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1、生物化学之生物化学之生物化学之生物化学之脂脂代代谢谢Metabolis m o f l i p i d上上海海理理工工大大学学医医 疗疗 器器 械械 与与 食食 品品 学学 院院任任 课课 教教 师师 ： 管管 骁骁本讲主要内容本讲主要内容1、脂肪的分解代谢重点）、脂肪的分解代谢重点）2、脂肪的合成代谢次重点）、脂肪的合成代谢次重点）3、类脂的代谢自学）、类脂的代谢自学）第一第一第一第一节节 脂肪的分解代脂肪的分解代脂肪的分解代脂肪的分解代谢谢一、脂肪动员一、脂肪动员贮存于脂肪细胞中的甘油三酯贮存于脂肪细胞中的甘油三酯在脂肪酶的催化下逐步水解并释放在脂肪酶的催化下逐步水解并释放出游离脂肪酸和甘
2、油，释放入血以出游离脂肪酸和甘油，释放入血以供其他组织氧化利用的过程称为脂供其他组织氧化利用的过程称为脂肪动员。肪动员。甘油三甘油三酯激素敏感脂肪激素敏感脂肪酶脂肪酸脂肪酸+甘油二甘油二酯甘油二甘油二酯酶脂肪酸脂肪酸+甘油一甘油一酯甘油一甘油一酯酶脂肪酸脂肪酸+甘油甘油一、脂肪动员的基本过程一、脂肪动员的基本过程二甘油的代谢二甘油的代谢在脂肪细胞中，没有甘油激酶，无法在脂肪细胞中，没有甘油激酶，无法脂解甘油。脂解甘油。甘油经血液输送到肝脏后，在甘油经血液输送到肝脏后，在ATP存存在下，由甘油激酶催化，转变成在下，由甘油激酶催化，转变成3-磷酸磷酸甘油。甘油。ADPATP甘甘 油油 激激 酶酶N
3、AD+NADH+H+CH2OPO32-C=OCH2OHCH2OHCHOHCH2OH磷磷酸酸甘甘油油脱脱氢酶GG糖异生糖异生C COO2 2丙酮酸丙酮酸TCACH2OPO32-CHOHCH2OH甘油彻底氧化的总能量甘油彻底氧化的总能量1 1 1、甘油、甘油、甘油、甘油、甘油、甘油转变转变转变3- 3-3-磷酸甘油：消耗磷酸甘油：消耗磷酸甘油：消耗磷酸甘油：消耗磷酸甘油：消耗磷酸甘油：消耗1 1 1分子分子分子分子分子分子ATPATPATP2 2 2、转变为转变为转变为磷酸二磷酸二磷酸二磷酸二磷酸二磷酸二羟羟羟丙丙丙丙丙丙酮酮酮：生成：生成：生成：生成：生成：生成1 1 1分子分子分子分子分子分子
4、NADH+H+NADH+H+NADH+H+3 3 3、转变为转变为转变为丙丙丙丙丙丙酮酮酮酸：酸：酸：酸：酸：酸：111分子分子分子分子分子分子NADH+H+NADH+H+NADH+H+222分子分子分子分子分子分子ATPATPATP4 4 4、转变为转变为转变为乙乙乙乙乙乙酰酰酰CoACoACoA：111分子分子分子分子分子分子NADH+H+NADH+H+NADH+H+5 5 5、经过经过经过TCATCATCA：333分子分子分子分子分子分子NADH+H+NADH+H+NADH+H+、1 1 1分子分子分子分子分子分子FADH2FADH2FADH2、1 1 1分子分子分子分子分子分子GTPG
5、TPGTP6 6 6、甘油、甘油、甘油、甘油、甘油、甘油彻彻彻底氧化成底氧化成底氧化成底氧化成底氧化成底氧化成CO2CO2CO2后，后，后，后，后，后，总总总能量：能量：能量：能量：能量：能量：6NADH+H+1FADH2+1GTP+2ATP-1ATP=22ATP6NADH+H+1FADH2+1GTP+2ATP-1ATP=22ATP6NADH+H+1FADH2+1GTP+2ATP-1ATP=22ATP一）一）脂肪酸的脂肪酸的 -氧化氧化脂肪酸的脂肪酸的 -氧化作用是指脂肪酸在氧化分解时，氧化作用是指脂肪酸在氧化分解时，碳链的断裂发生在脂肪酸的碳链的断裂发生在脂肪酸的 -位，即脂肪酸碳链位，即脂
6、肪酸碳链的断裂方式是每次切除的断裂方式是每次切除2个碳原子。个碳原子。 -氧化是生物体内脂肪酸的主要氧化分解途径。氧化是生物体内脂肪酸的主要氧化分解途径。脂肪酸的脂肪酸的 -氧化在线粒体中进行氧化在线粒体中进行三、三、脂肪酸的氧化分解脂肪酸的氧化分解 脂肪酸的氧化分解存在几条不同的途径，如脂肪酸的氧化分解存在几条不同的途径，如 - -氧化、氧化、 - -氧化和氧化和 - -氧化氧化1反应过程：反应过程：(1)脂肪酸的活化：在线粒体外膜或内质脂肪酸的活化：在线粒体外膜或内质网进行。网进行。脂酰脂酰CoA合成酶合成酶R-COSCoA+AMP+PPiR-COOH+HSCoA+ATPMg2+由脂肪酸转
7、化为脂酰由脂肪酸转化为脂酰CoA消耗消耗1分子分子ATP的的两个高能磷酸键的能量，相当于消耗了两个高能磷酸键的能量，相当于消耗了2分子分子ATP。(2)脂肪酸的脂肪酸的转运：运：在在线粒体外生成的脂粒体外生成的脂酰CoA要要进入入线粒粒体基体基质才能被氧化分解，此才能被氧化分解，此过程必程必须要由肉要由肉毒碱携毒碱携带，借助于两种肉碱脂，借助于两种肉碱脂酰转移移酶酶和和酶）催化的移）催化的移换反反应才能完成。才能完成。(3)-氧化的反应过程氧化的反应过程脂脂脂脂酰酰CoACoA在在在在线线粒体的基粒体的基粒体的基粒体的基质质中中中中进进行氧化分解。行氧化分解。行氧化分解。行氧化分解。每每每每进
8、进行一次行一次行一次行一次- -氧化，需要氧化，需要氧化，需要氧化，需要经过经过脱脱脱脱氢氢、水化、再、水化、再、水化、再、水化、再脱脱脱脱氢氢和硫解四步反和硫解四步反和硫解四步反和硫解四步反应应，同，同，同，同时释时释放出放出放出放出1 1分子乙分子乙分子乙分子乙酰酰CoACoA。反。反。反。反应产应产物是比原来的脂物是比原来的脂物是比原来的脂物是比原来的脂酰酰CoACoA减少了减少了减少了减少了2 2个个个个碳的新的脂碳的新的脂碳的新的脂碳的新的脂酰酰CoACoA。如此反复。如此反复。如此反复。如此反复进进行，直至脂行，直至脂行，直至脂行，直至脂酰酰CoACoA全部全部全部全部变变成乙成乙
9、成乙成乙酰酰CoACoA。脱脱氢脂酰脂酰CoA在脂酰在脂酰CoA脱氢酶的催化下，脱氢酶的催化下，在在 -和和 -碳原子上各脱去一个氢原子，生碳原子上各脱去一个氢原子，生成反式成反式 , -烯脂酰烯脂酰CoA，氢受体是，氢受体是FAD。RnCH2CH2CH2COSCoAFADFADH2RnCH2CCHHCOSCoA脂脂酰CoA脱脱氢酶水化水化在烯脂酰在烯脂酰CoA水合酶催化下，水合酶催化下， , -烯脂酰烯脂酰CoA水化，生成水化，生成L(+)- -羟脂酰羟脂酰CoA。RnCH2CCHHCOSCoARnCH2CHCHCOSCoAOHH2O烯脂脂酰CoA水合水合酶再脱再脱氢 -羟脂酰羟脂酰CoA在
10、脱氢酶催化下，脱氢生成在脱氢酶催化下，脱氢生成 -酮脂酰酮脂酰CoA。反应的氢受体为。反应的氢受体为NAD+。此脱氢。此脱氢酶具有立体专一性，只催化酶具有立体专一性，只催化L(+)- -羟脂酰羟脂酰CoA的脱氢。的脱氢。Rn CH2CHCHCOSCoAOHRnCH2CCHCOSCoAO烯脂脂酰CoA脱脱氢酶NAD+NADH+H+硫硫解解在在 -酮脂酰酮脂酰CoA硫解酶催化下，硫解酶催化下， -酮脂酰酮脂酰CoA与与CoA作用，生成作用，生成1分子乙酰分子乙酰CoA和和1分子比原来分子比原来少两个碳原子的脂酰少两个碳原子的脂酰CoA。少了两个碳原子的脂。少了两个碳原子的脂酰酰CoA，可以重复上述
11、反应过程，一直到完全分，可以重复上述反应过程，一直到完全分解成乙酰解成乙酰CoA。oAoAC CHH3 3C COOS SC C+R RnCnCHH2 2C CC CHHC COOS SC CoAoAOORn-2Rn-2CCHH2 2C COOS SC CoAoAC CoAoAS SHH硫解硫解硫解硫解酶酶(4)彻底氧化：彻底氧化：脂肪酸通过脂肪酸通过 -氧化生成的乙酰氧化生成的乙酰CoA，一，一部分用来合成新的脂肪酸和其它生物分子，部分用来合成新的脂肪酸和其它生物分子，大部分则进入三羧酸循环完全氧化，并释大部分则进入三羧酸循环完全氧化，并释放出大量能量，并生成放出大量能量，并生成ATP。脂肪
12、酸脂肪酸-氧化的特点：氧化的特点： - -氧化氧化过程在程在线粒体基粒体基质内内进行；行； - -氧化氧化为一循一循环反反应过程，由脂肪酸程，由脂肪酸氧化氧化酶系催化，反系催化，反应不可逆；不可逆； 需要需要FADFAD，NADNAD，CoACoA为辅助因子；助因子； 每循每循环一次，生成一分子一次，生成一分子FADH2FADH2，一分，一分子子NADHNADH，一分子乙，一分子乙酰CoACoA和一分子减少两和一分子减少两个碳原子的脂个碳原子的脂酰CoACoA。 2 2脂肪酸氧化分解时的能量释放：脂肪酸氧化分解时的能量释放：由于由于1分子分子FADH2可生成可生成2分子分子ATP，1分子分子N
13、ADH可生成可生成3分子分子ATP，因此每，因此每轮-氧化作用氧化作用可生成可生成5分子分子ATP。-氧化作用的氧化作用的产物乙物乙酰CoA经TCA循循环彻底氧化分解可生成底氧化分解可生成12分子分子ATP。以以16C的的软脂酸脂酸为例来例来计算，算，则生成生成ATP的数目的数目为：7次次-氧化分解氧化分解产生生57=35分子分子ATP；8分子乙分子乙酰CoA可得可得128=96分子分子ATP；共可得共可得131分子分子ATP，减去活化，减去活化时消耗的两分消耗的两分子子ATP，故，故软脂酸脂酸彻底氧化分解可底氧化分解可净生成生成129分分子子ATP。二）二） - -氧化氧化P216P216）
14、：）：脂肪酸在脂肪酸在酶催化下，其催化下，其-C原子原子发生氧化，生氧化，结果生成一分子果生成一分子CO2和和较原来少一个碳原子的脂肪原来少一个碳原子的脂肪酸，酸，这种氧化作用称种氧化作用称为-氧化。氧化。三）三） - -氧化氧化(P217):(P217): 在在动物体中，物体中，C10 C10 或或C11C11脂肪酸脂肪酸的碳的碳链末端碳原子（末端碳原子（ - -碳原子可以碳原子可以先被氧化，形成二先被氧化，形成二羧酸（酸（ ,- ,-二二羧酸）。二酸）。二羧酸酸进入入线粒体内后，可以粒体内后，可以从分子的任何一端从分子的任何一端进行行 - -氧化，最后氧化，最后生成的琥珀生成的琥珀酰CoA
15、CoA可直接可直接进入三入三羧酸酸循循环。 - -氧化加速了脂肪酸的降解氧化加速了脂肪酸的降解速度。速度。四、四、酮体的生成及利用：酮体的生成及利用：脂肪酸的脂肪酸的-氧化及其他代氧化及其他代谢所所产生的乙生的乙酰CoA，在一，在一般的般的细胞中可胞中可进入入TCA循循环进行氧化分解，但在行氧化分解，但在动物肝、物肝、肾脏细胞中，乙胞中，乙酰CoA还有另一条去路，可生成乙有另一条去路，可生成乙酰乙乙酸、酸、-羟丁酸和丙丁酸和丙酮三种中三种中间代代谢产物，物，统称称为酮体。体。CH3COCH2COOHCH3CH(OH)CH2COOHCH3COCH3丙酮丙酮-羟丁酸丁酸乙酰乙酸乙酰乙酸1酮体的生成
16、：酮体的生成：A.2分子的乙分子的乙酰CoA在肝在肝脏线粒体乙粒体乙酰乙乙酰CoA硫解硫解酶的作用下，的作用下，缩合成乙合成乙酰乙乙酰CoA，并，并释放放1分子的分子的CoASH。B.乙乙酰乙乙酰CoA与另一分子乙与另一分子乙酰CoA缩合成合成羟甲基戊二酸甲基戊二酸单酰CoAHMGCoA），并），并释放放1分子分子CoASH。C.HMGCoA在在HMGCoA裂解裂解酶催化下裂催化下裂解生成乙解生成乙酰乙酸和乙乙酸和乙酰CoA。乙。乙酰乙酸在乙酸在线粒体粒体内膜内膜-羟丁酸脱丁酸脱氢酶作用下，被作用下，被还原成原成-羟丁酸。丁酸。部分乙部分乙酰乙酸可在乙酸可在酶催化下脱催化下脱羧而成而成为丙丙酮
17、。琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA转硫酶转硫酶琥珀酰琥珀酰CoACoA-羟丁酸丁酸乙酰乙酸乙酰乙酸-羟丁酸脱丁酸脱氢酶NAD+NADH+H+TCA2乙乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA硫硫解解酶心、心、肾、脑和和骨骼肌骨骼肌细胞胞的的线粒体中粒体中心、心、肾、脑细胞胞线粒体粒体HSCoA+ATPAMP+PPi乙酰乙酸硫激酶乙酰乙酸硫激酶2酮体体利利用用3酮体生成及利用的生理意义：酮体生成及利用的生理意义：(1)在正常情况下，酮体是肝脏输出能在正常情况下，酮体是肝脏输出能源的一种形式；源的一种形式；(2)在饥饿或疾病情况下，为心、脑等在饥饿或疾病情况下，为心、脑等重要器官提供必要的能源。重要器
18、官提供必要的能源。一合成途径一合成途径肝肝肝肝脏脏、小小小小肠肠和和和和脂脂脂脂肪肪肪肪组组织织是是是是主主主主要要要要的的的的合合合合成成成成脂脂脂脂肪肪肪肪的的的的组织组织器官，其合成的器官，其合成的器官，其合成的器官，其合成的亚细亚细胞部位主要在胞液。胞部位主要在胞液。胞部位主要在胞液。胞部位主要在胞液。 第二第二第二第二节节 脂肪的合成代脂肪的合成代脂肪的合成代脂肪的合成代谢谢一、一、饱和脂肪酸的生物合成和脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后产产生的生的生的生的乙乙乙乙酰
19、酰CoACoA。 其合成其合成其合成其合成过过程由胞液中的脂肪酸合成程由胞液中的脂肪酸合成程由胞液中的脂肪酸合成程由胞液中的脂肪酸合成酶酶系催化。系催化。系催化。系催化。 脂肪酸合成的直接脂肪酸合成的直接脂肪酸合成的直接脂肪酸合成的直接产产物是物是物是物是软软脂酸。脂酸。脂酸。脂酸。1乙酰乙酰CoA转运出线粒体转运出线粒体:(P224)作为原料的乙酰作为原料的乙酰CoA主要来自于丙酮酸氧化主要来自于丙酮酸氧化脱羧过程，另外还有氨基酸的氧化作用，这些过脱羧过程，另外还有氨基酸的氧化作用，这些过程都在线粒体内进行的。而脂肪酸合成过程发生程都在线粒体内进行的。而脂肪酸合成过程发生在线粒体外，由于乙酰
20、在线粒体外，由于乙酰CoA不能直接穿过线粒体不能直接穿过线粒体内膜，需依靠柠檬酸穿梭作用将线粒体内生成的内膜，需依靠柠檬酸穿梭作用将线粒体内生成的乙酰乙酰CoA运至胞液。运至胞液。2脂肪酸合成循环：脂肪酸合成循环：脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环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，延长两个碳反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。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分子脂酰基载体蛋白ACP和和7种酶单体所构种酶单体所构成的多酶复合
21、体；但在高等动物中，则是由一成的多酶复合体；但在高等动物中，则是由一条多肽链构成的多功能酶，通常以二聚体形式条多肽链构成的多功能酶，通常以二聚体形式存在，每个亚基都含有一存在，每个亚基都含有一ACP结构域。结构域。2、脂肪酸合成的特点：、脂肪酸合成的特点：合成所需原料合成所需原料为乙乙酰CoA，直接生成的，直接生成的产物物是是软脂酸，合成一分子脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙和一分子乙酰CoA；在胞液中在胞液中进行，关行，关键酶是乙是乙酰CoA羧化化酶；合成合成为一耗能一耗能过程，每合成一分子程，每合成一分子软脂酸，脂酸，需消耗需消耗14NADPH
22、+H+，7分子分子ATP活化）活化）需需NADPH作作为供供氢体，体，对糖的磷酸戊糖旁路糖的磷酸戊糖旁路有依有依赖性。性。3、软脂酸分解与合成代谢的区别、软脂酸分解与合成代谢的区别区区区区别别别别合合合合成成成成氧氧氧氧化化化化1 1、部位、部位、部位、部位2 2、酰基载体、酰基载体、酰基载体、酰基载体3 3、参与的二碳单位、参与的二碳单位、参与的二碳单位、参与的二碳单位4 4、电子供体或受体、电子供体或受体、电子供体或受体、电子供体或受体5 5、羟脂酰中间体立体异构、羟脂酰中间体立体异构、羟脂酰中间体立体异构、羟脂酰中间体立体异构6 6、对、对、对、对HCOHCO3 3和柠檬酸的要求和柠檬酸
23、的要求和柠檬酸的要求和柠檬酸的要求7 7、酶系、酶系、酶系、酶系8 8、能量变化、能量变化、能量变化、能量变化细胞质细胞质细胞质细胞质ACPACP丙二酰单酰丙二酰单酰丙二酰单酰丙二酰单酰CoACoANADPHNADPHD D型型型型要求要求要求要求7 7种酶蛋白组成复合体种酶蛋白组成复合体种酶蛋白组成复合体种酶蛋白组成复合体-7ATP-14NADPH-7ATP-14NADPH线粒体线粒体线粒体线粒体CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoAFAD+NADFAD+NADL L型型型型不要求不要求不要求不要求4 4种酶种酶种酶种酶+129ATP+129ATP二饱和脂肪酸碳链延长二饱和脂肪酸碳链延长延
24、延长过程程发生在内生在内质网、网、动物的物的线粒体粒体和植物的叶和植物的叶绿体或前体或前质体中；体中；每次延每次延长两个碳原子两个碳原子碳源：以脂碳源：以脂酰CoA为起点，加乙起点，加乙酰-CoA相当于相当于-氧化氧化过程的逆程的逆转涉及的涉及的酶系：系：p229二、不饱和脂肪酸的生物合成二、不饱和脂肪酸的生物合成1.单不饱和脂肪酸的氧化：油酸在单不饱和脂肪酸的氧化：油酸在9位有位有顺式双键。顺式双键。2.多不饱和脂肪酸的氧化：亚油酸在多不饱和脂肪酸的氧化：亚油酸在9位位和和12位有两个顺式双键。位有两个顺式双键。不饱和脂肪酸是由饱和脂肪酸经去饱和不饱和脂肪酸是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的
25、，两种途径：需氧和厌氧。作用而形成的，两种途径：需氧和厌氧。1、3-磷酸甘油的生成：磷酸甘油的生成：合成甘油三合成甘油三酯所需的所需的3-磷酸甘油主要由下列两条磷酸甘油主要由下列两条途径生成：途径生成：1）由糖代）由糖代谢生成脂肪生成脂肪细胞、肝胞、肝脏）3-磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 + NADH + H+ + NADH + H+3-磷酸甘油磷酸甘油+NAD+三、脂肪的合成三、脂肪的合成2由脂肪动员生成肝）：由脂肪动员生成肝）：脂肪动员生成的甘油被转运至肝脏后进脂肪动员生成的甘油被转运至肝脏后进行处理。行处理。甘油磷酸激酶甘油磷酸激酶甘油甘油+ATP3-磷酸甘油磷酸甘油+ADP3-磷酸甘油磷酸甘油R1-脂酰脂酰CoAHS-CoA溶血磷脂酸溶血磷脂酸磷酸甘油磷酸甘油脂酰转移酶脂酰转移酶R2-脂酰脂酰CoA磷脂酸磷脂酸HS-CoA磷酸甘油磷酸甘油脂酰转移酶脂酰转移酶甘油二酯甘油二酯H2OPi磷酸酶磷酸酶HS-CoA甘油三酯甘油三酯R3-脂酰脂酰CoA二酰甘油脂酰二酰甘油脂酰转移酶转移酶2、脂肪的生成：脂肪的生成：第三节第三节类脂的代谢类脂的代谢自学自学P232）
