脂类代谢.PPT.ppt

1、第六章 脂类代谢,目的要求 重点掌握脂肪酸氧化过程 计算饱和、不饱和脂肪酸经氧化，柠檬酸循环和氧化磷酸化彻底氧化为CO2和水所产生的能量 掌握酮体生成的部位、生成过程及危害 了解脂肪酸合成的过程以及与脂肪酸分解过程的主要差别 了解甘油磷脂以及胆固醇生物合成的基本途径,脂肪酸氧化（饱和脂肪酸 、不饱和脂肪酸、奇数碳脂肪酸） ：氧化部位、反应步骤、能量结算； 乙酰-CoA去路 酮体 脂肪酸合成：合成部位、反应步骤、脂肪酸链的延长 、脂肪酸去饱和 ； 脂肪酸氧化与脂肪酸合成的综合比较 磷脂合成（甘油磷脂、鞘磷脂） 胆固醇合成,基本知识点,生 物 体 内 的 脂 类,脂类,单纯脂类,复合脂类,非皂化脂

2、类,酰基甘油酯,蜡,磷脂,糖脂、硫脂,萜 类,甾醇类,含有脂肪酸,不含脂肪酸,脂 类 概 述,脂肪和类脂总称为脂类(lipid),脂肪 (fat)： 三脂酰甘油 (triacylglycerols,TAG)也称为甘油三酯 (triglyceride, TG),类脂(lipoid)： 胆固醇 (cholesterol, CHOL) 胆固醇酯 (cholesterol ester, CE) 磷脂 (phospholipid, PL) 鞘脂 (sphingolipids),分类,定义,甘油三酯,甘油磷脂 (phosphoglycerides),胆固醇酯,脂类物质的基本构成,X = 胆碱、水、乙醇胺、

3、丝氨酸、甘油、 肌醇、磷脂酰甘油等,第一节 脂类的生理功能,1. 脂肪是动物机体用以贮存能量的主要形式。 2脂肪可以为机体提供物理保护。 3. 磷脂、糖脂和胆固醇是构成组织细胞的膜系统的主要成分。 4. 类脂还能转变为多种生理活性分子 5. 脂类代谢的中间产物异戊烯衍生物的转变。,脂类的分类、含量、分布及生理功能,必需脂肪酸,动物可以从糖和氨基酸合成绝大部分的脂类分子。由于动物机体缺乏脱饱和酶，不能合成对其生理活动十分重要的多不饱和脂肪酸，主要有亚油酸(18：2，9,12)、亚麻油酸(18：3，9,12,15)和花生四烯酸(20：4，5,8,11,14)，而必须从食物中获得(因为植物和微生物可

4、以合成)。这类不饱和脂肪酸称为必需脂肪酸(essentialfatty acid)。,必需脂肪酸的作用,1.必需脂肪酸是组成细胞膜磷脂、胆固醇酯和血浆脂蛋白的重要成分。 2.必需脂肪酸是合成体内生物活性物质的前体物质（如前列腺素、血栓素和白三烯等生物活性物质是由廿碳多烯酸，如花生四烯酸衍生而来的）。这些物质几乎参与了所有的细胞代谢调节活动，与炎症、过敏反应、免疫、心血管疾病等病理过程有关。,第二节 脂肪的分解代谢,一、脂肪的动员（图） 二、甘油的代谢（图） 三、脂肪酸的分解代谢 （一）脂肪酸的氧化 1.-氧化作用的概念及试验证据（图） 2.脂肪酸氧化分解的部位：除脑组织外,大多数组织均可进行，

5、 其中肝、肌肉最活跃。原核生物在细胞液中进行，真核生物在线粒体基质进行。,三、脂肪酸的分解代谢 （一）脂肪酸的氧化 3.氧化过程 （1）脂肪酸的活化与转运 （2）-氧化的生化过程 （3）-氧化过程中的能量释放,脂肪酸的活化和转运,a、脂肪酸的活化,关键酶,b. 脂酰CoA 进入线粒体,-氧化的生化历程,a、脱氢,b、水化,c、再脱氢, R-CH=CH-C-SCoA, R-CH2 - CH2C-SCoA,OH O R-CH-CH2CSCoA,O O R-C-CH2CSCoA,d、硫解,|,|,|,|,|,|,|,|,-氧化的主要生化反应,酯酰CoA脱氢酶,2-烯酰CoA水化酶,-羟脂酰CoA脱氢

6、酶,硫解酶,H2O,CoASH,氧化的生化历程,乙酰CoA,RCH2CH2CO-SCoA,脂酰CoA 脱氢酶,脂酰CoA,-烯脂酰CoA 水化酶,-羟脂酰CoA 脱氢酶,-酮酯酰CoA 硫解酶,RCHOHCH2COScoA,RCOCH2CO-SCoA,RCH=CH-CO-SCoA,+,CH3COSCoA,R-COScoA,乙酰CoA,脂肪酸-氧化反应步骤,脂肪酸,CoA-SH,脂酰-CoA,反式2烯脂酰-CoA,L-3-羟脂酰-CoA,-酮脂酰-CoA,乙酰-CoA,脂酰-CoA,硫激酶,ATP,AMP,PPi,脂肪酸活化,脂酰-CoA脱氢酶,FADH2,烯脂酰-CoA水合酶,H2O,羟脂酰-

7、CoA脱氢酶,NADH,硫解酶,（脱下了两个碳原子）,4.脂肪酸-氧化的特点：,地点：线粒体基质,反应：氧化从羧基端开始，发生在C2-C3 连接上。循环反应，反应不可逆,1分子FADH2 1分子NADH， 1分子乙酰CoA 1分子减少两个碳原子的脂酰CoA,中间代谢物：反-2-烯脂酰CoA, L-羟脂酰CoA, -酮脂酰CoA,可为线粒体基质NADH池补充NADH,高产能，每循环一次，生成：,肉碱转运载体,线粒体膜,活 化：消耗2个高能磷酸键,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CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH+H+ 1分子FADH

8、2,5.脂酸氧化的能量生成 以16碳软脂酸的氧化为例,-氧化过程中能量的释放及转换效率,净生成：131 2 = 129 ATP,例：软脂酸,7次-氧化,8 乙酰CoA,CH3(CH2)14COOH,7 NADH,7 FADH2,12 ATP ,3 ATP ,2 ATP ,131 ATP,软脂酸与葡萄糖在体内氧化产生ATP的比较,1动物体内丙酸的来源,a.纤维素在反刍动物瘤胃中发酵产生挥发性低级脂肪酸，主要是乙酸(70)，其次是丙酸(20)和丁酸(10)。其中丙酸是奇数碳原子的脂肪酸。 b.许多氨基酸脱氨后也生成奇数碳原子脂肪酸。,（二）丙酸的代谢（奇数脂肪酸的氧化）,ATP、CoASH,2、丙

9、酸的代谢,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,硫激酶,羧化酶,变位酶,ATP、CO2 生物素,CoB12,（三）脂肪酸的其他氧化方式,1.-氧化 2.氧化,脂肪酸的-氧化作用,脂肪酸氧化作用发生在-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化作用。,RCH2COO-,RCH(OH)COO-,RCOCOO-,RCOO-,CO2,O2,NAD +,NADH +H+,NAD +,NADH +H+,羟化,脂肪酸的氧化作用,脂肪酸的-氧化指脂肪酸的末端甲基（-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成，-二羧酸的过程。,第三节 酮体,一、酮体的生成与利用 1概念

10、脂肪酸-氧化产物乙酰CoA,在肌肉中进入三羧酸循环，但在肝细胞中可形成乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮这三种物质统称为酮体。,2酮体的生成,羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）,脂肪酸,硫解酶,2CH3COSCoA,CH3COCH2COSCoA,乙酰乙酰CoA,HMGCoA合成酶,CH3COSCoA,CoASH,-氧化,CoASH,3酮体的分解,乙酰乙酰CoA,硫解酶,转移酶,琥珀酰CoA,CoASH,-氧化,乙酰乙酸,脱氢酶,NADH+H+,NAD+,乙酰CoA,2,-羟丁酸,琥珀酸,二、酮体的生理意义与酮病,1酮体的生理意义 酮体是肝脏输出能源的一种形式。并且酮体可通过血脑屏障，是脑组织的重要能

11、源。 酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。,2酮病,酮病的概念及表现,有些情况下，肝中产生的酮体多于肝外组织的消耗量，超过了肝外组织所能利用的限度，因而在体内积存，引起酮病(ketosis)。患酮病时，反刍动物每100ml血中酮体常超过20mg。此时，不仅血中酮体含量升高，酮体还可随乳、尿排出体外。由于酮体主要成分是酸性的物质，其大量积存的结果常导致动物酸碱平衡失调，引起酸中毒。,引起酮病的基本的生化机制,引起动物发生酮病的基本的生化机制可归结为糖与脂类代谢的紊乱。例如，持续的低血糖(饥饿或废食)导致脂肪大量动员，脂肪酸在肝中经过-氧化产生的乙酰CoA缩合形

12、成过量的酮体，超过了机体所能利用酮体的能力，于是血中酮体增加。这种情况可以在高产乳牛在开始泌乳后，以及绵羊(尤其是双胎绵羊)在妊娠后期见到，由于泌乳和胎儿的需要，其体内葡萄糖的消耗量很大，无疑也容易造成缺糖，引起酮病。,第三节 脂肪的合成代谢,一、 -磷酸甘油来源 1.糖的分解途径的中间物磷酸二羟丙酮还原生成； 2. 在甘油激酶(肝)的催化下由甘油和ATP生成。 二、长链脂肪酸的合成 （一）合成的场所 肝细胞 脂肪组织 （二）合成原料 乙酰CoA 1.乙酰CoA来源 2.乙酰CoA来源转运 （三）合成过程,* 软脂酸的合成过程,* 转 位,丁酰基由E2-泛-SH（ACP上)转移至 E1-半胱-

13、SH（CE上）,经过7轮循环反应，每次加上一个丙二酰基，增加两个碳原子，最终释出软酯酸。,软脂酸合成的总反应,CH3COSCoA + 7 HOOCH2COSCoA + 14NADPH+14H+,CH3(CH2)14COOH + 7 CO2 + 6H2O + 8HSCoA + 14NADP+,脂肪酸合成的反应步骤,乙酰-CoA,乙酰-ACP,乙酰-缩合酶,启动,乙酰-CoA：ACP 转酰酶,ACP,脂肪酸合酶,丙二酸单酰-CoA,丙二酸单酰-ACP,丙二酸单酰CoA:ACP转酰酶,装 载,缩合,乙酰乙酰-S-ACP,-羟丁酰-S-ACP,-烯丁酰-S-ACP,+,丁酰-S-ACP,-酮酰-ACP

14、 合成酶,-酮酰-ACP 还原酶,-羟酰-ACP 脱水酶,烯酰-ACP 还原酶,NADPH,NADPH,H2O,CO2,还原,还原,脱水,软脂酸,软脂酰-ACP,硫脂酶,释放,脂肪酸合成步骤：由脂肪酸合酶复合体催化各步反应，脂肪酸合酶复合体包含有7种酶的活性和一个酰基载体蛋白ACP。反应分7步进行： 启动：乙酰-CoA 乙酰-ACP 乙酰-脂肪缩合酶； 装载：丙二酸单酰-CoA 丙二酸单酰-ACP； 缩合：乙酰-脂肪缩合酶 + 丙二酸单酰-ACP 乙酰乙酰-ACP； 还原：乙酰乙酰-ACP -羟丁酰-ACP； 脱水：-羟丁酰-ACP -烯丁酰-ACP； 还原：-烯丁酰-ACP 丁酰-ACP；

15、释放：最后一轮结束后，在软脂酸-ACP硫酯酶催化下释放出软脂酸； 在第二轮反应中，丁酰-ACP代替乙酰-ACP参与反应，接受来,自丙二酸单酰-ACP的二碳原子（脱羧除去一个碳原子）。 脂肪酸合成结算：以软脂酸为例，需1个乙酰-CoA、7个丙二酸单酰-CoA，进行7次轮回反应，净生成6个H2O（产生7个消耗1个），产生7个CO2（来自HCO3-），消耗7个ATP和14个NADPH。实质上消耗8个乙酰-CoA。 脂肪酸合成调节：乙酰-CoA羧化酶是限速酶。在动物体内，柠檬酸别构激活乙酰-CoA羧化酶，软脂酰-CoA反馈抑制乙酰-CoA羧化酶活性；胰高血糖素、肾上腺素引发的乙酰-CoA羧化酶磷酸化（

16、cAMP依赖蛋白质激酶作用），导致该酶活性丧失；胰岛素引发的柠檬酸裂解酶和丙酮酸脱氢酶磷酸化使二酶具有活性，导致乙酰-CoA生成，利于脂肪酸合成。,脂肪酸的氧化和从头合成的异同,脂肪酸氧化和从头合成的关系,a. 两条途径运行方向相反 氧化：每经历一次脱氢、加水、脱氢、裂解的循环反应，脂肪酸减少两个碳片段，生成一分子乙酰CoA。 从头合成：每经历一次缩合、还原、脱水、还原的循环反应，脂肪酸延长两个碳片段。 b. 两条途径的中间产物基本相同,脂肪酸氧化与脂肪酸合成比较： 胞内部位不同 酰基载体不同 二碳单位加入和减去方式不同 转运机制不同 羟酰基中间物的构型不同 对柠檬酸和HCO3 - 需求不同

17、能量需求不同 酶系不同 对FAD、NAD+和NADPH的需求不同。,（四）哺乳动物的脂肪酸合成酶系,在大肠杆菌中，催化酸合成的七个酶和ACP构成一个多酶复合体系。而进化到高等动物，就成了由一个基因编码的具有七种酶活性的多功能酶，即一条多肽链上表现出七种酶的活性。,三、脂肪酸碳链的延长和脱饱和,（一）碳链延长 在线粒体中，以乙酰CoA为二碳单位供体，由 NADPH+H+ 供氢，过程与氧化的逆反应基本相似，需-烯酰还原酶，一轮反应增加2个碳原子，可延长至24碳或26碳，以硬脂酸最多。 在内质网中，以丙二酰CoA为二碳单位供体，由 NADPH+H+ 供氢经缩合、加氢、脱水、再加氢等一轮反应增加2个碳

18、原子，合成过程类似软脂酸合成，但脂酰基连在 CoASH 上进行反应，可延长至24碳，以18碳硬脂酸为最多。丙二酸单酰-CoA提供二碳原子。 （二）脂肪酸的脱饱和 需去饱和酶，哺乳动物不能在C9以外引入双键，故不能合成亚麻酸和亚油酸。,四、甘油三酯的合成,哺乳动物的肝脏和脂肪组织是合成甘油三酯最活跃的组织。在胞液中合成的棕榈酸和主要在内质网形成的其它脂肪酸，以及摄入体内的脂肪酸，都可以进一步合成甘油三酯。合成甘油三酯所需的前体是-磷酸甘油和脂酰CoA。 甘油三酯的合成有两个途径： （一）甘油磷酸二酯途径（肝、脂肪细胞） （二）甘油一酯途径（小肠黏膜细胞）,第三节 不饱和脂肪酸的代谢,一、不饱和脂

19、肪酸的分类 单不饱和脂酸 多不饱和脂酸 含2个或2个以上双键的不饱和脂酸,编码体系 从脂酸的羧基碳起计算碳原子的顺序 或n编码体系 从脂酸的甲基碳起计算其碳原子顺序,系统命名法 标示脂酸的碳原子数即碳链长度和双键的位置。,不饱和脂酸命名,哺乳动物不饱和脂酸按（或n）编码体系分类,常 见 的 不 饱 和 脂 酸,哺乳动物体内的多不饱和脂酸均由相应的母体脂酸衍生而来。3、6及9三族多不饱和脂酸在体内彼此不能互相转化。,动物只能合成9及7系的多不饱和脂酸，不能合成6及3系多不饱和脂酸。,1. 不饱和脂酸的氧化,二、不饱和脂肪酸的代谢,亚油酰CoA （9顺，12顺）,3次氧化,十二碳二烯脂酰CoA （

20、3顺，6顺）,十二碳二烯脂酰CoA （2反，6顺）,3顺,2反-烯脂酰 CoA异构酶,2次氧化,八碳烯脂酰CoA （2顺）,D(+)-羟八碳脂酰CoA,L(-)-羟八碳脂酰CoA,4 乙酰CoA,4次氧化,-羟脂酰CoA 表构酶,烯脂酰CoA 水化酶,2、不饱和脂酸的合成,动物：有4、5、8、9去饱和酶，镶嵌在内质网上，脱氢过程有线粒体外电子传递系统参与。,植物：有9、12、15 去饱和酶,亚 油 酸 的 合 成,三、多不饱和脂酸的重要衍生物,前列腺素 ( Prostaglandin, PG) 血栓噁烷 ( thromboxane, TX) 白 三 烯 ( leukotrienes, LT),

21、PG 具二十碳的不饱和脂酸，以前列腺酸为基本骨架 具一个五碳环和两条侧链,（一）前列腺素、血栓噁烷、白三烯的化学结构及命名,PG根据五碳环上取代基和双键位置不同，分 9 型,根据R1及R2两条侧链中双键数目的多少，PG又分为1、2、3类，在字母的右下角提示。,第四节 脂肪代谢的调控,一、脂肪组织中脂肪的合成与分解的调节 二、肌肉中糖与脂肪分解代谢的相互调节 三、肝脏的调节作用,一、脂肪组织中脂肪的合成与分解的调节,二、肌肉中糖与脂肪分解代谢的相互调节,葡萄糖/脂肪酸循环的作用,在机体需要时动员脂肪酸以节约糖； 利用血浆脂肪酸的含量变化保持血糖水平的恒定。 这对于大脑、神经组织和红细胞等对葡萄糖

22、有特殊需要的组织来说，具有重要的生理意义。正是由于动员了脂肪酸才节约了糖，并使血糖不致降低过多，以保证这些组织维持正常机能。,三、肝脏的调节作用,游离脂肪酸浓度不仅取决于脂肪的动员速度，也取决于肝脏摄入脂肪酸的速度。 肝脏的调控机制在于不断地探测着门脉中血糖的含量，糖原的贮存量，以及酵解和糖异生之间的平衡，最终依据机体的需求决定脂肪酸代谢分支点上的中间产物的去向。,脂肪代谢的调控图,脂肪酸在肝脏中的代谢的三个重要的分支点,第五节 类脂的代谢,一、磷脂的代谢 （一）甘油磷脂的生物合成 卵磷脂的合成途径 a.胆碱途径 b.磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）,磷脂双分子层的形成,（一）甘油磷脂的生物合成,CDP

23、乙醇胺或CDP胆碱 合成,磷脂酶作用于甘油磷脂的方式,（二）甘油磷脂的分解,* 胆固醇(cholesterol)结构,固醇共同结构 环戊烷多氢菲,二、胆固醇的合成代谢及转变,(一) 胆固醇的合成 1.原料: 乙酰CoA （图） 2.场所：肝是合成胆固醇的主要场所 3.关键酶：HMGCoA还原酶 4.合成过程（图） (二) 胆固醇的生物转变 1血中胆固醇的一部分运送到组织，构成细胞膜的组成成分。 2胆固醇可以经修饰后转变为7-脱氢胆固醇，后者在紫外线照射下，在动物皮下转变为维生素D 3。 3机体合成的约25的胆固醇在肝实质细胞中经羧化酶作用转化为胆酸和脱氧胆酸。 4胆固醇是肾上腺皮质、睾丸和卵巢

24、等内分泌腺合成类固醇激素的原料。,胆固醇合成,同位素示踪实验证明，复杂的胆固醇分子能在动物体内由小分子物质乙酸缩合而成，乙酰CoA为合成胆固醇的原料。,胆固醇的转化,动物体内胆固醇可转变成类固醇如：孕酮、肾上腺皮质激素、雌激素、VitD3胆酸等。,第六节 脂类在体内转运的概念,一、血脂和血浆脂蛋白的结构与分类 （一）血脂,定义 血浆所含脂类统称血脂，包括：甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯以及游离脂酸。,来源 外源性从食物中摄取 内源性肝、脂肪细胞及其他组织合成后释放入血,* 血脂含量受膳食、年龄、性别、职业及代谢等的影响，波动范围很大。,组成与含量 总 脂 400700mg/dl (5 mmol/

25、L) 甘油三酯 10150mg/dl (0.11 1.69 mmol/L) 总 磷 脂 150250mg/dl (48.44 80.73 mmol/L) 总胆固醇 100250mg/dl (2.59 6.47 mmol/L) 游离脂酸 520mg/dl (0.195 0.805 mmol/L),（二）血浆脂蛋白的结构,1脂蛋白结构 血浆脂蛋白主要有载脂蛋白、甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯等成分。 不同种类的血浆脂蛋白具有大致相似的球状结构。疏水的甘油三酯、胆固醇酯常处于球的内核中，而兼有极性与非极性基团的载脂蛋白、磷脂和胆固醇则以单分子层覆盖于脂蛋白的球表面，其非极性基团朝向疏水的内核，而极性的

26、基团则朝向脂蛋白球的外侧。,脂蛋白结构图,（二）血浆脂蛋白的结构,2脂蛋白的分类 根据脂蛋白的密度由小至大分为乳糜微粒(CM)、极低密度脂蛋白 (VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)四类。除此以外，还有中密度脂蛋白(IDL)，它是VLDL在血浆中的代谢物。 3载脂蛋白 已知参与脂蛋白形成的载脂蛋白有apoA、B、C、D和E等类型。,分 类,电泳法,超速离心法 CM、VLDL、LDL、HDL,血脂与血浆中的蛋白质结合，以脂蛋白(lipoprotein)形式而运输。,乳糜微粒 (chylomicron, CM) 极低密度脂蛋白 (very low density lipopr

27、otein, VLDL) 低密度脂蛋白 (low density lipoprotein, LDL) 高密度脂蛋白 (high density lipoprotein, HDL),超速离心法分类,血 浆 脂 蛋 白 的 组 成 特 点,载脂蛋白,定义 载脂蛋白(apolipoprotein, apo) 指血浆脂蛋白中的蛋白质部分。,种类（18种） apo A: A、A、A apo B: B100、B48 apo C: C、C、C apo D apo E,二、血浆脂蛋白的主要功能,(一) 乳糜微粒(CM) (二) 极低密度脂蛋白(VLDL) (三) 低密度脂蛋白(LDL) (四) 高密度脂蛋白(

28、HDL),（一）乳糜微粒,来 源,(一) 乳糜微粒(CM),运输外源甘油三酯和胆固醇酯的脂蛋白形式。,(二) 极低密度脂蛋白(VLDL),来 源 VLDL的合成以肝脏为主，小肠亦可合成少量 肝细胞合成的TG 磷脂、胆固醇及其酯 生理功能 把内源的，即肝内合成的甘油三酯、磷脂、胆固醇与apo B100、E等载脂蛋白结合形成脂蛋白，运到肝外组织去贮存或利用。,+ apo B100、E,(三) 低密度脂蛋白(LDL),LDL是由VLDL转变来的。LDL富含胆固醇酯，因此它是向组织转运肝脏合成的内源胆固醇的主要形式。各种组织，如肾上腺皮质、睾丸、卵巢以及肝脏本身都能摄取和代谢LDL。,(四) 高密度脂蛋白(HDL),来 源 主要在肝合成；小肠亦可合成。 CM、VLDL代谢时，其表面apo A、A、A、apo C及磷脂、胆固醇等离开亦可形成新生HDL。 HDL的作用与LD基本相反。它是机体胆固醇的清扫机”，负责把胆固醇运回肝脏代谢转变。HDL主要在肝脏，也可在小肠合成。,第七节 脂类代谢的紊乱,一、酮体和酮血症，酮尿症 二、磷脂和脂肪肝 三、胆固醇代谢与动脉粥样硬化,脂肪肝,“脂肪肝”是当肝脏脂蛋白不能及时将肝细胞脂肪运出，造成脂肪在肝细胞中的堆积所致，脂肪肝患者的肝脏脂肪含量竟超过10%。,动脉粥样硬化,虽然胆固醇是高等真核细胞膜