11 第十一章 脂类代谢 (2)

null第十一章 脂类代谢第十一章 脂类代谢第一节 生物体内的脂类第一节 生物体内的脂类 脂类（lipid）亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇 和固醇。 脂类的元素组成主要是C H O,有些尚含N S P。一、定义:nullI 按化学组成分类 单纯脂类 复合脂类 衍生脂类二、脂类的分类null单纯脂类 由脂肪酸和醇类所形成的酯 脂酰甘油酯（最丰富的为甘油三酯<三酰甘油>) 蜡（含14-36C个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30C个碳原子的一元醇所形成的酯）null单纯脂类的衍生物：除了含有脂肪酸和 醇外，还含有非脂分子的成分，包括：复合脂类 磷脂（磷酸和含氮碱） 糖脂（糖） 硫脂（硫酸）null 由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。萜类：天然色素、香精油、天然橡胶 固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素） 其他脂类：维生素A、D、E、K等。衍生脂类null可皂化脂类：一类能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。 不可皂化脂类：不能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。 主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类。重要脂类：甘油三酯II 按能否被碱水解分类null甘油三酯的分子结构三、重要脂类的结构1.甘油三酯1.甘油三酯 n、m、k可以相同，也可以不全相同甚至完全不同， 其中n多是不饱和的。null X = 胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、甘油 2.甘油磷脂null四、脂类的分布与生理功能null第二节 甘油三酯的分解代谢脂肪(甘油三酯)经脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，以后甘油和脂肪酸在组织内氧化成CO2及H2O，所放出的化学能被用于完成各种生理机能。一、脂肪的酶促水解一、脂肪的酶促水解脂肪的降解是经过脂肪酶水解的。组织中有三种脂肪酶，逐步把脂肪水解成甘油和脂肪酸。这三种酶是脂肪酶、甘油二酯脂肪酶、甘油单酯脂肪酶，其水解下：null其中对激素敏感的脂肪酶是限制脂解速度的限速酶。肾上腺素、高血糖素、肾上腺皮质激素等可加速脂解作用，胰岛素、前列腺素E1作用相反，具有抗脂解作用。二、甘油的氧化分解与转化二、甘油的氧化分解与转化 动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.nullβ-氧化作用 α-氧化作用饱和脂肪酸的氧化分解三 脂肪酸的氧化分解单不饱和脂肪酸的氧化分解奇数C原子脂肪酸的氧化分解细胞中的脂肪酸除了一少部分重新合成脂肪作为贮脂外，大部分氧化供能以满足体内能量之需。null早在20世纪初，脂肪酸的降解已经成为探讨的对象。Knoop于1904年开始用苯环作为标记，追踪脂肪酸在动物体内的转变过程。当时已知动物体缺乏降解苯环的能力，部分的苯环化合物仍保持着环的形式被排出体外。 KnooP用五种含碳原子数目不同的苯脂酸（即直链分别含l、2、3、4及5个碳原子的苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸、苯丁酸及苯戊酸）饲养动物，收集尿液，然后分析尿中带有苯环的物质。结果发现动物食进的苯脂酸虽然有五种，而它们的中间代谢产物只有苯甲酸和苯乙酸两种，苯甲酸和苯乙酸以它们的甘氨酸结合物 ──马尿酸和苯乙尿酸的形式从尿中排出。换言之，动物食进的苯脂酸含有奇数碳原子（苯基的碳原子不计），则排出马尿酸，而含有偶数碳原子，则排出苯乙尿酸 一、 饱和脂肪酸的β-氧化作用nullnull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.R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH1. 概念Knoop在上述实验的基础上提出了脂肪酸的β-氧化学说，他推论脂肪酸氧化是从羧基端的β-位碳原子开始，每次分解出一个二碳片段。 null2. 脂肪酸的β-氧化作用（1）脂肪酸的活化 脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。 在脂酰CoA合成酶(硫激酶) 催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：null在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱, carnitine）来携带脂酰基。（2）脂酰CoA转运入线粒体肉碱即β-羟基 -γ三甲基铵基丁酸，是一个由赖氨酸衍生而成的兼性化合物。 null借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。 其中，肉碱脂酰转移酶Ⅰ(carnitine acyl transferase Ⅰ)是脂肪酸-氧化的关键酶。nullnull脂酰CoA进入线粒体的过程null关键酶 null-氧化过程由四个连续的酶促反应组成： ① 脱氢 ② 水化 ③ 再脱氢 ④ 硫解 (3) -氧化循环null-氧化循环的反应过程α,β-反式烯脂酰CoA （△2反式烯脂酰CoA）L-β- 羟脂酰COAnull① -氧化循环过程在线粒体基质内进行； ② -氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆； ③ 需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子； ④ 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。 脂肪酸-氧化循环的特点null 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。 (4) 彻底氧化：nullnull1分子FADH2可生成2分子ATP，1分子NADH可生成3分子ATP，故一次-氧化循环可生成5分子ATP。 1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成12分子ATP。3、脂肪酸氧化分解时的能量释放null以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为：7次-氧化分解产生5×7=35分子ATP；8分子乙酰CoA可得12×8=96分子ATP；共可得131分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成129分子ATP。null对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：1.概念3. 饱和脂肪酸的α-氧化作用1.概念脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化。 RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2nullStumpf，P．K．1956年发现植物线粒体中除有β- 氧化作用外， 还有一种特殊的氧化途径，称为α- 氧化作用。这种氧化途径后来也在动物的脑和肝细胞中发现。这个氧化过程是首先使α- 碳原子氧化成羟基，再氧化成酮基，最后脱酸成为少一个碳的脂肪酸。在这个氧化系统中，仅以游离脂肪酸能作为底物，而且直接涉及到分子氧，产物既可以是D-α-羟基脂肪酸，也可以是含少一个碳原子的脂肪酸。α-氧化的机制至今尚不十分清楚，其可能的途径是：null（少一个C原子）2. α-氧化的可能反应历程null二、单不饱和脂肪酸的氧化不饱和脂肪酸的氧化途径和上述饱和脂肪酸的β-氧化途径相似。但由于它比相应的饱和脂肪酸多一个双键，所以在氧化过程中还需要有一个酶把脂肪酸分子中原有的顺式双键结构催化转变为反式结构以适于烯脂酰辅酶A水合酶的要求。如果不饱和脂肪酸带有两个双键则还要另加一个酶把D（-）β-羟脂酰CoA催化转变成L（+）β-羟脂酰辅酶A，以适应脂酰-CoA脱氢酶的要求，使之继续按β-氧化途径进行。前一种酶称为Δ3-顺-Δ2 -反-烯脂酰CoA异构酶，它催化Δ3-顺烯脂酰辅酶A转变为Δ2 -反烯脂酰辅酶A。后一种酶称为β-羟脂酰辅酶A差向酶。 null 现以十八碳二烯酸为例说明上述两个酶的作用，并 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示出不饱和脂肪酸的氧化途径 nullnull生物界的脂肪酸大多数为偶数碳原子，但在许多植物、海洋生物、石油酵母等体内还有部分奇数碳脂肪酸存在。它们按β- 氧化进行，除产生乙酰辅酶A外，最后还剩下一个丙酰辅酶A。丙酰辅酶A不能再按β-氧化继续降解，它经3步酶反应转变成琥珀酰辅酶A。 三、 奇数碳脂肪酸的氧化nullnullnull甘油的合成 脂肪酸的合成 二者分别转变为3—磷酸甘油和脂酰CoA后的连接第三节 脂肪的生物合成肝、小肠和脂肪组织是主要的合成脂肪的组织器官，其合成的细胞部位主要在胞液。 null合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成：  1．由糖代谢生成（脂肪细胞、肝）：一、3-磷酸甘油的生成null2．由脂肪分解形成的甘油null二、饱和脂肪酸的从头合成 （在细胞质中）生物机体脂类合成是十分活跃的，特别在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。脂肪酸的生物合成并不是其氧化降解的逆过程。首先脂肪酸合成是在胞液中进行的，需要CO2和柠檬酸参加，而脂肪酸氧化是在线粒体中进行的；其次脂肪酸合成酶系、酰基载体、供氢体等与脂肪酸氧化各不相同。null㈠ 饱和脂肪酸的从头合成 null来源 线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖） 脂肪酸的β-氧化 氨基酸的氧化 转运 柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系） 1. 乙酰CoA（碳源）的来源及转运脂肪酸合成所需的碳源是来自乙酰辅酶A，但无论是丙酮酸脱羧、氨基酸氧化，还是从脂肪酸β-氧化产生的乙酰CoA都是在线粒体基质中，它们不能任意穿过线粒体内膜到胞液中去。但可以通过以下途径透过膜，乙酰辅酶A与草酰乙酸结合形成柠檬酸，然后通过三羧酸载体透过膜，再由膜外柠檬酸裂解酶裂解成草酰乙酸和乙酰辅酶A。草酰乙酸又被NADH还原成苹果酸再经氧化脱羧产生CO2、NADPH和丙酮酸，丙酮酸进入线粒体，在羧化酶催化下形成草酰乙酸，又可参加乙酰辅酶A转运循环. null乙酰CoA转运出线粒体nullSalih Wakil’s发现用细胞提取液进行脂肪酸生物合成时需要HCO3-，后来才知道乙酰辅酶A是合成脂肪酸的引物，以软脂酸为例，所需的8个乙酰辅酶A单位中，只有一个以乙酰辅酶A的形式参与合成，其余7个皆以丙二酸单酰辅酶的形式参与合成，脂肪酸合成中，每次延长都需要丙二酸单酰辅酶A参加。丙二酸单酰辅酶A是由乙酰辅酶A和HCO3- 羧化形成的。 2．丙二酸单酰CoA的合成 此反应中所用的碳原子来自比CO2活泼的HCO3-，形成的羧基是丙二酸单酰CoA的远端羧基。催化此反应的酶为乙酰辅酶A羧化酶,该酶的辅基为生物素。生物素是CO2分子的中间载体。 null脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。 在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白（acyl carrier protein, ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体。3．脂肪酸合成循环null 乙酰基转移反应CH3-C～SACP=OACP-SH酮脂酰-ACP合酶 丙二酸单酰基转移反应CoA-SHACP-SHACP脂酰基转移酶+ACP-SH丙二酸单酰转移酶+CoA-SH4.反应历程从ACP结构上看，它有一个带—SH的柔性长链，故ACP常写成ACP—SH。由于有这个—SH，它可以从各种酰基—SCoA接受酰基而形成，并且释放出CoASH。此外，由于这是长的柔性链，故它可以把酰基从一个地方传送到另一个地方，以适应多酶复合体中各种酶的需要。各种来源的ACP的氨基酸组成十分相似。如将不同来源的ACP交换用于不同脂肪酸合成酶系，虽然也能合成脂肪酸，但其产物因 ACP而异。null缩合反应CH3-C～S-合酶+=Oβ-酮脂酰-ACP合酶+合酶-SH+CO2还原反应+NADPH+ + H + β-酮脂酰-ACP还原酶+NADP+ D-β-羟丁酰-ACPnull脱水反应=- C-β-羟脂酰-ACP脱水酶+H2O（△2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）再还原反应--=- 3 2+NADPH+H+β-烯脂酰-ACP还原酶 CH3-CH2-CH-C～SACPO=+NADP+（丁酰-ACP）丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成软脂酰-ACP。null缩合反应CH3-C～S-合酶+=Oβ-酮脂酰-ACP合酶+合酶-SH+CO2由于缩合反应中， 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。软脂酰-ACP硫酯酶水解 ACP+软脂酸（棕榈酸）释放H2Onull8CH3-C～SCOA=O+7ATP+14NADPH++14H +CH3 ( CH2)14COOH+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O 那么这个过程与糖代谢有一定关系：原料（乙酰辅酶A ）来源 羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供 还原力NADPH从哪来？总反应式null脂肪酸生物合成的反应程序 ①乙酰CoA羧化酶 ②乙酰CoA-ACP转酰酶 ③丙二酸单酰CoA-ACP 转移酶 ④β-酮脂酰-ACP合成酶 ⑤β-酮脂酰-ACP还原酶 ⑥β-羟脂酰-ACP脱水酶 ⑦烯脂酰-ACP还原酶null① 合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA； ② 在胞液中进行，关键酶是乙酰CoA羧化酶； ③ 合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于转运，7分子用于活化）； ④ 需NADPH作为供氢体，对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性。脂肪酸合成的特点：4. 饱和脂肪酸的从头合成与β-氧化的比较4. 饱和脂肪酸的从头合成与β-氧化的比较 区别要点 从头合成 β-氧化细胞内进行部位 胞液 线粒 体 酰基载体 ACP-SH CoA-SH 二碳单位参与或断裂形式 丙二酸单酰ACP 乙酰CoA 电子供体或受体 NADPH+H+ FAD,NAD -羟酰基中间物的立体构型不同 D型 L型 对HCO3-和柠檬酸的需求 需要 不需要 所需酶 7种 4种 能量需求或放出 消耗7ATP及14NADPH+H+ 产生129或106ATP这些不同点使得软脂酸的合成和氧化分解过程可以同时在细胞内独立进行。null三、 甘油三酯的合成Section 4 Metabolism of PhospholipidsSection 4 Metabolism of Phospholipids第四节 磷脂的代谢 一、甘油磷脂的代谢一、甘油磷脂的代谢甘油磷脂（phosphoglycerides，简称磷脂〕广布于生物界，是细胞膜、细胞器膜的主要组成成分，是最主要的一类磷脂。甘油磷脂种类繁多，体内周转更新快，它们的共同特点是都具有亲水性和疏水性的兼性分子，水解后都产生磷酸和脂肪酸。磷脂组成的变化对细胞膜流动性、膜蛋白的活性等细胞生理功能有重要的调节作用。null（一）甘油磷脂的基本结构：体内几种重要的甘油磷脂体内几种重要的甘油磷脂1．甘油磷脂的降解 1．甘油磷脂的降解 甘油磷脂的降解由各种磷脂酶(phospholipase)催化，它们是按磷脂中分解的键分类的null1．甘油二酯合成途径： 磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成。 合成过程中所需胆碱及乙醇胺以CDP-胆碱和CDP-乙醇胺的形式提供。 （二）甘油磷脂的合成代谢甘油二酯合成途径甘油二酯合成途径第五节 胆固醇的代谢第五节 胆固醇的代谢Section 5 Metabolism of Cholesterolnull ABC1234567891011121315161718192021222324252627D环戊烷 多氢菲14一、胆固醇的结构及其酯化 null胆固醇（cholesterol）的酯化在C3位羟基上进行，由两种不同的酶催化。 存在于血浆中的是卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）。null存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶（ACAT）。null胆固醇合成部位主要是在肝和小肠的胞液和微粒体。其合成所需原料为乙酰CoA。 乙酰CoA经柠檬酸-苹果酸穿梭转运出线粒体而进入胞液，此过程为耗能过程。 每合成一分子的胆固醇需18分子乙酰CoA，36分子ATP和16分子NADPH。 （一）胆固醇合成的部位和原料二、胆固醇的合成null胆固醇合成的基本过程可分为下列三个阶段： 1．乙酰CoA缩合生成甲羟戊酸（MVA）： 此过程在胞液和微粒体进行。 HMG-CoA还原酶(HMG-CoA reductase)是胆固醇合成的关键酶。（二）胆固醇合成的基本过程:null此过程在胞液和微粒体进行。MVA→5-焦磷酸甲羟戊酸→异戊烯焦磷酸→二甲丙烯焦磷酸→焦磷酸法呢酯→鲨烯。2．甲羟戊酸缩合生成鲨烯null 此过程在微粒体进行。 鲨烯结合在胞液的固醇载体蛋白（sterol carrier protein, SCP）上，由微粒体酶进行催化，经一系列反应环化为27碳胆固醇。SCP3．鲨烯环化为胆固醇null（一）转化为胆汁酸三、胆固醇的转化（二）转化为类固醇激素（三）转化为维生素D3