脂類與脂類代謝一節(jié)脂類的概述.ppt

第十章 脂類與脂類代謝 第一節(jié) 脂類的概述,脂類（lipids）泛指不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑的各類生物分子。脂類都含有碳、氫、氧元素，有的還含有氮和磷。脂類所包括的物質(zhì)范圍很廣，結(jié)構(gòu)差異也大。 他們的共同特征是以長鏈或稠環(huán)脂肪烴分子為母體。脂類分子中沒有極性基團(tuán)的稱為非極性脂；有極性基團(tuán)的稱為極性脂。極性脂的主體是脂溶性的，其中的部分結(jié)構(gòu)是水溶性的。,1、脂類的分類,1.1單純脂 單純脂是脂肪酸與醇結(jié)合成的脂，沒有極性基團(tuán)，是非極性脂，又稱中性脂。三酰甘油、膽固醇酯、蠟等都是單純脂。蠟是由高級(jí)脂肪酸和高級(jí)一元醇形成的酯。,單純脂是由一分子甘油與一至三分子脂肪酸所形成的脂。 根據(jù)脂肪酸數(shù)量，可分為單酰甘油、二酰甘油和三酰甘油（過去稱為甘油三脂）。 前兩者在自然界中存在極少，而三酰甘油是脂類中含量最豐富的一類。通常所說的油脂就是指三酰甘油,三酰甘油的結(jié)構(gòu),是由偶數(shù)碳原子構(gòu)成的一元酸，最多見的是C16、C18、C22等長鏈脂肪酸。 碳鏈無分支。 分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。 大部分的不飽和脂肪酸在體內(nèi)可以合成，亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸不能合成，必需從食物中獲取，稱為必需脂肪酸。,人體及高等動(dòng)物體內(nèi)的脂肪酸有以下特點(diǎn)：,1.2復(fù)合脂,復(fù)合脂又稱類脂，是含有磷酸等非脂成分的脂類。復(fù)合脂含有極性基團(tuán)，是極性脂。磷脂是主要的復(fù)合脂，分為甘油磷脂類和鞘氨醇磷脂。 甘油磷脂又稱磷酸甘油酯，是磷脂酸的衍生物。甘油磷脂中的取代基最常見的是膽堿、乙醇胺和絲氨酸，稱為卵磷脂、腦磷脂和絲氨酰磷脂，都不溶于水而溶于有機(jī)溶劑。,1.3 非皂化脂,包括類固醇、萜類和前列腺素類。不含脂肪酸，不能被堿水解，稱為非皂化脂。類固醇又稱甾醇，是以環(huán)戊烷多氫菲為母核的一種脂類。 膽固醇是人體內(nèi)最重要的類固醇，它因有羥基而屬于極性脂。 萜類是異戊二烯聚合物，前列腺素是二十碳酸衍生物。,膽固醇的結(jié)構(gòu),1.4 衍生脂,指上述物質(zhì)的衍生產(chǎn)物，如甘油、脂肪酸及其氧化產(chǎn)物，乙酰輔酶A。 1.5 結(jié)合脂類 脂與糖或蛋白質(zhì)結(jié)合，形成糖脂和脂蛋白。,2 脂類分布與功能,2.1 三酰甘油主要是儲(chǔ)備能源 2.2 極性脂參與生物膜的構(gòu)成 2.3 有些脂類及其衍生物具有重要生物活性 2.4 有些脂類是生物表面活性劑 2.5 作為溶劑,第二節(jié) 甘油三脂的分解代謝,一、 甘油三脂的水解 組織脂肪酶有三種，脂肪酶、甘油二脂脂肪酶和甘油單脂脂肪酶，逐步水解R3、R1、R2，生成甘油和游離脂肪酸。第一步是限速步驟，腎上腺素、腎上腺皮質(zhì)激素、高血糖素通過cAMP和蛋蛋白激酶激活，胰島素和前列腺素E1相反，有抗脂解作用。,甘油三脂水解的過程,二、 甘油代謝 脂肪細(xì)胞沒有甘油激酶，所以甘油被運(yùn)到肝臟，由甘油激酶磷酸化為3-磷酸甘油，再由磷酸甘油脫氫酶催化為磷酸二羥丙酮，進(jìn)入酵解或異生，并生成NADH。,三、 脂肪酸的氧化,3.1 飽和偶數(shù)碳脂肪酸的氧化 1.脂肪酸的活化：脂肪酸先生成脂酰輔酶A才能進(jìn)行氧化，稱為活化。由脂酰輔酶A合成酶（硫激酶）催化，線粒體中的酶作用于410個(gè)碳的脂肪酸，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的酶作用于12個(gè)碳以上的長鏈脂肪酸。,2.轉(zhuǎn)運(yùn),肉堿的穿梭過程,3.-氧化：氧化、水合、氧化、斷裂,4、脂肪酸-氧化作用小結(jié),（1）脂肪酸-氧化時(shí)僅需活化一次，消耗1個(gè)ATP的兩個(gè)高能鍵 （2）-氧化包括脫氫、水化、脫氫、硫解4個(gè)重復(fù)步驟 （3）每循環(huán)一次產(chǎn)生1個(gè)FADH2、1個(gè)NADH、1 個(gè)乙酰-CoA，共計(jì) 1.5+2.5+10=14ATP 以軟脂酸為例： 7次循環(huán)：7 X（1.5+2.5+10）+10 = 108 ATP 活化消耗： -2個(gè)高能磷酸鍵 凈生成： 108 - 2 = 106 ATP,5、-氧化的調(diào)節(jié),脂?；M(jìn)入線粒體的速度是限速步驟， 長鏈脂酸生物合成的第一個(gè)前體丙二酸單酰CoA的濃度增加，可抑制肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶，限制脂肪酸氧化。 NADH/NAD+比率高時(shí)，羥脂酰CoA脫氫酶便受抑制。 乙酰CoA濃度高時(shí)，可抑制硫解酶，抑制氧化,3.2 不飽和脂肪酸的氧化,1.單不飽和脂肪酸的氧化： 油酸在9位有順式雙鍵，三個(gè)循環(huán)后形成3順烯脂酰輔酶A。在3順2反烯脂酰輔酶A異構(gòu)酶催化下繼續(xù)氧化。這樣一個(gè)雙鍵少2個(gè)ATP。,油脂酸的氧化途徑,2.多不飽和脂肪酸的氧化：,亞油酸在9位和12位有兩個(gè)順式雙鍵，4個(gè)循環(huán)后生成2順烯脂酰輔酶A，水化生成D-產(chǎn)物，在-羥脂酰輔酶A差向酶作用下轉(zhuǎn)變?yōu)長型，繼續(xù)氧化,亞油脂酸的氧化途徑,3.3 奇數(shù)碳脂肪酸的氧化,奇數(shù)碳脂肪酸經(jīng)氧化可產(chǎn)生丙酰輔酶A，某些支鏈氨基酸也生成丙酸。丙酸有下列兩條代謝途徑： 1.丙酰輔酶A在丙酰輔酶A羧化酶催化下生成D-甲基丙二酸單酰輔酶A，并消耗一個(gè)ATP。在差向酶作用下生成L-產(chǎn)物，再由變位酶催化生成琥珀酰輔酶A，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。需腺苷鈷胺素作輔酶。 2.丙酰輔酶A經(jīng)脫氫、水化生成-羥基丙酰輔酶A，水解后在-羥基丙酸脫氫酶催化下生成丙二酸半醛，產(chǎn)生一個(gè)NADH。丙二酸半醛脫氫酶催化脫羧，生成乙酰輔酶A，產(chǎn)生一個(gè)NADPH。,3.4 脂肪酸的-氧化,存在于植物種子、葉子，動(dòng)物腦和肝臟。以游離脂肪酸為底物，涉及分子氧或過氧化氫，對(duì)支鏈、奇數(shù)和過長鏈（22）脂肪酸的降解有重要作用。哺乳動(dòng)物葉綠素代謝時(shí)，經(jīng)過水解、氧化，生成植烷酸，其位有甲基，需通過氧化脫羧才能繼續(xù)氧化。,氧化有以下途徑：,1.脂肪酸在單加氧酶作用下羥化，需Fe2+和抗壞血酸，消耗一個(gè)NADPH。經(jīng)脫氫生成-酮脂肪酸，脫羧生成少一個(gè)碳的脂肪酸。 2.在過氧化氫存在下，經(jīng)脂肪酸過氧化物酶催化生成D-氫過氧脂肪酸，脫羧生成脂肪醛，再脫氫產(chǎn)生脂肪酸或還原。,3.5 -氧化,12個(gè)碳以下的脂肪酸可通過-氧化降解，末端甲基羥化，形成一級(jí)醇，再氧化成醛和羧酸。一些細(xì)菌可通過-氧化將烷烴轉(zhuǎn)化為脂肪酸，從兩端進(jìn)行-氧化降解，速度快。,四、 酮體代謝,乙酰輔酶A在肝和腎可生成乙酰乙酸、-羥基丁酸和丙酮，稱為酮體。 肝通過酮體將乙酰輔酶A轉(zhuǎn)運(yùn)到外周組織中作燃料。心和腎上腺皮質(zhì)主要以酮體作燃料，腦在饑餓時(shí)也主要利用酮體。 平時(shí)血液中酮體較少，有大量乙酰輔酶A必需代謝時(shí)酮體增多，可引起代謝性酸中毒，如糖尿病。 4.1 酮體的合成,4.2 酮體分解,羥丁酸可由羥丁酸脫氫酶氧化生成乙酰乙酸，在肌肉線粒體中被3-酮脂酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶催化生成乙酰乙酰輔酶A和琥珀酸。也可由乙酰乙酰輔酶A合成酶激活，但前者活力高且分布廣泛，起主要作用。乙酰乙酰輔酶A可加入-氧化。,4.3 酮體生成及利用的生理意義,1.在正常情況下，酮體是肝臟輸出能源的一種形式； 2.在饑餓或疾病情況下，為心、腦等重要器官提供必要的能源。,4.4 酮體生成的調(diào)節(jié),1）飽食：胰島素增加，脂解作用抑制，脂肪動(dòng)員減 少，進(jìn)入肝中脂酸減少，酮體生成減少。 饑餓：胰高血糖素增加，脂肪動(dòng)員量加強(qiáng)，血中游離脂酸濃度升高，利于氧化及酮體的生成。 2）肝細(xì)胞糖原含量及其代謝的影響： 肝細(xì)胞糖原含量豐富時(shí)，脂酸合成甘油三酯及磷脂。 肝細(xì)胞糖原供給不足時(shí)，脂酸主要進(jìn)入線粒體，進(jìn)入氧化，酮體生成增多。 3）丙二酸單酰CoA抑制脂酰CoA進(jìn)入線粒體,第三節(jié) 甘油三酯的合成代謝,一、軟脂酸的合成,1、乙酰輔酶A的轉(zhuǎn)運(yùn),檸檬酸的穿梭機(jī)制,2 丙二酸單酰輔酶A的生成,乙酰輔酶A以丙二酸單酰輔酶A的形式參加合成。由乙酰輔酶A羧化酶催化。此反應(yīng)是脂肪酸合成的限速步驟，被檸檬酸別構(gòu)激活，受軟脂酰輔酶A抑制。此酶有三個(gè)亞基：生物素羧化酶（BC）、生物素羧基載體蛋白（BCCP）和羧基轉(zhuǎn)移酶（CT）,3 脂肪酸合成酶體系,有7種蛋白，以脂?；d體蛋白為中心，中間產(chǎn)物以共價(jià)鍵與其相連。載體蛋白含巰基，與輔酶A類似，可由輔酶A合成。,4、 脂肪酸的生物合成步驟,5 軟脂酸的合成與氧化的區(qū)別,二、其他脂肪酸的合成,（一）、 脂肪酸的延長 1.線粒體酶系：在基質(zhì)中，可催化短鏈延長?；臼?氧化的逆轉(zhuǎn)，但第四個(gè)酶是烯脂酰輔酶A還原酶，氫供體都是NADPH。 2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)酶系：粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可延長飽和及不飽和脂肪酸，與脂肪酸合成相似，但以輔酶A代替ACP?？尚纬蒀24,（二）、不飽和脂肪酸的形成,1.單烯脂酸的合成：需氧生物可通過單加氧酶在軟脂酸和硬脂酸的9位引入雙鍵，生成棕櫚油酸和油酸。消耗NADPH。厭氧生物可通過-羥脂酰ACP脫水形成雙鍵。 2.多烯脂酸的合成：由軟脂酸通過延長和去飽和作用形成多不飽和脂肪酸。哺乳動(dòng)物由四種前體轉(zhuǎn)化：棕櫚油酸（n7）、油酸（n9）、亞油酸（n6）和亞麻酸（n3），其中亞油酸和亞麻酸不能自己合成，必需從食物攝取，稱為必需脂肪酸。其他脂肪酸可由這四種前體通過延長和去飽和作用形成。,三、甘油三酯的合成,主要在肝臟和脂肪組織 1 、前體合成 包括L-磷酸甘油和脂酰輔酶A。細(xì)胞質(zhì)中的磷酸二羥丙酮經(jīng)-磷酸甘油脫氫酶催化，以NADH還原生成磷酸甘油。也可由甘油經(jīng)甘油激酶磷酸化生成，但脂肪組織缺乏有活性的甘油激酶。,2 、生成磷脂酸 磷酸甘油與脂酰輔酶A生成單脂酰甘油磷酸，即溶血磷脂酸，再與脂酰輔酶A生成磷脂酸。都由甘油磷酸脂酰轉(zhuǎn)移酶催化。磷酸二羥丙酮也可先酯化，再還原生成溶血磷脂酸。 3 、合成過程 先被磷脂酸磷酸酶水解，生成甘油二酯，再由甘油二酯轉(zhuǎn)酰基酶合成甘油三酯。,四、 各組織的脂肪代謝,脂肪組織脂解的限速酶是脂肪酶，生成的游離脂肪酸進(jìn)入血液，可用于氧化或合成，而甘油不能用于合成。肝臟可將脂肪酸氧化或合成酮體或合成甘油三酯。,第四節(jié) 磷脂代謝,磷脂類合成反應(yīng)幾乎是在膜結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行的，在真核生物中主要是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和高爾基體，細(xì)菌是在內(nèi)原生質(zhì)膜。,一、甘油磷脂的代謝,（一） 甘油磷脂的合成代謝 甘油磷脂的生物合成是甘油3磷酸或磷酸二羥丙酮經(jīng)酰基化轉(zhuǎn)化為磷脂酸，可進(jìn)一步經(jīng)兩種途徑轉(zhuǎn)換為磷脂。 磷脂酸與CTP作用，生成CDP-二酰甘油，它在細(xì)菌中轉(zhuǎn)換為磷脂酰絲氨酸，在動(dòng)物、大腸桿菌中，磷脂酰絲氨酸可脫羧生成磷脂酰乙醇胺。CDP-二脂酰甘油是磷脂合成中的關(guān)鍵中間體。 從頭合成途徑，在真核生物中，磷脂酸水解為甘油二酯，與CDP-膽堿或CDP-乙醇氨生成磷脂酰膽堿或磷脂酰乙醇胺。,1.腦磷脂的合成：,乙醇胺的磷酸化，乙醇胺激酶催化羥基磷酸化，生成磷酸乙醇胺。與CTP生成CDP-乙醇胺，由磷酸乙醇胺胞苷轉(zhuǎn)移酶催化，放出焦磷酸。與甘油二酯生成腦磷脂，放出CMP。由磷酸乙醇胺轉(zhuǎn)移酶催化。該酶位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上還有磷脂酸磷酸酶，水解分散在水中的磷脂酸，用于磷脂合成。肝臟和腸粘膜細(xì)胞的可溶性磷脂酸磷酸酶只能水解膜上的磷脂酸，合成甘油三酯。,2.卵磷脂合成：,與腦磷脂類似，利用已有的膽堿，先磷酸化，再連接CDP作載體，與甘油二酯生成卵磷脂。從頭合成途徑：將腦磷脂的乙醇胺甲基化，生成卵磷脂。供體是S-腺苷甲硫氨酸，由磷脂酰乙醇胺甲基轉(zhuǎn)移酶催化，生成S-腺苷高半胱氨酸。共消耗3個(gè)供體。,3.磷脂酰肌醇的合成：,磷脂酸與CTP生成CDP-二脂酰甘油，放出焦磷酸。由磷脂酰胞苷酸轉(zhuǎn)移酶催化。CDP-二脂酰甘油：肌醇磷脂酰轉(zhuǎn)移酶催化生成磷脂酰肌醇。磷脂酰肌醇激酶催化生成PIP，PIP激酶催化生成PIP2。磷脂酶C催化PIP2水解生成IP3和DG，IP3使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放鈣，DG增加蛋白激酶C對(duì)鈣的敏感性，通過磷酸化起第二信使作用。,（二）甘油磷脂的分解代謝,甘油磷脂的分解靠存在于體內(nèi)的各種磷脂酶將其分解為脂肪酸、甘油、磷酸等，然后再進(jìn)一步降解。 磷脂酶有以下4類： 磷脂酶A1-水解C1；磷脂酶A2-水解C2；磷脂酶C-水解C3，生成1，2-甘油二酯，與第二信使有關(guān)；磷脂酶D-生成磷脂酸和堿基；磷脂酶B-同時(shí)水解C1和C2。,二、 鞘磷脂的代謝,鞘氨醇可在全身各組織細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，合成所需的原料主要是軟脂酰CoA和絲氨酸，并需磷酸吡哆醛、NADPH及FAD等輔助因子參與。,1.鞘磷脂的合成,合成鞘氨醇：軟脂酰輔酶A與絲氨酸經(jīng)縮合、還原、氧化等一系列酶促反應(yīng)形成。 氨基被脂酰輔酶A?；?，生成神經(jīng)酰胺。由鞘氨醇?；D(zhuǎn)移酶。 神經(jīng)酰胺與CDP-膽堿生成鞘磷脂，由神經(jīng)酰胺膽堿磷酸轉(zhuǎn)移酶催化。,2.鞘糖脂的合成,腦苷脂：神經(jīng)酰胺與UDP葡萄糖生成葡萄糖腦苷脂，由葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶催化，是-糖苷鍵。也可先由糖基與鞘氨醇反應(yīng)，再酯化。 腦硫脂：硫酸先與2分子ATP生成PAPS，再轉(zhuǎn)移到半乳糖腦苷脂的3位。由微粒體的半乳糖腦苷脂硫酸基轉(zhuǎn)移酶催化。 神經(jīng)節(jié)苷脂：以神經(jīng)酰胺為基礎(chǔ)合成，UDP為糖載體，CMP為唾液酸載體，轉(zhuǎn)移酶催化。其分解在溶酶體進(jìn)行，需要糖苷酶等。酶缺乏可導(dǎo)致脂類沉積癥，神經(jīng)發(fā)育遲緩，存活期短。,第五節(jié) 膽固醇代謝,膽固醇是類固醇家族中的重要成員，生物膜的主要組成成分。合成在肝臟和小腸的胞液和微粒體中進(jìn)行，所需原料為乙酰CoA，乙酰CoA經(jīng)檸檬酸-丙酮酸穿梭轉(zhuǎn)運(yùn)出線粒體而進(jìn)入胞液，此過程為耗能過程。每合成一分子的膽固醇需18分子乙酰CoA，54分子ATP和16分子NADPH,一、膽固醇的生物合成,膽固醇的所有碳原子都是來自乙酰輔酶A，它的甲基和羧基碳全部進(jìn)入類固醇的核中。膽固醇的生物合成可分為5個(gè)階段：, 乙酸二羥甲基戊酸異戊烯醇焦磷酸酯鯊烯羊毛固醇膽固醇 C2 C6 C5 C30 C30 C27,1.二羥甲基戊酸(MVA)的合成,3分子乙酰輔酶A在羥甲基戊二酰輔酶A(HMGCoA)還原酶催化下，消耗2分子NADPH，生成甲羥戊酸。反應(yīng)不可逆，是酮體和膽固醇合成的分支點(diǎn)。此反應(yīng)是膽固醇合成的限速步驟，酶有立體專一性，受膽固醇抑制。酶的合成和活性都受激素控制,cAMP可促進(jìn)其磷酸化，降低活性。,2.異戊烯醇焦磷酸酯(IPP)的合成 二羥甲基戊酸經(jīng)2分子ATP活化，再脫羧,生成異戊烯醇焦磷酸酯(IPP)。IPP是活潑前體，可縮合形成膽固醇、脂溶性維生素、萜類等許多物質(zhì)。 3.生成鯊烯 6個(gè)IPP縮合生成鯊烯，由二甲基丙烯基轉(zhuǎn)移酶催化。鯊烯是合成膽固醇的直接前體，水不溶。,4.生成羊毛固醇 固醇載體蛋白將鯊烯運(yùn)到微粒體，環(huán)化成羊毛固醇，需分子氧和NADPH參加。 5.生成膽固醇 羊毛固醇經(jīng)切除甲基、雙鍵移位、還原等步驟生成膽固醇。需固醇載體蛋白，7脫氫膽固醇是中間物之一。,二、膽固醇及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物,1、膽固醇酯的合成；2 膽汁酸的合成 ； 3、 類固醇激素的合成；4 維生素D的合成。,三、膽固醇合成的調(diào)節(jié),1.膳食因素：饑餓或禁食可抑制HMG-CoA還原酶的活性，使膽固醇的合成減少；攝取高糖、高飽和脂肪膳食后，HMG-CoA活性增加而導(dǎo)致膽固醇合成增多。 2.膽固醇及其衍生物：膽固醇及其氧化產(chǎn)物，如7-羥膽固醇，25-羥膽固醇等可反饋抑制HMG-CoA還原酶的活性。 3.激素：胰島素和甲狀腺激素可通過誘導(dǎo)HMG-CoA還原酶的合成而使酶活性增加；胰高血糖素和糖皮質(zhì)激素則可抑制HMG-CoA還原酶的活性。,第六節(jié) 血漿脂蛋白代謝,血漿中所含脂類物質(zhì)統(tǒng)稱為血脂。 血漿中的脂類物質(zhì)主要有：甘油三酯（TG）及少量甘油二酯和甘油一酯；磷脂（PL）主要是卵磷脂，少量溶血磷脂酰膽堿，磷脂酰乙醇胺及神經(jīng)磷脂等；膽固醇（Ch）及膽固醇酯（ChE）；自由脂肪酸（FFA）。 正常血脂有以下特點(diǎn)：血脂水平波動(dòng)較大，受膳食因素影響大；血脂成分復(fù)雜；通常以脂蛋白的形式存在，但自由脂肪酸是與清蛋白構(gòu)成復(fù)合體而存在。,1、 血漿脂蛋白分類：,根據(jù)電泳遷移率的不同進(jìn)行分類，可分為四類：乳糜微粒-脂蛋白前-脂蛋白-脂蛋白。 按脂蛋白密度高低進(jìn)行分類，也分為四類： 乳糜微粒CM、極低密度脂蛋白VLDL、低密度脂蛋白LDL、高密度脂蛋白HDL,2 、血漿脂蛋白組成：,血漿脂蛋白均由蛋白質(zhì)（載脂蛋白，Apo）、甘油三酯(TG)、磷脂(PL)、膽固醇(Ch)及其酯(ChE)所組成。 不同的脂蛋白僅有含量上的差異而無本質(zhì)上的不同。 乳糜微粒中，含TG90%以上；VLDL中的TG也達(dá)50%以上；LDL主要含Ch及ChE，約占40%50%；而HDL中載脂蛋白的含量則占50%，此外，Ch、ChE及PL的含量也較高。,3、血漿脂蛋白結(jié)構(gòu),血漿脂蛋白顆粒通常呈球形。其中所含的載脂蛋白多數(shù)具有雙極性-螺旋。,血漿脂蛋白結(jié)構(gòu),4 、載脂蛋白的功能:,轉(zhuǎn)運(yùn)脂類物質(zhì)。 作為脂類代謝酶的調(diào)節(jié)劑： 作為脂蛋白