜和其他细胞膜破坏，引起溶血或细胞坏死。溶血磷脂在溶血磷脂酶(lysophospholipase)作用下，再水解掉一个脂肪酸，生成不具有溶血性的3-甘油磷酸胆碱。第一百三十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五③由以上水解酶催化生成的3-甘油磷酸胆碱、磷脂酸、二酰甘油等物质，在磷酸酯酶(phosphoesterase)、脂肪酶等的作用下进一步水解，最终生成脂肪酸、甘油、磷酸及胆碱。鞘磷脂的降解也需先经历水解过程，再将水解产物分解或转化。第一百三十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.3.1.2磷脂的生物合成⑴甘油磷脂的生物合成甘油磷脂的合成首先是由磷酸甘油与两分子脂肪酸缩合成磷脂酸，这与三酰甘油的合成相似；然后以此为前体加上各种基团而形成磷脂。第一百三十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五(联考2013、五、31、1分)下列核苷酸中，直接参与甘油磷脂合成的是A.IMPB.CTPC.GTPD.UTP参考答案：B第一百三十九页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五生物体中以磷脂酸为前体合成甘油磷脂的途径有两条，以合成磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)为例，两条途径中基团的转移均需要CDP作为载体。第一百四十页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五途径1(左)先形成CDP-二酰甘油，然后将二酰甘油转移给丝氨酸。第一百四十一页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五途径2(右)是先形成CDP-乙醇胺，然后将乙醇胺转移给二酰甘油。第一百四十二页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五并不是所有的生物都可以利用这两条途径，途径1较为普遍，条途2径只有在高等动植物，尤其在哺乳动物中合成磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱三种甘油磷脂时可以被利用。第一百四十三页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五⑵鞘磷脂的生物合成鞘磷脂与甘油磷脂在结构上的不同之处在于由鞘氨醇代替了甘油，它是与1分子脂肪酸、磷酸和胆碱结合而形成的。第一百四十四页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五鞘磷脂的合成分为3个阶段：①鞘氨醇的合成：由软脂酰CoA与丝氨酸经一系列酶促反应形成。第一百四十五页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五②神经酰胺的形成：由鞘氨醇的氨基与脂酰CoA的脂酰基连结形成。第一百四十六页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五③鞘磷脂的合成：由神经酰胺接受CDP-胆碱上的磷酸胆碱形成。第一百四十七页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.3.2糖脂的降解与生物合成8.3.2.1糖脂的降解糖苷酶可将糖脂上的糖基水解下来，其他的成分在各种脂酶的作用下可水解成甘油或鞘氨醇、脂肪酸等。例如，当植物叶细胞受到破坏时，单半乳糖二脂酰甘油(MGDG)和双半乳糖二脂酰甘油(DGDG)可在半乳糖脂酶(galactolipase)、-半乳糖苷酶等酶的催化下，迅速水解成甘油、脂肪酸和半乳糖。第一百四十八页，共一百六十四页，编辑于2023年，星期五8.3.2.2糖脂的生物合成⑴甘油糖脂的生物合成植物体内甘油糖脂主要有单半乳糖二脂酰甘油和双半乳糖二脂酰甘油，它们是叶绿体膜中的主要脂类，它们的合成是在叶绿体被膜上进行