農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)

1、農(nóng)業(yè)大學(xué)生物化學(xué)脂類 (lipids)脂肪(fat):甘油三酯(triacylglycerols,TG)類脂(lipoids):(lipoids):膽固醇(cholesterol,Ch)膽固醇酯(cholesteryl ester,CE)磷脂(phospholipids,PL)糖脂(glucolipids,GL)脂類(Lipid Classes)Triacylglycerols ,TGCH2CHOCR1OCH2OOCPR2OOOO-XR2COOH多為花生四烯酸(arachidonic acid)Phospholipids,PLHOCholesterol (Ch)nCholesteryl Est

2、er(CE)RCOO第一節(jié) 脂類的消化和吸收一、消化（digestion）：n小腸(small intestine)：膽汁酸鹽、胰脂酶、輔酯酶、胰磷脂酶A2、膽固醇酯酶n消化產(chǎn)物：甘油一酯、脂肪酸、膽固醇、溶血磷脂等膽汁鹽(bile)：n作用：是較強的乳化劑，可增加消化酶對脂類的接觸面積，有利于脂類的消化和吸收。油油油疏水側(cè)親水側(cè)油水CH3CH3CH3COHNCH2HOOCOHOHOH親水側(cè)疏水側(cè)甘氨膽酸的構(gòu)象式二、吸收：1、脂肪消化產(chǎn)物脂肪酸、2-單酰甘油由小腸上皮粘膜細(xì)胞吸收后又轉(zhuǎn)化為三酯酰甘油，隨后和蛋白質(zhì)一起形成乳糜微粒釋放到血液，經(jīng)淋巴系統(tǒng)送到各種組織。2、在脂肪組織、骨骼肌毛細(xì)血管

3、中，脂肪消化產(chǎn)物為游離脂肪酸和甘油，游離脂肪酸被吸收，甘油被運到肝臟和腎臟。（圖）脂類吸收途徑TG胰脂酶輔酯酶2-甘油一酯TG乳糜微粒（CM）淋巴血液FA(長鏈)吸收入腸粘膜脂酰CoA ATP磷脂、膽固醇轉(zhuǎn)酰酶(中、短鏈)乳化后吸收FA、甘油門靜脈肝脂肪酶載脂蛋白第二節(jié)、脂肪的分解代謝一、脂肪的分解n首先分解為甘油和脂肪酸；n甘油通過磷酸化、氧化（甘油甘油-3-磷酸二羥丙酮磷酸）進(jìn)入糖酵解；n脂肪酸經(jīng)-氧化（脂酸乙酰CoA）進(jìn)入三羧酸循環(huán)。二、甘油的降解三、脂肪酸的氧化n脂肪酸氧化的化學(xué)步驟n1、長鏈脂肪酸降解為乙酰-CoA；n2、乙酰-CoA經(jīng)過檸檬酸循環(huán)氧化成CO2；n3、從還原的電子載體

4、到線粒體呼吸鏈的電子傳遞。（一）脂肪酸的活化n脂肪酸必須先在胞液中活化為脂酰CoA，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體外膜的脂酰CoA合成酶催化該反應(yīng)。（二）脂酰CoA進(jìn)入線粒體1、原因n脂肪酸分解發(fā)生于原核生物的細(xì)胞溶膠及真核生物的線粒體基質(zhì)中。2、方法n（1）短或中長鏈的脂酰-CoA（10個碳原子以下）可容易地滲透通過線粒體內(nèi)膜。n（2）長鏈脂酰-CoA（12C以上）要與極性的肉（毒）堿分子結(jié)合，才能穿過線粒體內(nèi)膜。（圖）n肉堿(carnitine)：L-羥基-三甲氨基丁酸脂酰CoACoA進(jìn)入線粒體脂 酰 CoA合 成 酶肉 堿 脂 酰轉(zhuǎn) 移 酶 肉 堿 脂 酰轉(zhuǎn) 移 酶 FFAATPCoAAM PPPi

5、脂 酰 CoA脂 酰 CoACoA肉 堿脂 酰 肉 堿肉 堿 脂 酰肉 堿 轉(zhuǎn) 位 酶脂 酰 肉 堿肉 堿CoA脂 酰 肉 堿脂 酰 CoA基 質(zhì)線 粒 體 外 膜線 粒 體 內(nèi) 膜 -氧 化載體蛋白載體蛋白3、肉堿轉(zhuǎn)運脂酰CoA進(jìn)入線粒體n反應(yīng)由肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶(CAT-1和CAT-ll)催化。n此過程為脂肪酸 -氧化的，是強烈的競爭性抑制劑。（圖）CoASHCoASHCarnitine acyltransferase Carnitine acyltransferase 限速酶限速酶（三） -氧化1、-氧化：脂肪酸的降解始發(fā)于羧基端的第二位（ - 位）的碳原子，在此處切掉兩個碳原子單元（乙酰-

6、CoA）。n脂肪酸的-氧化為Knoop的發(fā)現(xiàn)。n生物體內(nèi)脂酸的分解途徑主要為氧化。2、亞細(xì)胞部位：線粒體基質(zhì)n在脂?；?碳原子上依次進(jìn)行脫氫、加水、再脫氫及硫解4步連續(xù)反應(yīng)，使脂?；谂c-碳原子間斷裂，生成1分子乙酰CoA和少2個碳原子的脂酰CoA。3、 -氧化過程(1) 脫氫(2) 加水(3) 再脫氫(4) 硫解全部反應(yīng)過程：4、脂肪酸-氧化特點：n1、脂肪酸僅需活化一次（cytosol），消耗一個ATP的兩個高能鍵；n2、Acyl-CoA由肉堿運入線粒體；限速酶：CAT-；n3、-氧化： 包括脫氫 、加水、再脫氫、硫解四個重復(fù)步驟。n4、-氧化是一個高效的放能過程：n-氧化每一輪產(chǎn)生1個N

7、ADH，1個FADH2和1個乙酰-CoA；n乙酰-CoA進(jìn)入檸檬酸循環(huán)又生成3個NADH， 1個FADH2和一分子GTP（總計10個ATP）；n脂肪酸活化為脂酰-CoA時消耗了2個高能磷酸鍵。n以軟脂酸（C16）為例：n8個乙酰CoA：8x10=80ATPn7個FADH2：7n7個NADH：7n起始活化消耗：2ATPn總計產(chǎn)能：80+10.5+17.5-2=106（四）不飽和脂肪酸的氧化n1、體內(nèi)不飽和脂肪酸約占脂肪酸總量的一半以上，在未遇雙鍵前，反應(yīng)過程與飽和脂肪酸的氧化基本相同。n2、需要12種特殊的酶：天然脂肪酸的順式雙鍵需經(jīng)線粒體特異3-順2-反烯酰CoA異構(gòu)酶催化：(如油酸=18:1

8、,9)多不飽和脂肪酸的另外雙鍵還需2,4-二烯酰CoA還原酶。（五）奇數(shù)碳脂肪酸的-氧化n1、在大多數(shù)哺乳動物中，奇數(shù)碳原子的脂肪酸是罕見的，但在反芻動物中，奇數(shù)碳原子的脂肪酸有一定的數(shù)量。n2、氧化的產(chǎn)物為若干個乙酰CoA和一個丙酰CoA。3、丙酰CoA的去路n、丙酰CoA+HCO3-+ATP甲基丙二酰單酰CoA+AMP+PPin、甲基丙二酰單酰CoA 琥珀酰CoAn琥珀酰CoA可以進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。丙酰丙酰CoACoA羧化酶羧化酶變位酶變位酶（六）脂肪酸代謝的調(diào)節(jié)n1、脂類的代謝也受神經(jīng)和激素控制。n2、激素控制n、胰島素可抑制脂肪分解n、腎上腺素、生長激素、促腎上腺皮質(zhì)激素、甲狀腺素和性激

9、素有促進(jìn)儲脂動員和氧化的作用。n、激素代謝反常會導(dǎo)致脂代謝障礙。四、酮體酮體（ketone body）：乙酰乙酸、D-羥丁酸和丙酮這三個化合物統(tǒng)稱為酮體。（一）乙酰-CoA的代謝結(jié)局n1、進(jìn)入檸檬酸循環(huán)及電子傳遞系統(tǒng)，最終完全氧化為CO2和H2O。n2、生成膽固醇，即膽固醇生物合成的起始化合物。n3、作為脂肪酸合成的前體。n4、轉(zhuǎn)化為酮體。n（二）肝臟中酮體的形成n1、酮體的合成主要是肝臟的功能n（1）肝細(xì)胞線粒體中含有活性較強的酮體合成的酶系。 n（2）-羥丁酸約70，乙酰乙酸約30，丙酮含量極微。n（3）肝臟缺乏利用酮體的酶，因此不能利用酮體。2、酮體的生成途徑乙酰乙酸乙酰乙酸脫羧酶脫羧酶

10、（三）酮體生成的生理意義n1、有利的一面n（1） 酮體具有水溶性，生成后進(jìn)入血液，輸送到肝外組織利用；n（2）作為燃料，經(jīng)檸檬酸循環(huán)提供能量。n因此，酮體是輸出脂肪能源的一種形式。n如：禁食、應(yīng)急及糖尿病時，心、腎、骨骼肌攝取酮體代替葡萄糖供能，節(jié)省葡萄糖以供腦和紅細(xì)胞所需，并可防止肌肉蛋白的過多消耗。n長期饑餓時，酮體供給腦組織5070%的能量。2、不利的一面n（1）丙酮是有毒的。乙酰乙酸、-羥丁酸皆為酸性，使血液pH值降低，常有酸中毒的危險。n（2）酮尿癥/酮血癥n長期饑餓和糖尿病時，脂肪動員加強，草酰乙酸耗盡，酮體生成增多。當(dāng)肝內(nèi)產(chǎn)生酮體超過肝外組織氧化酮體的能力時，血中酮體蓄積，稱為酮

11、血癥。尿中有酮體排出，稱酮尿癥。第四節(jié)、脂類的生物合成一、脂肪酸的生物合成n脂酸合成的前體：乙酰CoA。n合成部位：（細(xì)胞溶膠）n胞液中均含有從乙酰CoA 合成脂肪酸的酶系，稱為脂肪酸合成酶系。n合成原料：Acetyl-CoA、NADPH、ATP、HCO3-(CO2)及Mn2+1、脂肪酸合成所需的碳源實質(zhì)均來自乙酰-CoA，但形式上只有1個乙酰-CoA參與合成，其余均以丙二酸單酰-CoA的形式參與合成。2、乙酰-CoA主要存在于線粒體中，必須在三羧酸轉(zhuǎn)運體系的幫助下（乙酰-CoA轉(zhuǎn)化為檸檬酸）跨過線粒體。（一）乙酰CoA（1）乙酰）乙酰CoA的轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運 三羧酸轉(zhuǎn)運體系（二）丙二酸單酰CoA的

12、形成n1、脂肪酸合成起始于乙酰-CoA轉(zhuǎn)化成丙二酸單酰- CoA，該反應(yīng)是在 乙酰-CoA 羧化酶作用下實現(xiàn)的。n2、乙酰-CoA羧化酶催化的反應(yīng)是脂肪酸合成中的限速步驟。n3、乙酰CoA羧化酶的組成n包括生物素羧基載體蛋白（BCCP）、生物素羧化酶、羧基轉(zhuǎn)移酶3個亞基，輔基為生物素。丙二酸單酰CoA的合成關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶CH3COSCoAHCO3-ATP乙酰CoA羧化酶生物素、Mn2+HOOCCH2COSCoA ADPPi丙二酰CoA（三）脂肪酸合成酶n1、組成n在動物細(xì)胞中，脂肪酸合成酶復(fù)合體包含7種酶活性和1個?；d體蛋白(acyl carrier protein,ACP) 。n（1） 乙酰

13、CoAACP轉(zhuǎn)酰基酶 n（2）丙二酰CoAACP轉(zhuǎn)酰基酶n（3） -酮脂酰ACP合酶n（4） -酮脂酰ACP還原酶 n（5）-羥脂酰ACP脫水酶 n（6） 烯脂酰ACP還原酶n（7）軟脂酰ACP硫脂酶SCOCH2ACPCH2CH3ESHSHACPESCOCH3SCOCH3ACPESHSACPESCOCH3COCH2COOHSCOCH2ACPCCH3ESHOSCOCH2ACPCHESHOHCH3SCOCHACPCHESHCH3SHACPESH轉(zhuǎn)?；皋D(zhuǎn)酰基酶CO2-酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶3CoASHHOOCCH2CO-SCoA丙二酰丙二酰CoA-ACP轉(zhuǎn)?；皋D(zhuǎn)?；?1b-酮脂酰酮脂酰-

14、ACP還原酶還原酶NADP+NADPH+H+45HO H-羥脂酰羥脂酰- ACP脫水酶脫水酶NADP+NADPH+H+烯脂酰烯脂酰-ACP還酶還酶6加氫加氫啟動啟動脫水脫水加氫加氫裝載裝載縮合縮合HSCoA乙酰乙酰CoA-ACP轉(zhuǎn)?；皋D(zhuǎn)?；?CH3COSCoA1a（四）由脂肪酸合酶催化的各步反應(yīng)n1、啟動SHACPSHECH3COSCoACoASH乙酰乙酰-CoA： ACP轉(zhuǎn)酰酶轉(zhuǎn)酰酶SHACPSCOCH3E2、裝載n啟動和裝載兩步反應(yīng)為下一步縮合準(zhǔn)備了兩個底物。3、縮合n1、反應(yīng)由-酮酰-ACP合酶催化。n2、反應(yīng)產(chǎn)物為乙酰乙酰-ACP。SCOCH3ACPSCOCH2*COOHE*CO2

15、SHACPSCOCH2COCH3E4、還原nNADPH作為還原劑參與此反應(yīng)。n脂酸生物合成中所需的NADPH大部分是戊糖磷酸途徑供給的，有些來自蘋果酸酶反應(yīng)。SHACPSCOCH2CHCH3EOHSHACPSCOCH2COCH3ENADPH+H+NADP+-酮酰酮酰 -ACP還原酶還原酶5、脫水脫水酶脫水酶SHACPSCOC=C-CH3EHHSHACPSCOCH2CHCH3EOHH2O6、還原n1、還原劑是NADPH。n2、乙?；墙邮芰吮嵫苌锏亩荚拥钠味鲩L碳鏈的。n3、每一循環(huán)延伸兩個碳原子，每一輪反應(yīng)經(jīng)縮合、還原、脫水、還原4個步驟完成。7、釋放n1、動物細(xì)胞中延伸的程序在到

16、達(dá)16個碳原子時即行停止，這是正常的脂肪酸合酶作用的終點。SHACPSCO(CH2)13CH2CH3ECH3CH2(CH2)13COOH+SHACPSHEH2O硫酯酶硫酯酶軟脂酸軟脂酸軟脂酸（16C）合成的總反應(yīng)式：（五）脂肪酸合成途徑與脂肪酸降解（-氧化）的比較n、場所不同。n脂肪酸合成發(fā)生于細(xì)胞溶膠中；降解發(fā)生于線粒體。n、載體不同。n脂肪酸合成中載體為ACP；降解中載體為CoA。n、酶和輔助因子不同n、反應(yīng)不同。n脂肪酸合成中的4步反應(yīng)是：縮合、還原、脫水、還原，降解中4步反應(yīng)是：氧化、水合、氧化、裂解。n轉(zhuǎn)運機(jī)制不同。n在脂肪酸合成中，有三羧酸/檸檬酸轉(zhuǎn)運機(jī)制，運送 乙酰-CoA ；n

17、在降解中，有肉堿載體系統(tǒng)，運送 脂酰-CoA。n、反應(yīng)單位不同。n在脂肪酸合成中，脂肪鏈獲取2碳單元得自于與丙二酸單酰- CoA縮合；n在降解中，以乙酰-CoA 形式的2碳單元離去。n脂肪酸合成時，羧基是最后形成的；降解時，羧基的離去開始于第一步。n、羥酯基中間體在脂肪酸合成中有著D-構(gòu)型；降解中則為L-構(gòu)型。n性質(zhì)不同。n脂肪酸合成由還原途徑構(gòu)成，需要有NADPH參與；n降解則由氧化途徑構(gòu)成，需要FAD和NAD+參與。（六）脂肪酸碳鏈的延長n1、場所：軟脂酰CoA或軟脂酸生成后， 可在滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體經(jīng)脂肪酸碳鏈延長酶系的催化作用下，形成更長碳鏈的飽和脂肪酸。n2、載體：碳鏈延長的碳源不是

18、 丙二酸單酰ACP，而是乙酰CoA（線粒體）或丙二酸單酰CoA （內(nèi)質(zhì)網(wǎng)酶系）。（七）不飽和脂肪酸的合成n人體內(nèi)有4，5，8及9去飽和酶，催化飽和脂肪酸引入雙鍵，使之轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙柡椭舅帷至今在體內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有9以上的去飽和酶，即在第10C與甲基末端間再引入第二個雙鍵。n只有植物和某些微生物才能使第12和第13位碳之間脫氫，形成第二個雙鍵。n某些微生物能合成含3個、4個甚至更多雙鍵的不飽和脂酸。（八）脂肪酸合成的調(diào)節(jié) 1、乙酰-CoA羧化酶是限速酶。n在動物體內(nèi)，檸檬酸別構(gòu)激活乙酰-CoA羧化酶，軟脂酰-CoA反饋抑制乙酰-CoA羧化酶活性；乙酰CoA羧化酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié) CH3COSCoAHCO3-ATP乙酰CoA羧化酶生物素、Mn2+HOOCCH2COSCoAADPPi丙二酰CoA乙乙酰酰C Co oA A羧羧化化