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1、第十一章第十一章脂类代谢脂类代谢第一节第一节:脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢脂肪分解首先是三酰甘油的三个酯脂肪分解首先是三酰甘油的三个酯键断裂，产生甘油和脂肪酸，然后键断裂，产生甘油和脂肪酸，然后它们按各自按不同的途径进一步氧它们按各自按不同的途径进一步氧化或转化。化或转化。一、三酰甘油的水解一、三酰甘油的水解油料种子萌发的早期，脂油料种子萌发的早期，脂肪酶活性急剧升高，催化脂肪肪酶活性急剧升高，催化脂肪迅速水解，在动物消化道内有迅速水解，在动物消化道内有酯酶，分解食物中的脂肪。酯酶，分解食物中的脂肪。二、甘油的转化二、甘油的转化 三、脂肪酸的分解代谢三、脂肪酸的分解代谢植植物物体体内内脂脂肪肪
2、酸酸的的分分解解有有几几条条途途径径，其其中中-氧氧化化作作用用分分布布最最广广和和最最重重要要，而而-氧氧化化和和W-氧氧化化过过程程在在植植物物组组织织中中对对脂脂肪肪酸酸的的分分解解和和选选择择利用也起一定的作用。利用也起一定的作用。1.饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的-氧氧化化作作用用，早早在在1904年年F.Knoop在在阐阐明明脂脂肪肪酸酸的的氧氧化化机机理理方面就作出了关键性的贡献。方面就作出了关键性的贡献。苯基脂肪酸氧化实验。苯基脂肪酸氧化实验。他他推推论论脂脂肪肪酸酸氧氧化化每每次次断断裂裂出出一一个个二二碳碳片片段段，而而且且发发生生在在-位位碳碳原原子子上上,这这种种长长链链脂脂
3、肪肪酸酸在在-碳碳原原子子上上进进行行氧氧化化，每每次次断断下下一一个二碳单位个二碳单位(乙酰乙酰CoA)的过程，称作的过程，称作-氧化。氧化。(1)脂肪酸的活化和转运脂肪酸的活化和转运:脂脂肪肪酸酸在在脂脂酰酰CoA合合成成酶酶催催化化下下，将将脂脂肪肪酸酸转转变变为为脂脂酰酰CoA，需需要要CoA和和ATP参与，反应如下：参与，反应如下：动动植植物物细细胞胞内内的的-氧氧化化是是在在线线粒粒体体基基质质中中进进行行的的，在在细细胞胞液液中中形形成成的的脂脂酰酰CoA不不能能透透过过线线粒粒体体内内膜膜，需需依依靠靠内内膜膜上上的的(肉肉毒毒碱碱)载载体体携携带带进进入入基基质质，才才能能通
4、通过过-氧化而降解。氧化而降解。脂酰脂酰CoA进入线粒体基质示意图进入线粒体基质示意图(2) -(2) -氧化历程氧化历程: :C15H31COOH+8CoASH+ATP+7FAD+7NAD+7H2O8CH3COsCoA+AMP+PPi+7FADH2+7NADH+7H+C16经一次活化反应和七次经一次活化反应和七次-氧化氧化的循环，其总反应方程式如下的循环，其总反应方程式如下:总结脂肪酸氧化作用有四个要点总结脂肪酸氧化作用有四个要点:(1)脂肪酸氧化仅需要一次活化，其脂肪酸氧化仅需要一次活化，其代价消耗代价消耗1个个ATP的二个高能磷酸键的二个高能磷酸键(形成一个高能硫酯醚需要的能量形成一个高
5、能硫酯醚需要的能量)，其活化的脂酰其活化的脂酰CoA合成酶在线粒体外。合成酶在线粒体外。活化活化1个个ATPAMP。(2)活化的长链脂酰辅酶活化的长链脂酰辅酶A需经肉碱携需经肉碱携带，在肉碱转移酶催化下进入线粒体带，在肉碱转移酶催化下进入线粒体氧化。氧化。(3)所有的脂肪酸所有的脂肪酸-氧化的酶都氧化的酶都是线粒体酶。是线粒体酶。(4)-氧氧化化包包括括脱脱H、水水化化、脱脱H、硫解硫解4个重复步骤。个重复步骤。2、乙醛酸循环、乙醛酸循环乙醛酸循环在乙醛酸体中进行，乙醛酸循环在乙醛酸体中进行，乙醛酸体存在许多微生物如醋酸乙醛酸体存在许多微生物如醋酸杆菌、固氮菌等，也大量存在于杆菌、固氮菌等，也
6、大量存在于油料种子的贮藏组织油料种子的贮藏组织(胚乳、子胚乳、子叶和配子体叶和配子体)中，它含有脂肪酸中，它含有脂肪酸-氧化和乙醛酸循环全套酶系。氧化和乙醛酸循环全套酶系。它在种子萌发时大量出现，脂肪它在种子萌发时大量出现，脂肪储备耗尽消失。储备耗尽消失。小结小结:脂肪代谢和糖类代谢的关系脂肪代谢和糖类代谢的关系不饱和脂肪酸的氧化不饱和脂肪酸的氧化奇数碳链脂肪酸的氧化奇数碳链脂肪酸的氧化3.脂肪酸的脂肪酸的 -氧化作用氧化作用脂肪酸的脂肪酸的 -氧化是指脂肪酸的氧化是指脂肪酸的 -碳位的氧化碳位的氧化方式：方式： -氧化是在氧化是在H2O2存在下，存在下，经脂肪酸过氧化物酶催化，形成过经脂肪酸
7、过氧化物酶催化，形成过氧脂肪酸，过氧脂肪酸再氧化成醛，氧脂肪酸，过氧脂肪酸再氧化成醛，最后由最后由NAD+接受氢，由专一的醛接受氢，由专一的醛脱氢酶氧化为酸。脱氢酶氧化为酸。RCOOH比原来脂肪酸少了一个碳比原来脂肪酸少了一个碳原子，可继续原子，可继续 -氧化。氧化。长链脂肪酸在一定条件下，也可直长链脂肪酸在一定条件下，也可直接羟化，产生接羟化，产生 -羟脂酸，再经氧羟脂酸，再经氧化脱羧作用，以化脱羧作用，以CO2形式，丢掉一形式，丢掉一个碳原子，并将偶数碳原子脂肪个碳原子，并将偶数碳原子脂肪酸转化为奇数碳原子的脂肪酸。酸转化为奇数碳原子的脂肪酸。少一个碳原子的脂肪酸经反复的少一个碳原子的脂肪
8、酸经反复的 -氧化或氧化或-氧化作用后，可能产生氧化作用后，可能产生丙酸。丙酸。4.脂肪酸的脂肪酸的 -氧化作用氧化作用内质网中进行内质网中进行概念：脂肪酸的最后一个碳原子由甲概念：脂肪酸的最后一个碳原子由甲基氧化成羧基基氧化成羧基氧化过程：氧化过程：从上反应式可以看出，脂肪酸的从上反应式可以看出，脂肪酸的-氧化有三次脱氢，两次加水，在一氧化有三次脱氢，两次加水，在一系列酶的催化下，最后使一分子脂肪系列酶的催化下，最后使一分子脂肪酸生成一分子二羧酸，二羧酸可以从酸生成一分子二羧酸，二羧酸可以从两端进行两端进行-氧化。氧化。从上图可以看出，种子中贮藏从上图可以看出，种子中贮藏的脂肪，在种子萌发时
9、即可经糖酵的脂肪，在种子萌发时即可经糖酵解和解和TCA循环彻底氧化分解，为幼循环彻底氧化分解，为幼苗生长提供能量；又可转变成糖类苗生长提供能量；又可转变成糖类物质为幼苗生长提供碳骨架原料，物质为幼苗生长提供碳骨架原料，并进行贮藏物质的运输，在糖与脂并进行贮藏物质的运输，在糖与脂肪的转化中乙醛酸循环起着关键作肪的转化中乙醛酸循环起着关键作用。用。第三节脂肪的生物合成第三节脂肪的生物合成生物机体脂类合成是十分活跃的，脂肪合成的生物机体脂类合成是十分活跃的，脂肪合成的碳源主要来自糖酵解产生的碳源主要来自糖酵解产生的DHAP(磷酸二羟磷酸二羟丙酮丙酮)和乙酰和乙酰CoA、脂肪酸合成步骤与氧化降脂肪酸合
10、成步骤与氧化降解步骤完全不同，脂肪酸合成是在胞液中进行。解步骤完全不同，脂肪酸合成是在胞液中进行。需需CO2和柠檬酸参加，而脂肪酸氧化在线粒体和柠檬酸参加，而脂肪酸氧化在线粒体中进行，脂肪酸的合成酶系中进行，脂肪酸的合成酶系,酰基载体，供氢酰基载体，供氢体也与脂肪酸氧化各不相同。脂肪由甘油和脂体也与脂肪酸氧化各不相同。脂肪由甘油和脂肪酸酶促反应合成，但二者不能作为直接地底肪酸酶促反应合成，但二者不能作为直接地底物参加反应，须转变为脂酰物参加反应，须转变为脂酰CoA和磷酸甘油。和磷酸甘油。一、磷酸甘油的合成一、磷酸甘油的合成 -磷磷酸酸甘甘油油可可由由甘甘油油与与ATP作作用用生生成成，该该反反
11、应应磷磷酸酸甘甘油油激激酶酶催催化化，反反应应如下如下:磷酸甘油亦可由磷酸甘油亦可由DHAP还还原产生，该反应由磷酸甘油原产生，该反应由磷酸甘油脱氢酶催化脱氢酶催化:二、脂肪酸的生物合成二、脂肪酸的生物合成 合成过程比它的分解要复杂合成过程比它的分解要复杂, ,它它包括了饱和脂肪酸合成，链的延长包括了饱和脂肪酸合成，链的延长和不饱和脂肪酸的合成。和不饱和脂肪酸的合成。1.饱和脂肪酸的合成饱和脂肪酸的合成(1)乙酰乙酰CoA的运转：柠檬酸穿梭的运转：柠檬酸穿梭大部分脂肪酸合成定位于细胞质中，而脂肪酸大部分脂肪酸合成定位于细胞质中，而脂肪酸-氧化作用氧化作用仅在线粒体中发生，合成脂肪酸的原料为乙酰
12、辅酶仅在线粒体中发生，合成脂肪酸的原料为乙酰辅酶A，它可它可以脂肪酸以脂肪酸-氧化，丙酮酸脱羧式氨基酸氧化等过程产生，产氧化，丙酮酸脱羧式氨基酸氧化等过程产生，产生的乙酰生的乙酰CoA都是在线粒体基质中，它不能任意穿过线粒体都是在线粒体基质中，它不能任意穿过线粒体膜。故要通过膜。故要通过“柠檬酸穿梭柠檬酸穿梭”透过线粒体内膜而进入细胞质，透过线粒体内膜而进入细胞质，乙酰乙酰CoA与草酰乙酸结合形成柠檬酸，然后通过三羧酸载体与草酰乙酸结合形成柠檬酸，然后通过三羧酸载体透过膜，再由膜处柠檬酸裂解酶裂解成草酰乙酸和乙酰透过膜，再由膜处柠檬酸裂解酶裂解成草酰乙酸和乙酰CoA。草酰乙酸又被草酰乙酸又被N
13、ADH还原成苹果酸，再经氧化脱羧产生还原成苹果酸，再经氧化脱羧产生CO2、NADPH和丙酮酸。丙酮酸进入线粒体后，在羧化酶催化下形和丙酮酸。丙酮酸进入线粒体后，在羧化酶催化下形成草酰乙酸，又可以参加乙酰辅酶成草酰乙酸，又可以参加乙酰辅酶A转运循环。转运循环。(2)丙二酸单酰丙二酸单酰CoA的形成的形成脂肪酸合成的第一步是乙酰脂肪酸合成的第一步是乙酰CoA经过经过羧化作用生成丙二酸单酰辅酶羧化作用生成丙二酸单酰辅酶A，羧羧化作用中以化作用中以HCO3-提供一碳单位，其提供一碳单位，其反应为反应为:由乙酰由乙酰CoA羧化酶催化，其辅基为生羧化酶催化，其辅基为生物素，作为一碳单位的载体。物素，作为一
14、碳单位的载体。形成过程形成过程:这是一个不可逆的反应，也这是一个不可逆的反应，也是一个限速步骤。该酯的活性高是一个限速步骤。该酯的活性高低控制着脂肪酸合成的速度，它低控制着脂肪酸合成的速度，它是一个别构酶、柠檬酸促进它向是一个别构酶、柠檬酸促进它向有活性的聚合体方向，加速脂肪有活性的聚合体方向，加速脂肪酸的合成，脂肪酸合成的终产物酸的合成，脂肪酸合成的终产物软脂酰辅酶软脂酰辅酶A是变构抑制剂。是变构抑制剂。(3)脂酰基载体蛋白脂酰基载体蛋白(ACP)脂肪合成酶系统有脂肪合成酶系统有7种蛋白质参加反应，以没种蛋白质参加反应，以没有酶活性的酰基载体蛋白有酶活性的酰基载体蛋白(ACP)为中心，组成为
15、中心，组成一簇，脂肪酸合成过程中的中间产物以共价键一簇，脂肪酸合成过程中的中间产物以共价键与载体蛋白相连。研究比较清楚的大肠杆菌的与载体蛋白相连。研究比较清楚的大肠杆菌的酰基载体蛋白，它是一个含有酰基载体蛋白，它是一个含有77个个AA残基的残基的热稳定蛋白，分子量约热稳定蛋白，分子量约10,000，蛋白质第，蛋白质第36位位丝氨酸的羟基与丝氨酸的羟基与4-磷酸泛酰巯基乙胺上的磷磷酸泛酰巯基乙胺上的磷酸基因相连。酸基因相连。ACP在脂肪酸合成中具重要作用，在脂肪酸合成中具重要作用，ACP的功能通过的功能通过-SH与反应物连接，象一个与反应物连接，象一个”转动臂转动臂”，把脂肪酸合成的中间产物逐次
16、转至，把脂肪酸合成的中间产物逐次转至各酶的活性中心使其发生反应。各酶的活性中心使其发生反应。(4).脂脂肪肪酸酸生生物物合合成成的的反反应应(大肠杆菌大肠杆菌)启启动动反反应应:形形成成乙乙酰酰ACP，在在ACP酰酰基基转转移移酶酶催催化化下下，乙乙酰酰基基并并不不留留在在ACP上上,而而是是立立即即转转到到另另一一个个酶酶-酮酮脂酰脂酰-ACP合酶的合酶的-SH上。上。丙二酸单酰丙二酸单酰SACP缩合反应缩合反应酶酶上上所所连连的的乙乙酰酰基基与与ACP上上所所连连的的丙丙二二酸酸单单酰酰基基反反应应生生成成乙乙酰酰乙乙酰酰-ACP，放放出出-分子分子CO2。实验表明：这里放出的实验表明：这
17、里放出的CO2正是乙酰正是乙酰CoA羧化反应里引入的同一碳原子。因此羧化反应里引入的同一碳原子。因此可以认为可以认为CO2在脂肪酸合成中起了一种催在脂肪酸合成中起了一种催化剂的作用。化剂的作用。第一次还原第一次还原脱水反应脱水反应第二次还原第二次还原生生成成的的丁丁酰酰-ACP再再与与丙丙二二酸酸单单酰酰-ACP重重复复上上述述缩缩合合、还还原原、脱脱水水、再再还还原原的的循循环环反反应应,又又延延长长两两个个碳碳片片段段，生生成成已已酰酰-S-ACP。如如此此反反复复进进行行，直直到到生生成成C16(软脂酰软脂酰)-ACP为止。为止。重重复复以以上上合合成成的的脂脂酰酰-ACP可可经经硫硫酯
18、酯酶酶水水解解，生成脂肪酸放出生成脂肪酸放出ACP。硫酯酶硫酯酶脂酰脂酰-S-ACP+H2O-脂肪酸脂肪酸+ACP-SH总反应式如下总反应式如下:8CH3-CO-SCoA+7ATP+14NADPH+14H+H2OCH3(CH2)14COOH+14NADP+8CoA+7ADP+7pi目目前前发发现现真真核核生生物物脂脂肪肪酸酸合合成成酶酶系系与与大大肠肠肝肝菌菌有有所所不不同同，例例如如:酵酵母母菌菌的的酶酶系系由由两两种种亚亚基基各各六六条条组组成成a66。a链链具具有有酮酮脂脂酰酰合合酶酶、-酮酮脂脂酰酰还还原原酶酶的的活活性性，而而链链具具有有脂脂酰酰转转移移酶酶、丙丙二二酸酸单单酰酰转转
19、移移酶酶、-羟羟脂脂酰酰脱脱水水酶酶和和-烯脂酰还原酶的活性。烯脂酰还原酶的活性。由于由于-酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶对软脂酰对软脂酰-ACP无活性，此途无活性，此途径只能合成径只能合成16C以下的饱和脂以下的饱和脂肪酸。肪酸。脂肪酸延长：脂肪酸延长：P327脂肪酸的脂肪酸的氧化与生物合成的异同氧化与生物合成的异同类似的共同的中间产物类似的共同的中间产物P3272.不饱合脂肪酸的合成不饱合脂肪酸的合成有氧途径有氧途径植物和微生物体内植物和微生物体内厌氧途径：厌氧途径：厌氧微生物厌氧微生物三、三酰甘油的生物合成三、三酰甘油的生物合成三三酰酰甘甘油油是是由由3-磷磷酸酸甘甘油油和和脂脂肪肪酰酰-
20、CoA缩缩合合形形成成的的，磷磷脂脂酸酸在在脱脱去去磷磷酸酸后后，再再和和一一分分子子脂脂酰酰-CoA反反应应，生成三酰甘油。生成三酰甘油。参参加加三三酰酰甘甘油油合合成成的的是是脂脂酰酰CoA,而而脂脂肪肪酸酸合合成成系系统统及及脱脱饱饱和和酶酶生生成成的的却却是是脂脂酰酰-ACP。起起先先以以为为可可由由脂脂酰酰ACP直直接接转转变变为为脂脂酰酰-CoA，但但后后来来在在植植物物中中发发现现脂脂酰酰-ACP硫硫酯酯酶酶和和脂脂酰酰硫硫激激酶酶，在在这这两两种种酶酶作作用用下下，可可将将脂脂酰酰ACP转变成脂酰转变成脂酰-CoA，反应如下反应如下:脂酰脂酰-ACP硫酯酶硫酯酶脂酰脂酰-S-A
21、CP+H2O脂肪酸脂肪酸+ACP-SH脂酰硫激酶脂酰硫激酶脂肪酸脂肪酸+ATP+CoA脂酰脂酰-CoA+AMP+ppi生成的脂酰生成的脂酰-CoA用以合成三酰甘油。用以合成三酰甘油。第四节第四节磷脂和糖脂的代谢磷脂和糖脂的代谢一、磷脂的降解与合成一、磷脂的降解与合成:磷脂广泛存在于活细胞中，是生物膜的主要磷脂广泛存在于活细胞中，是生物膜的主要成分，植物体内的磷脂，还可作为贮藏物质而成分，植物体内的磷脂，还可作为贮藏物质而存在，种子中含有磷脂酰胆碱。磷脂酰乙醇胺存在，种子中含有磷脂酰胆碱。磷脂酰乙醇胺及磷脂酰肌醇，大豆种子中含量高，种子萌发及磷脂酰肌醇，大豆种子中含量高，种子萌发时子叶或胚乳中磷
22、脂消失，形成的幼苗中并没时子叶或胚乳中磷脂消失，形成的幼苗中并没有生成相应的磷脂，说明种子磷脂作为贮藏物有生成相应的磷脂，说明种子磷脂作为贮藏物质在萌发时进行着活跃的代谢转变。研究表明，质在萌发时进行着活跃的代谢转变。研究表明，磷脂在细胞内比油脂有更高的代谢速率，不断磷脂在细胞内比油脂有更高的代谢速率，不断地进行着合成与分解。地进行着合成与分解。磷脂酶的特异位点磷脂酶的特异位点1.磷脂的降解磷脂的降解磷脂的分解代谢磷脂的分解代谢磷磷 酸酸 甘甘 油油 脂脂 在在 生生 物物 体体 内内 ， 经经 磷磷 酸酸 甘甘 油油 脂脂 酶酶（phospholipase）催催化化，被被水水解解为为甘甘油油
23、，脂脂肪肪和和各各种种氨氨基基醇醇（如胆碱、胆胺、丝氨酸等）（如胆碱、胆胺、丝氨酸等）磷磷脂脂酶酶分分为为四四类类：即即磷磷酸酸甘甘油油脂脂酶酶，即即磷磷酸酸甘甘油油脂脂酶酶A1、A2、C和和D，它们分别作用于甘油磷脂的不同部位。它们分别作用于甘油磷脂的不同部位。A酶酶可可分分为为：A1-作作用用于于-酯酯键键，生生成成-酯酯甘甘油油磷磷酸酸胆胆碱碱+脂脂肪肪酸酸A2-作作用用于于-酯酯键键，生生成成-酯酯甘甘油油磷磷酸酸胆胆碱碱+脂脂肪肪酸酸B酶作用于溶血磷脂，酶作用于溶血磷脂，B酶也叫溶血磷脂酶。酶也叫溶血磷脂酶。C酶作用于磷酸与甘油的羟基形成的酯键。酶作用于磷酸与甘油的羟基形成的酯键。磷
24、脂的合成代谢磷脂的合成代谢1、磷脂酰乙醇胺的合成（脑磷脂的合成）磷脂酰乙醇胺的合成（脑磷脂的合成）脑磷脂的合成开始于乙醇胺的磷酸化，此反应由乙醇胺脑磷脂的合成开始于乙醇胺的磷酸化，此反应由乙醇胺激酶催化激酶催化乙醇胺乙醇胺+ATP磷酸乙醇胺磷酸乙醇胺+ADP2、磷脂酰胆碱的合成（卵磷脂的合成）磷脂酰胆碱的合成（卵磷脂的合成）首先胆碱进行磷酸化生成磷酸胆碱，磷酸胆碱直接首先胆碱进行磷酸化生成磷酸胆碱，磷酸胆碱直接与与CTP作用作用脱去焦磷酸基，生成脱去焦磷酸基，生成CDP-胆碱再与甘油酯作用生胆碱再与甘油酯作用生成磷脂酰胆碱，同时脱去成磷脂酰胆碱，同时脱去CMP第一种合成途径第一种合成途径第二种
25、合成途径第二种合成途径P331:糖脂的降解与生物合成糖脂的降解与生物合成P335:胆固醇的生物合成和降解胆固醇的生物合成和降解作业脂肪代谢作业脂肪代谢1.写出脂肪酸合成和写出脂肪酸合成和-氧化的过程并指出氧化的过程并指出两者有何异同。两者有何异同。2.乙醛酸途径如何进行乙醛酸途径如何进行?有何意义有何意义?3.详详细细计计算算C14:0,C16:0,C18:0彻彻底底氧氧化化产生的产生的ATP的数目。的数目。4.写写出出磷磷脂脂酶酶A1，A2，B,C,D作作用用与与卵卵磷脂的部位和产物。磷脂的部位和产物。5.名词和符号解释：名词和符号解释：ACP,BCCP,-氧化，氧化，-氧化，氧化，-氧化氧化
