14 第十四章脂类代谢.ppt

1、生物化学 Lipids Metabolism,企鹅宝宝的早餐在哪里,第十四章脂类代谢,生物化学 Lipids Metabolism,脂类代谢的生理功能,脂类代谢：甘油三酯（脂肪）、磷脂和类固醇的合成和分解过程 生成的脂肪酸作为磷脂、糖脂的组分形成膜结构； 脂肪在动物体内、植物种子及果实中大量存储。氧化可放能：脂肪37kJ/g，糖 16kJ/g，蛋白质 17kJ/g 类脂及其衍生物具有重要生理作用。可合成激素、胆酸和维生素等，对维持机体的正常活动有重要影响作用。 人类的某些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。,生物化学 Lipids Metabolism,emphasis,

2、脂肪的消化、吸收和转运方式 脂肪酸的氧化途径 脂肪酸的合成代谢途径 脂肪酸氧化与合成的比较,生物化学 Lipids Metabolism,Content,脂肪的消化吸收和转运 甘油的体内代谢 脂肪酸的分解代谢 脂肪酸及甘油三酯的合成 脂肪代谢的调节与控制,生物化学 Lipids Metabolism,1、脂肪的消化吸收与转运,摄入量：60-150g/(M.d) 消化：十二指肠，胆囊胆汁乳化胰脂肪酶水解脂肪酸 + 甘油 吸收：脂肪酸等脂类小分子或微滴肠粘膜上皮细胞吸收血液淋巴系统组织。 脂肪的动员：由贮存脂肪降解释放出游离脂肪酸，并由脂蛋白转运至肝脏的过程。脂酶+磷脂酶催化。,生物化学 Lipi

3、ds Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,附：不同脂类的分解代谢方式,酯酰甘油类：脂肪酸和甘油，分别进入脂肪酸氧化代谢途径和甘油代谢途径； 磷脂类：经磷脂酶类分解后，生成的脂肪酸进入氧化，甘油和磷酸则进入糖代谢； 鞘脂类：在溶酶体中，经半乳糖苷酶类、神经酰胺酶类等降解成长链碱和脂肪酸，进入相关的代谢。 类固醇类：胆固醇在肝脏中转化为胆汁酸，其中绝大部分再转化为胆汁酸盐参与脂类的消化和吸收；部分转化为粪固醇随粪便排出体外。,生物化学 Lipids Metabolism,甘油 经血液输送到肝脏，由甘油激酶催化转变成-磷酸甘油，耗ATP，不可逆反应。 -磷酸甘油在脱氢

4、酶（含辅酶NAD+）作用下，脱氢形成磷酸二羟丙酮，可沿糖异生途径合成葡萄糖及糖原；也可沿糖酵解正常途径形成丙酮酸，再进入三羧酸循环被完全氧化。,2、甘油的体内代谢,生物化学 Lipids Metabolism,脂肪酸的氧化 脂肪酸氧化产物的去路 酮体代谢 脂肪酸与糖类分解代谢的比较,3、脂肪酸的分解代谢,生物化学 Lipids Metabolism,（1）脂肪酸的氧化,类型： 饱和（奇数和偶数碳）脂肪酸氧化：-、-、-oxidation 不饱和脂肪酸氧化,生物化学 Lipids Metabolism, - 氧化,特点： 脂肪酸在氧化分解时，碳链的断裂发生在脂肪酸的-位，即脂肪酸碳链的断裂方式是

5、每次切除2个碳原子。 最终产物均为乙酰辅酶A 是含饱和脂肪酸的主要分解方式。 场所：脂肪酸的-氧化在线粒体中进行，,生物化学 Lipids Metabolism,I、 脂肪酸的活化,脂肪酸进入细胞后，首先在线粒体外或胞浆中被活化，与腺苷酸（ATP）作用形成脂酰腺苷酸。 在脂酰CoA合成酶催化下，再与HS-coA作用转变成脂酰CoA，然后进入线粒体进行氧化。,R,C,H,2,C,H,2,C,H,2,C,O,O,H,+,ATP,R,C,H,2,C,H,2,C,H,2,C,O,A,M,P,+,PPi,脂酰CoA合成酶,R,C,H,2,C,H,2,C,H,2,C,O,A,M,P,C,oA,S,H,R,

6、C,H,2,C,H,2,C,H,2,C,O,S,C,oA,+ AMP,生物化学 Lipids Metabolism,II、脂酰CoA 转运入线粒体,催化 脂酰CoA 氧化分解的酶存在于线粒体的基质中，所以 脂酰CoA 必须通过线粒体内膜进入基质中才能进行氧化分解。 载体肉碱(3-羟基-4-三甲氨基丁酸)转运：脂酰CoA 在 肉碱脂酰转移酶催化下，与肉碱反应，生成脂酰肉碱，然后通过线粒体内膜。脂酰肉碱在线粒体内膜的移位酶帮助下穿过内膜，并与线粒体基质中的 CoA 作用，重新生成脂酰CoA, 释放出肉碱。 肉碱再在移位酶帮助下，回到线粒体外的细胞质中。,生物化学 Lipids Metabolism

7、,III、 -氧化的反应过程,脂酰CoA在线粒体的基质中进行氧化分解。每进行一次-氧化，需要经过脱氢、水化、再脱氢和硫解四步反应，同时释放出1分子乙酰CoA。反应产物是比原来的脂酰CoA减少了2个碳的新的脂酰CoA。如此反复进行，直至脂酰CoA全部变成乙酰CoA。 四个步骤：脱氢 - 水化 - -脱氢 - 硫解,生物化学 Lipids Metabolism,Step 1: 脱 氢,脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下，在-和-碳原子上各脱去一个氢原子，生成反式,-烯脂酰CoA，氢受体是FAD。,生物化学 Lipids Metabolism,Step 2: 水 化,在烯脂酰CoA水合酶催化下，,

8、-烯脂酰CoA水化，生成L(+)-羟脂酰CoA。,生物化学 Lipids Metabolism,Step 3: 再 脱 氢,-羟脂酰CoA在脱氢酶催化下脱氢生成 -酮脂酰CoA。氢受体为 NAD+，酶具有立体专一性，只催化L(+)-羟脂酰CoA的脱氢。,生物化学 Lipids Metabolism,脱氢,在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，-酮脂酰CoA 与 CoA 作用，生成1分子 乙酰CoA 和1分子比原来少两个碳原子的 脂酰CoA。,Step 4: 硫 解,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,例如：软脂酸（含16碳）经过7次-氧化，可以生

9、成8个乙酰CoA，每一次-氧化，还将生成1FADH2和1分子NADH。完全氧化的总反应式： C16H31COSCoA + 7 CoA-SH + 7 FAD + NAD+ +7 H2O -ATP 8 CH3CO-SCoA + 7 FADH2 + 7 NADH + AMP + 7 H+ 按照1NADH产生2.5ATP，1FADH2产生1.5个ATP, 1乙酰CoA完全氧化产生10ATP计算，脂肪酸活化消耗2ATP，则总计1软脂酸在分解代谢过程中共产生106 ATP。,附：-氧化的能量变化,生物化学 Lipids Metabolism,-氧化：在动物体中，C10 或C11脂肪酸的碳链末端碳原子（-碳

10、原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行-氧化，最后生成的琥珀酰CoA可直接进入三羧酸循环。 -氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的-碳被氧化成羟基，生成-羟基酸。-羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。上述反应由单氧化酶催化，需要有O2、Fe2+和抗坏血酸等参加。, 饱和脂肪酸的其它氧化方式,生物化学 Lipids Metabolism,饱和奇数碳脂肪酸的 -氧化：先经反复-氧化，可最终形成丙酰辅酶A（CH3CH2COCoA），再转化成琥珀酰CoA进入 TCA。 不饱和脂肪酸的 -氧化：先以 -氧化方式循环氧化，直到出现 3顺烯脂酰辅酶A，该产

11、物再经异构酶催化生成3反烯脂酰辅酶A，然后再被水化-羟酰辅酶A，最由-氧化的后续（脱氢、硫解）两步反应最终生成乙酰辅酶A。, 不饱和脂肪酸的氧化,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,（2）脂肪酸氧化产物的去路,乙酰辅酶A CH3COCoA （肝脏线粒体）,酮体,合成脂肪酸,合成胆固醇,TCA,Co2 + H2O,酮体：在肝脏中由 乙酰辅酶A 形成的 乙酰乙酸，D - 羟丁酸，丙酮(量少，易吸收)。 酮体合成的调节：受草酸乙酸的浓度调节（即高浓度可引导 乙酰辅酶A进入 TCA，当血糖浓度低时（饥饿或糖尿病）因草酰乙酸用于糖异生，故有利于酮体

12、合成）。 对机体的影响：过量酮体造成血液 pH值下降，即酸中毒；可作为肝外组织的燃料（转化为乙酰辅酶A而进入TCA供能）,（3）酮体代谢,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,软脂酸彻底氧化： C15H31COOH + 8CoA-SH + 8FAD + 8NAD+ + 8H2O - ATP 8CH3CO-SCoA + 8FADH2 + 8NADH + AMP +2H+ 折合：106ATP : 16C = 6.6 : 1 葡萄糖彻底氧化： C6H12O6 + 2FAD +10NAD+ + 2GTP + 2ATP6CO2 + 6H2O +2FA

13、DH2 + 10NADH + 2GTP +2ATP +7 H+ 折合：27ATP : 6C = 4.5 : 1,（4）脂肪酸与葡萄糖糖分解代谢的比较,生物化学 Lipids Metabolism,脂肪酸合成的场所：细胞质（胞液） 脂肪合成场所：高等动物肝、脂肪组织和乳腺中强 合成的碳源原料：乙酰辅酶A（酵解产物），CO2，柠檬酸（中间转运的载体） 主要的酶：脂肪酸合成酶,4、脂肪酸和甘油三酯的合成,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,转运：乙酰辅酶A的三羧酸（跨线粒体膜）转运体系 启动：丙二酸单酰辅酶A的形成 装载：丙二酸单酰基转移反应

14、缩合：缩合反应 还原：第一次还原反应 脱水： 还原：第二次还原反应 释放的延长：,（1）脂肪酸的合成,生物化学 Lipids Metabolism,Step 1: 乙酰辅酶A的TCA跨膜转运,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,Step 2: 启动：丙二单酰辅酶A的形成,Salih Wakil 发现：乙酰辅酶A形式只是合成脂肪酸的引物，其余的乙酰辅酶A均以丙二酸单酰辅酶A（远端具有游离羧基）形式加入。 酶：乙酰辅酶A羧化酶（辅基：生物素） ACP（脂酰基载体蛋白）的转运作用（P168）： CH3CO-CoA+ACP-SH = CH3CO-

15、S-ACP+CoA-SH CH3CO-S-ACP+合成酶-SH = ACP-SH+ CH3CO-S-合成酶 总反应式： CH3CO-SCoA+ATP+HCO3- = OOCCH2CO-SCoA+ADP+Pi+H+,生物化学 Lipids Metabolism,Step 3: 丙二酰基的转移,反应结果：将丙二酸单酰辅酶A与ACPSH作用，脱掉辅酶A形成丙二酸单酰SACP 酶：ACP丙二酸单酰转移酶 OOCCH2CO-SCoA+ACP-SH = OOCCH2CO-S-ACP+CoA-SH,生物化学 Lipids Metabolism,Step 4: 缩合反应,结果：丙二酸单酰-S-ACP与乙酰S合

16、成酶作用，生成乙酰乙酰SACP。 酶：酮脂酰ACP合成酶 总反应式： OOCCH2CO-S-ACP+乙酰-S-合成酶 = CH3COCH2CO-S-ACP+CO2 对反应机理的解释：为什么脂肪酸合成反应时不是直接加入乙酰辅酶A，而是要经历前三个看似复杂的步骤？解释：羧化反应利用ATP供给能量，自由能存在于丙二酸单酰辅酶A中。当缩合反应时，它可脱羧放出大量能量供给二碳片段与乙酰辅酶A缩合所需能量，反应过程中的自由能降低，使丙二酸单酰辅酶A与乙酰辅酶A的缩合反应比二个乙酰辅酶A分子的直接缩合更容易进行。,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,S

17、tep 5: 第一次还原反应,结果：乙酰乙酰SACP由NADPH还原生成羟丁酰SACP。 酶： 酮脂酰ACP还原酶 总反应式： OOCCH2CO-SCoA+NADPH+H+CH3C(OH)CH2CO-S-ACP + NADP+,生物化学 Lipids Metabolism,Step 6: 脱水反应,结果：乙羟丁酰-S-ACP分子内脱水生成巴豆酰-S-ACP。 酶：羟脂酰ACP脱水酶 总反应式： CH3C(OH)CH2CO-S-ACPCH3CH=CHCO-S-ACP+H2O,Step 7: 第二次还原反应,结果：巴豆酰-S-ACP生成丁酰-S-ACP。完成一轮循环 酶：烯脂酰-ACP还原酶 总反

18、应式： CH3CH=CHCO-S-ACP+NADPH CH3CH2CH2CO-S-ACP,生物化学 Lipids Metabolism,（2）链的延长：软脂酸合成,8CH3CO-SCoA+14NADPH+14H+7ATP+H2O,8 times cycle,CH3(CH2)14COOH+8HSCoA+14NADP+7ADP+7Pi,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolism,（3）不饱和脂肪酸的合成,（4）甘油三酯的合成,同学自学：P176- 注： 主要合成场所：动物肝脏和脂肪组织 甘油三酯合成的前体：不是甘油，而是L-a-磷酸甘油,生物化学 Lipids Metabolism,生物化学 Lipids Metabolis