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1、第七章 脂类代谢 脂类概述脂类概述 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢 脂肪的生物合成脂肪的生物合成一、脂类概述一、脂类概述1. 概念脂类是脂肪和类脂的总称,它是有脂肪酸与 醇作用生成的酯及其衍生物,统称为脂质或脂类 ,是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛 存在与自然界的一大类物质,它们的化学组成、 结构理化性质以及生物功能存在着很大的差异, 但它们都有一个共同的特性,即可用非极性有机 溶剂从细胞和组织中提取出来。2. 分类脂肪 真脂或中性脂肪(甘油三酯) 蜡类脂磷脂糖脂异戊二烯酯甾醇 萜类甘油磷脂鞘氨醇磷脂卵磷脂 脑磷脂n贮藏物质/能量物质 脂肪是机体内代谢燃料 的贮存形式,它在体内氧化可释放
2、大量能量以 供机体利用。n提供给机体必需脂成分 (1)必需脂肪酸 亚油酸 18碳脂肪酸,含两个不饱和键;亚麻酸 18碳脂肪酸,含三个不饱和键;花生四烯酸 20碳脂肪酸,含四个不饱和键 ; (2)生物活性物质激素、胆固醇、维生素等。3. 脂类的功能n生物体结构物质(1)作为细胞膜的主要成分 几乎细胞所 含的磷脂都集中在生物膜中,是生物膜结构的 基本组成成分。(2)保护作用 脂肪组织较为柔软,存在 于各重要的器官组织之间,使器官之间减少摩 擦,对器官起保护作用。n用作药物卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰弱及动 脉粥样硬化的治疗等。二、脂肪的分解代谢二、脂肪的分解代谢1.脂肪的水解 n乳化 脂肪的消
3、化主要在肠中进行,胰 液和胆汁经胰管和胆管分泌到十二指肠, 胰液中含有胰脂肪酶,能水解部分脂肪成 为甘油及游离脂肪酸,但大部分脂肪仅局 部水解成甘油一酯,甘油一酯进一步由另 一种脂酶水解成甘油和脂肪酸。n甘油的分解 2. 脂肪酸的氧化分解(-氧化)n脂肪酸的活化脂酰CoA的生成 长链脂肪酸氧化前必须进行活化,活 化在线粒体外进行。内质网和线粒体外膜 上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+ 存在条件下,催化脂肪酸活化,生成脂酰 CoA。 n穿膜(脂酰CoA进入线粒体)脂肪酸活化在细胞液中进行,而催化脂 肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内,因此 活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代 谢。
4、 n脂肪酸的氧化长链脂酰CoA的氧化是在线粒体脂 肪酸氧化酶系作用下进行的,每次氧化断 去二碳单位的乙酰CoA,再经TCA循环完全 氧化成二氧化碳和水,并释放大量能量。 偶数碳原子的脂肪酸氧化最终全部生成 乙酰CoA。 脂酰CoA的氧化反应过程如下: (1)脱氢 脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化,在 其和碳原子上脱氢,生成2反烯脂酰CoA ,该脱氢反应的辅基为FAD。(2)加水(水合反应) 2反烯脂酰CoA在2 反烯脂酰CoA水合酶催化下,在双键上加水生成 L-羟脂酰CoA。(3)脱氢 L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA 脱氢酶催化下,脱去碳原子与羟基上的氢原 子生成-酮脂酰CoA,该反应的辅
5、酶为NAD+。(4)硫解 在-酮脂酰CoA硫解酶催化下,- 酮脂酰CoA与CoA作用,硫解产生 1分子乙酰CoA 和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。n 总结:脂肪酸氧化最终的产物为乙酰CoA、NADH和 FADH2。假如碳原子数为Cn的脂肪酸进行氧化 ,则需要作(n/21)次循环才能完全分解为 n/2个乙酰CoA,产生n/2个NADH和n/2个FADH2; 生成的乙酰CoA通过TCA循环彻底氧化成二氧化 碳和水并释放能量,而NADH和FADH2则通过呼吸 链传递电子生成ATP。至此可以生成的ATP数量 为:以软脂酸(18C)为例计算其完全氧化所生成 的ATP分子数:3. 脂肪酸的其它氧化分解方
6、式n奇数碳原子脂肪酸的分解 羧化 脱羧n脂肪酸的-氧化n脂肪酸的-氧化n不饱和脂肪酸的分解4. 乙酰CoA的去路n进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水 以及大量的ATP。n生成酮体参与代谢(动物体内)脂肪酸氧化产生的乙酰CoA,在肌 肉细胞中可进入TCA循环进行彻底氧化分 解;但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条 去路,即形成乙酰乙酸、D-羟丁酸和 丙酮,这三者统称为酮体。 (1)酮体的生成A. 2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体乙酰乙酰 CoA硫解酶的作用下,缩合成乙酰乙酰CoA,并 释放1分子的CoASH。B. 乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟 甲基戊二酸单酰CoA(HMG CoA),
7、并释放1分子 CoASH。C. HMG CoA在HMG CoA裂解酶催化下裂解生成 乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在线粒体内膜 -羟丁酸脱氢酶作用下,被还原成-羟丁酸。 部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮。(2)酮体的分解肝脏是生成酮体的器官,但不能使酮 体进一步氧化分解,而是采用酮体的形式 将乙酰CoA经血液运送到肝外组织,作为 它们的能源,尤其是肾、心肌、脑等组织 中主要以酮体为燃料分子。在这些细胞中 ,酮体进一步分解成乙酰CoA参加三羧酸 循环。nA. 乙酰乙酸在肌肉线粒体中经3-酮脂酰CoA转 移酶催化,能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA 。nB. 乙酰乙酰CoA被氧化酶系中的硫
8、解酶裂解 成乙酰CoA进入三羧酸循环。 nC. -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶作用下,脱氢 生成乙酰乙酸,然后再转变成乙酰CoA而被氧化 。nD. 丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳 酸,进而异生成糖。 1. 脂肪酸的生物合成生物机体内脂类的合成是十分活跃 的,特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织 和乳腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要 来自糖酵解产生的乙酰CoA。脂肪酸合成 步骤与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的 生物合成是在细胞液中进行,需要CO2和 柠檬酸参加;而氧化降解是在线粒体中进 行的。三、脂肪的生物合成三、脂肪的生物合成合成过程可以分为三个阶段: (1)原料的准备乙酰CoA羧化生成丙二 酸
9、单酰CoA(在细胞液中进行),由乙酰 CoA羧化酶催化,辅基为生物素,是一个 不可逆反应。乙酰CoA羧化酶可分成三个不同的亚基 :生物素羧化酶(生物素羧化酶(BCBC) 生物素羧基载体蛋白(生物素羧基载体蛋白(BCCPBCCP) 羧基转移酶(羧基转移酶(CTCT)乙酰CoA的穿膜转运:柠檬酸穿梭系统 肉毒碱转运 (2)合成阶段 以软脂酸(16碳)的合 成为例(在细胞液中进行)。催化该合成反应 的是一个多酶体系,共有七种蛋白质参与反应 ,以没有酶活性的脂酰基载体蛋白(ACP)为中 心,组成一簇。n原初反应(初始反应)n原初反应 n缩合反应 n还原反应 n脱水反应 n还原反应 至此,生成的丁酰-A
10、CP比开始的乙酰- ACP多了两个碳原子;然后丁酰基再从ACP 上转移到-酮脂酰合成酶的-SH上,再重 复以上的缩合、还原、脱水、还原4步反 应,每次重复增加两个碳原子,释放一分 子CO2,消耗两分子NADPH,经过7次重复 后合成软脂酰-ACP,最后经硫脂酶催化脱 去ACP生成软脂酸(16碳)。 (3)延长阶段(在线粒体和微粒体中进行 )生物体内有两种不同的酶系可以催化碳 链的延长,一是线粒体中的延长酶系,另 一个是粗糙内质网中的延长酶系。n线粒体脂肪酸延长酶系 以乙酰CoA为C2供体,不需要酰基载体, 由软脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合。n内质网脂肪酸延长酶系 用丙二酸单酰CoA作为C2的
11、供体,NADPH 作为H的供体,中间过程和脂肪酸合成酶 系的催化过程相同。 (4)不饱和脂肪酸的合成 不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催 化形成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕 榈油酸(16C,一个不饱和键)、油酸(18C, 一个不饱和键)、亚油酸(18C,两个不饱和键 )、亚麻酸(18C,三个不饱和键)以及花生四 烯酸(20C,四个不饱和键)等,前两种单不饱 和脂肪酸可由人体自己合成,后三种为多不饱 和脂肪酸,必须从食物中摄取,因为哺乳动物 体内没有9以上的去饱和酶。 本章小结本章小结 脂类概述 脂肪的分解 脂肪的合成脂肪与类脂,脂肪酸(饱和,不饱和,必需)脂肪酸的 氧化,酮体乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA 脂肪酸的从头合成