第九章脂代謝

1、第九章 脂類代謝,脂類主要包括甘油三酯（脂肪）、磷脂和類固醇等。脂類代謝是指在生物細胞內(nèi)上述各類物質(zhì)的生物合成和分解過程。脂類代謝對于生命活動具有重要意義。 （1）脂肪在動物體內(nèi)和植物種子及果實中大量存儲。脂肪在氧化時可以比其他能源物質(zhì)提供更多的能量。每克脂肪氧化時可釋放出38.9 kJ 的能量，每克糖和蛋白質(zhì)氧化時釋放的能量僅分別為17.2 kJ和23.4 kJ。 （2）許多類脂及其衍生物具有重要生理作用。脂類代謝的中間產(chǎn)物是合成激素、膽酸和維生素等的基本原料，對維持機體的正?；顒佑兄匾绊懽饔?。 （3）人類的某些疾病如動脈粥樣硬化、脂肪肝和酮尿癥等都與脂類代謝紊亂有關。,生物體內(nèi)的脂類,脂

2、肪 真脂或中性脂肪（甘油三酯） 蠟 類脂,磷脂 糖脂 異戊二烯酯,甾醇 萜類,甘油磷脂 鞘氨醇磷脂,卵磷脂 腦磷脂,貯藏物質(zhì)/能量物質(zhì):脂肪是機體內(nèi)代謝燃料的貯存形式，它在體內(nèi)氧化可釋放大量能量以供機體利用。 提供給機體必需脂成分 （1）必需脂肪酸 亞油酸 18碳脂肪酸，含兩個不飽和鍵； 亞麻酸 18碳脂肪酸，含三個不飽和鍵； 花生四烯酸 20碳脂肪酸，含四個不飽和鍵； （2）生物活性物質(zhì) 激素、膽固醇、維生素等。,脂類的功能,生物體結構物質(zhì) （1）作為細胞膜的主要成分 幾乎細胞所含的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜結構的基本組成成分。 （2）保護作用 脂肪組織較為柔軟，存在于各重要的器官組織之

3、間，使器官之間減少摩擦，對器官起保護作用。 用作藥物 卵磷脂、腦磷脂可用于肝病、神經(jīng)衰弱及動脈粥樣硬化的治療等。,一、脂類的消化和吸收,1、脂類的消化 脂肪的消化主要在小腸中進行。催化脂類消化水解的酶主要來自胰臟分泌的胰脂肪酶。胰脂肪酶分為酯酶和脂酶。,2、脂類的吸收和輸送 在人和動物的小腸內(nèi)，可以吸收完全水解的脂類，也能吸收部分水解或未能被水解的脂類。吸收后，大多數(shù)由淋巴系統(tǒng)進入血液循環(huán)，也有一部分直接經(jīng)門靜脈進入肝臟。未被吸收的脂肪進入大腸被細菌分解。,二、脂肪的分解代謝,脂肪在脂肪酶催化下水解成甘油和脂肪酸，它們在生物體內(nèi)將沿著不同途徑進行代謝。,脂肪的水解 乳化 脂肪的消化主要在腸中進

4、行，胰液和膽汁經(jīng)胰管和膽管分泌到十二指腸，胰液中含有胰脂肪酶，能水解部分脂肪成為甘油及游離脂肪酸，但大部分脂肪僅局部水解成甘油一酯，甘油一酯進一步由另一種脂酶水解成甘油和脂肪酸。,甘油三酯的酶促降解發(fā)生在脂肪動員、消化過程中,激素敏感 性脂肪酶,1甘油的代謝,甘 油 的 氧 化 分 解 與 轉 化,甘油激酶,磷酸酯酶,NAD+,NADH +H+,磷酸甘油脫氫酶,異構酶,磷酸丙糖,糖異生,葡萄糖,EMP,-,-,乙酰COA,TCA,CO2+H2O,糖代謝與脂代謝通過磷酸二羥丙酮聯(lián)系起來。 動物的脂肪細胞中無甘油激酶，則甘油需要經(jīng)血液運到 肝細胞中進行氧化分解。,1分子甘油徹底 氧化分解產(chǎn)生的能量

5、？,2. 脂肪酸的分解代謝,1）飽和脂肪酸的-氧化,脂肪酸在體內(nèi)氧化時在羧基端的-碳原子上進行氧化，碳鏈逐次斷裂，每次斷下一個二碳單位（乙酰CoA），該過程稱作-氧化。,CH3-(CH2)n - CH2 - CH2 -COOH,-氧化作用、-氧化作用、-氧化作用,2脂肪酸的分解代謝 （1）脂肪酸的-氧化 在發(fā)芽的油料種子中，既發(fā)生于線粒體內(nèi)， 也發(fā)生在乙醛酸循環(huán)體中。前者主要意義是 通過生物氧化產(chǎn)生能量，后者則主要是滿足 沒有進入光合階段的幼苗生長對糖的需求； 通過此途徑可使得脂肪酸轉變?yōu)槠咸烟恰?（1）脂肪酸的活化,（2）脂酰CoA轉運進入線粒體：,肉堿酰基 轉移酶,肉堿?；?轉移酶,（2）

6、 氧化反應線粒體內(nèi)部,（賴氨酸衍生的兼性化合物）,比原來少C2,問： 完成一次-氧 化有幾次脫氫？偶 聯(lián)多少ATP生成？ 棕櫚酸(C16)需要 進行幾次氧化？,問： 完成一次-氧 化有幾次脫氫？偶 聯(lián)多少ATP生成？ 棕櫚酸(C16)需要 進行幾次氧化？,問： 完成一次-氧 化有幾次脫氫？偶 聯(lián)多少ATP生成？ 棕櫚酸(C16)需要 進行幾次氧化？,（3）化學計量 終產(chǎn)物及去向：偶數(shù)脂肪酸的產(chǎn)物均為乙酰CoA，乙酰CoA可通過三羧酸循環(huán)被徹底氧化。徹底氧化產(chǎn)生的能量，下表以16碳的棕櫚酸為例計算：,1分子軟脂酸完全氧化時的自由能總變化為 9790.56kJ/mol 經(jīng)氧化產(chǎn)生129個ATP貯存

7、的能量為： 30.5129=3934.5(kJ/mol) 能量轉換率為：3934.59790.56100=40%,總結： 脂肪酸氧化最終的產(chǎn)物為乙酰CoA、NADH和FADH2。假如碳原子數(shù)為Cn的脂肪酸進行氧化，則需要作（n/21）次循環(huán)才能完全分解為n/2個乙酰CoA，產(chǎn)生n/2個NADH和n/2個FADH2；生成的乙酰CoA通過TCA循環(huán)徹底氧化成二氧化碳和水并釋放能量，而NADH和FADH2則通過呼吸鏈傳遞電子生成ATP。至此可以生成的ATP數(shù)量為： 以軟脂酸（18C）為例計算其完全氧化所生成的ATP分子數(shù)：,-氧化過程中能量的轉化,凈生成：131 2 = 129 ATP,例：軟脂酸,

8、7次-氧化,CH3(CH2)14COOH,12 ATP 8 乙酰CoA 96 ATP,3 ATP 7 NADH 21 ATP,2 ATP 7 FADH2 14 ATP,131 ATP,同一單位質(zhì)量的脂肪酸產(chǎn)生的ATP是葡萄糖的2.4 倍。,（2）脂肪酸的其它氧化方式,-氧化：在動物體中，C10 或C11脂肪酸的碳鏈末端碳原子（-碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸進入線粒體內(nèi)后，可以從分子的任何一端進行-氧化，最后生成的琥珀酰CoA可直接進入三羧酸循環(huán)。 -氧化：在植物種子萌發(fā)時，脂肪酸的-碳被氧化成羥基，生成-羥基酸。-羥基酸可進一步脫羧、氧化轉變成少一個碳原子的脂肪酸。上述反應由單氧化

9、酶催化，需要有O2、Fe2+和抗壞血酸等參加。,氧化：每次氧化降解1個碳，氧化發(fā)生在C上，產(chǎn) 生1分子NADH ：,-氧化作用,脂肪酸的末端（-端）甲基經(jīng)氧化轉變成羥基，繼而再氧化成羧基，從而形成,-二羧酸的過程。,脂肪酸的其他氧化方式, -二羧酸可進入線粒體，進一步通過-氧化徹底分解。,-氧化作用,脂肪酸氧化作用發(fā)生在-碳原子上，分解出CO2，生成比原來少一個碳原子的脂肪酸。,（3）含奇數(shù)碳原子飽和脂肪酸的氧化,天然存在的脂肪酸大多數(shù)含有偶數(shù)碳原子，動物脂肪中含有少量奇數(shù)碳原子。含奇數(shù)碳原子脂肪酸的氧化與含偶數(shù)碳脂肪酸相似，經(jīng)-氧化后，除了產(chǎn)生乙酰CoA外，最后還生成1分子丙酰CoA。,3）

10、含奇數(shù)碳原子飽和脂肪酸的氧化,經(jīng)-氧化后產(chǎn)生1 分子丙酰CoA。,生成的琥珀酰CoA可進入三羧酸循環(huán)。,3、酮體的代謝,脂肪酸在-氧化過程中產(chǎn)生的乙酰CoA，在一定條件可以轉變成乙酰乙酸、 -羥基丁酸和丙酮等中間產(chǎn)物，這些產(chǎn)物統(tǒng)稱為酮體。,酮體的代謝,酮體的生成,酮體的分解,生成酮體的意義,脂肪酸-氧化產(chǎn)物乙酰CoA，在肌肉中進入三羧酸循環(huán)氧化供能，然而在肝細胞中還有另一條去路。乙酰CoA可在肝細胞形成乙酰乙酸、-羥丁酸、丙酮，這三種物質(zhì)統(tǒng)稱為酮體。,酮體的生成,（1）酮體的生成,乙酰乙酸的生成, -羥基丁酸的生成,丙酮的生成,生成酮體的意義,肝臟將長碳鏈的脂肪酸分解成分子較小、易被其他組織用

11、以供能的酮體，為肝外組織提供可利用的能源。,糖尿病人的酮血、酮尿癥。,糖尿病病人糖的氧化能力減弱，使脂肪動員加速，酮體增加；糖代謝減弱丙酮酸缺乏草酰乙酸減少難以與乙酰CoA結合生成檸檬酸（結果是減少酮體的去路）。,在動物肌肉中乙酰COA可以進入TCA。,在動物肝、腎的線粒體內(nèi)乙酰COA進入酮體的合成：,乙酰-COA,COA-SH,硫解酶,HMGCOA 合酶,乙酰-COA+H2O,COA-SH,HMGCOA 裂解酶,乙酰-COA,乙酰乙酸,D - -羥丁酸,丙酮,D - -羥丁酸脫氫酶,NADH+H+ NAD+,CO2,在嚴重饑餓或 胰島素水平過 低時，草酰乙酸 缺少，則乙酰-COA 水平升高丙

12、酮中毒；酸中毒,自動,酮體的分解,丙酮在體內(nèi)可轉變?yōu)楸帷?丙酮可隨尿排出體外，或從肺部呼出。,三， 脂肪的合成代謝,1、磷酸甘油的形成,高等動物脂肪酸合成最活躍的組織是脂肪組織、肝臟和乳 腺。脂肪合成的起始原料乙酰輔酶A主要來自于糖酵解產(chǎn)物 丙酮酸。脂肪從頭合成的部位在細胞質(zhì)，并需要載體蛋白參 加。脂肪酸的合成途徑與分解途徑完全不同。,2、脂肪酸的生物合成 （1）. 乙酰CoA的運轉 丙酮酸乙酰CoA發(fā)生在線粒體內(nèi)，而脂肪酸合成發(fā)生于細胞質(zhì)，但線粒體內(nèi)膜對乙酰CoA是不通透的，因此需要乙酰CoA的運轉系統(tǒng)檸檬酸穿梭系統(tǒng)轉運乙酰CoA ，其過程為：,檸檬酸穿羧系統(tǒng),（3）. 飽和脂肪酸的合成

13、從頭合成酶系統(tǒng)存在細胞質(zhì) 中的叫作型酶系統(tǒng)。,六 種 酶 乙酰CoA-ACP酰基轉移酶 丙二酸單酰CoA-ACP轉移酶 -酮脂酰-ACP合成酶 -酮脂酰-ACP還原酶 -羥脂酰-ACP脫水酶 烯脂酰-ACP還原酶,脂肪酸合成酶復合體由六種酶和一種脂?；d體 蛋白組成：,脂酰基載體蛋白 ACP：是脂肪酸合成反 應過程中脂?；妮d體,反應歷程分兩個階段（人為劃分）,第一階段：乙酰CoA丙二酸-ACP,第二階段：丙二酸單酰-ACP C16飽和脂酸,脂肪酸鏈延長過程中需要的六種 酶是以復合體的形式存在的，原料以C3 -ACP輸入，ATP供能NADPH作為還原劑進 行合成的循環(huán)每進行一周，消耗一分子AT

14、P 和一分子NADPH，同時增加兩個CH2，直 至合成棕櫚酸-ACP為止。被延長的脂肪 酸鏈在整個過程中始終結合在ACP 分子上,脂肪酸鏈延長過程中需要的六種 酶是以復合體的形式存在的，原料以C3 -ACP輸入，ATP供能NADPH作為還原劑進 行合成的循環(huán)每進行一周，消耗一分子ATP 和一分子NADPH，同時增加兩個CH2，直 至合成棕櫚酸-ACP為止。被延長的脂肪 酸鏈在整個過程中始終結合在ACP 分子上,脂肪酸鏈延長過程中需要的六種 酶是以復合體的形式存在的，原料以C3 -ACP輸入，ATP供能NADPH作為還原劑進 行合成的，循環(huán)每進行一周，消耗一分子ATP 和一分子NADPH，同時增

15、加兩個CH2，直 至合成棕櫚酸-ACP為止。被延長的脂肪 酸鏈在整個過程中始終結合在ACP 分子上,第二階段：丙二酸單酰-ACP C16飽和脂酸,脫羧反應釋放CO2釋放自由能是ATP水解過程的一種變相形式，可促使合成反應的進行。,脂肪酸從頭合成的生化歷程,軟脂酸生物合成的總反應式：,8 乙酰CoA + 7 ATP + 14 NADPH,軟脂酸 + 8 CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+ + 6 H2O,脂肪酸合成酶系：植物中脂肪酸合成酶系有I、II、III型，上述反應過程是 I 型酶系催化的，這個酶系由六種酶和一個?；d體蛋白（ACP）形成多酶復合體。這個復合體以ACP

16、為中心，ACP：4-磷酸泛酰巰基乙胺長臂（2.02nm）在各個酶之間擺動，依次完成反應。這個反應過程稱為脂肪酸的 “從頭合成” 途徑。,脂肪酸合成與-氧化 的區(qū)別列表如下,（2）特點：NADPH為還原力，乙酰CoA為合成原料，丙二酸單酰CoA為直 接底物，反應時中間產(chǎn)物始終與ACP結合。,軟脂酸的合成：乙酰CoA + 7丙二酸單酰-CoA + 14NADPH + 14H+ 軟脂酸+ 14NADP+ + 8CoA + 7H2O + 7CO2,I 型酶系只能合成16C飽和脂肪 酸，更長鏈的飽和脂肪酸需要在延長酶系的催化下形成。,脂肪酸鏈的延長,II型：棕櫚酰ACP+丙二酸單酰CoA 硬脂酰ACP

17、III型：硬脂酰ACP20碳（20以上 碳）脂肪酸 載體：ACP 供體：丙二酸單酰CoA,植物：,線粒體延長酶系：棕櫚酰CoA+乙酰CoA 硬脂酸CoA,動物：,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)延長系統(tǒng)：20及20以上碳的脂肪酸，底物為丙二酸單酰CoA，載體為CoA；,不飽和脂肪酸合成：通過飽和脂肪酸的 去飽和作用 NADPH的來源：磷酸戊糖途徑（60%），檸檬酸穿梭作 用（40%）,3、脂肪的合成 脂肪合成所需的脂酰CoA是由脂肪酸激活而來脂肪合成 過程如下：,脂肪代謝和糖代謝的關系,乙酰 CoA,為什么吃糖多會發(fā)胖？,甘油磷脂的降解,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2O-P-OCH2CH2N+(CH3)

18、3,-,O,=,O,=,-,=,O,-,O-,卵磷脂 (磷脂酰膽堿),磷脂酶,A1、A2、C、D,A1,2-脂酰甘油磷酸膽堿+脂肪酸,A2,1-脂酰甘油磷酸膽堿+脂肪酸,C,二酰甘油+磷酸膽堿,D,磷脂酸 +膽堿,脂酰甘油磷酸膽堿+脂肪酸,A1：動物體中；A2：蛇、蝎、蜂毒和動物胰臟中 C： 蛇、微生物分泌的毒素、動物腦 D：高等植物中,一 、 甘油磷脂的降解與生物合成,一 、 甘油磷脂的降解與生物合成,一 、 甘油磷脂的降解與生物合成,四、磷脂代謝,甘油磷脂的生物合成,以磷脂酸作 前體 ，需胞嘧啶核苷酸以 CDP衍生物形 式作活化載體。 存在兩條途徑，以磷酸乙醇胺、磷酸絲氨酸（腦磷 脂）為例說明,利用CDP-二酰甘油的途徑,-,-,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2O-P-OH,O,=,O,=,O,OH,PPi,CTP,胞苷酰轉移酶,-,=,=,-,-,-,=,O,OH,-,O,胞嘧啶,CDP-二酰甘油,Ser,CMP,磷脂酰絲氨酸脫羧酶,-,