第七(10)章脂类代谢2

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1、第七章脂类代谢,概 述 生物体内的脂类 第一节 脂肪的分解代谢 第二节 脂肪的生物合成 第三节 类脂的代谢,概述 生物体内的脂类,（一）脂质（脂类）定义,脂肪酸与醇脱水反应形成的酯及其衍生物共性：不溶于水，而易溶于非极性溶剂如乙醚、氯仿、苯等。,脂类（lipids）是生物体维持正常生命活动不可缺少的一大类有机化合物，与糖类、蛋白质、核酸并列为四大类重要基本物质。,（二)脂的生物学功能,(1)是生物细胞能量的重要储存物质。 1g甘油脂在体内氧化可产生39kJ的热量，比碳水化合物（17.2 kJ）和蛋白质（23.4 kJ）在同样条件下的热量约高一倍。,体重为70千克的人能量贮存：脂肪： 2 008

2、 320千焦耳蛋白质： 105 000千焦耳糖原： 2 520千焦耳葡萄糖： 168千焦耳,(2) 是生物细胞的结构物质。 其中的磷脂和糖脂是构成细胞生物膜的重要结构物质。与细胞的识别、信号转导、种质特异性和组织免疫等有密切关系。因此，生物膜对细胞的生命活动具有特别重要的作用；,(3) 许多脂类物质行使着各种重要特殊的生理功能。这些物质包括某些维生素和激素等。例如，萜类化合物中包含着维生素A、维生素D、维生素E和维生素K，它们是调节生理代谢的活性物质。还有定位在质膜上磷脂化合物，如磷脂酰肌醇、N-磷脂酰乙醇胺等是调节细胞生长发育、抗逆境反应的脂质信号分子。,（三）脂的分类,(1)单纯脂是脂肪酸

3、和醇类所形成的酯。典型的为甘油三酯。,(2)复合脂除醇类、脂肪酸外还含有其它物质。 磷脂。,(3)非皂化脂（类脂）不含有脂肪酸。 萜类,单纯脂,酰基甘油（=油脂=脂肪）,呈液态：油（oil）,呈固态：脂（fat）,常温下,油脂,蜡,三酰甘油,脂肪酸：1622碳 双数； 多数为1618碳,软脂酸（16C） 硬脂酸（18C） 油酸 （18:1D9） 亚油酸（18:2D9,12） 亚麻酸 (18:3D9,12,15),脂肪酸 （ Fatty Acid, FA）,饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸,必须脂肪酸,蜂蜡,长链脂肪酸与长链一元醇/固醇形成的酯,蜡,复合脂 磷脂、糖脂、硫脂,磷脂,糖脂,不含酯键，不发生

4、皂化反应，由单纯脂类或复合脂类衍生而来。,萜类：天然色素、香精油、天然橡胶 固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素） 其他脂类：维生素A、D、E、K等。,非皂化脂,固醇（sterol）：也称甾醇，是环戊烷多氢菲的衍生物 。,18,19,天然固醇的结构通式,第一节 脂肪的分解代谢 一、脂肪的水解,脂肪酶,二、甘油代谢 甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成3-磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。,其中第一步反应需要消耗ATP，而第二步反应可生成还原辅酶。,磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是糖酵解途径的中间产物，因此既可以继续氧化，经丙酮酸进入三羧酸循环彻底氧化成CO2和水，又可经糖异生作用合成葡萄糖

5、，乃至合成多糖。,（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)）,甘油激酶,磷酸甘油脱氢酶,异构酶,磷酸酶,三、脂肪酸的氧化分解,氧化的方式,-氧化、,-氧化,-氧化,主要的方式,CH3-(CH2)n - CH2 - CH2 -COOH,-氧化作用的提出是在十九世纪初，Franz Knoop 在此方面作出了关键性的贡献。他将末端甲基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗，然后检测狗尿中的产物。,食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯乙尿酸，而食用含奇数碳的脂肪酸的狗的尿中有马尿酸。 Knoop由此推测脂肪酸的降解总是每次水解下两个碳原子。,（一）-氧化,Knoop 的 苯 标 记 实 验,据此，Knoop 提出脂肪酸

6、的氧化发生在-碳原子上，而后Ca与C之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位Knoop推测是乙酸。以后的实验证明Knoop推测的准确性，由此提出了脂肪酸的 -氧化作用。-氧化作用：是指脂肪酸在-碳原子上进行氧化，然后-碳原子和-碳原子之间键发生断裂，分解出一个二碳片段，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。,b-氧化作用的部位：,线粒体基质,乙醛酸体,油料作物种子萌发时,脂肪酸进行-氧化的过程,(1) 脂肪酸的活化,(2) 转运,(3) b-氧化,1、脂肪酸-氧化的过程,1） 脂肪酸的活化（细胞质）,脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoA酯化成脂酰CoA的过程。反应如下：,* 脂酰CoA合成酶存

7、在于内质网及线粒体外膜上,相当于消耗2个ATP,脂肪酸的活化需要ATP的参与。每活化1分子脂肪酸，需要1分子ATP转化为AMP，即要消耗2个高能磷酸键。这可以折算成需要2分子ATP水解成ADP。 在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不可逆。,2）转运：脂酰CoA进入线粒体 肉碱穿梭系统,脂肪酸的-氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）携带，以脂酰肉碱的形式跨越线粒体膜而进入基质，故称肉碱转运。,脂肪酸碳链12进入线粒体不需要膜载体蛋白 脂肪酸碳链12不能直接通过线粒体内膜，需要肉碱穿梭系统,多数为161

8、8碳,肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）的结构如下：,羟基 三甲铵丁酸,肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。,肉碱脂酰转移酶在线粒体外膜催化脂酰CoA 上的脂酰基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；肉碱脂 酰转移酶则在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的 脂酰基重新转移至CoA，游离的肉碱被运回膜外 侧循环使用。,肉碱脂酰转移酶,脂酰-CoA,肉碱,肉碱脂酰转移酶,肉碱脂酰转移酶,肉碱载体蛋白,线粒体基质,膜间隙,脂酰肉碱,脂酰肉碱,肉碱

9、,细胞质,3) -氧化,每次b-氧化作用包括四个步骤。,a. 脱氢b. 水化c. 脱氢d. 硫解,CH3-(CH2)n - CH2 - CH2 -COOH,a. 脱氢，在脂酰辅酶A脱氢酶的催化下，脂酰CoA脱氢形成反式双键的脂酰辅酶A，同时 FAD接受H被还原为 FADH2。,b. 水化， 在烯脂酰CoA水合酶催化下， 反式2-烯脂酰CoA 在双键上加上一分子水，变成羟脂酰。,c. 脱氢，在羟脂酰CoA脱氢酶的催化下，羟脂酰CoA 位上的羟基脱氢氧化成为酮脂酰CoA，同时 NAD接受H被还原成NADH 。,d. 硫解，在-酮脂酰CoA硫解酶作用下， -酮脂酰CoA 在，之间被1分子CoA 硫解

10、。,脱氢,水化,再脱氢,硫解,对于长链脂肪酸，需要经过多次b-氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰CoA。,软脂酸（棕榈酸 C15H31COOH）需经历几轮b-氧化作用而完全生成乙酰CoA？,下图是软脂酸（棕榈酸 C15H31COOH）的b-氧化过程，它需经历七轮b-氧化作用而生成8分子乙酰CoA。,4）-氧化过程中能量的释放,活 化：消耗2个高能磷酸键,氧 化：,每轮循环 产物：1分子乙酰CoA1分子少两个碳原子的脂酰CoA1分子NADH+H+1分子FADH2,3. -氧化过程中能量的释放 以16碳饱和软脂酸的氧化为例,7 轮

11、循环产物：8分子乙酰CoA（ 可进入TCA彻底氧化） 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公式总结: (n/2)-1 4+ (n/2) 10-2 n为碳原子的数目,油料种子萌发时，乙醛酸体产生的乙酰CoA主要通过糖异生形成糖。,生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，而且位置也相当有规律 第一个双键都是在C9和C10之间（写作D9），以后每隔三个碳原子出现一个。例如，亚油酸18:2D9，12；-亚油酸18:3D9,12,15。,不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需

12、其它酶的参与，现以油酸为例加以说明。,5）不饱和脂肪酸的氧化,a.脱氢b. 水化c. 脱氢d. 硫解,a.异构b. 水化c. 脱氢d. 硫解,经历了三轮b-氧化作用后，产物在b,g位有一顺式双键，因此接下来的反应不是脱氢，而是双键的异构化，生成反式的a,b双键，然后b-氧化作用继续正常进行。因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADH2。,不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和脂肪酸的前四轮b-氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时需要一种异构酶的参与。,反式脂肪酸（trans fatty acids，TFA） 是所有含有反

13、式双键的不饱和脂肪酸的总称。反式脂肪酸像饱和脂肪酸一样，是“坏”的脂肪酸。反式脂肪酸主要产生于以下3个过程： 由液态油形成浓缩植物油（固化）的过程，即“氢化油”的“氢化”过程。这个过程使不饱和脂肪酸为主的植物油引入了氢分子，将液态不饱和脂肪酸变成易凝固的饱和脂肪酸，从而使植物油变成黄油一样的半固态甚至固态。在这个过程中，有一部分剩余不饱和脂肪酸发生了“构型转变”，从天然的“顺式”结构异化成“反式”结构，从而形成反式脂肪酸。“人造奶油”、“色拉油”、“起酥油”、“氢化植物油” 高温加热过程中，光、热和催化剂作用使植物油脂肪酸异 化成反式脂肪酸。油炸松脆食品、方便面、薯片、炸薯条。 在自然界中，产

14、生于牛等反刍动物的瘤胃内微生态系统中共生微生物的生物氢化作用。反式脂肪酸有哪些危害？ 反式脂肪酸不但升高血液中被称作为恶性胆固醇的LDL，同时还降低被称作为良性胆固醇的HDL。这两种变化都会引发动脉阻塞而增加心血管疾病的危险性。 反式脂肪酸增加糖尿病危险，用多不饱和脂肪酸代替膳食中的反式脂肪酸可以降低2型糖尿病的危险。 反式脂肪酸能通过胎盘及母乳转运给胎儿，婴儿及新生儿会因母亲摄入反式脂肪酸而被动摄入, 从而造成以下影响：容易患必需脂肪酸缺乏症；对视网膜、中枢神经系统和大脑功能的发生、发展产生不利影响，从而影响生长发育。 可能会诱发肿瘤，部分研究证实反式脂肪酸与乳腺癌的发 生成正相关。,反式脂

15、肪酸有哪些危害？ 反式脂肪酸不但升高血液中被称作为恶性胆固醇的LDL，同时还降低被称作为良性胆固醇的HDL。这两种变化都会引发动脉阻塞而增加心血管疾病的危险性。 反式脂肪酸增加糖尿病危险，用多不饱和脂肪酸代替膳食中的反式脂肪酸可以降低2型糖尿病的危险。 反式脂肪酸能通过胎盘及母乳转运给胎儿，婴儿及新生儿会因母亲摄入反式脂肪酸而被动摄入, 从而造成以下影响：容易患必需脂肪酸缺乏症；对视网膜、中枢神经系统和大脑功能的发生、发展产生不利影响，从而影响生长发育。 可能会诱发肿瘤，部分研究证实反式脂肪酸与乳腺癌的发 生成正相关。,6）奇数碳链脂肪酸的氧化,奇数脂肪酸的氧化实际上就是丙酰-CoA的氧化，因为碳原子数目5以上的奇数脂肪酸完全可以和偶数脂肪酸一样进行-氧化直到丙酰-CoA出现为止 。 丙酰-CoA的氧化是将它转变为偶数的琥珀酰-CoA即可。,先进行羧化，然后经过两次异构化，形成琥珀酰CoA。,脂肪酸-氧化的生理意义,为机体提供比糖氧化更多的能量 乙酰CoA还可作为脂肪酸和某些AA的合成原料,金斑鸻（hng ）,脂肪酸在一些酶的催化下，在a-碳原子上发生氧化作用，分解出一个一碳单位CO2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂肪酸的a-氧化作用。,（二）脂肪酸的a-氧化途径,