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1、第二十九章脂类的生物合成脂类的生物合成Southern elephant seal, Mirounga leonina. (Gerald Lacz/Peter Arnold, Inc.) 一、甘油代谢一、甘油代谢甘油三酯 甘油二酯 甘油单酯HSL脂肪酸脂肪酶脂肪酸脂肪酶脂肪酸甘油贮存脂肪的动员贮存脂肪的动员:脂肪仓库中贮存的脂肪脂肪仓库中贮存的脂肪释出游离脂肪酸，并转移到肝脏的过程释出游离脂肪酸，并转移到肝脏的过程称为动员。称为动员。HSL: 激素敏感脂肪酶甘油的来源甘油的来源CH2OH C=OCH2O-P-3磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶NAD+NADH+H+CH2OH HO-CHCH2O-P
2、-Pi磷酸酶CH2OH HO-CHCH2OH-2 2、来自脂肪的水解、来自脂肪的水解1 1、 来自来自EMPEMP途径途径二、脂类的合成二、脂类的合成（一）饱和脂肪酸的生物合成（从头合成）（一）饱和脂肪酸的生物合成（从头合成） 场所：细胞溶胶场所：细胞溶胶 原料：乙酰原料：乙酰CoACoA和丙二酸单酰和丙二酸单酰CoACoA（源于乙酰源于乙酰CoACoA） 还原力：还原力：NADPHNADPH乙酰乙酰CoACoA的来源的来源脂肪酸脂肪酸氧化氧化丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系氨基酸代谢氨基酸代谢线粒体线粒体线粒体线粒体三羧酸转运体系三羧酸转运体系柠檬酸穿梭系统柠檬酸穿梭系统1 1、乙
3、酰、乙酰CoACoA的转运的转运2 2、丙二酸单酰、丙二酸单酰CoACoA的形成的形成CH3-CSCOA+HCO3-+ATP=OHOOC-CH2-CSCOAO=+ADP+Pi乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶生物素羧化酶（生物素羧化酶（biotin carboxylase，BC）羧基转移酶（羧基转移酶（trans carboxylase，CT ）生物素羧基生物素羧基载体蛋白载体蛋白（biotin carboxyl carrier protein，BCCP）大肠杆菌乙酰大肠杆菌乙酰CoACoA羧化酶（别构酶）羧化酶（别构酶）组组 成成生物素羧化酶羧基转移酶作用调节作用调节（柠檬酸柠檬酸正调节，正调
4、节，软脂酰软脂酰CoACoA变构抑制）变构抑制）ATP+HCO3-+BCCP生物素羧化酶生物素羧化酶BCCP-CO2 +ADPBCCP-CO2 +CH3-CSCOA=O羧基转移酶羧基转移酶HOOC-CH2-CSCOA +BCCPOCO2CO2哺乳动物、鸟类的乙酰哺乳动物、鸟类的乙酰CoACoA羧化酶为相同亚单位二聚体羧化酶为相同亚单位二聚体3 3、脂肪酸合酶复合体、脂肪酸合酶复合体组成组成 酰基载体蛋白酰基载体蛋白（ACP-SHACP-SH）乙酰乙酰CoACoA-ACP-ACP酰基转移酶（酰基转移酶（AT)AT)丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA-ACP-ACP酰基转酰酶酰基转酰酶(MT)(MT
5、)-酮脂酰酮脂酰- ACP- ACP合酶合酶(KS)(KS)-酮脂酰酮脂酰- ACP- ACP还原酶还原酶(KR)(KR)-羟脂酰羟脂酰- ACP- ACP脱水酶脱水酶(HD)(HD)烯脂酰烯脂酰-ACP-ACP还原酶还原酶(ER)(ER)软脂酰软脂酰-ACP-ACP硫脂酶（只存在动物中）硫脂酶（只存在动物中）ACPSH磷酸泛酰巯基乙胺磷酸泛酰巯基乙胺乙酰CoA和丙二酸单酰CoA准备好后，脂肪酸合成的下一步反应就是脂肪酸合酶复合体的酶促反应。与脂酰基与脂酰基形成硫酯键形成硫酯键ACPACP：转移脂酰基：转移脂酰基磷酯键相连磷酯键相连启动启动/ /进位进位哺乳动物不经过哺乳动物不经过乙酰乙酰AC
6、PACP中间体中间体乙酰乙酰CoA：ACP转移酶转移酶反应历程反应历程乙酰CoA-ACP酰基转移酶（AT)丙二酸单酰CoA-ACP酰基转酰酶(MT)-酮脂酰- ACP合酶(KS)-酮脂酰- ACP还原酶(KR)-羟脂酰- ACP脱水酶(HD)烯脂酰-ACP还原酶(ER)装载装载丙二酸单酰丙二酸单酰CoA：ACP转移酶，转移酶，MT-酮脂酰- ACP合酶(KS) 酮酰酮酰ACP合酶合酶， KS缩合缩合乙酰乙酰ACP还原还原 酮酰酮酰ACP还原酶，还原酶，KRD- 羟丁酰ACP脱水脱水-羟脂酰羟脂酰-ACP-ACP脱水酶，脱水酶，HDHD反式丁烯酰ACP烯脂酰烯脂酰-ACP-ACP还原酶，还原酶，
7、ERER还原还原丁酰ACPAT乙酰乙酰CoA：ACP转移酶转移酶软脂酸的生物合成软脂酸的生物合成释放释放动物细胞：终产物是软脂酰软脂酰-ACP-ACP软脂酰软脂酰-ACP硫酯酶硫酯酶ACP、软脂酸v一分子软脂酸合成时，一分子软脂酸合成时，8 8个个2C2C单位中，单位中， 第第1 1个为乙酰个为乙酰CoACoACoACoA，其它其它其它其它7 7 7 7个为丙二酸单酰个为丙二酸单酰个为丙二酸单酰个为丙二酸单酰CoACoACoACoAH2O（棕榈酸前体）CH3-CS-合酶+=O HOOC-CH2-CSACPO=-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C-CH2-CSACPO=O=+合酶-SH+CO2缩合反
8、应中，缩合反应中， -酮脂酰酮脂酰-ACP-ACP合酶合酶对链长有专一性，对链长有专一性，仅对仅对14C14C及以下脂酰及以下脂酰-ACP-ACP有催化活性有催化活性，故从头合成只，故从头合成只能合成能合成16C16C及以下饱和脂酰及以下饱和脂酰-ACP-ACP。软脂酰软脂酰-ACP硫酯酶水解ACP+软脂酸（棕榈酸）软脂酸（棕榈酸）释放释放H2Ov 乙酰基转移反应乙酰基转移反应CH3-CSCoA=OCH3-CSACP=Ov 丙二酸单酰基转移反应丙二酸单酰基转移反应CoA-SHACP-SHACP脂酰基转移酶HOOC-CH2-CSCOA+ACP-SH HOOC-CH2-CSACPO=丙二酸单酰转移
9、酶HOOC-CH2-CSCOAO=+COA-SHv缩合反应缩合反应CH3-CS-合酶+=O HOOC-CH2-CSACPO=-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C-CH2-CSACPO=O=+合酶-SH+CO2v还原反应还原反应 CH3-C-CH2-CSACPO=O=+NADPH+ + H + -酮脂酰-ACP还原酶 CH3-CH-CH2-CSACPO-OH=+NADP+ D-羟丁酰-ACP选择丙二酸单酰丙二酸单酰CoA的意义？的意义？v脱水反应脱水反应 CH3-CH-CH2-CSACPO-OH=- C- C=CO-CH3- H HSACP-羟脂酰-ACP脱水酶+H2O（2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰
10、-ACP）v再还原反应再还原反应- C=CO-CH3 H HSACPC-=- 3 2+NADPH+H+-烯脂酰-ACP还原酶 CH3-CH2-CH-CSACPO=+NADP+（丁酰-ACP）丁酰丁酰-ACP-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-ACPv总反应式总反应式8CH3-CSCoA=O+7ATP+14NADPH+14H +CH3 ( CH2)14COOH+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+6H2Ov脂肪酸合成与糖代谢的联系：脂肪酸合成与糖代谢的联系：原料（原料（乙酰辅酶乙酰辅酶A A ）羧化反应中消耗的羧化反应中消耗的ATP
11、ATP由由EMPEMP途径提供途径提供部分由磷酸戊糖途径提供部分由磷酸戊糖途径提供部分由部分由EMPEMP中中NADHNADH间接转化间接转化还原力还原力NADPHNADPH柠檬酸草酰乙酸丙酮酸H2OATPCO2乙酰辅酶乙酰辅酶A A丙酮酸羧化酶线粒体内膜线粒体基质线粒体基质胞液胞液三羧酸载体三羧酸载体柠檬酸草酰乙酸乙酰乙酰CoAATP,CoASHADP+Pi柠檬酸裂解酶苹果酸丙酮酸NADH+H+NAD+NADP+NADPH+H+（8个）个）CO2丙酮酸氧化丙酮酸氧化 脂肪酸脂肪酸 氧化氧化 氨基酸代谢氨基酸代谢苹果酸脂肪酸合成脂肪酸合成苹苹果果酸酸酶酶NADH+H +草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果
12、酸+NAD+苹果酸+NADP+苹果酸酶丙酮酸+CO2+NADPH+H +奇数碳原子饱和脂肪酸合成以丙二酸单酰奇数碳原子饱和脂肪酸合成以丙二酸单酰ACP为起为起始物，逐步加入丙二酸单酰始物，逐步加入丙二酸单酰ACP4 4、不同生物的脂肪酸合成酶、不同生物的脂肪酸合成酶5 5、饱和脂肪酸从头合成与、饱和脂肪酸从头合成与-氧化的比较氧化的比较区别要点区别要点 从头合成从头合成 -氧化氧化细胞内发生场所细胞内发生场所 胞液胞液 线粒体线粒体酰基载体酰基载体 ACP-SH CoA-SH电子供体或受体电子供体或受体 NADP FADNADP FAD、NADNAD转运体系转运体系 三羧酸系统三羧酸系统 肉碱
13、转运肉碱转运二碳单位参与二碳单位参与/ /断裂形式断裂形式 丙二酸单酰丙二酸单酰ACP ACP 乙酰乙酰COACOA对对HCOHCO3 3- -和柠檬酸的需求和柠檬酸的需求 需要需要 不需要不需要 - -羟酰基中间物立体构型羟酰基中间物立体构型 D D型型 L L型型能量能量 耗能及耗能及NADPH NADPH 产生产生ATPATP（二）脂肪酸碳链的延长与去饱和（二）脂肪酸碳链的延长与去饱和1 1、碳链的延长、碳链的延长 线粒体延长系统线粒体延长系统 内质网延长系统内质网延长系统 在动物体内，在动物体内，在动物体内，在动物体内，软脂酸软脂酸软脂酸软脂酸是合成是合成是合成是合成16C16C16C
14、16C以上更长碳链脂肪酸以上更长碳链脂肪酸以上更长碳链脂肪酸以上更长碳链脂肪酸的前体，需活化成的前体，需活化成的前体，需活化成的前体，需活化成脂酰脂酰脂酰脂酰CoACoACoACoA 软脂酸软脂酸软脂酸软脂酸+ + + +CoASH+ATPCoASH+ATPCoASH+ATPCoASH+ATP 软脂酰软脂酰软脂酰软脂酰- - - -SCoASCoASCoASCoA + + + +AMP+PPiAMP+PPiAMP+PPiAMP+PPi 线粒体内线粒体内-氧化的逆转氧化的逆转NADPHNADPH代替代替FADFAD成为第二成为第二步加氢的氢供体步加氢的氢供体二碳片段供体二碳片段供体乙酰乙酰COA
15、COA烯脂酰CoA还原酶代替脂酰CoA脱氢酶光面内质网膜上的延长（更活跃）光面内质网膜上的延长（更活跃）NADPHNADPH为氢供体为氢供体丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA为碳的供体为碳的供体CoACoA代替代替ACPACP为脂酰基载体为脂酰基载体从羧基末端延长，中间过程与脂肪合成酶体系相似从羧基末端延长，中间过程与脂肪合成酶体系相似（缩合、脱水、还原、再还原）（缩合、脱水、还原、再还原）2 2、不饱和脂肪酸的合成、不饱和脂肪酸的合成（1 1）单不饱和脂肪酸的合成）单不饱和脂肪酸的合成 单烯不饱和脂肪酸单烯不饱和脂肪酸v大多为大多为顺式顺式v双键多在双键多在C9-C10C9-C10之间（棕榈酸
16、和油酸）之间（棕榈酸和油酸）v 需氧途径需氧途径( (真核生物真核生物) ) 动物体内（肝或脂肪组织）动物体内（肝或脂肪组织）NADH+H+NAD+FADFADH2NADHCytb5还原酶2Fe2+2Fe3+Cytb52Fe3+2Fe2+去饱和酶不饱和脂酰CoA 饱和脂酰CoA2H+ +O22H2O位于光面内质网位于光面内质网混合功能氧化酶混合功能氧化酶脂酰CoA去饱和酶 （2 2）多烯不饱和脂肪酸的合成）多烯不饱和脂肪酸的合成厌氧细菌中基本不存在多烯不饱和脂肪酸厌氧细菌中基本不存在多烯不饱和脂肪酸高等动植物体内含量丰富，是由单烯脂肪高等动植物体内含量丰富，是由单烯脂肪酸继续去饱和而产生的。酸
17、继续去饱和而产生的。软脂酸棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸亚麻酸花生四烯酸仅在植物中发生二十碳三烯酸必需脂肪酸必需脂肪酸（essential fatty acid，EFA）哺乳动物缺乏在哺乳动物缺乏在C9位以外引入双键的酶，位以外引入双键的酶，亚油酸（亚油酸（18：2）、亚麻酸（）、亚麻酸（18：3）和）和花生四烯酸（花生四烯酸（20：4）只能由外界摄入而得，）只能由外界摄入而得，称为称为。植物中去饱和酶作用于磷脂中的FA（三）脂酰甘油的生物合成（三）脂酰甘油的生物合成 原料原料: : 3- - 3- -甘油和脂酰甘油和脂酰- -CoACoAv 3- 甘油甘油P PCH2OH C=OCH2O-P-CH2
18、OH HO-CHCH2O-P-CH2OH C=OCH2O-P-3-磷酸脱氢酶NAD+NADH+H+CH2OH HO-CHCH2OH-ATPADP甘油激酶 3- p 甘油EMP脂肪降解脂肪降解P Pv 脂酰脂酰- -CoACoARCH2CH2CH2COOH脂酰-CoA合成酶CoASH+ATPCoASH+ATPAMP+PPiAMP+PPiRCH2CH2CH2COSCoA 合成过程合成过程CH2OH HO-CHCH2O-P-=CoA-SH R1-CSCOAO磷酸甘油脂酰转移酶CH2O-C-R1HO-CHCH2O-P-O=CH2O-C-R1 R2-C-OCHCH2O-P-=O=OCH2O-C-R1 R
19、2-C-OCHCH2O-P- R2-CSCOAO=COA-SH（溶血磷脂酸）（磷脂酸磷脂酸）合成磷脂酸合成磷脂酸二酰甘油的生成二酰甘油的生成-磷脂酸磷脂酸磷酸酶Pi H2O CH2O-C-R1R2-C-O-CH CH2OH- O= O=三酰甘油的生成三酰甘油的生成二酰甘油COA-SH R3-CSCOA二酰甘油脂酰转移酶= O CH2O-C-R1R2-C-O-CH CH2O-C-R3- O= O=O=-甘油磷脂的生甘油磷脂的生物合成物合成三三脂脂酰酰甘甘油油甘甘油油磷磷脂脂（四）磷脂类的合成（四）磷脂类的合成1 1、甘油磷脂在大肠杆菌中的合成、甘油磷脂在大肠杆菌中的合成二磷脂酰甘油二磷脂酰甘油磷
20、脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰甘油磷脂酰甘油以磷脂酸作前体以磷脂酸作前体 以以CDP衍生物形式作活化载体衍生物形式作活化载体磷脂酸胞苷转移酶磷脂酸胞苷转移酶磷脂酰丝氨酸，PS磷脂酰甘油磷酸合酶合酶合酶合酶磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰甘油磷脂酰甘油2 2、甘油磷脂在真核生物中的合成、甘油磷脂在真核生物中的合成 比原核生物更为复杂。由甘油比原核生物更为复杂。由甘油-3-3-磷酸形成磷脂磷酸形成磷脂酸的反应与大肠杆菌相似，最后由酸的反应与大肠杆菌相似，最后由磷脂酸磷脂酸形成形成二脂酰甘油二脂酰甘油或或CDP-CDP-二脂酰甘油二脂酰甘油。通过两条不同途径分别由通过两条不同途径分别由CDP-CDP-二
21、脂酰甘油二脂酰甘油形成形成心心磷脂磷脂和和磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇以及由以及由二脂酰甘油二脂酰甘油形成形成磷脂磷脂酰胆碱酰胆碱和和磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 途径一：途径一：心磷脂磷脂酰肌醇途径二：途径二：胆碱激酶胆碱激酶胞苷转移酶胞苷转移酶位于细胞质限速酶胞质中无活性进入内质网激活磷脂酰乙醇胺的合成途径类似磷脂酰乙醇胺的合成途径类似磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱S-腺苷甲硫氨酸提供甲基酵母、肝脏、细菌中的支路酵母、肝脏、细菌中的支路磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱（五）胆固醇的合成（五）胆固醇的合成1、Step1：甲羟戊酸的形成甲羟戊酸的形成HMG-CoA还原酶还原酶甲羟戊酸甲羟戊酸HMG-HM
22、G-CoACoA还原酶还原酶的的调控调控位于光面内质网位于光面内质网表达水平表达水平：胆固醇：胆固醇 酶表达量酶表达量降解速度降解速度：胆固醇：胆固醇 酶降解速度酶降解速度共价修饰调节共价修饰调节： 磷酸化失活磷酸化失活 去磷酸化激活（蛋白磷酸酶）去磷酸化激活（蛋白磷酸酶）甲羟戊酸激酶甲羟戊酸激酶磷酸甲羟戊酸激酶磷酸甲羟戊酸激酶5焦磷酸甲羟戊酸焦磷酸甲羟戊酸2、Step2：自甲羟戊酸到自甲羟戊酸到异戊酰焦磷酸和异戊酰焦磷酸和二甲烯丙基焦磷酸二甲烯丙基焦磷酸异戊酰焦磷酸异戊酰焦磷酸5 5焦磷酸焦磷酸甲羟戊酸甲羟戊酸脱羧酶脱羧酶二甲烯丙基焦磷酸二甲烯丙基焦磷酸3、Step3：三十碳鲨烯合成三十碳鲨
23、烯合成 6个异戊二烯焦磷酸衍生物参与个异戊二烯焦磷酸衍生物参与10C10C二甲烯丙基焦磷酸二甲烯丙基焦磷酸异戊酰焦磷酸异戊酰焦磷酸龙牛儿焦磷酸法尼焦磷酸，15C法尼焦磷酸，15C形成鲨烯，形成鲨烯，30C4 4、鲨烯环合形成羊毛固醇、鲨烯环合形成羊毛固醇鲨烯单加氧酶鲨烯单加氧酶鲨烯环氧化物鲨烯环化酶鲨烯环化酶羊毛固醇5、Step5：生成胆固醇生成胆固醇v胆固醇的生物合成胆固醇的生物合成原料：乙酰原料：乙酰COA步骤步骤 甲羟基戊酸的的生成甲羟基戊酸的的生成 异戊烯醇焦磷酸酯的生成异戊烯醇焦磷酸酯的生成 鲨烯的生成鲨烯的生成 羊毛固醇的生成羊毛固醇的生成 胆固醇的生成胆固醇的生成v 胆固醇的转化胆固醇的转化转化为胆酸及其衍生物转化为胆酸及其衍生物转化为类固醇激素转化为类固醇激素转化为转化为VD7-7-脱氢胆固醇脱氢胆固醇麦角固醇麦角固醇紫外线VD3紫外线VD2
