生物化学_第十_脂肪代谢

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1、四川省精品课程 生物化学 第十章 脂类代谢 (Lipid Metabolism) 脂类是生物体内不溶于水而溶于有机 溶剂的一大类物质的总称，包括脂肪 和类脂。 四川省精品课程 生物化学 脂类 脂肪：又称三酯酰甘油或甘油三脂 类脂 固醇类：如胆固醇(cholesterol) 磷脂(phospholipid,PL) 糖脂(glycolipides) (triglyceride,TG) 脂类代谢对于生命活动具有重要意义 （一）储能和供能的主要物质 1g 脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ，而1g 糖 彻底氧化仅供能 17.2KJ 脂肪组织储存脂肪, 约占体重1020% . 合理饮食 脂肪氧化供能占 1

2、525% 禁食13天 脂肪氧化供能占 85% 饱食、少动 脂肪堆积，发胖 空腹 脂肪氧化供能占 50% 以上 (二)生物膜的重要结构成分 四川省精品课程 生物化学 人类的某些疾病如动脉粥样硬化和酮 尿症等都与脂类代谢紊乱有关。 (三)参与代谢调控 四川省精品课程 生物化学 第一节、脂肪的消化、吸收和转运 第二节、脂肪的分解代谢 第三节、脂肪的合成代谢 第四节、磷脂代谢 第五节、胆固醇代谢 一、脂类的消化 小肠上段是主要的消化场所 脂类(TG、Ch、PL等) 微团 胆汁酸盐乳化 胰脂肪酶、辅脂酶等水解 甘油一脂、溶血磷脂、 长链脂肪酸、胆固醇等 混合微团 乳化 第一节 脂肪的消化、吸收和转运 在

3、十二指肠下段及空肠上段吸收 混合 微团 扩散 小肠粘膜 细胞内 重新酯化 载脂蛋白结合 乳糜微粒 门静脉肝脏 二、 脂类的吸收 四川省精品课程 生物化学 脂类的消化、吸收和运输 四川省精品课程 生物化学 (一)血脂的含量及组成 三、血脂 1.血脂：血浆中所含脂类的总称，主要包括 甘油三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯及游 离脂肪酸等。 血脂与血浆中的蛋白质结合形成水溶性 复合物-LP形式存在和运输。 血浆脂蛋白分类示意图 密 度 颗 粒 四川省精品课程 生物化学 由肝脏、脂肪细胞及其他组织合成后释 放入血； 肠道中食物脂类的消化吸收； 储存脂肪动员释放入血。 (二)血脂的来源和去路： 来源 ： 四川

4、省精品课程 生物化学 血脂的去路： 进入脂肪组织储存； 构成生物膜； 氧化供能； 转变为其它物质。 四川省精品课程 生物化学 第二节、脂肪的分解代谢 脂肪 脂肪酶 甘油+脂肪酸 一、甘油的分解与合成代谢 糖异生 葡萄糖 EMP CH3 C=O COOH - 乙酰COA TCA CO2+H2O 3-磷酸甘油醛 CHO CH CH2O OH P 四川省精品课程 生物化学 三：脂肪酸的分解代谢 w 脂肪酸的-氧化作用是指脂肪酸在氧化分解时，碳链 的断裂发生在脂肪酸的-位，即脂肪酸碳链的断裂方式是 每次切除2个碳原子。脂肪酸的-氧化是含偶数碳原子或 奇数碳原子饱和脂肪酸的主要分解方式。 w 脂肪酸的-

5、氧化在线粒体中进行. w 脂肪酸的氧化分成三步进行：活化、转运入线粒体、 氧化为乙酰-CoA. 四川省精品课程 生物化学 二、脂肪酸的分解代谢 饱和脂肪酸的氧化分解 不饱和脂肪酸的氧化分解 v-氧化作用 v-氧化作用 v-氧化作用 v单不饱和脂肪酸的氧化分解 v多不饱和脂肪酸的氧化分解 R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH 饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的 位C原子发生氧化，碳链在位C原子与位C 原子间发生断裂，每次生成一个乙酰CoA和较 原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进 行的脂肪酸氧化过程称为-氧化. 1、脂肪酸的活化 脂肪酸 (脂酰CoA合成酶) 四川省精品课程 生物

6、化学 2.脂酰CoA进入线粒体 v 对于动物来说，-氧化在线粒体基质中进行氧化在线粒体基质中进行 ，而脂肪酸第一步活化在胞液中，而脂肪酸第一步活化在胞液中，脂酰CoA（ 10C以上）不能进入线粒体，后面的步骤发生后面的步骤发生 在线粒体中，所以需要特殊的转运机制来帮助在线粒体中，所以需要特殊的转运机制来帮助 跨膜。跨膜。 四川省精品课程 生物化学 肉碱 转运脂酰辅酶A进入线粒体 四川省精品课程 生物化学 此过程为脂肪酸-氧化的限速步骤 ，CAT-是限速酶，丙二酸单酰CoA 是 强烈有竞争性抑制剂。 脱H ： FADFADH2 脂酰COA脱H酶（ 3种） - RCH2C=CCOSCOA H -

7、H （2反式烯脂酰COA ） 水化 ： 脱H ： - 烯脂酰COA水化酶 RCH2CH-CH2COSCOA OH （L- 羟脂酰COA） NAD+NADH+H+ L- 羟脂酰COA脱H酶 RCH2C-CH2COSCOA O = （- 酮脂酰COA） 3、 -氧化的反应历程（偶数C原子） RCH2C-CH2COSCOA O = COASH 酮脂酰硫解酶 （3种） O = RCH2-CSCOA+ CH3-CSCOA O = （ 少2个C的脂酰COA ） 硫解 ： 四川省精品课程 生物化学 4、 脂肪酸-氧化的生理意义 v 脂肪酸的完全氧化可以为机体生命活动提供能量。 例如：软脂酸（十六酸），经过7

8、次-氧化，可以 生成8个乙酰CoA，软脂酸完全氧化 的反应式为： C16H31COSCoA + 7CoA-SH + 7FAD + NAD+ +7H2O 8CH3COSCoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ 1分子软脂酸完全氧化净生成 129 个ATP。 四川省精品课程 生物化学 v -氧化的产物乙酰CoA还可以作为合 成脂肪酸、酮体和某些氨基酸的原料 v -氧化过程产生的大量的水可以供动 物对水的需要 5、 奇数碳饱和脂肪酸的-氧化 (丙酰CoA) 丙酰CoA羧化酶 (甲基丙二酰CoA) (琥珀酰CoA) The last -oxidation cycle of a fatty

9、acid with an odd number of carbons gives propionyl-CoA 6、 脂肪酸氧化的其他途径 (1) 脂肪酸的-氧化 (2) 脂肪酸的-氧化 CH3(CH2)nCOOH HOOC(CH2)nCOOH -氧化 R-CH2CH2COOH R-CH-COOH R-COOH CO2 OH O2 四川省精品课程 生物化学 u 体内不饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的一 半以上。也在线粒体中进行-氧化。含有 一个双键的不饱和脂肪酸氧化在未遇双键 前其反应过程与饱和脂肪酸的-氧化完全 相同。 u 当遇到双键后，还需要另一个特异性的 酶： 3-顺，2-反烯酰CoA异构酶催化

10、 ：如油酸=18:19 如下图所示 1、单不饱和脂肪酸的氧化 四川省精品课程 生物化学 单不饱和脂肪酸的氧化 多不饱和脂肪酸如亚油酸(18:29,12 )的氧化 需要增加两个酶： 3-顺，2-反烯酰CoA异构酶 2,4-二烯酰CoA还原酶. H H H | | | H3C-(CH2)7-C=C-CH2COSCoA H3C-(CH2)7-CH2-C=C-COSCoA 4 3 2 1 | H 4 3 2 1 2、多不饱和脂肪酸的氧化 四川省精品课程 生物化学 多不饱和脂肪酸的氧化 四川省精品课程 生物化学 三 酮体(Ketone Bodies)Ketone Bodies)的代谢 酮体指的是 乙酰乙

11、酸 (acetoacetate)， -羟丁酸 ( hydroxybutyrate) 丙酮 (acetone) CH3COCH2COSCoA 乙酰乙酰CoA CH3COSCoA 乙酰CoA CH3CCH2COSCoA OH CH2COOH -羟-甲基戊二酸单酰CoA CH3CCH2COOH OH -羟丁酸 CH3COCH2COOH 乙酰乙酸 CH3COCH3 丙酮 CH3COSCoA 乙酰CoA CoA-SH 硫解酶 CoA-SH HMG-CoA 合酶 HMG-CoA 裂解酶 NADH+H+ NAD+ -羟丁酸 脱氢酶 CO2 乙酰乙酸 脱羧酶 关键酶 （一）酮体的生成途径 （二） 酮体的氧化（

12、肝外组织） CH3CHOHCH2COOH CH3COCH2COOH CH3COCH2COOH + HOOCCH2CH2COSCoA 琥珀酰辅酶A转硫酶 CH3COCH2COSCoA + HOOCCH2CH2COOH -羟丁酸脱氢酶 (1) (-羟丁酸) (乙酰乙酸) (乙酰乙酸CoA) CH3COCH2COOH+ CoASH +ATP 乙酰乙酸硫激酶 CH3COCH2COSCoA + AMP + PPi CH3COCH2COSCoA + CoASH 2CH3COSCoA (2) 硫解酶 (乙酰乙酸CoA) 四川省精品课程 生物化学 丙酮去路: 随尿排出 直接从肺部呼出 转变为丙酮酸或甲酸和乙酸

13、 四川省精品课程 生物化学 1. 酮体具水溶性，能透过血脑屏障及毛细 血管壁，是输出脂肪能源的一种形式。 2. 长期饥饿时，酮体供给脑组织5070% 的能量。 3. 禁食、应激及糖尿病时，心、肾、骨骼 肌摄取酮体代替葡萄糖供能，节省葡萄糖以 供脑和红细胞所需，并可防止肌肉蛋白的过 多消耗。 酮体生成的生理意义： 尿排泄量 mg/24hour 血中浓度 mg/100ml 正常1253 严重酮症（未治疗 的糖尿病） 500090 长期饥饿和糖尿病时，酮体生成增多。当肝内产 生酮体超过肝外组织氧化酮体的能力时，血中酮体 蓄积，称为酮血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。 二者统称为酮体症(酮症).酮症可导

14、致代谢性酸中毒 ，称酮症酸中毒，严重酮症可导致人死亡。 酮症及其产生原因： 四川省精品课程 生物化学 第三节、脂肪的合成代谢 Pi CH2OH C=O CH2O-P - 3-磷酸甘油脱氢酶 NAD+NADH+H+ 磷酸酶 CH2OH HO-CH CH2OH - CH2OH HO-CH CH2O-P - 1、 来自EMP途径 2、来自脂肪的水解 甘油+ATP3-磷酸甘油 甘油激酶 一、磷酸甘油的生成 二、脂肪酸的合成代谢 主要有两种方式： 1）从二碳物开始的全程合成途径，主要在 细胞质中 2）延伸合成，主要在线粒体和内质网中 (1)丙二酸单酰CoA的合成 CH3COSCoA+ HCO3- + A

15、TP 乙酰CoA羧化酶 Mn2+、生物素 HOOC-CH2COSCoA + ADP + Pi 丙二酸单酰 CoA 关键酶 一）、胞浆中的脂肪酸合成系统 HCO3-+ATP ADP+Pi 酶-生物素 酶-生物素-CO2 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA 1. 转移 （2）丙二酸单酰CoA转变为软脂酸的过程: ACP-酰基转移酶 -酮脂酰-ACP合成酶 ACP：酰基载体蛋白 ACP丙二酸单酰转移酶 丙二酰 2. 缩合脱羧 乙酰乙酰-ACP 3.还原 -酮脂酰-ACP还原酶 乙酰乙酰-ACP D-羟丁酰-ACP 4.脱水 D-羟丁酰-ACP 巴豆酰ACP 脱水酶 5.再还原 巴豆酰ACP 丁酰ACP 烯脂酰-ACP还原酶 缩合脱羧 还原 脱水 再还原 丁酰 丙二酰 己酰 脂肪酸合成酶系结 构与催化的反应 乙酰CoA7丙二酸单酰CoA 14NADPH14H+H2O 软脂酸14NADP+7CO27H2O8CoA-SH 脂肪酸合成酶系 （7次循环） 软脂酸（16C）合成的总反应式： (3) 乙酰CoA（碳源）的来源及转运 来源 v线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖） v脂肪酸的-氧化 v氨基酸的氧化 转运 v柠檬酸穿梭（三羧酸