生物化学-第八章 脂代谢

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1、第八章 脂代谢,概念：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。,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),（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 彻底氧化仅供销能 16.7KJ,脂肪组织储存脂肪, 约占体重1020% .,合理饮食 脂肪氧化供能占 1525%,空腹 脂肪氧化供能占 50% 以上,禁食13天 脂肪氧化供能占 85%,饱食、少动 脂肪堆积，发胖,脂类的主要

2、生理功能,(二)参与代谢调控,花生四烯酸,前列腺素等生物活性物质,磷脂酰肌醇,三磷酸肌醇、甘油二酯,胆固醇,类固醇激素、VD3,(三)生物膜的重要结构成分,(四)防止机械损伤或热量散失,第二节 脂肪的分解代谢,一、脂肪动员 二、甘油代谢 三、脂肪酸的氧化,返回,系统命名法：需标示脂肪酸的碳原子数和双键的位置。 或n编码体系：从脂肪酸的甲基碳起计算其碳原子顺序。 编码体系：从脂肪酸的羧基碳起计算碳原子的顺序。,CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH,十六碳-7-烯酸,十六碳-9-烯酸,不饱和脂肪酸的命名,一、脂肪动员,概念：储存于脂肪细胞中的脂肪，在3种脂肪酶(激素敏感脂肪酶)

3、作用下逐步水解为游离脂肪酸和甘油，释放入血供其它组织利用的过程，称脂肪动员。,激素对脂代谢的调节,甘油三脂,脂肪动员激素 （肾上腺素、生长激素等）,激素敏感性脂酶 （有活性）,脂肪酸+甘油,（第一信使）,（第二信使）,甘油三酯 激素敏感脂肪酶 脂肪酸+甘油二酯 甘油二酯酶 脂肪酸+甘油一酯 甘油一酯酶 脂肪酸+甘油,激素敏感脂肪酶(HSL)：甘油三酯脂肪酶是脂肪动员的限速酶，其活性受多种激素调节，故名。,脂解激素：促进脂肪动员的激素如肾上腺素、胰 高血糖素、促肾上腺皮质激素、生长素等。,抗脂解激素：抑制脂肪动员的激素如胰岛素、 前列腺素E2、烟酸等。,甘油二酯,磷脂,二、甘油代谢,三、脂肪酸的

4、氧化,（一）饱和脂肪酸的氧化 （二）不饱和脂肪酸的氧化 （三）酮体的代谢,（一） 饱和脂肪酸的 氧化,过程： 活化（线粒体外膜） 转运（进入线粒体） 氧化（线粒体） (脱氢、水化、再脱氢、硫解),Knoop的重要发现 :,3. 脂酰CoA的-氧化过程,1. 脂肪酸活化为脂酰CoA（胞液）,位于内质网和线粒体外膜的脂酰CoA合成酶催化脂肪酸与CoA-SH生成活化的脂酰CoA。,RCOOH,+,CoASH,RCOSCoA,脂酰CoA合酶/硫激酶,ATP,AMP+PPi,Mg2+,H2O,2Pi,脂肪酸,脂酰CoA,2.脂酰CoA进入线粒体,脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞液中活化的长链脂酰C

5、oA（12C以上） 却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱(carnitine)，L-羟-三甲氨基丁酸) 结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。,RCO-SCoA,CoA-SH,肉碱脂酰 转移酶,反应由肉碱脂酰转移酶(CAT-和CAT-II)催化,其中 是脂肪酸-氧化的关键酶 ：,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 是强烈竞争性抑制剂。,肉碱转运脂酰辅酶A 进入线粒体,脂酰CoA进入线粒体的过程,脂酰CoA进入线粒体基质后，经脂肪酸-氧化酶系的催化作用，在脂酰基,-碳原子上依次进行脱氢、加水、再脱氢及硫解4步连续反应，使脂酰基在与-碳原子间断裂，生成1分子乙酰Co

6、A和少2个碳原子的脂酰CoA,具体步骤如下:,脂酰CoA的-氧化过程,-氧化（1）,(1) 脱氢,(2) 加水,1.5ATP,呼吸链,-氧化（2）,(3) 再脱氢,(4) 硫解,（1）（2）（3）（4）,CoA-SH,-酮脂酰 CoA硫解酶,2.5ATP,呼吸链,重复反应,-氧化循环的反应过程,生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。,(4) 彻底氧化：,4.脂肪酸-氧化的能量生成,1分子软脂酸(16C)活化生成的软脂酰 CoA 经7次-氧化.总反应式如下:,软脂酰CoA + 7FAD+7NAD+ + 7CoA-SH + 7H2O 8乙酰CoA + 7FADH

7、2 + 7(NADH + H+),1分子软脂酸彻底氧化共生成: (1.57)+(2.57)+(108)=108分子ATP,减去脂肪酸活化时消耗 ATP 的 2 个高能磷酸键净生成 106 分子ATP。,对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：,4,10, -氧化循环过程在线粒体基质内进行； -氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆； 需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子； 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,脂肪酸-氧化循环的特点,奇数碳脂肪酸的氧化,（二）不饱和脂肪酸的氧化,体内不饱和脂肪酸约占

8、脂肪酸总量的一半以上。也在线粒体中进行-氧化。当遇到双键后，还需要另一个特异性的酶：烯酰CoA异构酶催化： 如油酸=18:19 如下图所示,1.单不饱和脂肪酸的氧化,二、单不饱和脂肪酸的氧化,单不饱和脂肪酸的氧化,2.多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,氧化,-氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的-碳被氧化成羟基，生成-

9、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。 -氧化：在动物体中，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，最后生成的乙酰CoA或琥珀酰CoA可直接进入三羧酸循环。,（少一个C原子）,2. -氧化的可能反应历程,脂肪酸氧化小结,方式： 过程： 活化 转运 氧化 能量变化 N- 关键酶： CAT-I 反应进行部位：线粒体,（三）酮体的代谢,硫解酶,2CH3COSCoA,CH3COCH2COSCoA,乙酰乙酰CoA,CoASH,1.

10、合成, -羟丁酸约70 乙酰乙酸约30 丙酮含量极微,CoASH,CoASH,NAD+,NADH+H+,-羟丁酸 脱氢酶,HMGCoA 合成酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,酮体的生成,-羟- -甲基戊二酸单酰CoA合成酶,2.分解,乙酰乙酰CoA,硫解酶,转硫酶,琥珀酰CoA,CoASH,-氧化,乙酰乙酸,脱氢酶,NADH+H+,NAD+,乙酰CoA,2,-羟丁酸,琥珀酸,或乙酰乙酸硫激酶,酮体生成及利用的生理意义,(1) 在正常情况下，酮体是肝脏输出能源的一种形式； (2) 在饥饿或疾病情况下，为心、脑等重要器官提供必要的能源。,特点: 肝脏内(肝细胞线粒体)合成 肝脏外利用

11、,意义及特点,意义,酮体的利用 利用酮体的酶有两种，即 琥珀酰CoA转硫酶（主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中） 乙酰乙酸硫激酶（主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中）,心、肾、脑、骨骼肌细胞,心、肾、脑细胞,乙酰乙酸彻底氧化净生成多少ATP?,-羟丁酸彻底氧化净生成多少ATP?,当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可净生成2分子ATP，-羟丁酸可净生成2.5分子ATP； 乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成18分子ATP， -羟丁酸可净生成20.5分子ATP 。,酮体代谢小结,特点:肝脏内合成 肝脏外利用,酮体的生成场所 ：肝脏,酮体的生成原料 ：乙酰辅酶A

12、,CoASH,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,乙醛酸循环反应历程 p159,NAD +,NADH,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,CoASH,O CH3-CSCoA,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,O O H-C-C OH,乙醛酸,NAD+,草酰乙酸,第三节 脂肪酸的合成,一、甘油合成 二、脂肪酸合成 三、甘油三脂合成,一、甘油合成 两种途径,肝脏、小肠和脂肪组织是主要的合成脂肪的组织器官，其合成的亚细胞部位主要在胞液。,从头合成 原料：乙酰辅酶A、ATP 部位：肝、脂肪组织、乳腺 细胞器：细胞质 供氢体：NADPH H （来源） 关键酶：乙酰辅酶A羧化酶 载体：酰基载体蛋白（ACP）,二、脂肪酸合成,1.乙酰

13、辅酶A的转运 2.丙二酸单酰辅酶A的合成： 3.乙酰-ACP和丙二酰-ACP合成 4.脂肪酸合成 步骤：四步，基本上是分解的逆过程 参与酶：脂肪酸合酶,过程：,来源 线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖） 脂肪酸的-氧化 氨基酸的氧化 转运 柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系）,1. 乙酰CoA（碳源）的来源及转运,1.乙酰辅酶A的转运,乙酰CoA转运出线粒体,柠檬酸穿梭系统：,2.丙二酸单酰CoA的合成,CH3COSCoA + HCO3- + ATP,乙酰CoA羧化酶,Mn2+、生物素,HOOC-CH2COSCoA + ADP + Pi 丙二酸单酰 CoA,3.乙酰-酶 和丙二酰-ACP合成,4.脂肪酸合成

14、,脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。 在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白（acyl carrier protein, ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体。,原核生物的脂肪酸合成酶系,边缘巯基,中心巯基,软脂酸合成的反应流程,进位,链的延伸,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,-酮脂酰-ACP合酶,+合酶-SH+CO2,还原反应,+NADPH+ + H +,-酮脂酰-ACP还原酶,+NADP+,D-羟丁酰-ACP,脱水反应,=,-,C,-,-羟脂酰-ACP脱水酶,+H2O,（2反式丁烯酰

15、-ACP,巴豆酰-ACP）,再还原反应,-,-,=,-,3 2,+NADPH+H+,-烯脂酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH-CSACP,O,=,+NADP+,（丁酰-ACP）,丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成软脂酰-ACP。,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,-酮脂酰-ACP合酶,+合酶-SH+CO2,由于缩合反应中， -酮脂酰-ACP合酶是对链长有专一性的酶，仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性，故从头合成只能合成16C及以下饱和脂酰-ACP。,软脂酰-ACP,硫酯酶水解,ACP+软脂酸（棕榈酸）,释放,H2O,CH3-CSCOA +7 HOOC-CH2COSCoA,=,O,+7ATP+14NADPH+14H +,CH3 ( CH2)14COOH,+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O,那么这个过程与糖代谢有一定关系：,原料（乙酰辅酶A ）来源 羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供 还原力NADPH从哪来？,总反应式,脂肪酸合酶系结构模式,乙酰CoA:ACP转移酶 丙二酸单酰CoA:ACP转移酶 -