II 第八章 脂類代謝課件

1、第八章 脂類代謝 西北大學生命科學學院第一節(jié) 生物體內的脂類第二節(jié) 脂肪的分解代謝第三節(jié) 脂肪的合成代謝第四節(jié) 甘油磷脂的酶促降解與生物合成第八章 脂類代謝 脂類（lipid）亦譯為脂質或類脂，是一類低溶于水而高溶于非極性溶劑（氯仿和丙酮酸）的生物有機分子。其化學本質是脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物。 脂肪酸多為4碳以上的長鏈一元羧酸 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高級一元醇 和固醇。 脂類的元素組成主要是C H O,有些尚含N S P。一、定義:第一節(jié) 生物體內的脂類I 按化學組成分類單純脂類復合脂類衍生脂類二、脂類的分類單純脂類 由脂肪酸和醇類所形成的酯脂肪酸：脂肪酸根據其鏈內是否含有雙鍵又可

2、分為飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸兩類。脂酰甘油酯（最豐富的為甘油三酯) 蠟（含14-36C個碳原子的飽和或不飽和脂肪酸與含16-30C個碳原子的一元醇所形成的酯） 由單純脂類或復合脂類衍生而來或與它們關系密切。萜類：天然色素、香精油、天然橡膠固醇類：固醇（甾醇、性激素、腎上腺皮質激素）其他脂類：維生素A、D、E、K等。衍生脂類可皂化脂類：一類能被堿水解而產生皂（脂肪酸鹽）的脂類。不可皂化脂類：不能被堿水解而產生皂（脂肪酸鹽）的脂類。 主要有不含脂肪酸的萜類和固醇類。重要脂類：甘油三酯II 按能否被堿水解分類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多是不飽和的。 X =

3、 膽堿、乙醇胺、 絲氨酸、甘油 2.甘油磷脂X= H 磷脂酸 （PA）二者的區(qū)別硬脂酸（脂）軟脂酸（油）不飽和脂肪酸因其碳鏈內存在雙鍵，不象飽和脂肪酸中每個單鍵可以自由旋轉而排列整齊有序，往往存在扭曲的空間結構，所以只要用較少的熱量就可擾亂它不太有序的結構，從而它的熔點就低于相同鏈長的飽和脂肪酸。脂肪（甘油三酯，TG）脂類類脂磷酸甘油酯（PL）鞘磷脂腦苷脂神經節(jié)苷脂磷脂糖脂膽固醇（Ch）及其酯（ChE） 分類含量 分布 生理功能脂肪 甘油三酯（貯脂） 95，（隨機體營養(yǎng)狀況而變動）脂肪組織、皮下結締組織、大網膜、腸系膜、腎臟周圍（脂庫）、血漿1. 儲脂供能2. 提供必需脂肪酸3. 促進脂溶性維

4、生素吸收4. 熱墊作用5. 保護墊作用6. 構成血漿脂蛋白類脂糖酯、膽固醇及其酯、磷脂(組織脂）5（含量相當穩(wěn)定）動物所有細胞的生物膜、神經、血漿1. 維持生物膜的結構和功能2. 膽固醇可轉變成類固醇激 素、維生素、膽汁酸等3. 構成血漿脂蛋白四、脂類的分布與生理功能一、脂肪的酶促水解脂肪 脂肪酶甘油+脂肪酸CH2OH HCOHCH2OHCH2OHR2-C-O-CHCH2OHO=-H2OR1COOH二酰甘油脂肪酶H2OR2COOH單酰甘油脂肪酶-CH2-O -C-R1R2-C-O-CHCH2-O -C-R3O=O=O= H2OR3COOH三酰甘油脂肪酶O=O=-CH2-O -C-R1R2-C-

5、O-CHCH2OH限速酶脂肪甘油二脂甘油單脂甘油二、甘油的氧化分解與轉化 思考：1分子的甘油徹底氧化分解放出多少能量（形成ATP?) 22 動物的脂肪細胞中無甘油激酶，則甘油需要經血液運到肝細胞中進行氧化分解.甘油TCACO2 +H20+能量-氧化作用-氧化作用飽和脂肪酸的氧化分解三 脂肪酸的氧化分解單不飽和脂肪酸的氧化分解奇數C原子脂肪酸的氧化分解 概念 脂肪酸的-氧化作用 能量計算飽和脂肪酸的-氧化作用脂肪 脂肪酶甘油+脂肪酸脂肪酸的氧化：飽和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的位C原子發(fā)生氧化，碳鏈在位C原子與位C原子間發(fā)生斷裂，每次生成一個乙酰CoA和較原來少二個碳單位的脂肪酸，這個不斷

6、重復進行的脂肪酸氧化過程稱為-氧化.R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH1. 概念2. 脂肪酸的-氧化作用（1）脂肪酸的活化 脂肪酸首先在線粒體外或胞漿中被活化形成脂酰CoA，然后進入線粒體或在其它細胞器中進行氧化。 在脂酰CoA合成酶(硫激酶) 催化下，由ATP提供能量，將脂肪酸轉變成脂酰CoA：脂酰CoA合成酶R-COOH AMP + PPiHSCoA+ ATPR-COSCoA脂酰CoA脂肪酸借助于兩種肉堿脂酰轉移酶同工酶（酶和酶）催化的移換反應以及肉堿-脂酰肉堿轉位酶催化的轉運反應才能將胞液中產生的脂酰CoA轉運進入線粒體。其中，肉堿脂酰轉移酶(carnitine acyl tr

7、ansferase )是脂肪酸-氧化的關鍵酶。關鍵酶 -氧化過程由四個連續(xù)的酶促反應組成： 脫氫 水化 再脫氫 硫解 (3) -氧化循環(huán)脫氫脂酰CoA脫氫酶 R-CH2-CH2-CH2-COSCoAFAD FADH2R-CH2-CH=CH-COSCoA硫解硫解酶 -2CCH3-COSCoAHSCoA水化水化酶 H2OR-CH2-CH(OH)-CH2-COSCoA-氧化循環(huán)的反應過程（2反式烯脂酰COA）L- 羥脂酰COA再脫氫L-羥脂酰CoA脫氫酶R-CH2-CO-CH2-COSCoANADH + H+ NAD+- 酮脂酰COA（脂酰COA） -氧化循環(huán)過程在線粒體基質內進行； -氧化循環(huán)由脂

8、肪酸氧化酶系催化，反應不可逆； 需要FAD，NAD+，CoA為輔助因子； 每循環(huán)一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子減少兩個碳原子的脂酰CoA。 脂肪酸-氧化循環(huán)的特點生成的乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解并釋放出大量能量，并生成ATP。 (4) 徹底氧化：肉堿轉運載體線粒體膜脂酰CoA脫氫酶L(+)-羥脂酰CoA脫氫酶 NAD+ NADH+H+ 反2-烯酰CoA 水化酶H2OFADFADH2 酮脂酰CoA 硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶ATPCoASHAMP PPiH2O呼吸鏈 2ATP H2O 呼吸鏈 3ATP TCA （脂酰CoA）（2反式烯脂酰C

9、oA）（L- 羥脂酰CoA）（- 酮脂酰CoA）（脂酰CoA）（乙酰CoA）（脂酰CoA）活化1分子FADH2可生成2分子ATP，1分子NADH可生成3分子ATP，故一次-氧化循環(huán)可生成5分子ATP。1分子乙酰CoA經徹底氧化分解可生成12分子ATP。3、脂肪酸氧化分解時的能量釋放以16C的軟脂酸為例來計算，則生成ATP的數目為：7次-氧化分解產生57=35分子ATP；8分子乙酰CoA可得128=96分子ATP；共可得131分子ATP，減去活化時消耗的兩分子ATP，故軟脂酸徹底氧化分解可凈生成129分子ATP。對于任一偶數碳原子的長鏈脂肪酸，其凈生成的ATP數目可按下式計算：3. 飽和脂肪酸的

10、-氧化作用1.概念脂肪酸在一些酶的催化下，其-C原子發(fā)生氧化，結果生成一分子CO2和較原來少一個碳原子的脂肪酸，這種氧化作用稱為-氧化。RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2 RCH2COOHO2，NADPH+H+ 單加氧酶Fe2+，抗壞血酸R-CH-COOHOH-（L-羥脂肪酸）NAD+NADH+H+脫氫酶R-C-COOHO=（-酮脂酸）ATP，NAD+， 抗壞血酸脫羧酶RCOOH+CO2（少一個C原子）2. -氧化的可能反應歷程 不飽和脂酸 氧化 順3-烯酰CoA順2-烯酰CoA 反2-烯酰CoA 3順-2反烯酰CoA 異構酶 氧化 L(+)-羥脂酰CoA D(-)-羥脂酰Co

11、A D(-)-羥脂酰CoA 表構酶H2O （二）、單不飽和脂肪酸的氧化L-甲基丙二酸單酰CoA 消旋酶 變位酶 5-脫氧腺苷鈷胺素 琥珀酰CoA 奇數碳脂肪酸CH3CH2COCoA -氧化 丙酰CoA羧化酶（生物素）ADP+PiD-甲基丙二酸單酰CoA ATP+CO2經三羧酸循環(huán)途徑丙酮酸羧化支路糖有氧氧化途徑徹底氧化分解四、 奇數碳脂肪酸的氧化脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羥丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三種中間代謝產物，統(tǒng)稱為酮體(ketone bodies)。五、酮體的生成及利用酮體的分子結構CHCH3CHCOOH

12、OH2D(-)-羥丁酸酮體酮體主要在肝細胞線粒體中生成。酮體生成的原料為乙酰CoA。1酮體的生成 (1) 兩分子乙酰CoA在乙酰乙酸CoA硫解酶(thiolase)的催化下，縮合生成一分子乙酰乙酰CoA。乙酰乙酰CoA硫解酶2(乙酰CoA)酮體生成的反應過程乙酰乙酸CoA (2) 乙酰乙酸CoA再與1分子乙酰CoA縮合，生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶是酮體生成的關鍵酶。 HMG-CoA合酶*CoASH 限速酶乙酰乙酸CoA (3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。HMG-CoA裂解酶 (4)乙酰乙酸在-羥丁酸脫氫酶的催化下，加氫還原為-羥丁酸。-羥丁酸脫氫酶 N

13、AD+ NADH+H+ (5) 乙酰乙酸自發(fā)脫羧或由酶催化脫羧生成丙酮。CO2CO2 CoASH CoASH NAD+ NADH+H+ -羥丁酸脫氫酶HMGCoA 合成酶乙酰乙酰CoA硫解酶HMGCoA 裂解酶 酮體的生成 -羥- -甲基戊二酸單酰CoA合成酶乙酰乙酸CoA 利用酮體的酶有兩種：1.琥珀酰CoA轉硫酶（主要存在于心、腎、腦和骨骼肌細胞的線粒體中）2.乙酰乙酸硫激酶（主要存在于心、腎、腦細胞線粒體中）。 2酮體的利用 (1) -羥丁酸在-羥丁酸脫氫酶的催化下脫氫，生成乙酰乙酸。酮體利用的基本過程-羥丁酸脫氫酶 NAD+ NADH+H+ (2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA轉硫酶或乙酰乙

14、酸硫激酶的催化下轉變?yōu)橐阴Ｒ阴oA。琥珀酰CoA轉硫酶琥珀酰CoA 琥珀酸 乙酰乙酸硫激酶HSCoA+ATP AMP+PPi 乙酰乙酸CoA乙酰乙酸CoA(3) 乙酰乙酸CoA在乙酰乙酸CoA硫解酶的催化下，裂解為兩分子乙酰CoA。(4) 生成的乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解。乙酰乙酸CoA硫解酶HSCoA 心、腎、腦、骨骼肌細胞心、腎、腦細胞羥丁酸-NAD+ NADH+H HSCoA + ATP乙酰乙酸琥珀酰CoA乙酰乙酸硫激酶琥珀酰CoA轉硫酶AMP + PPi乙酰乙酰CoA 琥珀酸硫解酶2乙酰CoA三羧酸循環(huán)+ -羥丁酸脫氫酶 當由琥珀酰CoA轉硫酶催化進行氧化利用時，乙酰乙酸可

15、凈生成24分子ATP，-羥丁酸可凈生成27分子ATP；而由乙酰乙酸硫激酶催化進行氧化利用時，乙酰乙酸則可凈生成22分子ATP， -羥丁酸可凈生成25分子ATP 。 (1) 在正常情況下，酮體是肝輸出能源的一種重要的形式；(2) 在饑餓或疾病情況下，酮體可為心、腦等重要器官提供必要的能源。 3酮體生成及利用的生理意義第三節(jié) 脂肪的合成代謝甘油的合成脂肪酸的合成二者分別轉變?yōu)?磷酸甘油和脂酰CoA后的連接合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列兩條途徑生成：1由糖代謝生成（脂肪細胞、肝）：3-磷酸甘油脫氫酶NADH + H+磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油NAD+一、3-磷酸甘油的生成2由脂肪分解形成的甘

16、油甘油磷酸激酶甘油ATP3-磷酸甘油ADP二、飽和脂肪酸的從頭合成（動物是在細胞質溶膠中，植物則在葉綠體和質體中進行）脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后產生的乙酰CoA。其合成過程由胞液中的脂肪酸合成酶系催化。脂肪酸合成的直接產物是軟脂酸(palmitate)來源線粒體內的丙酮酸氧化脫羧（糖）脂肪酸的-氧化氨基酸的氧化轉運檸檬酸穿梭（三羧酸轉運體系）1. 乙酰CoA（碳源）的來源及轉運線粒體基質 內膜 細胞質HSCoA檸檬酸草酰乙酸檸檬酸合酶H2O + 乙酰CoAHSCoA + ATP檸檬酸裂解酶草酰乙酸乙酰CoA+ADP+Pi 丙酮酸NADH + H+蘋果酸脫氫酶蘋果酸 NAD+ADP +

17、Pi丙酮酸羧化酶 ATP + CO2檸檬酸蘋果酸酶 NADP+NADPH+H+CO2 丙酮酸蘋果酸NAD+NADH + H+蘋果酸脫氫酶 乙酰CoA轉運出線粒體在關鍵酶乙酰CoA羧化酶的催化下，將乙酰CoA羧化為丙二酸單酰CoA。乙酰CoA羧化酶（生物素）*CH3COSCoA ADP + PiHCO3- + H+ + ATPHOOC-CH2-COSCoA 長鏈脂酰CoA-檸檬酸異檸檬酸+2丙二酸單酰CoA的合成脂肪酸合成時碳鏈的縮合延長過程是一循環(huán)反應過程。每經過一次循環(huán)反應，延長兩個碳原子。合成反應由脂肪酸合成酶系催化。在動物中，脂肪酸合成酶系是一種由1分子脂?；d體蛋白（acyl carr

18、ier protein, ACP）和7種酶單體所構成的多酶復合體。植物和細菌中6種酶。3脂肪酸合成循環(huán)脂?；d體蛋白（ACP-SH）ACP-脂?；D移酶丙二酸單酰COA- ACP轉移酶-酮脂酰- ACP合酶-酮脂酰- ACP還原酶-羥脂酰- ACP脫水酶烯脂酰-ACP還原酶ACPSH原核生物的脂肪酸合成酶系 乙?；D移反應CH3-CSCOA=OCH3-CSACP=OACP-SH酮脂酰-ACP合酶CH3-CS-合酶=O 丙二酸單?；D移反應COA-SHACP-SHACP脂?；D移酶HOOC-CH2-CSCOA+ACP-SH HOOC-CH2-CSACPO=丙二酸單酰轉移酶HOOC-CH2-CSC

19、OAO=+COA-SH4.反應歷程乙酰CoA丙二酸CoA丙二酰-ACP第一階段縮合反應CH3-CS-合酶+=O HOOC-CH2-CSACPO=-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C-CH2-CSACP O=O=+合酶-SH+CO2丙二酸單酰-ACP乙酰乙酰-ACP2酰合酶還原反應 CH3-C-CH2-CSACPO=O=+NADPH+ + H + -酮脂酰-ACP還原酶 CH3-CH-CH2-CSACP O-OH=+NADP+ D-羥丁酰-ACP乙酰乙酰-ACP第二階段脫水反應 CH3-CH-CH2-CSACP O-OH=- C- C=C O-CH3- H HSACP-羥脂酰-ACP脫水酶+H2O（

20、2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）再還原反應- C=CO-CH3 H HSACPC-=- 3 2+NADPH+H+-烯脂酰-ACP還原酶 CH3-CH2-CH-CSACPO=+NADP+（丁酰-ACP）丁酰-ACP與丙二酸單酰-ACP重復縮合、還原、脫水、再還原的過程，直至生成軟脂酰-ACP。D-羥丁酰-ACP第二階段縮合反應CH3-CS-合酶+=O HOOC-CH2-CSACPO=-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C-CH2-CSACPO=O=+合酶-SH+CO2由于縮合反應中， -酮脂酰-ACP合酶是對鏈長有專一性的酶，僅對14C及以下脂酰-ACP有催化活性，故從頭合成只能合成16C及以下

21、飽和脂酰-ACP。軟脂酰-ACP硫酯酶水解ACP+軟脂酸（棕櫚酸）釋放H2O2酰合酶（丁酰-ACP）第二階段第三階段8CH3-CSCOA=O+7ATP+14NADPH+14H +CH3 ( CH2)14COOH+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O 那么這個過程與糖代謝有一定關系：原料（乙酰輔酶A ）來源羧化反應中消耗的ATP可由EMP途徑提供還原力NADPH從哪來？總反應式反應中所需的NADPH+H+約有40%來自PPP途徑，其余的60%可由EMP中生成的NADH+H+間接轉化提供 。 合成所需原料為乙酰CoA，直接生成的產物是軟脂酸，合成一分子軟脂酸，需七分子

22、丙二酸單酰CoA和一分子乙酰CoA； 在胞液中進行，關鍵酶是乙酰CoA羧化酶； 合成為一耗能過程，每合成一分子軟脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于轉運，7分子用于活化）； 需NADPH作為供氫體，對糖的磷酸戊糖旁路有依賴性。脂肪酸合成的特點：4. 飽和脂肪酸的從頭合成與-氧化的比較區(qū)別要點 從頭合成 -氧化細胞內進行部位 胞液 線粒 體 ?；d體 ACP-SH COA-SH二碳單位參與或斷裂形式 丙二酸單酰ACP 乙酰COA電子供體或受體 NADPH+H+ FAD,NAD -羥?；虚g物的立體構型不同 D型 L型對HCO3-和檸檬酸的需求 需要 不需要 所需酶 7種(P250) 4種(P2

23、43)能量需求或放出 消耗7ATP及14NADPH+H+ 產生129或106ATP脂酰CoA轉移酶 CoA R1COCoA 脂酰CoA 轉移酶 CoA R2COCoA 磷脂酸磷酸酶Pi 脂酰CoA 轉移酶 CoA R3COCoA 三、 甘油三酯的合成Section 4 Metabolism of Phospholipids第四節(jié) 甘油磷脂的 代謝 與生物合成（一）甘油磷脂的基本結構：CH2-O-CO-RR-CO-O-CHCH2-O-PO3H-X|一、甘油磷脂的代謝體內幾種重要的甘油磷脂1甘油二酯合成途徑： 磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺通過此代謝途徑合成。 合成過程中所需膽堿及乙醇胺以CDP-膽堿和

24、CDP-乙醇胺的形式提供。 （二）甘油磷脂的合成代謝甘油二酯合成途徑3S-腺苷同型半胱氨酸3S-腺苷蛋氨酸膽堿乙醇胺ATPADP磷酸膽堿膽堿激酶磷酸乙醇胺乙醇胺激酶CDP-乙醇胺轉胞苷酸酶CDP-膽堿CTPPPi轉胞苷酸酶 甘油二酯CMP磷酸膽堿甘油二酯轉移酶磷脂酰膽堿磷酸乙醇胺甘油二酯轉移酶磷脂酰乙醇胺磷脂酰肌醇、磷脂酰絲氨酸和心磷脂通過此途徑合成。合成過程所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供。 2CDP-甘油二酯合成途徑：磷脂酸轉胞苷酸酶CTPPPiCDP-甘油二酯肌醇磷脂酰肌醇合成酶CMP磷脂酰肌醇磷脂酰絲氨酸CMP絲氨酸磷脂酰絲氨 酸合成酶心磷脂CMP心磷脂合成酶磷脂酰甘油CDP-甘油二酯合成途徑A2 A1C