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1、第七章 脂代谢第一节 脂肪的降解 一、甘油三酯的酶促降解脂肪动员二、甘油的降解三、脂肪酸的氧化分解四、乙醛酸循环第二节 脂肪的合成一、磷酸甘油的形成二、脂肪酸的生物合成三、脂肪的合成 脂类的生理功能：1、结构组分磷脂是生物膜的主要组分2、储存能源脂质是机体的储存燃料(39KJ/g)3、许多活性物质的溶剂4、润滑剂和防寒剂第一节 脂肪的降解 在哺乳动物体内广泛存在甘油三酯，主要集中储存于脂肪组织；油料作物种子中也储存着大量甘油三酯。脂肪氧化提供的能量是同等重量的糖和蛋白质的2倍以上，并能提供各种种间代谢物。当动物体糖原不足时可利用实物中的脂肪或自身储存的脂肪作为能源物质；油料作物的种子萌发时所需
2、要的能量及碳架也主要来自脂肪代谢。R+CH2-O-CO-CH2-(CH2)13-CH3CH -O-CO-CH2-(CH2)15-CH3CH2-O-CO-CH2-(CH2)15-CH3一、甘油三酯的酶促降解发生在脂肪动员、消化过程中脂肪酶H2OR-COOH二酰甘油脂肪CH2-OHCH -O-CO-CH2-(CH2)15-CH3CH2-O-CO-CH2-(CH2)15-CH3甘油单酯 CH2-O-C- R CH-OH CH2-OHO=二酰甘油脂肪酶H2OR-COOH单酰甘油脂肪酶甘油 CH-OH CH2-OHCH2-OH-R-COOHH2O激素敏感性脂肪酶蛋白激酶A(无活性)蛋白激酶A(活性)AT
3、PcAMPAC脂肪动员激素(肾上腺素胰高血糖素)二、甘油的降解ATP ADPNAD+ NADH+H+磷酸甘油脱氢酶糖TCA甘油 CH-OH CH2-OHCH2-OH-甘油激酶磷酸甘油 CH-OH CH2-OHCH2-O-P-磷酸二羟丙酮 C=O CH2-OHCH2-O-P-糖异生途径三、脂肪酸的分解(一) -氧化途径19世纪初，Franz Knoop将末端甲基上连有苯环的奇数碳脂肪酸和偶数脂肪酸喂饲小狗试验，然后检测尿液中产物。发现两种产物：-CH2-CH2 -CH2-COO-苯丁酸-CH2-CH2-COO-苯丙酸C2C2-CH2-COO-苯乙酸-COO-苯甲酸GlyGly-CH2-CO-NH
4、CH2COOH苯乙尿酸-CO-NHCH2COOH马尿酸Franz Knoop对试验结果进行分析，提出脂肪酸的氧化发生在-碳原子上，然后C与C之间的键断裂，从而产生二碳单位：乙酸。此后的研究证明了该推测是正确的。由此提出了脂肪酸的-氧化作用。-氧化作用是指脂肪酸在-碳原子进行氧化，然后-碳原子和-碳原子之间键发生断裂。每进行一次-氧化作用，分解出一个二碳片段，使原来的脂肪酸碳链减少2个碳原子。这个过程主要发生在线粒体基质中。1.脂肪酸-氧化的过程脂肪酸活化脂肪酸转运脂肪酸氧化的化学历程分三阶段叙述脂肪酸活化R-C-OHO=+ HSCoAR-CO=SCoA脂酰CoA合酶ATP AMP+PPi2Pi
5、脂酰CoA合成酶细胞中有两种：内质网脂酰CoA合酶，也称硫激酶(thiokinase)，活化12碳以上的脂肪酸；线粒体脂酰CoA合成酶活化410个碳原子的脂肪酸。脂肪酸转运中长、短链脂肪酸可以直接穿过线粒体内膜，长链脂肪酸需要依靠肉碱(肉毒碱，carnitine)携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故又称肉碱转运。CH3-N-CH2-CH-CH2-COO-CH3CH3OH+R-CO=SCoA HSCoACH3-N-CH2-CH-CH2-COO-CH3CH3O-C-R+O=肉碱脂酰肉碱肉碱脂酰转移酶线粒体内膜肉碱载体蛋白肉碱脂酰转移酶肉碱脂酰转移酶R-CO=SCoAR-C-肉碱O=HSCo
6、A肉碱肉碱R-C-肉碱O=R-CO=SCoAHSCoA脂肪酸转运至线粒体内的机制细胞质线粒体基质脂肪酸氧化的化学历程脂肪酸-氧化：脱氢、水合、脱氢、硫解，产生1乙酰CoA使得脂肪酸减少C2原子，产生1NADH,1FADH2R-CH2-CH2-CO=SCoAFAD FADH2脱氢酶R-CH=CH-CO=SCoAR-CH-CH2-CO=SCoAOH水合酶H2ONADH+H+ NAD+HSCoACH3-CO=SCoAR-CO=SCoA硫解酶乙酰CoA脱氢酶R-C-CH2-CO=SCoAO 完成一次-氧化有几次脱氢？偶联多少ATP生成？棕榈酸(C16)需要进行几次氧化才能全部降解为乙酰CoA？HH对于
7、长链脂肪酸，例如棕榈酸，需要多少次-氧化作用碳链才能全部降解为乙酰CoA？CH3-(CH2)14-CO=SCoACH3-(CH2)14-C-OHO=HSCoA+ATPAMP+PPi7NAD+,7FAD,7HSCoA7NADH,7FADH2CH2-CO=SCoA82.化学计量终产物及去向：偶数脂肪酸的产物均为乙酰CoA，乙酰CoA可通过三羧酸循环被彻底氧化。彻底氧化产生的能量，下表以16碳的棕榈酸为例计算：1612CSCoAO=C2C2C2C2C2C2C2C2步骤有关能量产物收支ATP数小计合计激活AMP-2-2105.5氧化作用8 乙酰CoA 108=80107.57 FADH21.57=10
8、.57 NADH2.57=171分子软脂酸完全氧化时的自由能总变化为 经-氧化产生个ATP贮存的能量为： 30.5105.5=3934.5(kJ/mol) 能量转换率为：3217.759790.56100=30.4% 3.不饱和脂肪酸氧化生物体内不饱和脂肪酸结构特点，双键都是顺式构型，如果含多个双键时，其位置相间为三个碳原子。油酸(18:19)的氧化单不饱和脂肪酸的氧化：CSCoAO=10 91183C24 3112CSCoAO=油酰CoA3-顺-十二烯脂酰CoA烯脂酰CoA异构酶CSCoAO=-氧化作用(3次)-氧化作用(5次)不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸的氧化基本相同，只是某些反应步骤还
9、需要其他酶的参与。下面以油酸、亚油酸为例来说明。6乙酰CoA3-反-十二烯脂酰CoAC2C2C2C2C2C2C2C2TCATCA1512CSCoAO=C2C2C2C2C2C2C34.奇数碳链脂肪酸的氧化-氧化作用(6次)C2CH3CH2COSCoA丙酰CoAO2C-CH-CSCoAO=CH3-(S)-甲基丙二酸单酰CoA(R)-甲基丙二酸单酰CoAO2C-CH2CH2-CSCoAO=-琥珀酰CoA丙酰CoA变成琥珀酰CoACH3-CH-CSCoAO=CO2-乙酰CoATCA(二) -氧化途径CH3CH2CH2CH2CH2COOHCH3CH2CH2CH2CH-COOHOOHCH3CH2CH2CH
10、2CH-COOHOHCO2氧化NAD+NADH+H+脱羧CH3CH2CH2CH2C-C-OHO=OCH3CH2CH2CH2-CHOCH3CH2CH2CH2C-OHO=NAD+NADH+H+氧化脱羧CO2氧化NAD+NADH+H+O21/2O2减少1个碳原子的脂肪酸脂肪酸在一些酶的催化下，-碳原子上发生氧化作用，分解出1个一碳单位co2，使原来脂肪酸碳链减少1个碳原子的氧化方式。(三) -氧化途径发生在末端碳原子上，产生,-二元酸，C12以下脂肪酸可发生此氧化。CH3CH2CH2CH2CH2COOHHOCH2CH2CH2CH2CH2COOH1/2O2-碳氧化-氧化,-己二酸CH3 COSCoAC
11、H3 COSCoAATP+HSCoAAMP+PPiCoASCOCH2CH2CH2CH2COSCoAHOOCCH2CH2CH2CH2COOH氧化许多细菌、藻类，处于萌发的油料种子中，存在脂肪酸的另一条代谢途径，即乙醛酸循环(glyoxylate cycle),该循环能够将乙酰CoA合成琥珀酸。琥珀酸可经过糖异生途径转变成糖，并以蔗糖的形式运至幼苗的其他组织满足生长所需的能源和碳源。四、乙醛酸循环当幼苗出土后，叶片长出，很快进入光和作用并以此获得能源时，乙醛酸循环体的数量迅速下降以至完全消失。脂酰CoAR-CH2-CH2-C-SCoAO=HS-CoA柠檬酸合成酶OH3C-CS-CoA=苹果酸苹果酸
12、合成酶琥珀酸O=CH-COOH乙醛酸异柠檬酸裂解酶四、乙醛酸循环历程顺乌头酸酶COOHC=OCH2COOH草酰乙酸CH2-COOHCH2-COOHHO-C-COOHCH2-COOHCH2-COOH柠檬酸H-C-COOHCH-COOHCH2-COOH顺乌头酸HO-C-HCOOHCOOHCH2异柠檬酸H-C-COOHHO-CH-COOHCH2-COOHH3C-C-SCoAO=乙酰CoA-氧化苹果酸脱氢酶-氧化HS-CoA脂肪转化为糖的过程乙醛酸体线粒体脂肪脂肪酸脂肪体脂肪酸乙酰CoA-氧化TCA乙醛酸循环苹果酸琥珀酸苹果酸琥珀酸脂肪酸乙酰CoA-氧化草酰乙酸糖异生作用葡萄糖蔗糖运输到其他组织分解释
13、放能量或用于细胞建设第二节 脂肪酸的生物合成 高等动物脂肪酸合成最活跃的组织是脂肪组织、肝脏和乳腺。脂肪合成的起始原料乙酰辅酶A主要来自于糖酵解产物丙酮酸。脂肪从头合成的部位在细胞质，并需要载体蛋白参加。脂肪酸的合成途径与分解途径完全不同。一、磷酸甘油的形成ATP ADP甘油 CH-OH CH2-OH CH2-OH甘油激酶磷酸甘油P CH-OH CH2-OH CH2-O-磷酸甘油 CH-OH CH2-OH CH2-O-PC=O CH2-OH CH2-O-磷酸二羟丙酮P磷酸甘油脱氢酶NAD+ NADH+H+二、脂肪酸的生物合成从头合成软脂酸16:0延长硬脂酸16:0更长的饱和脂肪酸延长去饱和棕榈
14、油酸16:19去饱和油酸18:19去饱和(仅植物中)棕榈油酸18:29,12-亚麻酸18:39，12，15-亚麻酸18:36，9，12去饱和(仅植物中)去饱和延长二十烷三烯酸20:38，11，14花生四烯酸20:45，8，11，14丙酮酸乙酰CoA发生在线粒体内，而脂肪酸合成发生于细胞质，但线粒体内膜对乙酰CoA是不通透的，因此需要乙酰CoA的运转系统-柠檬酸穿梭系统转运乙酰CoA ，其过程为：1. 乙酰CoA的运转丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸草酰乙酸NADHNAD+NADPHNADP+柠檬酸丙酮酸苹果酸乙酰CoA线粒体细胞质苹果酸软脂酸乙酸乙酸HSCoA+ATPAMP+PPi植物体中可能不
15、存在柠檬酸穿梭从头合成酶系统工作2. 饱和脂肪酸从头合成 六 种 酶乙酰CoA-ACP转移酶丙二酸单酰CoA-ACP转移酶-酮脂酰-ACP合成酶-酮脂酰-ACP还原酶-羟脂酰-ACP脱水酶烯脂酰-ACP还原酶脂肪酸合成酶复合体由六种酶和一种脂酰基载体蛋白组成：脂酰基载体蛋白ACP：是脂肪酸合成反应过程中脂酰基的载体从头合成酶系统存在细胞质中的叫作型酶系统。乙酰CoA软脂酸乙酰ACP羧化CO2丙二酸单酰CoAHSACP丙二酸单酰-SACP每次增加C2ACP1.合成酶系统从头合成酶系统工作乙酰CoA软脂酸乙酰-SACP羧化CO2丙二酸单酰CoAHSACP丙二酸单酰-SACP丙二酸单酰ACP每次增加
16、C2ACP丙二酸单酰CoACH3CoA+ HCO3-+H+乙酰CoA羧化酶ATP ADP+Pi -OOC-CH2-CO -SCoA乙酰CoAHSACP-OOC-CH2-COSACP(中心手臂)丙二酸单酰-SACPHSCoACH3C-S-E2 (外围手臂)O=CH3-C-CH2-COSACP (中心手臂)O=HS-E2 (外围手臂)CO2ACPHSHS为FAS的六种酶其辅基为4-磷酸泛酰巯基乙胺，在脂肪酰基延长中类似机器人的手臂CH-CH2-O-P-O-CH2-C-CHOH-C-NH-CH2-CH2-C-NH-CH2-CH2-SHHNO=CO=O=O=O-CH3CH3磷酸泛酸巯基乙胺多肽链Ser
17、侧链4-磷酸泛酰巯基乙胺外围巯基：-酮脂酰-ACP合酶多肽链Cyt残基侧链上的巯基。也起酰基载体作用。CH3COSCoA CO-CH3HSCoAE1ACPSHHS-OOC-CH2-COSCoA-OOC-CH2-COSCH3-C-SO=CH3-C-CH2-COSO=CH3-CH-CH2-COSOHCH3-CH2-CH2-COS-OOC-CH2-COSCoA-OOC-CH2-COS丙二酸单酰CoAHSACP-OOC-CH2-COSACP(中心) 丙二酸单酰-SACP(中心)HSCoACH3CS-E2 (外围)O=CH3-C-CH2-COSACP (中心)O=HS-E2 (外围)CH3-CH2-CH
18、2-C-CH2-COSO=E1CO2CH3-CH-CH2-COSACPOHNADPH+H+NADP+CH3-CH=CH-COSACPH2OCH3-CH2-CH2-COSACPNADPH+H+NADP+区 别合 成-氧 化细胞部位细胞质线粒体酰基载体ACPCoA二碳形式丙二酸单酰CoA乙酰CoA电子受体或供体NADPHFAD、NAD羟脂酰立体构型D型L型对CO2和柠檬酸的需求要求不要求酶系7种酶，复合体4种酶脂肪酸合成与-氧化 的区别列表如下(2)特点：NADPH为还原力，乙酰CoA为合成原料，丙二酸单酰CoA为直接底物，反应时中间产物始终与ACP结合。 软脂酸的合成：乙酰CoA + 7丙二酸单
19、酰-CoA + 14NADPH + 14H+ 软脂酸+ 14NADP+ + 8CoA + 7H2O + 7CO2脂肪酸的生物合成从头合成软脂酸16:0延长硬脂酸16:0更长的饱和脂肪酸延长去饱和棕榈油酸16:19去饱和油酸18:19去饱和(仅植物中)棕榈油酸18:29,12-亚麻酸18:39，12，15-亚麻酸18:36，9，12去饱和(仅植物中)去饱和延长二十烷三烯酸20:38，11，14花生四烯酸20:45，8，11，143.脂肪酸链的延长细胞内进行部位动物植物线粒体内质网叶绿体前质体内质网相当于-氧化逆转，第二次由还原酶催化，还原剂为NADPH。NADH/NADPHHSCoAHSCoAN
20、ADPHNADPHHSACP与从头合成相似，只是酰基载体为CoA不是ACP只负责软脂酸到硬脂酸转变，类似从头合成C20以上脂肪酸合成特点乙酰CoA丙二酸单酰CoA丙二酸单酰CoA不明确二碳单位的供体脂酰基载体电子供体(还原剂)三、脂肪的合成磷酸甘油二酯2CoASH转酰基酶R-CS-CoAO=+ 2脂酰CoA脂肪合成所需的脂酰CoA是由脂肪酸激活而来脂肪合成过程如下：磷酸甘油 CH-OH CH2-OHCH2-O -P=OO=O- CH2-O-CO-(CH2 )n-CH3CH2-O-PO3H CH-O-CO-(CH2 )n-CH3磷酸酶Pi CH-O-C- R CH2-O-C- RO=O= CH2
21、-OH甘油二酯H2O转酰基酶HSCoAR”-CS-CoAO= CH-O-C- R CH2-O-C- RO=O=甘油三酯 CH2-O-C- RO=第三节 磷脂和鞘脂代谢(自习为主)一、磷脂代谢 磷脂酶A1磷脂酶A2磷脂酶C磷脂酶DPCH2-O-C-RR-C-O-CHCH2-O- -O-XO-OOO1、水解与分解；磷脂酶(phospholipase)已发现有四种，分别称为磷脂酶A1，磷脂酶A2，磷脂酶C和磷脂酶D+H2O+H2O+H2O广泛存在于动物细胞内，作用于卵磷脂产生溶血卵磷脂。存在于蛇毒、蝎毒和蜂毒中；作用于卵磷脂也产生溶血卵磷脂。PCH2-OHR-C-O-CHCH2-O- -O-XO-O
22、OPCH2-O-CO-RHO-CHCH2-O- -O-XO-O溶血卵磷脂溶血卵磷脂2、合成(了解)二、固醇类代谢(了解)CSCoAO=10 91813 12亚油酸(18:29，12)的氧化多不饱和脂肪酸的氧化：3C2-氧化作用(3次)CSCoAO=4 3127 6CSCoAO=2127 6310CSCoAO=25 43C2-氧化作用(1次)烯脂酰CoA异构酶10CSCoAO=432,4-烯脂酰CoA还原酶NADPH+H+NADP+烯脂酰CoA异构酶10CSCoAO=32cis-3,cis-6trans-2,cis-6trans-2,cis-4trans-3trans-2-氧化作用(4次)5C2
