生物化學(xué)第九章脂類物質(zhì)的合成與分解

1、 按其生物學(xué)功能分為：按其生物學(xué)功能分為： 貯存脂質(zhì)貯存脂質(zhì)：酯酰甘油、蠟等；是能源物質(zhì)。：酯酰甘油、蠟等；是能源物質(zhì)。 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)：磷脂等；生物膜的骨架成分。：磷脂等；生物膜的骨架成分。 活性脂質(zhì)活性脂質(zhì)：萜類化合物、甾醇類化合物；：萜類化合物、甾醇類化合物； 是激素、維生素前體。是激素、維生素前體。 第一節(jié)第一節(jié) 生物體內(nèi)的脂類物質(zhì)生物體內(nèi)的脂類物質(zhì) 按其化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)分為：按其化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)分為： 單純脂類單純脂類：酯酰甘油、蠟等。：酯酰甘油、蠟等。 復(fù)合脂類復(fù)合脂類：磷脂、糖脂、硫脂等。：磷脂、糖脂、硫脂等。 異戊二烯脂異戊二烯脂：萜類、類固醇。：萜類、類固醇。 一、脂肪酸一、脂

2、肪酸 由一條由一條線性的長(zhǎng)碳線性的長(zhǎng)碳 氫鏈氫鏈（疏水尾）和（疏水尾）和 一個(gè)一個(gè)末端羧基末端羧基（親（親 水頭）組成的羧酸。水頭）組成的羧酸。 通常為通常為C4C36（數(shù)（數(shù) 字表示碳鏈的碳原子字表示碳鏈的碳原子 數(shù)）。數(shù)）。 按碳?xì)滏準(zhǔn)欠窈p鍵，可分為：按碳?xì)滏準(zhǔn)欠窈p鍵，可分為： 飽和脂肪酸飽和脂肪酸：軟脂酸：軟脂酸(16:0)、硬脂酸、硬脂酸(18:0)。 不飽和脂肪酸不飽和脂肪酸 單不飽和脂肪酸單不飽和脂肪酸：棕櫚油酸：棕櫚油酸(16:1) 多不飽和脂肪酸多不飽和脂肪酸：亞油酸：亞油酸(18:2)、DHA 二、單純脂類二、單純脂類 由由脂肪酸和醇脂肪酸和醇（甘油或高級(jí)一元醇）形成的酯

3、。（甘油或高級(jí)一元醇）形成的酯。 根據(jù)醇基不同，可分為根據(jù)醇基不同，可分為?；视王；视秃秃拖炏?。 1. 甘油三酯甘油三酯 2. 蠟蠟 三、復(fù)合脂類三、復(fù)合脂類 磷脂磷脂 復(fù)合脂類包括磷脂、糖復(fù)合脂類包括磷脂、糖 脂、硫脂等。脂、硫脂等。 第二節(jié)第二節(jié) 脂肪的生物合成脂肪的生物合成 脂肪由脂肪由甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸經(jīng)酶促反應(yīng)而合成經(jīng)酶促反應(yīng)而合成 的，但二者不能直接合成脂肪，必須轉(zhuǎn)變的，但二者不能直接合成脂肪，必須轉(zhuǎn)變 為活化形式的為活化形式的磷酸甘油磷酸甘油和和脂酰脂酰CoA后才能后才能 合成脂肪。合成脂肪。 一、磷酸甘油的生物合成一、磷酸甘油的生物合成 磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶

4、甘油激酶甘油激酶 3-磷酸甘油磷酸甘油 二、脂肪酸的生物合成二、脂肪酸的生物合成 脂肪酸的生物合成可分為脂肪酸的生物合成可分為3個(gè)過程：個(gè)過程： 1. 飽和脂肪酸的從頭合成飽和脂肪酸的從頭合成 2. 脂肪酸碳鏈的延長(zhǎng)脂肪酸碳鏈的延長(zhǎng) 3. 脂肪酸鏈去飽和脂肪酸鏈去飽和 、飽和脂肪酸的從頭合成、飽和脂肪酸的從頭合成 以乙酰以乙酰CoA為原料為原料，可合成，可合成16C及以下的飽和及以下的飽和 脂肪酸。動(dòng)物體在細(xì)胞液中進(jìn)行；植物體在葉綠脂肪酸。動(dòng)物體在細(xì)胞液中進(jìn)行；植物體在葉綠 體或前質(zhì)體進(jìn)行。體或前質(zhì)體進(jìn)行。 1. 參與合成的兩種酶系統(tǒng)參與合成的兩種酶系統(tǒng) 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶：催化乙酰：

5、催化乙酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)楸徂D(zhuǎn)變?yōu)楸?單酰單酰CoA。 脂肪酸合酶系統(tǒng)脂肪酸合酶系統(tǒng)：依次發(fā)生反應(yīng)，催化脂酰：依次發(fā)生反應(yīng)，催化脂酰 ACP的形成。的形成。 生物素羧化酶生物素羧化酶 生物素羧基生物素羧基 載體蛋白載體蛋白 羧基轉(zhuǎn)移酶羧基轉(zhuǎn)移酶 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 脂肪酸合酶系統(tǒng)脂肪酸合酶系統(tǒng) ACP：?；d體蛋白：酰基載體蛋白 MT：丙二酸單酰：丙二酸單酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 KR：-酮脂酰酮脂酰ACP還原酶還原酶 HD： -羥脂酰羥脂酰ACP脫水酶脫水酶 ER：烯脂酰：烯脂酰ACP還原酶還原酶 AT：乙酰：乙酰CoA-ACP脂?；D(zhuǎn)移酶脂酰基轉(zhuǎn)移酶 KS： -酮脂酰酮脂酰A

6、CP合酶合酶 2. 合成原料乙酰合成原料乙酰CoA的準(zhǔn)備的準(zhǔn)備 乙酰乙酰CoA的來源的來源：線粒體內(nèi)的丙酮酸氧化脫羧、：線粒體內(nèi)的丙酮酸氧化脫羧、 脂肪酸脂肪酸氧化、氨基酸氧化。氧化、氨基酸氧化。 乙酰乙酰CoA的轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)：通過：通過“檸檬酸穿梭檸檬酸穿梭”從線粒從線粒 體轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液。體轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液。 乙酰乙酰CoA的來源及轉(zhuǎn)運(yùn)的來源及轉(zhuǎn)運(yùn) 乙酰乙酰CoA的轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)：“檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)” 每次循環(huán)產(chǎn)生每次循環(huán)產(chǎn)生1 分子分子NADPH 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA的合成的合成 此反應(yīng)不可逆，是合成脂肪的限速步驟，此反應(yīng)不可逆，是合成脂肪的限速步驟， 檸檬酸是激活劑。檸檬酸是激活劑。 脂肪酸

7、合成中，除起始一分子乙酰脂肪酸合成中，除起始一分子乙酰CoA以外，所以外，所 有乙酰有乙酰CoA原料都要先羧化成丙二酸單酰原料都要先羧化成丙二酸單酰CoA。 乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶 生物素羧化酶生物素羧化酶羧基轉(zhuǎn)移酶羧基轉(zhuǎn)移酶 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA 3. 脂肪酸的從頭合成脂肪酸的從頭合成 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰-S-E 乙酰基轉(zhuǎn)移酶乙?；D(zhuǎn)移酶 乙酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)乙?；D(zhuǎn)移反應(yīng) 丙二酸單酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)丙二酸單?；D(zhuǎn)移反應(yīng) 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA 丙二酸單酰丙二酸單酰ACP ACPACP丙二酸單丙二酸單 ?；D(zhuǎn)移酶?；D(zhuǎn)移酶 縮和反應(yīng)縮和反應(yīng) -酮脂酰酮脂酰 ACPACP合成酶合成酶

8、還原反應(yīng)還原反應(yīng) -酮脂酰酮脂酰 ACPACP還原酶還原酶 脫水反應(yīng)脫水反應(yīng) -羥脂酰羥脂酰 ACPACP脫水酶脫水酶 再次還原再次還原 烯脂酰烯脂酰ACPACP 還原酶還原酶 乙酰乙酰乙酰乙酰ACP 縮和反應(yīng)縮和反應(yīng) 首次還原首次還原 -羥丁酰羥丁酰ACP 脫水反應(yīng)脫水反應(yīng) 巴豆酰巴豆酰ACP 再次還原再次還原 丁酰丁酰ACP 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA 酰基轉(zhuǎn)移酰基轉(zhuǎn)移 水解或硫解反應(yīng)水解或硫解反應(yīng) 棕櫚酰棕櫚酰ACP+H2O 棕櫚酸棕櫚酸+ACP-SH 硫解酶硫解酶 棕櫚酰棕櫚酰ACP+HSCoA 棕櫚酰棕櫚酰CoA+ACP-SH 硫酯酶硫酯酶 由于由于-酮脂酰酮脂酰ACP合酶只對(duì)合酶只

9、對(duì)2C14C的酯酰具有的酯酰具有 催化活性，故從頭合成途徑只能合成催化活性，故從頭合成途徑只能合成16C及以下的及以下的 飽和脂酰飽和脂酰ACP。 -酮脂酰酮脂酰 ACPACP合成酶合成酶 由乙酰由乙酰CoA從頭合成棕櫚酸的總反應(yīng)式為：從頭合成棕櫚酸的總反應(yīng)式為： 8 CH3CO-SCoA + 7 ATP + 14 ( NAPH + H+ ) + H2O CH3(CH2)14COOH + 8 CoA-SH + 7 ADP + 14 NADP+ + 7 Pi NAPH的來源：的來源： 單不飽和脂肪酸的合成需要單不飽和脂肪酸的合成需要O2和和NADPH的參與。的參與。 脂肪酸鏈去飽和脂肪酸鏈去飽和

10、 必需脂肪酸：必需脂肪酸：由于動(dòng)物機(jī)體缺乏由于動(dòng)物機(jī)體缺乏9 以上的脫飽和以上的脫飽和 酶，不能合成對(duì)其生理活動(dòng)十分重要的多不飽和酶，不能合成對(duì)其生理活動(dòng)十分重要的多不飽和 脂肪酸，如亞油酸、亞麻油酸和花生四烯酸，它脂肪酸，如亞油酸、亞麻油酸和花生四烯酸，它 們必須從食物中獲得。這類不飽和脂肪酸稱為必們必須從食物中獲得。這類不飽和脂肪酸稱為必 需脂肪酸。需脂肪酸。 三、脂肪的生物合成三、脂肪的生物合成 3-磷酸甘油磷酸甘油 酯酰酯酰CoA 第第三三節(jié)節(jié) 脂肪的分解代謝與轉(zhuǎn)化脂肪的分解代謝與轉(zhuǎn)化 一、脂肪的水解一、脂肪的水解 二、甘油的降解與轉(zhuǎn)化二、甘油的降解與轉(zhuǎn)化 磷酸二羥丙酮是糖酵解途徑的一

11、個(gè)中間產(chǎn)物，它可以磷酸二羥丙酮是糖酵解途徑的一個(gè)中間產(chǎn)物，它可以 沿著糖酵解途徑的逆過程合成葡萄糖及糖原；也可以沿沿著糖酵解途徑的逆過程合成葡萄糖及糖原；也可以沿 著糖酵解正常途徑形成丙酮酸，再進(jìn)入三羧酸循環(huán)被完著糖酵解正常途徑形成丙酮酸，再進(jìn)入三羧酸循環(huán)被完 全氧化。全氧化。 甘油代謝甘油代謝 三、脂肪酸降解與轉(zhuǎn)化三、脂肪酸降解與轉(zhuǎn)化 氧化氧化 乙酰乙酰CoA 氧化氧化 氧化氧化 TCA ATP等等 酮體酮體 乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán) 糖糖 2. 脂肪酸氧化方式有三種：脂肪酸氧化方式有三種： 1. Knoop實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化 是指脂肪酸在一系列酶作用下，在是指脂肪酸在一系列

12、酶作用下，在-碳原子和碳原子和 -碳原子之間發(fā)生斷裂，碳原子之間發(fā)生斷裂，碳原子被氧化成酮基，碳原子被氧化成酮基， 然后裂解生成然后裂解生成2個(gè)碳原子的乙酰個(gè)碳原子的乙酰CoA和較原來少了和較原來少了 兩個(gè)碳原子的脂肪酸的過程。兩個(gè)碳原子的脂肪酸的過程。 氧化在線粒體內(nèi)進(jìn)行，植物還可以在乙醛酸氧化在線粒體內(nèi)進(jìn)行，植物還可以在乙醛酸 體中進(jìn)行。體中進(jìn)行。 1. 脂肪酸的活化脂肪酸的活化脂酰脂酰CoA的生成的生成 RCH2CH2CH2COOH + ATPRCH2CH2CH2C O AMP + PPi 脂酰CoA合成酶 RCH2CH2CH2C O AMP CoASH RCH2CH2CH2C O SC

13、oA + AMP 脂肪酸的活化在脂肪酸的活化在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行中進(jìn)行 2. 脂酰脂酰CoA進(jìn)入線粒體進(jìn)入線粒體肉毒堿穿梭肉毒堿穿梭 肉堿肉堿參與下脂肪轉(zhuǎn)入線粒體的簡(jiǎn)要過程參與下脂肪轉(zhuǎn)入線粒體的簡(jiǎn)要過程 3. 氧化途徑氧化途徑 脂酰脂酰CoA在在線粒體線粒體的基質(zhì)中進(jìn)行氧化分解。每的基質(zhì)中進(jìn)行氧化分解。每 進(jìn)行一次進(jìn)行一次 -氧化，需要經(jīng)過氧化，需要經(jīng)過脫氫、水化、再脫氫脫氫、水化、再脫氫 和硫解和硫解四步反應(yīng)，同時(shí)釋放出四步反應(yīng)，同時(shí)釋放出1分子乙酰分子乙酰CoA。反。反 應(yīng)產(chǎn)物是比原來的脂酰應(yīng)產(chǎn)物是比原來的脂酰CoA減少了減少了2個(gè)碳的新的脂個(gè)碳的新的脂 酰酰CoA。如此反復(fù)進(jìn)行，直至脂酰

14、。如此反復(fù)進(jìn)行，直至脂酰CoA全部變成全部變成 乙酰乙酰CoA。 RCH2CH2CH2C O SCoA FAD FADH2 RCH2CC H H C O SCoA 脂酰CoA脫氫酶 脫氫脫氫 水化水化 RCH2CC H H C O SCoA RCH2CHCHC O SCoA OH H2O 烯脂酰CoA水合酶 脂酰脂酰CoA , -反烯脂酰反烯脂酰CoA , -反烯脂酰反烯脂酰CoA -羥脂酰羥脂酰CoA RCH2CHCHC O SCoA OH RCH2CCHC O SCoA O烯脂酰CoA脫氫酶 NAD+NADH + H + 羥羥 再脫氫再脫氫 硫解硫解 -羥脂酰羥脂酰CoA -酮脂酰酮脂酰C

15、oA RCH2CCH C O SCoA O RCH2C O SCoACH3C O SCoA CoASH + 硫解酶 -酮脂酰酮脂酰CoA乙乙酰酰CoA 4. 能量計(jì)算能量計(jì)算 脂肪酸的完全氧化可以產(chǎn)生大量的能量。例如軟脂肪酸的完全氧化可以產(chǎn)生大量的能量。例如軟 脂酸（含脂酸（含16碳）經(jīng)過碳）經(jīng)過7次次 -氧化，可以生成氧化，可以生成8個(gè)乙酰個(gè)乙酰 CoA，每一次，每一次 -氧化，還將生成氧化，還將生成1分子分子FADH2和和1分分 子子NADH。 C15H31COOH + 8 CoA-SH + ATP + 7 FAD + 7 NAD+ +7 H2O 8 CH3CO-SCoA + AMP +P

16、Pi+ 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ 8 CH3CO-SCoA 108 80 ATP 7 FAD 1.5710.5 ATP 7 NADH + 7 H+ 2.5717.5 ATP 活化消耗：活化消耗：-2個(gè)高能磷酸鍵個(gè)高能磷酸鍵 凈生成：凈生成：108 - 2106 ATP 軟脂酸燃燒熱值為軟脂酸燃燒熱值為 9790 KJ 能量利用率能量利用率10630.54 / 9790 =33.1% 、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化 是指脂肪酸在一些酶催化下，其是指脂肪酸在一些酶催化下，其碳原子發(fā)生碳原子發(fā)生 氧化，生成一分子氧化，生成一分子CO2和比原來少了一個(gè)碳原子和比原來少了一個(gè)碳原子

17、的脂肪酸的過程。的脂肪酸的過程。 、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化 是指脂肪酸的末端甲基（是指脂肪酸的末端甲基（端）經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)槎耍┙?jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)?羥脂酸，繼而再氧化為羥脂酸，繼而再氧化為,-二羧酸的過程。二羧酸的過程。 羥脂酰羥脂酰CoA 變位酶變位酶 烯脂酰烯脂酰CoA 異構(gòu)酶異構(gòu)酶 、不飽和脂肪酸的氧化、不飽和脂肪酸的氧化 從頭合成從頭合成氧化氧化 細(xì)胞中部位細(xì)胞中部位細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)線粒體線粒體 酶酶系系6種酶組成的多酶復(fù)合體種酶組成的多酶復(fù)合體4種酶分散存在種酶分散存在 ?；d體?；d體ACPCoA 二碳片段二碳片段丙二酸單酰丙二酸單酰CoA乙酰乙酰CoA 電子供體（受體）電子供體（受體）NA

18、DPHFAD、NAD+ 循環(huán)循環(huán)縮合、還原、脫水、還原縮合、還原、脫水、還原脫氫、水化、脫氫、硫解脫氫、水化、脫氫、硫解 -羥脂?；鶚?gòu)型羥脂酰基構(gòu)型D型型L型型 底物穿梭機(jī)制底物穿梭機(jī)制檸檬酸穿梭檸檬酸穿梭肉堿穿梭肉堿穿梭 方向方向甲基到羧基甲基到羧基羧基到甲基羧基到甲基 總反應(yīng)總反應(yīng)8 CH3CO-SCoA + 7 ATP + 14 ( NADPH + H+ ) + H2O C15H31COOH + 8 CoA-SH + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+ C15H31COOH + 8 CoA-SH + ATP + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 CH3CO-S

19、CoA + AMP +PPi+ 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ 軟脂酸從頭合成與軟脂酸從頭合成與氧化的區(qū)別氧化的區(qū)別 1. 1. 試計(jì)算試計(jì)算1mol1mol硬脂酸（硬脂酸（18C18C）完全氧化成）完全氧化成COCO2 2和和H H2 2O O可生成多可生成多 少少mol ATPmol ATP？1mol 1mol 甘油完全氧化成甘油完全氧化成COCO2 2和和H H2 2O O時(shí)凈生成可生成時(shí)凈生成可生成 多少多少mol ATPmol ATP？（假設(shè)胞液中生成？（假設(shè)胞液中生成NADHNADH都通過磷酸甘油穿梭都通過磷酸甘油穿梭 進(jìn)入線粒體）進(jìn)入線粒體） 2. 2. 請(qǐng)寫出丁酸（請(qǐng)寫出丁酸（CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2COOHCOOH）氧化及從頭合成的全過氧化及從頭合成的全過 程（要求寫出結(jié)構(gòu)式，并標(biāo)明酶及主要的輔酶）。程（要求寫出結(jié)構(gòu)式，并標(biāo)明酶及主要的輔酶）。 按其生物學(xué)功能分為：按其生物學(xué)功能分為： 貯存脂質(zhì)貯存脂質(zhì)：酯酰甘油、蠟等；是能源物質(zhì)。：酯酰甘油、蠟等；是能源物質(zhì)。 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)：磷脂等；生物膜的骨架成分。：磷脂等；生物膜的骨架成分。