生物化学第28章脂肪酸的分解代谢.ppt

1、第28章脂肪酸分解代谢，1。脂质消化、吸收和转移。脂肪酸氧化3。不饱和脂肪酸氧化4。酮体5。磷脂代谢。鞘脂代谢7。甾醇代谢。脂肪酸代谢调节，脂质定义。脂类，也称为类脂或类脂，是一种水溶性低但高的物质。对于大多数类脂来说，它们的化学本质是由脂肪酸和醇及其衍生物形成的酯。参与脂质组成的大多数脂肪酸是具有多于4个碳原子的长链单羧酸，并且醇的组分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和甾醇。1.简单脂质简单脂质是由脂肪酸和醇形成的酯，包括甘油三酯和蜡，而蜡是由长链脂肪酸和长链醇或甾醇形成的酯。2.复合脂质复合脂质包括磷脂和糖脂。3.衍生的脂质脂肪酸、高级醇、脂肪醛、脂肪胺和碳氢化合物；甾醇、胆酸、强心苷、性激素

2、、肾上腺皮质激素、萜烯等，一些天然存在的脂肪酸，高等生物对脂肪的需求，脊椎动物从食物中获取脂肪，动员脂肪组织中储存的脂肪，并将食物中过量的碳水化合物转化为肝脏中的脂肪并将其转运到其他组织。对某些器官来说，三酰甘油提供了一半以上的能量需求，尤其是在肝脏、心脏和静止骨骼肌中。在冬眠动物和候鸟中，储存的脂肪实际上是唯一的能量来源。维管植物在种子发芽时动员储存的脂肪，但在其他时候不依靠脂肪提供能量。1.脂类的消化、吸收和传递。甘油三酯约占人类膳食脂肪的90%，是代谢能量的主要储存形式。脂肪可以被完全氧化成二氧化碳和H2O。与葡萄糖相比，脂肪分子中的大多数碳原子处于较低的氧化状态，因此脂肪氧化代谢产生的

3、能量比同等重量的糖和蛋白质高2倍以上。甘油三酯的结构，1软脂肪酸2，3二酰基甘油当三种脂肪酸都是相同的脂肪酸时，称为简单甘油三酯，当三种脂肪酸中至少有一种不同时，称为混合甘油三酯。各种脂肪酸的名称和结构如P 83表2-2所示，甘油三酯(甘油三酯)，脂肪酸结构与熔点的关系，棕榈酸，不饱和脂肪酸的顺反结构，棕榈酸，硬脂酸，亚油酸-亚麻酸花生四烯酸，食物成分中所含的能量，H=U PV H=U PV=Qp(恒压反应热)，脂肪乳化，为了快速消化，必须尽可能增加脂质-水界面的面积。人体摄入的脂肪在肝脏分泌的胆盐和磷脂酰胆碱的作用下，通过小肠蠕动被乳化，大大增加了脂质水的界面面积，促进了脂肪的消化和吸收。胆

4、汁酸、胆酸、甘氨胆酸、牛磺胆酸和用于消化脂肪的酶的结构包括由胃分泌的胃脂肪酶和由胰腺分泌的胰脂肪酶，它们可以水解甘油三酯的脂肪酸。胰脂肪酶和一种叫做共脂肪酶的小蛋白质一起存在于脂质-水界面。胰脂肪酶催化1和3位的脂肪酸水解产生2-单酰基甘油。酯酶也存在于胰液中，对单酰基甘油、胆固醇酯和维生素A酯的水解进行催化。此外，胰腺还分泌磷脂酶，对磷脂的两个酰基水解进行催化。脂肪消化和吸收，脂肪消化的产物脂肪酸和2-单酰基甘油被小肠上皮粘膜细胞吸收，然后转化为三酰基甘油，然后与蛋白质一起包装成乳糜颗粒，乳糜颗粒被释放到淋巴管中，然后进入血液并运输到肌肉和脂肪组织。短和中等长度的脂肪酸被吸收到门静脉血液中，

5、并直接输送到肝脏。脂肪消化和吸收图，脂肪酸和单酯酰基甘油在细胞中重新合成甘油三酯，乳糜颗粒，乳糜颗粒的结构，载脂蛋白，胆固醇，磷脂，三酰基甘油和胆固醇酯，脂肪消化和吸收，在脂肪组织和骨骼肌毛细血管中，细胞外脂蛋白脂肪酶被载脂蛋白apoC-激活，其催化甘油三酯水解为脂肪酸和甘油，并且产生的脂肪酸被目标组织的细胞吸收。在肌肉中，脂肪酸被氧化提供能量；在脂肪组织中，它们被合成为三酰甘油，并被这些组织储存和吸收。甘油被运输到肝脏和肾脏，转化为磷酸二羟丙酮(脱氢反应)，并进入糖酵解途径。随着脂肪的消化和吸收，除去了大部分三酰甘油的乳糜微粒仍然含有胆固醇和载脂蛋白，它们随血液被输送到肝脏，通过载脂蛋白受体

6、被吞进肝细胞，并释放出胆固醇，残余物在溶酶体中被降解。甘油三酯或者被氧化供能，或者被用作酮体合成的前体。当食物提供的脂肪酸超过当时氧化能量供应和酮体合成的要求时，肝脏将它们转化为三酰甘油，三酰甘油与特定的载脂蛋白组装形成VLDL，VLDL通过血液运输到脂肪组织储存。脂肪的动员，中性脂质以脂滴的形式储存在脂肪细胞(以及合成甾醇的肾上腺皮质、卵巢和睾丸细胞)中。脂滴的结构是基于甾醇和三酰甘油，外面包裹着一层磷脂。脂滴的表面也覆盖有磷脂(油滴包覆蛋白，磷脂)。脂滴周蛋白可以防止脂滴过早移动。当需要代谢能量的激素信号到达时，储存在脂肪组织中的甘油三酯被动员起来，并作为燃料输送到所需的组织(骨骼肌、心脏

7、和肾皮质)。随着脂肪的动员，肾上腺素和胰高血糖素通过细胞膜上的受体、G蛋白、腺苷酸环化酶和蛋白激酶A途径磷酸化脂滴蛋白和激素敏感型脂肪酶，磷酸化脂滴蛋白使磷酸化的脂肪酶移动到脂滴表面，催化甘油三酯水解为游离脂肪酸和甘油。磷酸化后，激素敏感脂肪酶的活性提高了1-2倍，在磷酸化的脂质周蛋白的作用下，活性提高了50倍。缺乏脂滴基因的细胞对环磷酸腺苷浓度的增加无反应，激素敏感脂肪酶不能与脂滴结合。动员脂肪酸的运输，脂肪细胞中的脂肪酸进入血液，并与白蛋白非共价结合进行运输。白蛋白的分子量为66，000，约占血清总蛋白的50%，每个白蛋白单体分子结合多达10个脂肪酸分子。通过与可溶性血清白蛋白结合，水不溶

8、性脂肪酸可以通过血液运输。到达目标组织后，脂肪酸从白蛋白中解离出来，进入目标细胞进行氧化和供能。脂肪动员图，豚鼠脂肪细胞的横切，脂肪细胞的扫描电子显微镜照片，拟南芥子叶的横切，蛋白质体、油体和脂质的运输形式，简单的、未酯化的脂肪酸与血清白蛋白和血浆中的其它蛋白质结合进行运输。磷脂、甘油三酯、胆固醇和胆固醇酯以脂蛋白的形式运输。脂蛋白与特定的受体和酶相互作用，在身体的不同部位被吸收和利用。大多数蛋白质的脂蛋白密度为1.31.4克/毫升，脂肪为0.8克/毫升。脂蛋白的密度取决于蛋白质与脂质的比例。蛋白质的比例越高，密度就越高。主要的人血浆脂蛋白的组成和性质，以及一些书将低密度脂蛋白和高密度脂蛋白结

9、合成密度范围从1.006到1.063的低密度脂蛋白。人血浆脂蛋白中的载脂蛋白，LCAT:卵磷脂胆固醇酰基转移酶，人血浆脂蛋白中的载脂蛋白(续)，各种脂蛋白的大小，主要人血浆脂蛋白的组成和性质，VLDL的形成位置和功能，VLDL主要形成于肝的内质网，少量形成于肠。VLDL在靶位点被脂蛋白脂酶水解和利用。极低密度脂蛋白逐渐转化为低密度脂蛋白和高密度脂蛋白，低密度脂蛋白返回肝脏进行再加工，或者胆固醇被转运到脂肪组织和肾上腺。低密度脂蛋白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甘油三酯。低密度脂蛋白被受体ACAT:酰基辅酶A:胆固醇酰基转移酶、细胞表面低密度脂蛋白受体的结构以及

10、低密度脂蛋白受体的缺陷所吞噬，从而导致高胆固醇血症、高密度脂蛋白的形成部位和功能。当高密度脂蛋白刚在肝脏和小肠中形成时，它的体积很小，富含蛋白质颗粒，含有少量胆固醇，不含胆固醇酯。它含有卵磷脂胆固醇酰基转移酶(LCAT)，催化胆固醇酯的形成。存在于初级高密度脂蛋白表面的LCAT将乳糜微粒和极低密度脂蛋白残余物中的胆固醇和卵磷脂转化为胆固醇酯，并形成核心，使碟形初级高密度脂蛋白转化为成熟的球形高密度脂蛋白颗粒。这种富含胆固醇的脂蛋白返回肝脏并去除胆固醇，其中一些转化为胆酸盐。高密度脂蛋白可以通过受体介导的内吞作用被肝细胞吸收，但一些高密度脂蛋白胆固醇通过另一种机制被导入其他组织。高密度脂蛋白可与

11、肝脏和肾上腺等类固醇生成组织的质膜受体蛋白结合。这些受体并不介导细胞内吞作用，而是将高密度脂蛋白中的胆固醇和其他脂质部分选择性地转运到细胞中。耗尽的高密度脂蛋白随后分解到血液中并再循环，从乳糜微粒和极低密度脂蛋白残留物中吸收脂类。高密度脂蛋白的形成部位和功能，耗尽的高密度脂蛋白还可以吸收储存在肝外组织中的胆固醇并将其携带至肝脏，从而导致胆固醇转运途径的逆转。逆向运输的一种方式是新生的高密度脂蛋白与高胆固醇细胞的锶铋受体相互作用，触发胆固醇从细胞表面向高密度脂蛋白的被动运动，然后将其带回肝脏。第二种方式是，高密度脂蛋白的贫载脂蛋白与富含胆固醇细胞的活性转运蛋白(ABC1)相互作用，高密度脂蛋白被

12、内吞作用吸收，负载的胆固醇被再次分泌并转运到肝脏。脂蛋白的循环、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白与心血管疾病的关系以及高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的相对量对于胆固醇在体内的去向和动脉斑块的形成很重要。高密度脂蛋白可降低心血管疾病的风险，而高密度脂蛋白可增加冠状动脉和心血管疾病的风险。脂蛋白的形成和分泌，脂肪酸的氧化、活化和分解发生在原核生物的胞质溶胶和真核生物的线粒体基质中。脂肪酸在进入线粒体之前必须与CoA形成酰基coa，这一反应由酰基CoA合成酶催化。RCOOH ATP HS-CoA RCO-S-CoA AMP PP i无机焦磷酸酶2Pi，酰基CoA的合成过程，酰基CoA合成酶，酰基CoA合成酶，

13、进入线粒体的脂肪酸，短链或中链(少于10个碳原子)酰基CoA可以通过渗透容易地穿过线粒体内膜，但长链酰基CoA需要特殊的机制才能进入线粒体。这个过程需要三种不同的酶。肉毒碱脂肪酰基转移酶肉毒碱脂肪酸和肉毒碱结合到线粒体基质中，肉毒碱脂肪酸和肉毒碱结合到线粒体基质中，脂肪酰基肉毒碱在外膜或膜间空间形成后，通过在内膜中的转运体促进扩散而进入基质中。在基质中，酰基转移到线粒体辅酶a，释放肉碱通过相同的转运体返回膜间空间。Knoop的一个重要发现，Knoop发现在研究脂肪酸的降解时(1904)，用苯基示踪剂将偶数编号的脂肪酸己酸喂给狗，并且尿液分析的结果显示苯基以苯基乙酰基-N-甘氨酸的形式出现；用奇

14、数个碳原子的脂肪酸戊酸进行同样的实验，得到苯甲酰基-N-甘氨酸。他由此推断，脂肪酸的氧化会一次降解下一个2个碳单位的片段。Knoop的苯基标记脂肪酸降解实验，脂肪酸氧化途径，脂肪酸氧化总反应式，棕榈酰CoA 7FAD 7CoA 7NAD 7H2O 8乙酰CoA 7FADH2 7NADH 7H，以16碳棕榈酸为例，线粒体中脂肪酸的完全氧化主要有三个步骤，即存在于线粒体基质中的棕榈酰CoA脱氢酶和棕榈酰CoA脱氢酶，催化短链的有三种：脂肪酸脱氢酶和脂肪酸脱氢酶。脱氢反应的产物FADH2的一对电子首先被转移到电子转移黄素蛋白(ETF)，然后在ETF:泛醌氧化还原酶的催化下，电子被转移到泛醌，并进入呼

15、吸电子转移链。脂肪酸CoA氧化产生的FADH2的电子转移，脂肪酸氧化的总能量，以棕榈酸为例，一分子棕榈酸被氧化产生8个乙酰CoA、7个NADH、7个FADH2，每个乙酰CoA通过柠檬酸循环产生3个NADH和1个FADH2，总共一个GTP(三磷酸腺苷)NADH 38 7=31 FADH2 18 7=15 GTP 18=8三磷酸腺苷312.5 151.5 8=77.5 22.5 8=100以棕榈酸为例，这108个三磷酸腺苷减去棕榈酸活化过程中消耗的两个高能键，实际上产生106。106个三磷酸腺苷的储能为10630.54=3237千焦，棕榈酸释放的自由能为9790千焦，能量转化率为323797901

16、00%=33%。植物过氧化物酶乙醛酸循环中的氧化、动物线粒体中的氧化和奇数脂肪酸的氧化。大多数哺乳动物组织中奇数编号的脂肪酸很少，但在反刍动物中，奇数编号的脂肪酸的氧化提供了它们所需能量的25%。奇数碳原子的直链脂肪酸可以通过正常氧化生成几个乙酰辅酶a和一个丙酰辅酶a，丙酰辅酶a也是蛋氨酸、缬氨酸和异亮氨酸的降解产物。奇数碳脂肪酸的氧化、依赖于生物素的羧化、柠檬酸循环、甲基丙二酰CoA变位酶的作用机制、5-脱氧腺苷钴胺Vit B12、单不饱和脂肪酸的氧化、水合、脱氢、硫解、循环、三重氧化、酰基CoA异构酶、双键位置的改变、从顺式到反式的构型改变、多不饱和脂肪酸的氧化、三重氧化、三重氧化、多不饱和脂肪酸的氧化、将4个顺式双键和2个反