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1、,脂质代谢,Metabolism of Lipids,1,脂质的构成、功能及分析 The composition, function and analysis of lipids,第一节,2,脂肪和类脂总称为脂质(lipids) 。,三脂酰甘油 (triacylglycerol, TAG)，也称为甘油三酯 (triglyceride, TG),胆固醇 (cholesterol, CHOL) 胆固醇酯 (cholesterol ester, CE) 磷脂 (phospholipid, PL) 糖脂 (glycolipid) 鞘脂 (sphingolipid),定义:,分类:,类脂(lipoid)
2、,脂肪 (fat),一、脂质,3,脂酸组成的种类决定甘油三酯的熔点，随饱和脂酸的链长和数目的增加而升高。,（一）甘油三酯,4,（二）常见的脂肪酸,必需脂肪酸：机体必需但自身又不能合成或合成量不足，必须从植物油中摄取的脂肪酸叫必需脂肪酸。包括亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。,5,脂肪酸（fatty acids）的结构通式为: CH3（CH2）nCOOH,6,磷脂（phospholipids）由甘油或鞘氨醇、脂肪酸、磷酸和含氮化合物组成。,甘油磷脂：由甘油构成的磷脂（体内含量最多75% ） 鞘磷脂：由鞘氨醇构成的磷脂,X指与磷酸羟基相连的取代基，包括胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等。
3、,（三）磷脂,分类：,7,由甘油构成的磷脂称为甘油磷脂,组成：甘油、脂酸、磷脂、含氮化合物,结构：,功能：含一个极性头、两条疏水尾，构成生物膜的磷脂双分子层。,X = 胆碱、水、乙醇胺、 丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等,8,机体内几类重要的甘油磷脂,9,胆固醇(cholesterol)结构：,固醇共同结构： 环戊烷多氢菲,（四）胆固醇,10,动物胆固醇(27碳),11,二、脂质的生物学功能,（一）甘油三酯是机体重要的能源物质,1g TG = 38KJ 1g 蛋白质 = 17KJ 1g 葡萄糖 = 17KJ,首先，甘油三酯氧化分解产能多。 第二，甘油三酯疏水，储存时不带水分子，占体积小。 第三
4、，机体有专门的储存组织脂肪组织。 甘油三酯是脂肪酸的重要储存库。 甘油二酯还是重要的细胞信号分子。,12,（二）脂肪酸具有多种重要生理功能,1. 提供必需脂肪酸,人体缺乏9及以上去饱和酶，不能合成亚油酸（18:2，9,12） 、亚麻酸（18:3，9,12,15）和花生四烯酸（20:4，5,8,11,14） 。,2. 合成不饱和脂肪酸衍生物,前列腺素（prostaglandin, PG） 、血栓烷(thromboxane, TX) 、白三烯(leukotrienes, LT)是廿碳多不饱和脂肪衍生物。,13,（二）磷脂是重要的结构成分和信号分子,1. 磷脂是构成生物膜的重要成分,磷脂分子具有亲水
5、端和疏水端，在水溶液中可聚集成脂质双层，是生物膜的基础结构。,2. 磷脂酰肌醇是第二信使的前体,磷脂酰肌醇4、5位被磷酸化生成的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）是细胞膜磷脂的重要组成，主要存在于细胞膜的内层。在激素等刺激下可分解为甘油二酯（DAG）和三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3），均能在胞内传递细胞信号。,14,（四）胆固醇是生物膜的重要成分和具有重要生物学功能固醇类物质的前体,胆固醇是细胞膜的基本结构成分 胆固醇可转化为一些具有重要生物学功能的固醇化合物 可转变为胆汁酸、类固醇
6、激素及维生素D3,15,整理,掌握脂质的生物功能，必需脂肪酸的概念及种类。,16,脂质的消化与吸收 Digestion and Absorption of Lipids,第二节,17,条件 乳化剂（胆汁酸盐、甘油一酯、甘油二酯等）的乳化作用； 酶的催化作用,部位 主要在小肠上段,一、胆汁酸盐协助脂质消化酶消化脂质,18,乳化,消化酶,甘油三酯,食物中的脂类,2-甘油一酯 + 2 FFA,磷脂,溶血磷脂 + FFA,胆固醇酯,胆固醇 + FFA,微团 (micelles),消化脂类的酶,19,脂肪与类脂的消化产物，包括甘油一酯、脂酸、胆固醇及溶血磷脂等以及中链脂酸(6C10C)及短链脂酸(2C4
7、C)构成的的甘油三酯与胆汁酸盐，形成混合微团(mixed micelles)，被肠粘膜细胞吸收。,消化的产物,20,十二指肠下段及空肠上段。,二、吸收的脂质经再合成进入血循环,吸收部位,吸收方式,21,长链脂酸及2-甘油一酯,肠粘膜细胞（酯化成TG）,胆固醇及游离脂酸,肠粘膜细胞（酯化成CE）,溶血磷脂及游离脂酸,肠粘膜细胞（酯化成PL）,22,甘油三酯的消化与吸收,23,甘油三酯的代谢Metabolism of Triglyceride,第三节,24,甘油三酯的合成代谢 脂肪酸的合成代谢 甘油三酯的分解代谢 脂肪动员 甘油进入糖代谢 脂酸的氧化 脂酸的其他氧化方式 酮体的生成和利用,本节主要
8、内容,25,脂肪组织：主要以葡萄糖为原料合成脂肪，也利用CM或VLDL中的FFA合成脂肪。,一、不同来源脂肪酸在不同器官以不完全相同的途径合成甘油三酯,肝脏：肝内质网合成的TG，组成VLDL入血。,小肠粘膜：利用脂肪消化产物再合成脂肪。,（一）合成主要场所,26,甘油和脂酸主要来自于葡萄糖代谢 CM中的FFA（来自食物脂肪）,甘油一酯途径（小肠粘膜细胞）,甘油二酯途径（肝、脂肪细胞）,（二）合成原料,（三）合成基本过程,27,甘油一酯途径,28,甘油二酯途径,29,3-磷酸甘油主要来自糖代谢。,肝、肾等组织含有甘油激酶，可利用游离甘油。,30,二、内源性脂肪酸的合成需先合成软脂酸再加工延长,组
9、 织：肝（主要）、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等组织 亚细胞： 胞液：主要合成16碳的软脂酸（棕榈酸） 肝线粒体、内质网：碳链延长,1. 合成部位,（一）软脂酸的合成,31,NADPH的来源:,磷酸戊糖途径（主要来源）,胞液中苹果酸经苹果酸酶氧化脱羧产生,乙酰CoA、ATP、HCO3-、NADPH、Mn2+,2. 合成原料,乙酰CoA的主要来源:,乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过 柠檬酸-丙酮酸循环(citrate pyruvate cycle)出线粒体。,32,（1）丙二酸单酰CoA的合成,3. 脂肪酸合酶及反应过程,乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶。,33,（2）脂酸合成,从乙酰CoA及丙二
10、酸单酰CoA合成长链脂肪酸，是一个重复加成过程，每次延长2个碳原子。,各种生物合成脂肪酸的过程基本相似。,大肠杆菌脂肪酸合酶复合体有7种酶蛋白（酰基载体蛋白、乙酰基转移酶、-酮脂酰合酶 、丙二酸单酰转移酶 、-酮脂酰还原酶、脱水酶和烯脂酰还原酶），聚合在一起构成多酶体系。,34,三个结构域：,7种酶活性都在一条多肽链上，属多功能酶，由一个基因编码；有活性的酶为两相同亚基首尾相连组成的二聚体。,哺乳类动物脂肪酸合酶,底物进入缩合单位 还原单位 软脂酰释放单位,35,软脂酸合成的总反应:,CH3COSCoA + 7 HOOCH2COSCoA + 14NADPH+H+,CH3(CH2)14COOH
11、+ 7 CO2 + 6H2O + 8HSCoA + 14NADP+,36,以丙二酸单酰CoA为二碳单位供体，由 NADPH+H+ 供氢经缩合、加氢、脱水、再加氢等一轮反应增加2个碳原子，合成过程类似软脂酸合成，但脂酰基连在CoASH上进行反应，可延长至24碳，以18碳硬脂酸为最多。,1. 脂肪酸碳链在内质网中的延长,（二）软脂酸延长在内质网和线粒体内进行,37,以乙酰CoA为二碳单位供体，由 NADPH+H+供氢，过程与-氧化的逆反应基本相似，需-烯酰还原酶，一轮反应增加2个碳原子，可延长至24碳或26碳，以硬脂酸最多。,2. 脂肪酸碳链在线粒体中的延长,38,整理,掌握甘油三酯的合成原料、部
12、位、合成基本过程（包括甘油一酯和甘油二酯途径）。 掌握软脂酸的合成原料、部位和限速酶。,39,定义 脂肪动员(fat mobilization)是指储存在脂肪细胞中的脂肪，在肪脂酶作用下逐步水解释放FFA及甘油供其他组织氧化利用的过程。,三、甘油三酯氧化分解产生大量ATP供机体需要,（一）甘油三酯分解代谢从脂肪动员开始,40,脂解激素,对抗脂解激素因子,关键酶 激素敏感性甘油三酯脂肪酶 (hormone-sensitive triglyceride lipase , HSL),能促进脂肪动员的激素，如胰高血糖素、去甲肾上腺素、ACTH 、 TSH等。,抑制脂肪动员，如胰岛素、前列腺素E2、烟酸
13、等。,41,脂肪动员过程：,HSL-激素敏感性甘油三酯脂肪酶,42,（二）甘油转变为3-磷酸甘油后被利用,肝、肾、肠等组织,43,脂肪酸在血中由清蛋白运输。主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用。,44,1904年，努珀（F. Knoop）采用不能被机体分解的苯基标记脂肪酸-甲基，喂养犬，检测尿液中的代谢产物。发现不论碳链长短，如果标记脂肪酸碳原子是偶数，尿中排出苯乙酸；如果标记脂肪酸碳原子是奇数，尿中排出苯甲酸。据此，努珀提出脂肪酸在体内氧化分解从羧基端-碳原子开始，每次断裂2个碳原子，即“-氧化学说”。,（三）-氧化是脂肪酸分解的核心过程,45,组 织：除脑组织外,大多数组织均可进 行， 其中肝、
14、肌肉最活跃。,亚细胞：胞液、线粒体,部位,46,1. 脂肪酸的活化形式为脂酰CoA（胞液）,脂酰CoA合成酶,ATP AMP PPi,脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)存在于内质网及线粒体外膜上。,+ CoA-SH,主要过程,47,2.脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体,肉碱脂酰转移酶（carnitine acyl transferase ）是脂酸-氧化的关键酶。,48,3. 脂酰CoA分解产生乙酰CoA、FADH2、NADH,脱氢,加水,再脱氢,硫解,脂酰CoA,L(+)-羟脂酰CoA,酮脂酰CoA,脂酰CoA+乙酰CoA,49,5,50,51,肉碱转运载体,线粒体膜,5
15、2,活化：消耗2个高能磷酸键,-氧化：,每轮循环 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解产物：1分子乙酰CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH+H+ 1分子FADH2,4. 脂肪酸氧化是机体ATP的重要来源, 以16碳软脂肪酸的氧化为例,53,7 轮循环产物：8分子乙酰CoA 7分子NADH+H+ 7分子FADH2,能量计算： 生成ATP 810 + 72.5 + 71.5 = 108 净生成ATP 108 2 = 106,54,丙酰CoA转变为琥珀酰CoA进行氧化,Ile Met Thr Val 奇数碳脂酸 胆固醇侧链,CH3CH2COCoA,D-甲基丙二酰CoA,L-甲基丙
16、二酰CoA,琥珀酰CoA,TAC,55,乙酰乙酸(acetoacetate) 、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)、丙酮(acetone)三者总称为酮体(ketone bodies)。,血浆水平：0.030.5mmol/L(0.35mg/dl),代谢定位： 生成：肝细胞线粒体 利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）线粒体,（五）脂肪酸在肝分解可产生酮体,56,CoASH,CoASH,NAD+,NADH+H+,-羟丁酸 脱氢酶,HMGCoA 合酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,1.酮体在肝生成,57,NAD+,NADH+H+,琥珀酰CoA,琥珀酸,CoASH+ATP,PPi+AMP,CoASH,2.酮体在肝外组织氧化利用,琥珀酰CoA转硫酶 （心、肾、脑及骨骼肌的线粒体）,乙酰乙酰CoA硫激酶 （肾、心和脑的线粒体）,乙
