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1、第10章 脂代谢 Metabolism of Lipids,本章主要内容：,脂类的生理功能 脂肪的分解代谢 脂肪的合成代谢 脂肪代谢的调节 类脂的代谢 脂类在体内的转运,1、脂类的生理功能,动物机体的脂类（lipids）分为脂肪和类脂两大类 脂肪指甘油三酯 （ Triglyceride, TG)，主要是储脂 类脂是指除脂肪以外的其他脂类，包括磷脂、糖脂、胆固醇及其酯（是组织脂的主要成分），还有其他的脂溶性分子,脂肪的氧化分解为动物机体提供能量来源，脂肪也是 动物的贮能方式，其储量与营养状况有关. 脂肪还有抵御寒冷和固定保护内脏的作用 类脂是细胞膜的组成成分，也称组织脂，其组成与营养 状况无关
2、一些脂类分子是重要的生理活性分子如必需脂肪酸 （essential fatty acids）为多不饱和脂肪酸，动物机体自身不能合成，须从食物中摄取，如亚油酸（18：2），亚麻油酸（18：3）和花生四烯酸（20：4）等。可以转变为细胞膜的成分，以及前列腺素，白三烯和血栓素等活性分子。 肌醇磷脂、甘油二酯等又是第二信使。,2、脂肪的分解代谢,2.1 脂肪的动员( adipokinetic action） 脂肪组织中的脂肪在激素敏感脂酶作用下水解为脂肪酸和甘油并释放入血液供其他组织利用的过程。激素敏感脂酶受多种激素调控，胰岛素下调，肾上腺素与胰高血糖素上调激素敏感脂酶的活性。,2.2 甘油的分解 按
3、糖代谢途径进行分解注意，甘油必须从脂肪组织中转运到肝脏分解，因为催化甘油磷酸化的甘油激酶为肝脏、肾中特有,上述反应过程中，实线为甘油的分解， 虚线为甘油的合成。,FA的分解氧化是从羧基端-碳原子，碳链逐次断裂下一个2C单位,2.3、脂肪酸的分解代谢 Knoop实验用苯环标记末 端的偶数或奇数脂肪酸饲喂狗， 然后分析其尿中的代谢产物,2.3.1 脂肪酸的-氧化,脂肪酸的分解氧化发生在-碳原子上，每次降解生成一个乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA, 如此循环往复。 乙酰CoA经过三羧酸循环彻底氧化分解并释放能量。 脂肪酸的氧化在线粒体的基质中进行。,脂肪酸的活化生成脂酰CoA 以16个碳原
4、子的偶数饱和脂肪酸软脂酸（又称棕榈酸）为例 RCH2CH2CH2COOH（16：0） + HSCoA + ATP RCH2CH2CH2CO-ScoA + AMP + PPi 催化该反应的酶为脂酰CoA合成酶（硫激酶），注意消耗了一个ATP分子中的2个高能键,转移从胞液到线粒体,脱氢、加水、脱氢、硫解 循环往复,以软脂酸为例的能量计算,软脂酸（16：0）+ 8HSCoA + 7NAD+7FAD+7H2O 8乙酰CoA+7NADH2+7FADH2 8乙酰CoA 80ATP 7NADH2 17.5ATP 7FADH2 10.5ATP 总计=108-2=106ATP（注意：-2 ）,-氧化：在动物体中
5、，C10 或C11脂肪酸的碳链末端碳原子（-碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行-氧化，最后生成的琥珀酰CoA可直接进入TCA。如海洋微生物降解污染的石油。 -氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的-碳被氧化成羟基，生成-羟基酸。-羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。上述反应由单氧化酶催化，需要有O2、Fe2+和抗坏血酸等参加。,2.3.2 其他氧化方式,2.4、不饱和脂肪酸的分解 有两个酶是必需的： 烯脂酰CoA异构酶 催化双键从顺式转变为反式 羟脂酰CoA差向酶 催化羟基从D（-）转变为L（+）,2.5、奇数脂肪酸的代谢 在反刍动物一半
6、以上的血糖来自丙酸的异生作用.,酮体（ketone body）是一类小分子有机酸，是脂肪酸在肝中分解氧化时产生的特有的中间代谢物，有乙酰乙酸（ 也有称-酮丁酸）、-羟丁酸和丙酮。在肝脏中由乙酰CoA缩合生成，在肝外组织，如脑、心、骨骼肌中利用。,乙酰乙酸，30%,丙酮，微量,-羟丁酸,70%,2.6、酮体的生成与利用,生酮作用（ketogenesis） 场所：肝脏线粒体 原料：乙酰COA 关键酶： -羟-甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）合成酶（肝中）,解酮作用（ketolysis） 由于肝内缺乏分解酮体所需要的硫激酶，酮体的分解须在肝外组织中进行（转硫酶的作用相当于硫激酶），最终转变成乙酰
7、CoA进入三羧酸循环途径氧化供能。,脱氢酶,琥珀酰CoA转硫酶,硫解酶,-羟丁酸,乙酰乙酸,乙酰CoA,酮体的生理意义与酮病（ketosis）,肌肉组织对脂肪酸的利用是有限的，而酮体分子小，水溶性，是易于利用的能源分子。如心肌、肾皮质、长时间运动中的骨骼肌都可以利用酮体。 大脑不能直接利用脂肪酸。饥饿引起血糖水平降低时，大脑转而利用酮体以减少对葡萄糖的依赖。 过多的脂肪摄入，长期饥饿，葡萄糖供应短缺（常见于高产乳牛，妊娠期的母畜等），导致脂肪大量动员，产生过量的乙酰CoA，可缩合成酮体。 在糖尿病人，一方面糖的大量损失，另一方面由于草酰乙酸转入异生途径而使三羧酸循环不畅，糖不能有效氧化，促进乙
8、酰CoA累积和酮体的合成。其结果是酮体在血液中的浓度增加，当超过肝外组织的利用能力时，引起酮血、酮尿等，以至酸中毒。,甘油的来源 糖代谢的中间产物磷酸二羟丙酮可以还原成3-磷酸甘油 脂肪酸的来源 由乙酰CoA为原料，在胞液中进行，乙酰CoA首先应从线粒体转运到胞液，由脂肪酸合成酶系催化合成。,3、脂肪的合成代谢,乙酰CoA的转运从线粒体到胞液,酵解 丙酮酸脱氢酶系 柠檬酸合酶 柠檬酸裂解酶 苹果酸脱氢酶 苹果酸酶(以NADP+为辅酶的苹果酸脱氢酶) 丙酮酸羧化酶 乙酰CoA羧化酶,“柠檬酸-丙酮酸途径”,(准备原料),合成丙二酸单酰CoA,在脂肪酸的合成过程中，原料乙酰CoA要羧化转变为丙二酸
9、单酰CoA（3C单位），这需要CO2参与。 反应如下： 这个反应是脂肪酸合成途径的限速反应，乙酰CoA羧化酶需柠檬酸激活，可被长链脂酰CoA抑制,生物素作为辅酶,消耗ATP,(2C的供体是个3C单位),脂肪酸合成的多酶复合体系 (包括7个酶和一个脂酰基载体蛋ACP),1 脂酰基转移酶 2 丙二酸单酰-ACP酰基转移酶 3 酮脂酰-ACP合成酶（-SH） 4 酮脂酰-ACP还原酶 5 羟脂酰-ACP脱水酶 6 烯脂酰-ACP还原酶 7 硫酯酶 脂酰基载体蛋白ACP（-SH）,ACP 的活性臂结构与CoA相似,乙酰CoA-ACP酰基转移酶 丙二酸单酰CoA-ACP酰基转移酶 -酮脂酰-ACP合成酶
10、(缩合酶) -酮脂酰-ACP还原酶 -羟脂酰-ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶,脂肪酸合成过程,乙酰CoA作起始物,丙二酸单酰CoA 作为2C供体,脂肪酸的合成可以简述如下： 合成起始物为乙酰CoA，与丙二酸单酰CoA（3C单位）提供的乙酰基缩合（同时释CO2），使其烃链延长2个碳原子，经过还原-脱水-还原的循环往复，脂肪酸的烃链不断延长。在这个过程中，脂酰基主要与ACP的巯基相连，最后在硫酯酶作用下水解生成脂肪酸或者在硫解酶作用下生成脂酰CoA。,软脂酸合成的总反应 注意：反应所需要的大量NADPH有两个来源，8个来自乙酰CoA转运时的转氢反应，6个来自磷酸戊糖途径,8乙酰CoA + 14
11、NADPH+H+ 7ATP + H2O,棕榈酸 + 8HSCoA + 14NADP+ + 7ATP + 7Pi,注意比较脂肪酸合成过程与-氧化过程在酶、辅酶、 脂酰基载体、激活剂和抑制剂，细胞定位等的异同,在哺乳动物，脂肪酸合成酶复合体系是具有种酶活性和ACP功能并由一个基因编码的肽链，分子量250kD, 两条相同肽链形成二聚体。 合成脂肪酸的反应由两条肽链协同进行。,不饱和脂肪酸的形成,动物细胞脂肪酸的去饱和在微粒体系统，有脂肪酸的4 ， 5， 8 ， 9脱饱和酶，但缺乏9以上的脱饱和酶。动物体内主要的不饱和脂肪酸是油酸（18：1）和棕榈油酸（16：1）,硬脂酸的脱饱和,脂肪酸烃链的延长,微
12、粒体系统（内质网系） 类似于软脂酸合成 以软脂酸为基础, 以丙二酸单酰CoA为C供体, 以CoA为酰基载体, NADPH供氢, 经缩合、还原、脱水、再还原, 循环往复，延长C18-C24的脂肪酸 线粒体 类似于氧化的逆过程 以软脂酰CoA为基础, 以乙酰CoA为C供体, 以CoA为酰基载体, NADPH供氢, 经缩合、还原、脱水、再还原, 循环往复，延长C24-C26的脂肪酸,在脂肪组织合成内源TG 甘油二脂途径,脂肪合成的两条途径,注意:脂肪中的甘油来源于糖的分解代谢,在小肠黏膜中合成外源TG 甘油一脂途径,葡萄糖/脂肪酸循环 (肌肉),甘油三酯/脂肪酸循环 (脂肪组织),4、脂肪的调节,脂
13、肪酸在肝中的重要代谢途径,磷脂包括甘油磷脂，鞘磷脂等，其功能主要是细胞膜的组成成分，参与脂类在体内的运输，磷脂的一些代谢物是细胞信号传导的第二信使。 在动物的各种组织中都有磷脂的合成和分解代谢，肝中尤其活跃。 代表性的甘油磷脂有：卵磷脂（胆碱磷脂）、脑磷脂（胆胺磷脂），代表性的鞘磷脂有神经鞘磷脂,5、类脂的代谢,5.1、磷脂的代谢,主要的甘油磷脂,脑磷脂,卵磷脂,甘油磷脂的合成,注意: 磷脂酸是合成甘油磷脂的重要中间体,活性胆胺,活性胆碱,甘油磷脂的分解,胆固醇的分子结构,胆固醇,胆固醇酯,5.1、胆固醇的生物合成与代谢转变,胆固醇的生物合成,HMGCoA还原酶,27C,4C,2C,6C,5C
14、,15C,30C,70%-80%的胆固醇由肝脏合成，少量由小肠合成。合成胆固醇的场所是胞液的微粒体部分，原料是乙酰CoA。合成一个分子的胆固醇需要18分子的乙酰CoA，并由柠檬酸-丙酮酸循环和磷酸戊糖途径提供10分子的NADPH，期间形成焦磷酸酯中间物和脱去二氧化碳。 HMGCoA还原酶是途径的关键酶，受胆固醇的反馈抑制。,胆固醇在动物体内的转化,胆固醇的母核-环戊烷多氢菲难以分解，但可其侧链可 以氧化、还原和降解转变为生理活性分子。 转变为胆汁酸是胆固醇代谢的主要去路 有胆酸、脱 氧胆酸、鹅胆酸、牛黄胆酸、甘氨胆酸等，作为表面活性 剂，促进脂类的消化吸收。 转变成类固醇激素 在肾上腺皮质球状
15、带、束状带和网 状带细胞合成睾丸酮、皮质醇和雄激素；睾丸间质细胞合 成睾丸酮；卵巢卵泡内膜细胞及黄体合成雌二醇和孕酮。 转化为7-脱氢胆固醇 经紫外线照射转变为维生素D3,6.1、血脂 甘油三酯，卵磷脂，胆固醇及其酯 自由脂肪酸（FFA） 6.2、血脂的运输方式脂蛋白（lipoprotein） 载脂蛋白与甘油三酯、卵磷脂、胆固醇及其酯形成的的复合体，有至少4种形式。FFA-清蛋白复合物是自由脂肪酸的运输形式。,6、类脂在动物体内的转运,6.3、脂蛋白（lipoprotein）,结构图,载脂蛋白（Apolipoprotein, Apo） 是脂蛋白中运输脂类的关键成分 特点：具有双性-螺旋的结构
16、种类：A、B、C、D、E五类，有20余种。 功能：结合和转运脂质 参与脂蛋白代谢关键酶活性的调节 参与脂蛋白受体的识别,乳糜（CM） 组成：TG，磷脂，胆固醇，ApoB48,A-I,A-II,蛋白质含量 少,密度低 合成部位：小肠黏膜细胞，经淋巴系统进入血液 生理功能：转运外源性T甘油三酯和胆固醇 极低密度脂蛋白（VLDL） 组成：TG，磷脂，胆固醇，ApoB100, ApoE, 蛋白质含量少,密度低 合成部位：肝细胞 生理功能：转运内源性甘油三酯,脂蛋白的分类与功能,低密度脂蛋白（LDL） 组成：主要是胆固醇及其酯，ApoB-100,含蛋白质,较低的密度 合成部位：血浆（VLDL转化而来） 生理功能：是血浆中胆固醇的主要携带者并运送到组织， 调控胆固醇的合成 高密度脂蛋白（H
