第九章 脂类代谢).ppt

1、单脂：,脂肪酸与醇所生成的酯。,包括脂肪和蜡。,复脂：,包括磷脂和糖脂,类脂：,物理性质和物态与脂类类似的物质,包括衍生脂类、固醇、类胡罗卜素等。,脂类,第九章 脂类代谢,第一节 脂类的酶促水解,脂肪的酶促降解 脂肪酶广泛存在于动物、植物和微生物中。它能催化脂肪逐步水解产生脂肪酸和甘油。,磷脂的降解:磷脂酶的催化,胆固醇酯的降解:胆固醇酯酶催化,水解生成胆固醇和脂肪酸。,第二节 脂肪的分解代谢,一、甘油的分解（肝脏中进行）,脂肪细胞不具有甘油激酶，不能转化脂肪分解产生的甘油，必须经血液运送肝脏代谢。 去向有两个： 进入糖酵解TCA彻底氧化供能 经糖酵解逆转异生为葡萄糖,TCA,二、 脂肪酸的-

2、氧化（肝和肌肉最活跃）,（一）脂肪酸-氧化学说 Knoop（努普） 实验： 1、实验的前提条件：动物体内缺乏降解苯环的能力，部分苯环化合物仍保持环的形式被排出。 2、实验方法：用苯环标记5种含碳原子数目不同的脂酸使其形成含碳原子不同的苯脂酸（苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸、苯丁酸、苯戊酸）用苯脂酸饲养动物，收集尿液，然后分析尿液中带有苯环的物质（标记脂酸饲养动物收集尿液进行分析）。,3、试验结果：,发现如喂标记偶数碳的脂肪酸，尿中排出的代谢物均为苯乙尿酸，如喂标记奇数碳的脂肪酸则尿中发现的代谢物均为马尿酸（见后）。,4、试验结论,脂肪酸在体内的氧化分解是从羧基端-碳原子开始，每次断裂2个碳原子 。这就

3、是“-氧化学说”的精髓。 或者说：脂肪酸在氧化分解时，在碳链的碳原子和碳原子之间断裂，使碳原子成双成对的脱掉。,（二）饱和脂肪酸的-氧化,脂肪酸的活化,进入线粒体,氧化,TCA（Tricarboxylic acid cycle）,1.脂肪酸在胞浆内的活化（activation）脂酰CoA（acyl-CoA）的形成,脂酸的活化：,进行部位：,活化的原因：,由脂肪酸转变成脂酰CoA的过程。,胞液（cytosol）,游离脂酸水溶性小，细胞内无分解游离脂肪酸的酶，所以脂肪酸进行氧化前必须活化。活化在线粒体外（胞浆内）进行。内质网及线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶（acyl-CoA synthetase）

4、在 ATP、 CoASH、Mg2+存在的条件下，催化脂酸活化，生成脂酰CoA。,反应式：,2、脂酰CoA转运入线粒体,原因： 催化脂酸氧化的酶系存在于线粒体的基质内，因此在胞浆内活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。,转运的条件 ：,CH3 | CH3-N+-CH2-CH-CH2-COOH | | CH3 OH,肉毒碱： （L-羟基-三甲基丁酸） （脂酰基的载体）,肉毒碱脂酰转移酶 ： 酶（肉毒碱脂酰转移酶 I）：位于线粒体内膜的外侧。催化长链脂酰CoA与肉毒碱合成脂酰肉毒碱（acyl carnitine），从而使脂酰CoA入膜内。酶是脂肪酸-氧化的限速酶 酶11（肉毒碱脂酰转移酶11 ）

5、位于线粒体内膜的内侧。 是线粒体内膜转运肉毒碱及脂酰肉毒碱的载体。,膜间空隙,外 侧,内膜间隙,内 侧,基质,脂酰CoA,转移酶,HSCoA,肉毒碱,脂酰肉毒碱,转移酶,脂酰CoA,HSCoA,外 膜,转运机制,胞质,ATP,脂肪酸,PPi + AMP,线粒体膜,线粒内膜,3、脂肪酸在线粒体中进行-氧化的历程,(1)过程：脱氢 水化 再脱氢 硫解 (2)产物:偶数饱和脂肪酸的-氧化其终产物全部是乙酰辅酶A，奇数饱和脂肪酸的-氧化其终产物除乙酰辅酶A外，最后还产生一分子的丙酰辅酶A。,（1）脱氢,脱氢酶,（2）水化,（2）水化,（2）水化,（3）再脱氢,（4）硫解,脂肪酸-氧化反应步骤,脂肪酸,

6、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,脂酰-CoA合酶,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-CoA脱氢酶,NADH,硫解酶,（脱下了两个碳原子）,(3)脂肪酸-Oxidation要点共同总结,脂肪酸仅需活化一次（cytosol），消耗一个ATP的两个高能键； 脂酰CoA（Acyl-CoA）由肉毒碱（carnitine）运入线粒体，限速酶：脂酰肉毒碱转移酶（CAT-）； -Oxidation（mitochondrion）: 包括脱氢（dehydr

7、ogenation） 、水化（hydration） 、再脱氢（dehydrogenation) 、硫解（thiolysis）四个重复步骤。 乙酰-CoA去路：进入三羧酸循环、合成胆固醇、合成脂肪酸、 生成酮体,（1）乙酰CoA的彻底氧化,（2）奇数碳链脂肪酸氧化产生的丙酰-CoA需要再氧化， 其反应是:,TCA,4、脂肪酸-氧化产物的彻底氧化,D-甲基丙二酰辅酶A,5、脂肪酸彻底氧化能量的生成,计算（16碳饱和脂肪酸）软脂酸彻底氧化生成的ATP的数量,解析,1、-氧化的次数：,1moL的软脂酸需进行7次-氧化。,2、产物的生成：,7分子FADH2、7分子NADH+H+、8分子乙酰CoA。,3、

8、能量计算：,（7 X 1.5)（7x2.5）（8x10)2106个ATP。 106 x 30.54 3237.24kJmol。,4、能量的利用率:,lmol软脂酸在体外彻底氧化成CO2及H2O时的自由能为 9791kJ/mol。,故其能量利用效率为： 3237.24/9791x100% = 33.06%,思考与作业： 1、18碳的硬脂酸（饱和脂肪酸）彻底氧化可生成多少摩尔的ATP？ 2、1摩尔的三硬脂酰甘油彻底氧化可生成多少摩尔的ATP？ 3、19碳的饱和脂肪酸彻底氧化可生成多少摩尔的ATP？,（三）不饱和脂肪酸的-氧化,不饱和脂肪酸的氧化也是发生在线粒体中，它的活化和跨越线粒体内膜都与饱和脂

9、肪酸相同，也是经-氧化而降解。但在反应中需另外两个酶：异构酶和还原酶。其中单不饱和脂肪酸仅需异构酶，而多不饱和脂肪酸除需异构酶外，还需还原酶。,照此计算油酸完全氧化可产生多少摩尔ATP？（课后计算）,CH3 -（CH2）7- CH=CH CH2（CH2）6 COSCOA 前3轮进行正常的-氧化过程（为什么？） 第4轮需要异构酶，将顺式烯脂酰-CoA变为反式结构（为什么？ ） （因烯脂酰-CoA水合酶作用的底物是反式烯脂酰-CoA 。 思考：在第4轮中没有进行饱和脂肪酸-氧化的哪一步反应？ （脂酰-CoA脱氢）,1、单不饱和脂肪酸的氧化-以油酸（18C）为例：,单不饱和脂肪酸的氧化,多不饱和脂肪

10、酸的氧化,2、 多不饱和脂肪酸的氧化,（十二碳二烯脂酰辅酶A）,（十碳烯脂酰辅酶A）,（十碳烯脂酰辅酶A）,三、脂肪酸的其它氧化-a-氧化和-氧化,在a-氧化途径中长链脂肪酸的a-碳在加单氧酶的催化下氧化成羟基生成a-羟脂酸。羟脂酸可转变为酮酸，然后氧化脱羧转变为少一个碳原子的脂肪酸。如存在于反刍动物及某些食品中的植烷酸，由于在C-3位上有一个甲基取代基，因此植烷酸不属于-氧化的第一步反应的脂酰辅酶A脱氢酶的底物，它降解的第一步反应是由另一线粒体酶催化来实现的，即单氧化酶（脂肪酸-羟化酶）。,降脂烷酸经硫激酶活化形成降脂烷酰辅酶A，因C-3位已不存在甲基，即可进行正常的-氧化,人体若缺欠-氧化

11、作用系统会造成植烷酸的积聚，导致外周神经炎类型的运动失调及视网膜炎等症状。,-氧化,脂肪酸的末端甲基（-端）可经氧化作用后转变为-羟脂酸，然后再氧化成a，-二羧酸进行-氧化。此途径称为-氧化，在肝脏和植物细菌中均可进行。 -氧化两端的羧基都可与辅酶A结合并进行-氧化，所以氧化速度较快。,四、酮体的生成及利用,酮体（Ketone Bodies）,酮体的生成（Formation of Ketone Bodies）,酮体的利用（Utilization of Ketone Bodies ）,酮体生成的生理意义,酮体是脂肪酸在肝线粒体分解氧化时特有的中间代谢物,2(CH3 COScoA),HMGCoA裂

12、解酶,CH3,CH,OH,CH2,COOH,- 羟丁酸脱氢酶,（- 羟丁酸）,NADH+H+,NAD+,（一） 酮 体 的 生 成,|,CH3,30%,70%,少量,限速酶,（二）酮体的利用,肝脏线粒体内含有各种合成酮体的酶类，尤其是羟甲基戊二酰辅酶A（HMGCoA）合成酶，因此生成酮体是肝特有的功能。但是肝氧化酮体的酶活性很低，因此肝不能氧化酮体。酮体的分子小，易溶于水。因此在肝细胞生成后很容易透过细胞膜进入血液运输到肝外组织进一步分解氧化。 酮体的氧化是在动物体的肝外组织进行的。,酮体的利用 心肌，骨骼肌，大脑等,CH3-CH(OH)-CH2-COOH,1、-羟基丁酸的去路,2、乙酰乙酸的

13、去路,2、乙酰乙酸的去路,3、丙酮的去路,丙酮,丙酮酸或乳酸,糖,糖异生,随尿排出,直接由肺部呼出,（三）酮体生成的生理意义,酮体是肝为肝外组织提供的一种能源(Fuel)物质，是肌肉和大脑等组织的重要能源物质。,正常情况下血中仅含少量酮体，但饥饿、高脂低糖或糖尿病时，酮体生成过多，可引起酮血症 、酮尿症或酮症酸中毒。,（四）影响因素,为什么？,思考：在肝外组织中1摩尔-羟丁酸被彻底氧化可形成 多少摩尔的ATP？,原因：严重饥饿或未经治疗的糖尿病患者（胰岛素水平低下）会耗尽体内糖的贮存，血糖低。肝外组织不能自血液中获取充分的葡萄糖，为获取能量，肝中糖异生作用和肝、肌肉中脂肪酸的-氧化作用均加速，

14、脂肪酸氧化产生的乙酰辅酶A进入TCA循环需要草酰乙酸，而草酰乙酸在糖异生作用作用中已被耗尽，所以造成乙酰辅酶A向生成酮体方向进行，结果血液中酮体增加。其中丙酮有毒、有挥发性、有特殊气味，乙酰乙酸、 -羟丁酸使血液pH值降低，尿中酮体增加，综合表现酮病。,（五）*酮体生成的调节,1、饱食及饥饿的影响 :饱食后，胰岛素分泌增加，脂解作用抑制、脂肪动员减少，进入肝的脂酸减少，因而酮体生成减少。饥饿时，胰高血糖素等脂解激素分泌增多，脂酸动员加强，血中游离脂酸浓度升高而使肝摄取游离脂酸增多，有利于-氧化及酮体生成. 2、肝细胞糖原含量及代谢的影响 :饱食及糖供给充足时，肝糖原丰富，糖代谢旺盛，此时进入肝

15、细胞的脂酸主要与3-磷酸甘油反应，酯化生成甘油三酯及磷脂。饥饿或糖供给不足时，糖代谢减弱，3-磷酸甘油及ATP不足，脂酸酯化减少，主要进入线粒体进行-氧化，酮体生成增多。,第三节、脂肪的合成代谢,脂酰CoA。,甘油-a-磷酸,前体物质,部位: 肝、脑、肺、乳腺、 脂肪组织 胞液,一、甘油-a-磷酸的生物合成,两种合成途径：,二 、脂肪酸的生物合成,脂肪酸合成在细胞胞浆中进行，合成软脂酸后而终止。然后以软脂酸为前体，在线粒体和内质网中以两条途径延长碳链。 （一）从头合成（饱和软脂肪酸的合成） 1、合成原料： CH3CO SCoA 2、合成过程,（1）脂肪酸合成的准备,（2）脂肪酸合成反应过程,乙

16、酰CoA从线粒体中转运入胞浆,柠檬酸-丙酮酸循环或三羧酸转运体系,脂肪酸合成的思考题,1、在脂肪酸从头合成途径中合成的原料为乙酰辅酶A ,但为什么说只有一分子乙酰辅酶A 直接参加反应呢？合成脂肪酸所需的其它乙酰辅酶A 是以什么形式参加合成反应呢？ 2、在每轮合成反应中-酮脂酰基-ACP合成酶（脂肪酸合酶）中的脂酰基是固定不变的吗？如果是变化的其变化有什么规律？ 3、脂肪酸从头合成途径最多能合成16碳的软脂酸，为什么？,乙酰CoA羧化生成丙二酰CoA （丙二酸单酰CoA的生成）,乙酰CoA羧化酶: （别构酶） 限速酶,柠檬酸（别构剂）: 促进,长链脂肪酰CoA: 抑制,CH3COCoA+HSAC

17、P,CH3COSACP+HSCoA 乙酰基ACP,ACP-酰基转移酶,CH3COS合成酶 （乙酰基- - 酮基-ACP合成酶）,脂肪酸合酶（HS合成酶）,HSACP,启动反应脂酰基-酮基-ACP合成酶的生成,（2）脂肪酸合成反应过程,酰基载体蛋白是一个分子量相对较低的蛋白质，在脂肪酸合成中的作用尤如辅酶A在脂肪酸降解的作用，携带酰基，所以称之为酰基载体蛋白。酰基载体蛋白中的-SH可与脂酰基形成硫酯键，这样形成的分子可将脂酰基从一个酶反应转移到另一个酶反应。,装载 丙二酰基转移到HSACP形成 丙二酰ACP,COOH,+ HSACP,COSCoA,COOH,转移酶,CH2,COSACP,+ HS

18、CoA,CH2,缩合反应,CH3-CO-CH2-CO-S-ACP,CO2,HS-合成酶,CH3-CO-S-合成酶,HOOC-CH2-CO-S-ACP,第一次还原,脱水反应,第二次还原.,此丁酰ACP（C4片段）乃脂肪酸合成的第一轮产物，通过这一轮反应，延长了两个碳原子，依上述过程一轮一轮反应可生成软脂酸。 释放（消耗1moL水）,脂肪酸合成的反应步骤图解,乙酰-CoA,乙酰-ACP,乙酰-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-ACP,-羟丁酰-ACP,-烯丁酰-ACP,+,丁

19、酰-ACP,-酮酰-ACP 合成酶,-酮酰-ACP 还原酶,-羟酰-ACP 脱水酶,烯酰-ACP 还原酶,NADPH,NADPH,H2O,C2O,还原,还原,脱水,软脂酸,软脂酰-ACP,硫脂酶,释放,羧化,软脂酸合成 的总反应,CH3CO SCoA,+ 7 HOOC-CH2-CO SCoA,脂肪酸合成酶复合体,14NADPH + H+,14NADP+,CH3-(CH2)14-COOH + 7CO2 + 8CoASH + 6H2O,脂肪酸合成酶复合体:包括ACP和七种酶,脂酰基载体蛋白 acyl carrier protein, ACP,辅基: 4-磷酸泛酰氨基乙硫醇,O CH3 O O |

20、| | | Ser36O-P-O-CH2-C-CHOH-C-NH-CH2-CH2-C-NHCH2-CH2-SH | | OH CH3 泛酸 氨基乙硫醇,1. 乙酰基转移酶,2. 丙二酰基转移酶,3. 酮脂酰合酶,4. 酮脂酰还原酶,5. 羟脂酰脱水酶,6. 烯酰还原酶,7. 硫脂酶,七种酶,脂肪酸从头合成途径小结：,1、 脂肪酸的合成是从二碳物（乙酰辅酶A）开始的全程合成途径或称从头合成途径。 2、合成酶系全部在胞浆中，因此，从二碳物合成的途径全部在细胞的胞浆中进行的。 3、线粒体中的乙酰辅酶A通过丙酮酸柠檬酸穿梭途径，以柠檬酸为乙酰基的载体，转运入胞浆。,4、合成的各步反应由脂肪酸合酶复合体

21、催化来实现。包括7步反应。,5、在脂肪酸从头合成途径中只有一分子乙酰辅酶A直接参加反应。合成脂肪酸所需的其它乙酰辅酶A是以丙二酸单乙酰的形式参加合成反应,6、从头合成途径的终产物一般为饱和的16碳的软脂酸。 原因： （1）硫脂酶的活性 从ACP移去脂酰基的脱酰基酶（硫酯酶）对 16个碳原子脂酰基表现最大的活性； （2）脂肪酸合酶与脂酰基的结合力 -酮脂酰ACP合成酶与从ACP转来的大于14碳的脂酰基结合能力很弱，因而使它还未转移到合成酶上就被脱酰基酶由ACP上裂解出。,（二）饱和脂肪酸碳链的延长和去饱和,在此过程中缩合酶(硫解酶）先使脂酰辅酶A与乙酰辅酶A缩合形成-酮脂酰辅酶A，再经还原型辅酶

22、I和还原型辅酶II供氢还原产生比原来多2个碳原子的脂酰辅酶A，后者尚可通过类似过程，并重复多次而加长碳键（延长至C24）。,1、饱和脂肪酸碳链的延长延长的场所：线粒体、微粒体在线粒体中反应的实质：脂酰-CoA与乙酰-CoA的缩合和还原（使用了NADH和NADPH），相当于-氧化逆反应。,脂 肪 酸 碳 链 延 长,在微粒体中碳链的延长 二碳原子：来自丙二酸单酰-CoA。 反应的实质： 利用丙二酰辅酶A加长碳链，还原过程需还原型辅酶II供氢，中间过程与软脂酸合成系统相似，但没有以脂酰载体蛋白为核心的多酶复合体系。,2、碳链的去饱和,软脂酸和硬脂酸是动物组织中最常见的单双键不饱和脂肪酸软脂烯酸（1

23、6C）和油酸（18C）的前体。双键通过脂酰辅酶A加氧酶所催化的氧化反应而引入到脂肪酸链。,脂肪酸链上的C9C10位间的不饱和双键是在脂酰辅酶A去饱和酶的催化下，经氧化反应引入的。在哺乳动物体内引入双键的氧化反应需要一个由两种酶和一个细胞色素组成的电子传递体系参与。但是哺乳动物体内缺少能够在C9以外引进双键的酶，不能再C10至甲基末端间在引入第2个双键。因此亚油酸和亚麻酸不能自身合成，只能从膳食中获取。即亚油酸和亚麻酸为人体的必需脂肪酸。,脂肪酸- 氧化与脂肪酸合成比较：,进行的部位不同,酰基的直接载体不同,二碳单位加入 和减去方式不同,缩合 还原 脱水 还原,转运机制不同,丙酮酸柠檬酸循环：

24、运送乙酰辅酶A。,氧化,合成,线粒体,胞浆,辅酶A,HSACP,脱氢 水合 再脱氢 硫解,肉毒碱载体系统： 运送脂酰辅酶A,氧化,合成,羟酰基中间物的 构型不同,两条途径都以脂肪酸链的逐次、轮番的变化为特色，每一轮,能量需求不同,酶系不同,对FAD、NAD+和 NADPH的需求不同。,O O CH2-O-C-R1 | R2-C-O-CH | CH2- OH,O O CH2-O-C-R1 | R2-C-O-CH O | | CH2-O-C-R3,肝细胞,脂肪细胞,三脂肪的合成,四、脂酸合成的调节,（1）进食高脂肪食物以后或饥饿而脂肪动员加强时，肝细胞内脂酰CoA增多，可别构抑制乙酰CoA羧化酶，

25、从而抑制体内脂酸的合成； （2）进食糖类而糖代谢加强，NADPH及乙酰CoA供应增多，有利于脂酸的合成，同时糖代谢加强使细胞内ATP增多，可抑制异柠檬酸脱氢酶，造成异柠檬酸及柠檬酸堆积，透出线粒体，可别构激活乙酰CoA羧化酶，使脂酸合成增加。此外，大量进食糖类也能增强各种合成脂肪有关的酶活性从而使脂肪合成增强。,柠檬酸,乙酰CoA羧化酶,别构激活,别构抑制,进食高脂肪食物以后或饥饿,脂肪动员加强,脂酰CoA,脂酸的合成,（-）,进食糖类,糖分解代谢加强,NADPH及乙酰CoA,（+）,ATP增多,异柠檬酸脱氢酶,（-）,（+）,代谢物调节图示,丙二酸单酰 辅酶A生成,第四节 磷脂的代谢,一、甘

26、油磷脂合成： 首先由磷酸甘油与两分子脂肪酸缩合成磷脂酸，再以此为前提物质加上各种基团形成相应的甘油磷脂。其合成途径有两条 在细菌中，磷脂酸与CTP作用，生成CDP-二脂酰甘油，然后由CDP-二脂酰甘油与丝氨酸反应，生成磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、二磷脂酰甘油等； 在真核生物中，磷脂酸水解为二脂酰甘油，后者与CDP-乙醇胺、CDP-胆碱等反应，生成相应的磷脂。,复习：甘油磷脂的结构通式,1合成部位：内质网 全身各组织细胞内质网均有合成磷脂的酶系，因此均能合成甘油磷脂，但以肝、肾及肠等组织最活跃。 2合成的原料及辅因子 ： 饱和或不饱和脂酸、甘油、磷酸盐、胆碱、丝氨酸、肌醇、乙醇胺、ATP、CTP。

27、 CTP在磷脂合成中特别重要，它为合成CDP-乙醇胺、CDP-胆碱及CDP-甘油二酯等活化中间物所必需。,3、甘油磷脂的合成途径,（1）甘油二酯合成途径（见于真核生物）,+ CH2-N(CH3)3 | CH2OH,3 （S腺苷蛋氨酸）,CH3-S-AR | CH2 | CH2 | CH-NH2 | COOH,CH2NH2 | CH2O- P,+ CH2-N(CH3)3 | CH2O- P,ATP,ADP,CDP-乙醇胺,CDP-胆碱,CTP,PPi,乙醇胺,乙醇胺磷酸,胆碱,胆碱磷酸,CH2NH2 | CH2OH,磷脂酶,Pi,CDP-乙醇胺,CMP,磷酸乙醇胺转移酶,CDP-胆碱,CMP,磷

28、酸胆碱 转移酶,3 (S腺苷蛋氨酸),O O CH2-O-C-R1 | R2-C-O-CH | CH2- P,O O CH2-O-C-R1 | R2-C-O-CH | CH2- OH,O O CH2-O-C-R1 | R2-C-O-CH | CH2- P - 乙醇胺,O O CH2-O-C-R1 | R2-C-O-CH | CH2- P - 胆碱,甘油二酯,磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂）,磷脂酰胆碱 （卵磷脂）,丝氨酸,乙醇胺,（2） CDP-甘油二酯合成途径（主要见于细菌）,CDP-甘油二脂,CTP,PPi,CTP 磷脂酸 胞苷酰转移酶,O O CH2-O-C-R1 | R2-C-O-CH | CH2- P,3 P 甘