脂肪酸代謝第一節(jié)

第一節(jié)脂肪的分解代謝脂肪是生物體中重要的貯藏物質(zhì)，它將能量和各種代謝中間物提供給各種生命活動(dòng)。如動(dòng)物可以利用食物中的脂肪或自身的貯脂（當(dāng)糖源不足時(shí)）作為能源物質(zhì)，油料種子萌發(fā)時(shí)所需的能量及物質(zhì)碳架也主要來自脂肪。第一節(jié)脂肪的分解代謝這都要通過脂肪的分解代謝來實(shí)現(xiàn)。在分解代謝的過程中，脂肪首先經(jīng)水解作用生成甘油和脂肪酸，然后水解產(chǎn)物各自按不同的途徑進(jìn)一步分解或轉(zhuǎn)化。CH2-O-C–R1OCH2-O-C–R3OR2–C-O-CHO一.脂肪的水解動(dòng)物體中脂肪的消化需要三種脂肪酶（lipase）的參與，逐步水解脂肪的三個(gè)酯鍵，最后生成甘油和脂肪酸。一.脂肪的水解在植物油料種子萌發(fā)時(shí)，貯藏在種子內(nèi)的脂肪也有類似的水解作用。一.脂肪的水解三酰甘油脂肪酶R3COOHH2OOCH2OCH2OHCHCR1OR2CO二酰甘油二酰甘油脂肪酶R1COOHH2OCH2OHCH2OHCHOR2CO單酰甘油單酰甘油脂肪酶R2COOHH2OCH2OHCH2OHCHHO甘油OCH2OCH2OCHCR1OR2COOCR3三酰甘油甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成3-磷酸甘油，然后氧化脫氫生成磷酸二羥丙酮。二.甘油的代謝其反應(yīng)如下：CH2OHCH2OHCHHO甘油ADPATP甘油激酶CH2OHCH2OPO32-CHHO3-磷酸甘油CH2OHCH2OPO32-CO磷酸二羥丙酮磷酸甘油脫氫酶NAD+NADH.H+二.甘油的代謝其中第一步反應(yīng)需要消耗ATP，而第二步反應(yīng)可生成還原型輔酶Ⅰ。磷酸二羥丙酮為磷酸丙糖，是糖酵解途徑的中間產(chǎn)物，因此既可以繼續(xù)氧化，經(jīng)丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化成CO2和水，又可經(jīng)糖異生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。將末端甲基上連有苯環(huán)的脂肪酸喂飼狗,然后檢測(cè)狗尿的產(chǎn)物偶數(shù)碳脂肪酸苯乙酸苯乙尿酸奇數(shù)碳脂肪酸苯甲酸苯尿酸三.脂肪酸的b-氧化途徑

b-氧化的發(fā)現(xiàn)b-氧化作用的提出是在十九世紀(jì)初，F(xiàn)ranzKnoop在此方面作出了關(guān)鍵性的貢獻(xiàn)。三.脂肪酸的b-氧化途徑b-氧化途徑是在脂肪酸的b-碳原子上進(jìn)行氧化，然后在a-碳原子和b-碳原子之間發(fā)生斷裂。每進(jìn)行一次b-氧化作用，分解出一個(gè)二碳片段，即乙酰CoA,生成較原來少兩個(gè)碳原子的脂肪酸。三.脂肪酸的b-氧化途徑b-氧化作用的部位：油料作物種子萌發(fā)時(shí)乙醛酸循環(huán)體(glyoxysome，簡(jiǎn)稱乙醛酸體)線粒體基質(zhì)1.脂肪酸β-氧化的過程三.脂肪酸的b-氧化途徑(1)脂肪酸的活化

(2)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)

(3)b-氧化的歷程(1)脂肪酸的活化脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基與CoA酯化成脂酰CoA的過程。三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程R-C-OHO＋CoA-SHR-C-SCoAOAMP+PPiATP脂酰CoA合成酶(1)脂肪酸的活化在體內(nèi)，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反應(yīng)不可逆。脂肪酸的活化需要ATP的參與。每活化1分子脂肪酸，需要1分子ATP轉(zhuǎn)化為AMP，即要消耗2個(gè)高能磷酸鍵。這可以折算成需要2分子ATP水解成ADP。三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程R-C-OHO＋CoA-SHR-C-SCoAOAMP+PPiATP脂酰CoA合成酶三.脂肪酸的b-氧化途徑脂酰CoA合成酶內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂酰CoA合成酶硫激酶12碳以上線粒體脂酰CoA合成酶

(2)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)脂肪酸的b-氧化作用通常是在線粒體的基質(zhì)中進(jìn)行的，而在細(xì)胞質(zhì)中形成的脂酰CoA不能透過線粒體內(nèi)膜，需依靠?jī)?nèi)膜上的載體肉堿攜帶，以脂酰肉堿的形式跨越內(nèi)膜而進(jìn)入基質(zhì)。肉堿（也叫肉毒堿，carnitine）的結(jié)構(gòu)如下：三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程脂酰CoA的轉(zhuǎn)運(yùn)過程見下圖：(2)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程(3)β-氧化的歷程脂酰CoA進(jìn)入線粒體后，經(jīng)歷多次β-氧化作用而逐步降解成多個(gè)二碳單位——乙酰CoA。三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程每次b-氧化作用包括四個(gè)步驟。三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程(3)β-氧化的歷程脫氫水化再脫氫硫解以上的四步反應(yīng)組成了一次β-氧化作用，產(chǎn)生乙酰CoA和縮短了兩個(gè)碳原子的脂酰CoA。每輪b-氧化作用的總反應(yīng)式：

(3)β-氧化的歷程三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程對(duì)于長(zhǎng)鏈脂肪酸，需要經(jīng)過多次b-氧化作用，每次降解下一個(gè)二碳單位，直至成為二碳（當(dāng)脂肪酸含偶數(shù)碳時(shí)）或三碳（當(dāng)脂肪酸含奇數(shù)碳時(shí)）的脂酰CoA。(3)β-氧化的歷程三.脂肪酸的b-氧化途徑1.脂肪酸β-氧化的過程下圖是軟脂酸（棕櫚酸C15H31COOH）的b-氧化過程，它需經(jīng)歷七輪b-氧化作用而生成8分子乙酰CoA。三.脂肪酸的b-氧化途徑2.偶數(shù)碳飽和脂肪酸的氧化對(duì)于偶數(shù)碳飽和脂肪酸，b-氧化過程的化學(xué)計(jì)量：脂肪酸在b-氧化作用前的活化作用需消耗能量，即1分子ATP轉(zhuǎn)變成了AMP，消耗了2個(gè)高能磷酸鍵，相當(dāng)于2分子ATP。在b-氧化過程中，每進(jìn)行一輪，使1分子FAD還原成FADH2、1分子NAD+還原成NADH，兩者經(jīng)呼吸鏈可分別生成1.5分子和2.5分子ATP，因此每輪b-氧化作用可生成4分子ATP。b-氧化作用的產(chǎn)物乙酰CoA可通過三羧酸循環(huán)而徹底氧化成CO2和水，同時(shí)每分子乙酰CoA可生成10分子ATP。三.脂肪酸的b-氧化途徑2.偶數(shù)碳飽和脂肪酸的氧化1分子軟脂酸徹底氧化生成ATP的分子數(shù)一次活化作用-2七輪b-氧化作用+4×7=+28八分子乙酰CoA的氧化+10×8=+80總計(jì)+106三.脂肪酸的b-氧化途徑2.偶數(shù)碳飽和脂肪酸的氧化飽和脂肪酸

十二酸月桂酸C11H23COOH

十四酸豆蔻酸C13H27COOH十六酸棕櫚酸(軟脂酸)

C15H31COOH十八酸硬脂酸C17H35COOH

二十酸花生酸C19H39COOH不飽和脂肪酸

十八碳-9-烯酸油酸十八碳-9,12-二烯酸

亞油酸十八碳-9,12,15-三烯酸亞麻酸脂肪酸在油料種子萌發(fā)時(shí)乙醛酸體中通過b-氧化產(chǎn)生的乙酰CoA一般不用作產(chǎn)能形成ATP，而是通過乙醛酸循環(huán)（見后）轉(zhuǎn)變成琥珀酸，再經(jīng)糖的異生作用轉(zhuǎn)化成糖。三.脂肪酸的b-氧化途徑2.偶數(shù)碳飽和脂肪酸的氧化大多數(shù)脂肪酸含偶數(shù)碳原子，它們通過b-氧化可全部轉(zhuǎn)變成乙酰CoA，但一些植物和海洋生物能合成奇數(shù)碳脂肪酸，它們?cè)谧詈笠惠哹-氧化作用后，產(chǎn)生丙酰CoA。三.脂肪酸的b-氧化途徑3.奇數(shù)碳鏈脂肪酸的氧化丙酰CoA的代謝在動(dòng)物體內(nèi)依照如下圖所示的途徑進(jìn)行，先進(jìn)行羧化，然后經(jīng)過兩次異構(gòu)化，形成琥珀酰CoA。三.脂肪酸的b-氧化途徑3.奇數(shù)碳鏈脂肪酸的氧化油酰CoA

的氧化三.脂肪酸的b-氧化途徑偶數(shù)碳不飽和脂肪酸的氧化有C=C,少一個(gè)FAD,有C-OH呢?脂肪酸在一些酶的催化下，在a-碳原子上發(fā)生氧化作用，分解出一個(gè)一碳單位CO2，生成縮短了一個(gè)碳原子的脂肪酸。這種氧化作用稱為脂肪酸的a-氧化作用。四.脂肪酸的a-氧化途徑a-氧化作用是1956年由Stumpf,P.K.首先在植物種子和葉片中發(fā)現(xiàn)的，后來在動(dòng)物腦和肝細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了脂肪酸的這種氧化作用。該途徑以游離脂肪酸作為底物，在a-碳原子上發(fā)生羥化（-OH）或氫過氧化（-OOH），然后進(jìn)一步氧化脫羧，其可能的機(jī)理下圖所示。四.脂肪酸的a-氧化途徑a-氧化作用對(duì)于生物體內(nèi)奇數(shù)碳脂肪酸的形成；含甲基的支鏈脂肪酸（植烷酸）的降解；過長(zhǎng)的脂肪酸（如C22、C24）的降解起著重要的作用四.脂肪酸的a-氧化途徑脂肪酸的w-氧化是指脂肪酸的末端（w-端）甲基發(fā)生氧化，先轉(zhuǎn)變成羥甲基，繼而再氧化成羧基，從而形成a,w-二羧酸的過程。五.脂肪酸的w-氧化途徑生成的a,w-二羧酸可從兩端進(jìn)行b-氧化作用而降解。動(dòng)物體內(nèi)的十二碳以下的脂肪酸常常通過w-氧化途徑進(jìn)行降解；植物體內(nèi)的在w-端具有含氧基團(tuán)（羥基、醛基或羧基）的脂肪酸大多也是通過w-氧化作用生成的，這些脂肪酸常常是角質(zhì)層或細(xì)胞壁的組成成分；一些需氧微生物能將烴或脂肪酸迅速降解成水溶性產(chǎn)物，這種降解過程首先要進(jìn)行w-氧化作用，生成二羧基脂肪酸后再通過b-氧化作用降解，如海洋中的某些浮游細(xì)菌可降解海面上的浮油，其氧化速率可高達(dá)0.5克/天/平方米。五.脂肪酸的w-氧化途徑有不少的細(xì)菌、藻類和處于一定生長(zhǎng)階段的高等植物（如正在萌發(fā)的油料種子），脂肪酸降解的主要產(chǎn)物乙酰CoA還可以通過另外一條途徑——乙醛酸循環(huán)（glyoxylatecycle），將2分子乙酰CoA合成1分子四碳化合物琥珀酸。六.乙醛酸循環(huán)H2CCOO_COO_COH2CCOO_COO_CH2CCOO_HOH2CCOO_COO_CCCOO_HHOHOCCOO_HH2CCOO_COO_CHOHOCSCoAH3C～HSCoA(1)(2)H2CCOO_COO_CH2(3)OCSCoAH3C～CoASH(4)NAD+NADH+H+(5)（1）檸檬酸合酶（2）順烏頭酸酶（3）異檸檬酸裂解酶（4）蘋果酸合酶（5）蘋果酸脫氫酶1.乙醛酸循環(huán)的過程六.乙醛酸循環(huán)P3191.乙醛酸循環(huán)的過程乙醛酸循環(huán)的凈結(jié)果是把兩分子乙酰CoA轉(zhuǎn)變成一分子琥珀酸。其總反應(yīng)為：六.乙醛酸循環(huán)OCSCoAH3C～NADH+H+NAD+H2CCOO_COO_CH2＋2CoASH乙酰CoA琥珀酸21.乙醛酸循環(huán)的過程乙醛酸循環(huán)與三羧酸循環(huán)相比，可以看成是三羧酸循環(huán)的一個(gè)支路，它在異檸檬酸處分支，繞過了三羧酸循環(huán)的兩步脫羧反應(yīng)，因而不發(fā)生氧化降解。參與乙醛酸循環(huán)的酶除了異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合酶外，其余的酶都與三羧酸循環(huán)的酶相同。異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合酶是乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶。六.乙醛酸循環(huán)2.乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義乙醛酸