微生物学脂类代谢

关于微生物学脂类代谢11.定义：脂类(lipid)是一类不溶于水而易溶于有机溶剂，并能为机体所利用的有机化合物。包括脂肪(fat)和类脂(lipoid)。三脂酰甘油(triacylglycerols,TAG)也称为甘油三酯(triglyceride,TG)胆固醇(cholesterol,CHOL)胆固醇酯(cholesterolester,CE)磷脂(phospholipid,PL)鞘脂(sphingolipids)2第一节、脂类概述第2页,共79页，2024年2月25日，星期天（脂酸与醇结合成脂）2.脂类物质的基本组成甘油三酯(triacylglycerols,TAG)（triglyceride,TG

）FAFAFA

甘油脂酸与甘油结合：甘油三脂、甘油磷脂3第3页,共79页，2024年2月25日，星期天甘油磷脂(phosphoglycerides)FAFAPiX

甘油X=胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等甘油磷脂4第4页,共79页，2024年2月25日，星期天脂酸与鞘氨醇结合：基本结构FASphingosine

鞘磷脂(Sphingomyelin)PiX鞘糖脂（Glycosphingolipids）FAFAsugarSphingosine

Sphingosine

X5第5页,共79页，2024年2月25日，星期天胆固醇酯FA胆固醇脂酸与胆固醇结合FA6第6页,共79页，2024年2月25日，星期天胆固醇及其脂

Cholesterol,CHOL CholesterolEster,CE磷脂Phospholipids,PL鞘脂Sphingolipids脂类脂肪95%:类脂5%Triacylglycerols(TAG)orTriglyceride(TG)7第7页,共79页，2024年2月25日，星期天8常见的不饱和脂肪酸习惯名系统名碳原子及双键数双键位置族分布△系n系软油酸十六碳一烯酸16：197ω-7广泛油酸十八碳一烯酸18：199ω-9广泛亚油酸十八碳二烯酸18：29,126,9ω-6植物油α-亚麻酸十八碳三烯酸18：39,12,153,6,9ω-3植物油γ-亚麻酸十八碳三烯酸18：36,9,126,9,12ω-6植物油花生四烯酸廿碳四烯酸20：45,8,11,146,9,12,15ω-6植物油timnodonic廿碳五烯酸（EPA）20：55,8,11,14,173,6,9,12,15ω-3鱼油clupanodonic廿二碳五烯酸（DPA）22：57,10,13,16,193,6,9,12,15ω-3鱼油，脑cervonic廿二碳六烯酸（DHA）22：64,7,10,13,16,193,6,9,12,15,18ω-3鱼油8第8页,共79页，2024年2月25日，星期天3.脂类的分布与功能

分类含量

分布

生理功能脂肪甘油三酯95﹪动物组织1.储能和供能；2.作为生物体对外界环境的屏障，

防止热量的散失；3.提供必需脂酸。类脂糖酯、胆固醇及其酯、磷脂5﹪生物膜1.维持生物膜的结构和功能；2.作为第二信使参与代谢调节(甘油二酯和三磷酸肌醇)；3.转变成重要活性物质，胆固醇可转变成类固醇激素、维生素等；4.促进脂溶性维生素的吸收。9第9页,共79页，2024年2月25日，星期天10细胞膜中的脂类第10页,共79页，2024年2月25日，星期天甘油三酯的代谢MetabolismofTriglyceride第二节11第11页,共79页，2024年2月25日，星期天2.1甘油三酯的分解代谢甘油的氧化脂酸的β氧化脂酸的其他氧化方式酮体的生成和利用2.2甘油三酯的合成代谢2.3多不饱和脂酸的重要衍生物本节主要内容12第12页,共79页，2024年2月25日，星期天2.1、甘油三酯的分解代谢

脂类甘油游离脂肪酸β氧化乙酰CoATAC磷酸二羟丙酮糖异生或有氧氧化13第13页,共79页，2024年2月25日，星期天14第14页,共79页，2024年2月25日，星期天1515CH2OHCHOHCH2OH丙三醇一酰基甘油第15页,共79页，2024年2月25日，星期天（二）甘油经糖代谢途径代谢CH2-OHCH2-O-CH-OHPiα-磷酸甘油CH2OHCH2-O-C=OPi磷酸二羟丙酮甘油激酶

ADPATP

CH2-OHCH2-OHCH-OH甘油α-磷酸甘油脱氢酶NAD+

NADH+H+

糖异生糖原或者葡萄糖氧化分解CO2+H2O+ATP16

糖代谢与脂代谢通过磷酸二羟丙酮联系起来。第16页,共79页，2024年2月25日，星期天（三）脂肪酸经β-氧化分解供能17饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，碳链在α位C原子与β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，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为β-氧化.CH3-(CH2)n-

CH2-

CH2-COOH

动物β-氧化在线粒体基质中进行植物β-氧化在过氧化物酶体和乙醛酸循环体进行第17页,共79页，2024年2月25日，星期天1.脂酸的活化形式为脂酰CoA（胞液）脂酰CoA合成酶ATPAMPPPi脂酰CoA合成酶存在于内质网及线粒体外膜上。脂肪酸分解过程中唯一耗能，消耗2个高能PPi，反应不可逆+CoA-SH脂肪酸氧化反应过程第一阶段：脂肪酸的活化第二阶段：脂酰CoA进入线粒体第三阶段：脂酰CoA

的β-氧化第四阶段：乙酰CoA的彻底氧化第18页,共79页，2024年2月25日，星期天2.脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体，是脂酸β-氧化的主要限速步骤

肉碱脂酰转移酶Ⅰ（carnitineacyltransferaseⅠ）是脂酸β-氧化的限速酶。193.脂酸的β-氧化的最终产物主要是乙酰CoA第19页,共79页，2024年2月25日，星期天脂酸的β-氧化过程：脱氢加水再脱氢硫解脂酰CoAL-β-羟脂酰CoAβ-酮脂酰CoA脂酰CoA+乙酰CoA

脂酰CoA

脱氢酶反Δ2-烯酰CoAL-β-羟脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+Δ2--烯脂酰CoA

水化酶H2OFADFADH2β酮脂酰CoA

硫解酶CoA-SH20第20页,共79页，2024年2月25日，星期天

-氧化过程：①脱氢

HRC

CC～SCoAHHαHFADFADH2

脂酰CoA脱氢酶脂酰CoAΔ2

-烯脂酰CoAO呼吸链1.5ATP21第21页,共79页，2024年2月25日，星期天H2OHOH②加水

RC

CC～SCoAHαHHOH

L-β-羟脂酰CoAH2O水化酶Δ2

-烯脂酰CoAO22第22页,共79页，2024年2月25日，星期天③再脱氢

RC

CC～SCoAHαHOHHOL-β-羟脂酰CoA脱氢酶β-酮脂酰CoAL-β-羟脂酰CoANAD+NADH+H+呼吸链2.5ATP23第23页,共79页，2024年2月25日，星期天④硫解

ORCαHHOCC～SCoASCoAHHSCoASCoAH~β-酮脂酰CoA

乙酰CoA辅酶A硫解酶脂酰CoA++少2个碳原子24第24页,共79页，2024年2月25日，星期天

-氧化循环的反应过程①脱氢脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CH2-CH2-CO~SCoAFAD

FADH2R-CH2-CH=CH-CO~SCoA④硫解硫解酶

-2CCH3-CO~SCoAHSCoA②水化水化酶

H2OR-CH2-CH(OH)-CH2-CO~SCoA③再脱氢L-β-羟脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CO-CH2-CO~SCoANADH+H+

NAD+第25页,共79页，2024年2月25日，星期天26第26页,共79页，2024年2月25日，星期天活化：消耗2个高能磷酸键β-氧化：

每轮循环

四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解产物：1分子乙酰CoA1分子少两个碳原子的脂酰CoA1分子NADH+H+1分子FADH24.脂酸氧化是体内能量重要来源——

以16碳软脂酸的氧化为例27第27页,共79页，2024年2月25日，星期天2816C的脂肪酸

氧化的生化历程

乙酰CoAFADFADH2

NAD+NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA脱氢酶脂酰CoA

β-烯脂酰CoA水化酶

β-羟脂酰CoA脱氢酶

β-酮酯酰CoA硫解酶RCHOHCH2CO~ScoARCOCH2CO-SCoARCH=CH-CO-SCoA+CH3CO~SCoAR-CO~ScoAH2OCoASHTCAATPH20呼吸链H20呼吸链

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA经过7次循环，产生7个NADH，7个FADH2，8分子乙酰COA。第28页,共79页，2024年2月25日，星期天29净生成：108–2=106ATP7次β-氧化8乙酰CoACH3(CH2)14COOH7

NADH7FADH210ATP2.5ATP1.5ATP80ATP17.5ATP10.5ATP108ATP

能量计算（以16碳饱和软脂酸的氧化为例）活化：消耗2个高能磷酸键410-2第29页,共79页，2024年2月25日，星期天30进入TCA循环，彻底氧化分解，生成CO2+H2O,放出能量。作为脂肪酸、固醇合成的原料。某些植物、微生物中，可在乙醛酸体内进行乙醛酸循环。4.产物乙酰-CoA的去向第30页,共79页，2024年2月25日，星期天1.不饱和脂酸的氧化不饱和脂酸β氧化顺Δ3-烯酰CoA顺Δ

2-烯酰CoA反Δ2-烯酰CoAΔ3顺-Δ2反烯酰CoA

异构酶β氧化L(+)-β羟脂酰CoAD(-)-β羟脂酰CoAD(-)-β羟脂酰CoA

表构酶H2O（三）脂酸的其他氧化方式31第31页,共79页，2024年2月25日，星期天亚油酰CoA（Δ9顺，Δ12顺）3次β氧化十二碳二烯脂酰CoA（Δ3顺，Δ6顺）十二碳二烯脂酰CoA（Δ

2反，Δ

6顺）Δ3顺,Δ2反-烯脂酰

CoA异构酶2次β氧化32第32页,共79页，2024年2月25日，星期天八碳烯脂酰CoA（Δ

2顺）D(+)-β-羟八碳脂酰CoAL(-)-β-羟八碳脂酰CoA4乙酰CoA4次β氧化β-羟脂酰CoA

表构酶烯脂酰CoA

水化酶12CH3cOHOSCoA333第33页,共79页，2024年2月25日，星期天2.奇数碳原子脂酸的氧化——丙酰CoA

IleMetThrVal奇数碳脂酸胆固醇侧链CH3CH2CO~CoA

羧化酶（ATP、生物素）CO2D-甲基丙二酰CoAL-甲基丙二酰CoA消旋酶变位酶5

-脱氧腺苷钴胺素琥珀酰CoATAC34第34页,共79页，2024年2月25日，星期天3535CH3(CH2)nCOO-HOCH2(CH2)nCOO--OOC(CH2)nCOO-3、α-氧化和ω-氧化RCH2COOHRCH(OH)COOHRCOCOOHRCOOH+CO2第35页,共79页，2024年2月25日，星期天36二、甘油三酯的合成代谢第36页,共79页，2024年2月25日，星期天37

①乙酰CoA羧化酶(acetylCoAcarboxylase)是脂肪酸合成的限速酶，存在于胞液中，其辅基是生物素，Mn2+是其激活剂。催化丙二酰CoA的合成。②脂肪酸合酶复合体，该酶是由两个亚基组成的二聚体，每个亚基都含有多个功能结构域和一个酰基载体蛋白(acylcarrierprotein，ACP)。脂肪酸合成的各步反应均在ACP辅基上进行。

(1)

脂肪酸合成酶系37（一）饱和脂肪酸的从头合成（二）脂肪酸碳链的延长（三）脂肪酸链中不饱和键的形成（四）脂肪酸合成的调节一)脂肪酸的合成第37页,共79页，2024年2月25日，星期天（一）饱和脂肪酸的从头合成1.合成部位：胞液中。(2)NADPH的来源

主要来源是磷酸戊糖途径，胞液中异柠檬酸脱氢酶及苹果酸酶催化的反应亦可提供。乙酰CoA、ATP、NADPH2.

合成原料(1)乙酰CoA的主要来源乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过柠檬酸-丙酮酸循环(citratepyruvatecycle)出线粒体。乙酰CoA

氨基酸

Glu（主要）

38第38页,共79页，2024年2月25日，星期天乙酰CoA

HSCoA

草酰乙酸

H2O柠檬酸合酶

线粒体膜胞液

线粒体基质

丙酮酸

丙酮酸

苹果酸草酰乙酸

柠檬酸柠檬酸

NADPH+H+

NADP+苹果酸酶

HSCoA

乙酰CoA

ATPADPPPi柠檬酸裂解酶

苹果酸CO2CO2柠檬酸-丙酮酸循环苹果酸脱氢酶

391.

乙酰CoA的形成第39页,共79页，2024年2月25日，星期天402.

丙二酸单酰CoA的形成乙酰CoA是合成的碳源，丙二酸单酰CoA是合成的直接原料。一分子软脂酸合成时，8个2C单位中，1个为乙酰CoA，其它7个以丙二酸单酰CoA直接参与合成。CH3-C～SCOA+HCO3-+H++ATP=OHOOC-CH2-C～SCOAO=+ADP+Pi乙酰CoA羧化酶第40页,共79页，2024年2月25日，星期天41BCCP第41页,共79页，2024年2月25日，星期天3.脂肪酸链的形成①②③④⑤⑥中央巯基SH外围巯基SH⑥①②③④⑤ACP①乙酰CoA-ACP转移酶②丙二酸单酰CoA-ACP转移酶③β-酮脂酰-ACP合酶④β-酮脂酰-ACP还原酶

⑤β-羟脂酰-ACP脱水酶⑥烯脂酰-ACP还原酶

脂酰基载体蛋白（ACP-SH）⑴脂肪酸合酶系统（大肠杆菌）4-磷酸泛酰巯基乙胺作用：如同一长的“转动臂”，带动脂肪合成的中间产物逐步转至六个酶的活性中心并发生相应反应。第42页,共79页，2024年2月25日，星期天43原核生物的脂肪酸合成酶系HS-ACP

-酮脂肪酰合酶-SH

-酮脂肪酰还原酶,-烯脂肪酰水化酶,-烯脂肪酰还原酶丙二酰单酰转移酶长链脂肪酰硫解酶脂肪酰转移酶E3E4E5E6E2E1E7边缘巯基中心巯基第43页,共79页，2024年2月25日，星期天44ACP-SHCH3-C～S-合酶-酮脂酰-ACP合酶③

乙酰基转移反应CH3-C～SCOA=OCH3-C～SACP=O=O

丙二酸单酰基转移反应COA-SHACP-SH乙酰CoA-ACP酰基转移酶①HOOC-CH2-C～SCOA+ACP-SHHOOC-CH2-C～SACP+COA-SHO=丙二酸单酰CoA-ACP转移酶②O=（2）脂肪酸链的形成过程

OCH3C-S||SH

OCH3C-S||SHCH3CO-SHOOCCH2CO-S第44页,共79页，2024年2月25日，星期天45缩合反应CH3-C～S-合酶+=O

HOOC-CH2-C～SACPO=β-酮脂酰-ACP合酶③CH3-C-CH2-C～SACPO=O=+合酶-SH+CO2还原反应CH3-C-CH2-C～SACPO=O=+NADPH++

H+

β-酮脂酰-ACP还原酶④CH3-CH-CH2-C～SACPO-OH=+NADP+

β-羟丁酰-ACPCH3COCH2CO-SSHCH3CHCH2CO-SSHOH第45页,共79页，2024年2月25日，星期天46脱水反应CH3-CH-CH2-C～SACPOOH==OCH3–CH=CH–C～SACPβ-羟脂酰-ACP脱水酶⑤+H2O再还原反应β-烯脂酰-ACP还原酶⑥

CH3-CH2-CH-C～SACPO=+NADP+丁酰-ACP+NADPH+H+β-烯脂酰-ACPβ-烯脂酰-ACPCH3CH=CHCO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH=OCH3–CH=CH–C～SACP第46页,共79页，2024年2月25日，星期天47软脂酰-ACP硫酯酶水解释放H2OACP+软脂酸丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，合成脂酰-ACP。缩合反应中，β-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及以下饱和脂酰-ACP。CH3CH2CH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SHOOCCH2CO-SSHSH丙二酸单酰CoA-ACP转移酶-酮脂酰-ACP合酶第47页,共79页，2024年2月25日，星期天48软脂酸合成的反应流程CH3CO-SHOOCCH2CO-SCH3CHCH2CO-SSHOHSHSHCH3CH=CHCO-SSHSHSH

OCH3C-S||SHNADP+NADPH⑥HSCoA乙酰S~CoA

①丙二酸单酰-SCoACoASH②NADP+NADPH④H2O⑤③CO2软脂酸H2O进位链的延伸水解

OCH3C-S||SHCH3COCH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH①乙酰CoA-ACP转移酶②丙二酸单酰CoA-ACP转移酶③β-酮脂酰-ACP合酶④β-酮脂酰-ACP还原酶

⑤β-羟脂酰-ACP脱水酶⑥烯脂酰-ACP还原酶

第48页,共79页，2024年2月25日，星期天(2)软脂酸合成过程β-酮丁酰ACPβ-羟丁酰ACPβ-烯丁酰ACP丁酰ACP软脂酰ACP软脂酸乙酰CoA丙二酰CoA乙酰ACP丙二酰ACP乙酰CoA羧化酶CO2ATPADP合酶复合体HSCoA转酰酶合酶复合体HSCoA转酰酶ACP+CO2NADP+NADPH+H+H2ONADP+NADPH+H+H2OACPβ-酮脂酰合成酶β-酮脂酰还原酶β-羟脂酰水化酶β-烯脂酰还原酶硫酯酶再经6轮循环

1×CH3COSCoA

7×HOOCCH2COSCoA

14×NADPH+H+1×CH3(CH2)14COOH

7×CO2

6×H2O

8×HSCoA

14×NADP+总反应脱羧缩合加氢脱水再加氢49第49页,共79页，2024年2月25日，星期天二)α-磷酸甘油的来源(1)α-磷酸甘油主要由糖类代谢提供甘油激酶ATPADP

CH2-OHCH2-O-CH-OHPiα-磷酸甘油CH2-OHCH2-OHCH-OH游离甘油(2)游离甘油在甘油激酶作用下合成α-磷酸甘油。磷酸二羟丙酮α–磷酸甘油脱氢酶NAD+NADH+Hα-磷酸甘油50第50页,共79页，2024年2月25日，星期天(1)甘油一酯途径

脂肪酸脂酰CoA脂酰CoA合成酶

ATPAMPPPi

OH

RCH2CH2CO+HSCoARCH2CH2CO～SCoA脂酰CoA

转移酶R2COCoA

R3COCoAHSCoA

脂酰CoA

转移酶甘油一酯甘油二酯甘油三酯CH2OCH2-OHCH-OH-C-R1OCH2OCH2-OHCHO-C-R1O-C-R2OCH2OCH2OCHO-C-R1O-C-R2O-C-R3O

HSCoA

三)甘油三酯的合成过程51第51页,共79页，2024年2月25日，星期天(2)甘油二酯途径CH2-OHCH2-O-CH-OHPi3-磷酸甘油CH2OCH2-O-CH-OHPi1-脂酰-3-磷酸甘油-C-R1O脂酰CoA

转移酶

HSCoA

R2COCoA

脂酰CoA

转移酶HSCoAR1COCoA

CH2OCH2-O-CHOPi磷脂酸-C-R1O-C-R2O磷脂酸磷酸酶PiCH2OCH2-OHCHO-C-R1O-C-R2O甘油二酯

脂酰CoA

转移酶甘油三酯CH2OCH2OCHO-C-R2O-C-R1O-C-R3OR3COCoAHSCoA

52第52页,共79页，2024年2月25日，星期天第三节

磷脂的代谢

MetabolismofPhospholipid53第53页,共79页，2024年2月25日，星期天定义：含磷酸的脂类称磷酯。分类、结构甘油磷脂(phosphoglycerides)——由甘油构成的磷酯（体内含量最多的磷脂）FAFAPiX

甘油鞘磷脂

(sphingolipids)——由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成的磷脂FAPiX鞘氨醇54第54页,共79页，2024年2月25日，星期天相同的组成成份(分子数)不同或不尽相同的组成成份磷酸脂酸醇类其他成分甘油磷脂12甘油胆碱、乙醇胺、丝氨酸、肌醇等鞘磷脂11鞘氨醇胆碱甘油磷脂与鞘磷脂的分子组成55第55页,共79页，2024年2月25日，星期天（一）甘油磷脂组成：甘油、脂酸、磷脂、含氮化合物。结构：功能：含一个极性头、两条疏水尾，构成生物膜的磷脂双分子层。1.R1为饱和脂酸2.R2通常为多不饱和脂肪酸（如花生四烯酸）3.X=胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等

56第56页,共79页，2024年2月25日，星期天几类重要的甘油磷脂含量最多57第57页,共79页，2024年2月25日，星期天(cephalin)(lecithin)磷脂酰肌醇

(phosphatidylinositol)磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)58第58页,共79页，2024年2月25日，星期天(二)鞘磷酯（由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成）鞘氨醇的氨基通过酰胺键与1分子长链脂酸相连形成神经酰胺(ceramide)，为鞘脂的母体结构。59第59页,共79页，2024年2月25日，星期天鞘脂(sphingolipids)含鞘氨醇(sphingosine)或二氢鞘氨醇的脂类。60第60页,共79页，2024年2月25日，星期天X＝磷脂胆碱、磷脂乙醇胺、单糖或寡糖按取代基X的不同，鞘脂分为：鞘糖酯、鞘磷脂61第61页,共79页，2024年2月25日，星期天神经鞘磷脂是神经髓鞘的组分，保证神经冲动定向传导。二、磷脂在体内具有重要的生理功能磷脂是构成生物膜的重要成分卵磷脂存在于细胞膜中心磷脂是线粒体膜的主要脂质磷脂酰肌醇是第二信使的前体鞘糖脂为生物膜的组成成分，参与细胞的识别与信息传递62第62页,共79页，2024年2月25日，星期天合成部位合成原料及辅因子三、甘油磷脂的代谢（一）甘油磷脂的合成细胞中的内质网。脂酸、甘油—糖代谢；磷酸盐、胆碱、乙醇胺—丝氨酸；ATP、CTP—供能。63第63页,共79页，2024年2月25日，星期天64第64页,共79页，2024年2月25日，星期天65第65页,共79页，2024年2月25日，星期天3.合成基本过程（1）甘油二酯合成途径66第66页,共79页，2024年2月25日，星期天（2）CDP-甘油二酯合成途径

67第67页,共79页，2024年2月25日，星期天1.鞘脂(sphingolipids)(一)鞘脂化学组成及结构

2.鞘脂的结构通式m多为12；n多在12～22之间。CH3(CH2)m-CH=CH-CHOHCHNHCO(CH2)nCH3CH2－O－X脂肪酸取代基鞘氨醇X－－磷脂胆碱、磷脂乙醇胺单糖或寡糖鞘脂按取代基X的不同可分为：鞘糖脂、鞘磷脂。四、鞘磷酯的代谢68第68页,共79页，2024年2月25