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文檔簡介
1、7 脂類代謝,7.1 概述 7.2 脂肪的分解代謝(脂肪酸-氧化) 7.3 脂肪的合成代謝(脂肪酸從頭合成) 7.4 類脂代謝(磷脂代謝、膽固醇代謝) 7.5 血漿脂蛋白代謝 7.6 脂類代謝紊亂 7.7 與脂類代謝有關的疾病,7.1.1 脂類的主要生理功能 良好的能源 細胞質和細胞膜的重要組分 溶解必需脂肪酸、脂溶性維生素等 防止機械損傷與防止熱量散失 與細胞識別、免疫有密切關系 增加飽腹感(在胃內停留時間較長,不易感到饑餓),7.1 糖與生命活動的關系,7.1.2 脂的消化、吸收和轉運 (1) 脂類的消化(十二指腸) 胰腺分泌的脂類水解酶: 三酰甘油脂肪酶(水解三酰甘油C1、C3酯鍵) 磷
2、脂酶A2(水解磷脂,產生溶血磷酸和脂肪酸) 膽固醇脂酶(水解膽固醇酯,產生膽固醇和脂肪酸) 輔脂酶(Colipase)(和膽汁共同激活胰臟分泌的脂肪酶原),(2) 脂類的吸收 甘油單脂、脂肪酸、膽固醇、溶血磷脂可與膽汁酸乳化成混合微團(20nm),被腸粘膜的拄狀表面細胞吸收。 被吸收的脂類,在柱狀細胞中重新合成甘油三酯,結合上蛋白質、磷酯、膽固醇,形成乳糜微粒(CM),經胞吐排至細胞外,再經淋巴系統(tǒng)進入血液。,貯脂的動用 皮下脂肪在脂肪酶作用下分解,脂肪酸經血 漿白蛋白運輸至各組織細胞中。 促進: 腎上腺素、胰高血糖素、腎上腺皮質激素。 抑制: 胰島素,7.2 脂肪的分解代謝 7.2.1 脂肪
3、的酶促水解 組織中有三種脂肪酶,分步將甘油三酯水解成甘油二酯、甘油單酯,最終產生3分子脂肪酸和1分子甘油。 三種酶:脂肪酶(限速酶)、甘油二酯脂肪酶、甘油單酯脂肪酶。,圖 甘油三酯的水解-1,圖 甘油三酯的水解-2,7.2.2 甘油的分解代謝 在脂肪細胞中,沒有甘油激酶,無法利用脂 解產生的甘油。 甘油進入血液,轉運至肝臟后才能被甘油激 酶磷酸化,生成3-磷酸甘油,再經磷酸甘油脫氫 酶氧化成磷酸二羥丙酮,進入糖酵解途徑或糖異生途徑。,甘油代謝生成的磷酸二羥丙酮將脂代謝與糖代謝聯系起來。 作業(yè):1分子甘油徹底氧化分解產生多少個ATP ?,7.2.3 脂肪酸的分解代謝 氧化概念 飽和脂肪酸在一系列
4、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,這個不斷重復進行的脂肪酸氧化過程稱為-氧化.,R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,實驗證據: 1904年,Franz Knoop。 實驗前提:已知動物體內不能降解苯環(huán) 用苯基標記含奇數碳原子的脂肪酸,喂飼動物, 尿中是苯甲酸衍生物馬尿酸。 用苯基標記含隅數碳原子的脂肪酸,喂飼動物, 尿中是苯乙酸衍生物苯乙尿酸。 結論:脂肪酸的氧化是從羧基端-碳原子開始,每次分解出一個二碳片斷,故稱為脂肪酸氧化。,7.2.3.1 脂肪酸的活化 長鏈脂肪酸首先在胞質中被活化,形成
5、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:,總反應式:,7.2.3.2 脂肪酸轉入線粒體 (以脂酰肉堿形式轉運至線粒體內)。,長鏈脂肪酸活化在胞質中進行,而-氧化發(fā)生在線粒體基質中,脂酰CoA(10C以上)不能進入線粒體,需特殊的 轉運機制來幫助跨膜。 ?;鈮A載體(-羥基-三甲基氨基丁酸 )以脂酰肉堿形式將脂酰CoA轉運至線粒體內。,*,線粒體外膜:肉堿脂酰轉移酶(限速酶)催化,脂酰CoA將脂?;D移給肉堿的羥基,生成脂酰肉堿。 線粒體內膜: 肉堿/脂酰肉堿移位酶將脂酰肉堿移入線粒體內,并將肉堿移出線
6、粒體。 線粒體內膜: 肉堿脂酰轉移酶催化,使脂?;洲D移給CoA,生成脂酰CoA和游離肉堿。,7.2.3.3 線粒體內的-氧化過程 脂酰CoA脫氫生成-反式烯脂酰CoA(脫氫) 脂酰CoA脫氫酶,以FAD為輔基。,2反式烯脂酰CoA水化生成L-羥脂酰CoA(水化) -烯脂酰CoA水化酶。,L-羥脂酰CoA脫氫生成-酮脂酰CoA(再脫氫) L-羥脂酸CoA脫氫酶,輔酶為NAD。,-酮脂酰CoA硫解 (硫解) 酮脂酰硫解酶 生成乙酰CoA和(n-2)脂酰CoA。,*,以16C的軟脂酸為例,脂肪酸-氧化小結 (1)脂肪酸-氧化時僅需活化一次,消耗兩個 高能鍵相當于2 個ATP,生成脂酰CoA 。 (
7、2)長鏈脂肪酸由線粒體外的脂酰CoA合成酶活 化,經肉堿運到線粒內;中、短鏈脂肪酸 直接進入線粒體,由線粒體內的脂酰CoA合 成酶活化。 (3)-氧化包括脫氫、水化、再脫氫、硫解4個 重復步驟。,7.2.3.4 脂肪酸-氧化過程中的能量變化(以16C的軟脂酸為例) 活化消耗2ATP,生成軟脂酰CoA(胞質中) 脂酰CoA脫氫,FADH2產生1.5 ATP。 -羥脂酰CoA脫氫,NADH產生2.5 ATP。 -酮脂酰CoA硫解:乙酰CoA TCA,10 ATP (n-2)脂酰CoA 第二輪氧化 經過7次循環(huán),產生7個NADH,7個FADH2, 8分子乙酰COA。 活化消耗: 2ATP 氧化產生:
8、 7(1.5 + 2.5)ATP 28 8個乙酰CoA: 810 ATP 80 凈生成: 108 2106 ATP,-氧化的調節(jié) 脂?;M入線粒體的速度是限速步驟,長鏈脂 肪酸生物合成的第一個前體丙二酸單酰CoA的 濃度增加,可抑制肉堿脂酰轉移酶,限制脂 肪酸氧化。 NADH/NAD+比率高時,-羥脂酰CoA脫氫酶受抑制。 乙酰CoA濃度高時,可抑制硫解酶,抑制氧化。,7.2.3.5 奇數碳脂肪酸的-氧化 先經-氧化途徑,得到乙酰CoA和丙酰CoA 丙酰CoA在羧化酶和變位酶催化下轉化成琥珀酰CoA,進入TCA。 動物體內存在這條途徑,因此,在動物肝臟中奇 數碳脂肪酸最終能夠異生為糖。,7.2
9、.4 酮體代謝 在動物肌肉中乙酰COA可以進入TCA; 在動物肝、腎臟線粒體內乙酰CoA可以生成丙酮、乙酰乙酸、D-羥丁酸,這三種物質稱酮體。 注意:酮體的三種化合物中D-羥丁酸不是酮。,7.2.4.1 酮體的生成(肝、腎細胞的線粒體內) 肝臟線粒體中的乙酰CoA走哪一條途徑(生成 酮或進入TCA ),主要取決于草酰乙酸的可利用 性。 饑餓狀態(tài)下,草酰乙酸離開TCA,用于異生葡萄糖。只有少量乙酰CoA進入TCA,大多數 乙酰CoA用于合成酮體。 酮體的生成過程:,1、2乙酰-CoA 乙酰乙酰-CoA 2、乙酰乙酰-CoA 乙酰-CoA HMG-CoA 3、 HMG-CoA 乙酰-CoA+乙酰乙
10、酸 HMG-CoA:-羥-甲基戊二酸單酰-CoA,7.2.4.2 酮體的分解 肝臟是生成酮體的器官,但不能使酮體進一步氧化分解,酮體在肝外組織(如心肌、腦等)中作為能源物質進一步分解成乙酰CoA參加三羧酸循環(huán)。,乙酰乙酸在肌肉線粒體中經-酮脂酰CoA轉移酶催化,能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA,乙酰乙酰CoA被硫解酶裂解成乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)。 -羥丁酸在-羥丁酸脫氫酶作用下,脫氫生成乙酰乙酸,然后再轉變成乙酰CoA進入TCA。 丙酮可在一系列酶作用下轉變成丙酮酸或乳酸,進而異生成糖。,7.2.4.3 酮體生成的意義 酮體是肝輸出能量的一種形式,生成酮體的 目的是將肝中脂肪酸氧化產生的
11、大量的乙酰CoA 轉移出去。 酮體分子小,溶于水,能通過血腦屏障及肌 肉毛細管壁。腦組織細胞不能氧化脂肪酸,但能 利用酮體。長期饑餓,糖供應不足時,酮體可以 代替葡萄糖,成為腦及肌肉的重要能源。 酮體生成過量及危害(P161),7.3 脂肪的合成代謝 7.3.1 甘油的生物合成 (P161 略) 7.3.2 脂肪酸的合成 脂肪酸合成不是脂肪酸分解步驟(-氧化)的簡單逆過程。 從頭合成(乙酰CoA) 在胞質中(16碳以下) 延長途徑 在線粒體或微粒體中(延長酶系),飽和脂肪酸的從頭合成 乙酰CoA是脂肪酸合成的起始(引)物, 丙二酸單酰CoA是鏈的延長中2C供體。 合成的原料:乙酰CoA(糖酵解
12、、 -氧化、aa氧化) NADPH( 40%磷酸戊糖途徑、 60%蘋果酸酶反應) ATP和HCO3-,(1). 乙酰CoA的轉運(線粒體細胞質) 乙酰CoA的來源: EMP 丙酮酸 乙酰CoA 脂肪酸氧化 乙酰CoA 氨基酸氧化 乙酰CoA 轉運方式: 檸檬酸-丙酮酸循環(huán),檸檬酸,草酰乙酸,丙酮酸,H2O ATP CO2,乙酰CoA,丙酮酸羧化酶,線粒體內膜,線粒體基質,胞液,三羧酸載體,檸檬酸,草酰乙酸,乙酰CoA,檸檬酸裂解酶,蘋果酸,丙酮酸,NADH+H+,NAD+,NADP+,NADPH+H+,CO2,脂肪酸合成,蘋果酸酶,蘋果酸,糖酵解,蘋果酸脫氫酶,蘋果酸脫氫酶,(2).丙二酸單酰
13、CoA的生成(供體活化) 乙酰CoA羧化酶:是脂肪酸合成的限速酶,不可逆。 輔基是生物素 別構酶:檸檬酸激活,脂肪酸抑制。,(3)脂肪酸合成酶復合體: E.coli,6種酶和1種脂?;d體蛋白(ACP)。 4-磷酸泛酰巰基乙胺是ACP的組成和活性部位。 脂肪酸合成過程中, ACP輔基上的-SH基以共價鍵與脂酰基相連。ACP輔基就象一個“搖臂”,攜帶脂?;梢粋€酶轉到另一個酶的活性位點上。,脂肪酸合成酶復合體結構示意圖 6種酶和1種脂?;d體蛋白(ACP),AT :ACP轉?;?KS:-酮脂酰ACP合酶 MT:丙二酸單酰ACP-轉移酶 KR:-酮脂酰ACP還原酶 HD:羥脂酰-ACP脫水酶 E
14、R:烯脂酰-ACP還原酶,(1)啟動反應 (priming) 乙酰-CoA : ACP轉酰基酶(AT) -酮脂酰ACP合酶(KS),4.脂肪酸從頭合成步驟,乙酰-CoA : ACP 轉酰基酶(AT) -酮脂酰ACP合酶(KS),(2)裝載(loading) 丙二酸單酰ACP-轉移酶(MT) 生成丙二酸單酰-S-ACP。,丙二酸單酰基與ACP相連。 乙酰基 (脂?;?與-酮脂酰-ACP合成酶(KS)相連。 為下一步縮合準備了兩個底物。,(3)縮合反應(condensation) -酮脂酰ACP合成酶(KS),釋放的CO2來自形成丙二酸單酰CoA時所羧化的HCO3-,乙酰乙酰-S-ACP,(4)還
15、原反應(reduction,第一次) -酮脂酰ACP還原酶(KR)/ NADPH 生成D-羥丁(脂)酰-ACP。,(5)脫水反應 (dehydration) 羥脂酰-ACP脫水酶(HD) 生成-烯丁(脂)酰-S-ACP。,(6)還原反應 (reduction,第二次) 烯脂酰-ACP還原酶(ER)/ NADPH 形成了多2個C的丁酰-ACP或脂酰-ACP。,第二次循環(huán),以軟脂酸為例: 由乙酰-CoA合成軟脂酸的總反應: 8乙酰CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP + H2O 軟脂酸 + 8CoASH + 14NADP+ + 7ADP + 7Pi 7ATP用于合成7個丙二酸單酰
16、CoA。1個乙酰CoA起始。 7次循環(huán),每1次循環(huán)有2次還原反應(14NADPH)。 耗能:14NADPH,7ATP 14 2.5 + 7 = 42 ATP,奇數碳原子飽和脂肪酸合成是怎樣的呢?,奇數碳原子飽和脂肪酸合成是以丙二酸單酰ACP為起始引物,逐加的二碳也是以丙二酸單酰ACP作為供體。 多數生物僅限于形成軟脂酸(16C)。-酮脂酰ACP合成酶不能接受16C脂?;?。,5.延長階段(在線粒體和微粒體中進行) 線粒體脂肪酸延長酶系 以乙酰CoA為C2供體,不需要?;d體,由軟脂酰CoA與乙酰CoA直接縮合。 內質網脂肪酸延長酶系 用丙二酸單酰CoA作為C2的供體,NADPH作為H的供體,中間
17、過程和脂肪酸合成酶系的催化過程相同。,6. 脂肪酸氧化與合成途徑的比較 自行總結下(5 min),二、甘油三酯的合成 動物肝臟、脂肪組織及小腸粘膜細胞中合成大量的三脂酰甘油,植物也能大量合成三脂酰甘油,微生物合成較少。 合成原料:3-磷酸甘油和脂酰CoA(?;D移酶) 3-磷酸甘油的來源: 磷酸二羥丙酮(糖酵解產物)還原生成3-磷酸甘油 甘油磷酸化(甘油激酶,只在肝臟中有。),脂肪代謝的主要途徑,總結,三、脂代謝與糖代謝的關系 1.甘油磷酸二羥丙酮糖異生 糖磷酸二羥丙酮甘油甘油脂 2.植物及微生物 脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖異生 3.動物 奇數碳脂肪酸丙酰CoA琥珀酰CoA糖異生 糖乙酰CoA脂
18、肪酸,7.4 類脂代謝 7.4.1磷脂合成代謝 磷脂是生物膜的重要組成成分。 人類獲得磷脂的方式: 食物 自行合成肝臟是磷脂合成最活躍的器官。 從頭合成:絲氨酸膽胺膽堿卵磷脂(腦磷脂),7.4.2 膽固醇代謝 合成代謝 體內膽固醇主要由機體內源合成,每日1g左右,多于普通膳食中膽固醇的吸收量。 肝臟合成作用最強,占7080%;其次是小腸,約10%。 碳原子全部來源于乙酰CoA(自己看,不作要求),分解代謝: 轉變成膽汁酸,7580%的膽固醇在肝臟中轉變?yōu)槟懰?,膽酸再與甘氨酸或?;撬峤Y合成膽汁酸。(消膽胺的作用機理抑制膽酸的重吸收、一般95%膽鹽循環(huán)回到肝臟) 轉變成類固醇激素 轉變成7-脫氫膽固醇,在紫外線照射后生成維生素D,促進鈣磷的吸收和骨骼鈣化。 直接由腸道排出膽道阻塞,血中膽固醇含量會顯著升高,膽汁中膽固醇含量過高,膽固醇容易結晶沉淀,導致膽結石。,7.5 血漿脂蛋白代謝 7.5.1 血漿脂蛋白的分類及組成(脂類化學中提過)按密度分類
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