脂類代謝課件2

1、第九章 脂類代謝 脂肪（脂肪酸）是生物體的重要能源，由它組成的甘油三酯可在動物的脂肪組織、植物種子或果實中大量貯藏，并具有貯藏量大、熱值高等優(yōu)點；磷脂、鞘脂是構成生物膜的主要成分，由于是兼性分子，構成膜外表面親水、內表面疏水的特性，保護細胞內環(huán)境相對穩(wěn)定；脂類代謝的某些中間產物可轉變成脂溶性維生素及植物次生物質；許多類脂及其衍生物具有重要的生理作用，如膽汁酸（膽固醇衍生物）促進食物油脂乳化，幫助脂類消化、吸收。第1頁，共40頁。許多天然的油脂中含有動物體（包括人體）自身不能合成的而又是營養(yǎng)上必需的多不飽和脂肪酸（又稱必需脂肪酸，essential fatty acids），如亞油酸和亞麻酸。此

2、外人類許多疾病都與脂肪代謝紊亂有關，如動脈粥樣硬化、肥胖癥、糖尿病、胰腺炎等?，F(xiàn)代研究還表明，磷脂酰肌醇的一系列中間代謝物具有信息傳遞作用，構成了一條非核苷酸類信號通路，糖脂與細胞的識別和免疫方面也有著密切關系。第2頁，共40頁。第一節(jié) 脂肪的分解代謝 一、脂肪酶（lipase） 當動物體動用體內貯存脂肪或從食物中攝取脂肪時，大都需要對其進行酶促水解，生成脂肪酸和甘油，才能被細胞吸收利用。催化脂肪水解的酶稱作脂肪酶。脂肪酶是一個酶系，其中包括脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油單酯脂肪酶。該酶系催化的反應分三步進行。第3頁，共40頁。第4頁，共40頁。二、脂肪酸的b-氧化 被脂肪酶水解的脂肪酸和體內游

3、離的脂肪酸通過質膜擴散進入血液，由于脂肪酸難溶于水，其主要是與血清清蛋白結合后通過血液轉運到其它組織中，其中包括心臟、骨骼肌和肝臟等組織。在這些組織的線粒體內，脂肪酸被氧化同時釋放出大量能量。第5頁，共40頁。（一）偶數碳飽和脂肪酸的氧化b-氧化是指在進入線粒體的脂酰oA在酶的作用下，從脂肪酸的b-碳原子開始，依次兩個碳原子進行水解的過程。每次裂解產生的二碳單位為乙酰CoA。第6頁，共40頁。脂肪酸的活化 被吸收進入細胞的脂肪酸首先在脂酰輔酶A合成酶（硫激酶）的催化下，由ATP提供能量，活化形成脂酰輔酶A。第7頁，共40頁。脂酰CoA的氧化脫氫作用 脂酰CoA在脂酰CoA脫氫酶（acyl Co

4、A dehydrogenase）的作用下，在C-2和C-3之間脫氫，生成2-反式烯脂酰CoA。脫氫酶的輔基是FAD。第8頁，共40頁。2-反式烯脂酰CoA的水化2-反式烯脂酰CoA在烯脂酰CoA水化酶（enoyl CoA hydratase）的作用下水化，生成L-b-羥脂酰CoA。烯脂酰CoA水化酶具有立體異構專一性，專一催化2-不飽和脂酰CoA的水化，催化反式雙鍵生成L-b-羥脂酰CoA，催化順式雙鍵生成D-b-羥脂酰CoA。 第9頁，共40頁。L-b-羥脂酰CoA的氧化脫氫L-b-羥脂酰CoA在L-b-羥脂酰CoA脫氫酶(L-b-hydroxyacylCoA dehydrogenase）的

5、作用下，C-3位脫氫生成L-b-酮脂酰CoA。L-b-羥脂酰CoA脫氫酶的輔酶NAD+，具有高度立體異構專一性，只催化L-型羥脂酰CoA的脫氫反應。第10頁，共40頁。L-b-酮脂酰CoA的硫解 L-b-酮脂酰CoA在b-酮硫解酶（thiolase）的催化作用下發(fā)生斷裂式硫解，形成乙酰CoA和一個縮短了2個碳原子的脂酰CoA。由于該反應是高度放能反應，使反應趨于裂解方向進行。少了2個碳原子的脂酰CoA繼續(xù)重復上述b-氧化的四步反應，循環(huán)往復直到全部氧化成乙酰CoA。第11頁，共40頁。第12頁，共40頁。（二）偶數碳不飽和脂肪酸的氧化（1）單不飽和脂肪酸的氧化 烯脂酰CoA異構酶 第13頁，共

6、40頁。（2）多不飽和脂肪酸的氧化 多不飽和脂肪酸的氧化與單不飽和脂肪酸的氧化相比較，還需要另外一個特殊的還原酶。亞油酸是十八碳二烯酸，具有cis-9和cis-12的構型，其氧化過程是首先進行三輪b-氧化，生成3分子乙酰CoA和cis-3，cis-6-十二烯脂酰CoA，后者在烯脂酰CoA異構酶和2，4-二烯脂酰CoA還原酶的聯(lián)合作用下異構化和還原，產物進行徹底b-氧化生成6分子乙酰CoA。即一分子亞油酰CoA經氧化生成9分子乙酰CoA。第14頁，共40頁。第15頁，共40頁。 三、脂肪酸b-氧化的能量產生 脂肪酸在b-氧化中，每形成一分子乙酰CoA就使一分子FAD還原為FADH2，并使一分子N

7、AD+還原為NADH+H+，F(xiàn)ADH2進入呼吸鏈，生成1.5分子ATP，NADH+H+進入呼吸鏈，生成2.5分子ATP。因此，每生成一分子乙酰CoA，就產生4分子ATP。脂肪酸經b-氧化后形成乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化，生成CO2和H2O。每分子乙酰CoA徹底氧化產生10分子ATP。第16頁，共40頁。以軟脂肪酸b-氧化為例，軟脂酰CoA須經7次b-氧化循環(huán)，可將軟脂酰CoA轉變成8個分子的乙酰CoA。其反應如下：第17頁，共40頁。有氧條件下7FADH2 和7（NADH+H+）進入呼吸鏈進一步氧化生成：71.5 ATP + 72.5 ATP = 28ATP8分子的乙酰CoA進入三羧酸循

8、環(huán)徹底氧化生成： 810 ATP = 80ATP因此，軟脂酸經b-氧化完全氧化生成CO2和H2O生成108個ATP。由于軟脂酸轉化為軟脂酰CoA時消耗1分子ATP中的兩個高能磷酸鍵的能量，因此凈生成ATP的數量為108-2 = 106個。 第18頁，共40頁。四、甘油的降解由于脂肪組織缺少甘油激酶，所以其利用甘油的能力很弱，甘油三酯脂解產生的甘油必須通過血液運至肝臟進行代謝。在肝細胞中，甘油在甘油激酶的催化下被磷酸化，形成3-磷酸甘油，進而在磷酸甘油脫氫酶的作用下被氧化生成磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮異構化生成3-磷酸甘油醛。磷酸二羥丙酮還可被還原成3-磷酸甘油，再被磷酸酶水解又生成甘油。第19

9、頁，共40頁。甘油在肝細胞中的代謝有兩種途徑：一種途徑是進入糖酵解途徑轉變成丙酮酸，然后進入三羧酸循環(huán)徹底氧化；另一種途徑是進入糖異生途徑合成葡萄糖。 第20頁，共40頁。3. 脂肪酸的其它氧化分解方式奇數碳原子脂肪酸的分解 羧化 脫羧脂肪酸的-氧化脂肪酸的-氧化第21頁，共40頁。4. 乙酰CoA的去路進入TCA循環(huán)最終氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP。生成酮體參與代謝（動物體內） 脂肪酸氧化產生的乙酰CoA，在肌肉細胞中可進入TCA循環(huán)進行徹底氧化分解；但在肝臟及腎臟細胞中還有另外一條去路，即形成乙酰乙酸、D-羥丁酸和丙酮，這三者統(tǒng)稱為酮體。 第22頁，共40頁。第二節(jié)脂肪的合成代謝

10、人體內脂肪可以來自食物，也能在體內合成。體內脂肪合成的原料是乙酰CoA，動物、植物和微生物都可利用乙酰CoA合成自身所需要的脂肪，因此凡是在體內代謝能夠生成乙酰CoA的物質（例如糖、蛋白質等）都是脂肪合成的碳源。糖是脂肪合成的最主要碳源，糖轉變成脂肪酸進而合成脂肪，這是體內貯存能源的一個過程，具有重要的生理意義。 第23頁，共40頁。一、磷酸甘油的生物合成脂肪是甘油和脂肪酸形成的甘油酯，脂肪合成直接使用的是磷酸甘油而不是甘油。生物體內磷酸甘油主要來源于磷酸二羥丙酮或甘油。第24頁，共40頁。組 織：肝（主要） 、脂肪等組織 亞細胞：胞液：主要合成16碳的軟脂酸（棕櫚酸）肝線粒體、內質網：碳鏈延

11、長 合成部位合成原料乙酰CoA、ATP、HCO3、NADPH、Mn2+ 第25頁，共40頁。線粒體膜胞液 線粒體基質 丙酮酸 丙酮酸 蘋果酸 草酰乙酸 檸檬酸 檸檬酸 乙酰CoA NADPH+H+ NADP+ 蘋果酸酶 CoA 乙酰CoA ATP AMP PPi ATP檸檬酸裂解酶 CoA 草酰乙酸 H2O 檸檬酸合酶 蘋果酸 CO2CO2乙酰CoA的穿膜轉運：檸檬酸轉運體系第26頁，共40頁。二、飽和脂肪酸的生物合成 （一） 胞液合成途徑：分為三個階段（1）原料的準備乙酰CoA羧化生成丙二酸單酰CoA（在細胞液中進行），由乙酰CoA羧化酶催化，輔基為生物素，是一個不可逆反應。第27頁，共40

12、頁。（2）合成階段 以軟脂酸為例催化該合成反應的是一個多酶體系，共有七種蛋白質參與反應，以沒有酶活性的脂?；d體蛋白（ACP）為中心，組成一簇。第28頁，共40頁。1）乙酰-ACP和丙二酸單酰-ACP在?；?丙二酸單酰-ACP縮合酶的催化下，縮合形成乙酰乙酰-ACP，釋放出游離的ACP和CO2。2）乙酰乙酰-ACP在b-酮脂酰-ACP還原酶的作用下，還原生成D-b-羥脂酰-ACP，NADPH作還原劑。3）D-b-羥脂酰-ACP在羥脂酰-ACP脫水酶的作用下形成烯脂酰-ACP。4）在烯脂酰-ACP還原酶的作用下，烯脂酰-ACP被還原成丁酰-ACP，反應中NADPH作還原劑。第29頁，共40頁。第

13、30頁，共40頁。此時，軟脂酰-ACP分子不再接受酰基-丙二酸單酰-ACP縮合酶的催化作用，而受到硫脂酶的作用，水解為軟脂酸和ACP。因此，不再依此程序進一步延伸。第31頁，共40頁。軟脂酸合成的反應式為 第32頁，共40頁。（二）線粒體增鏈途徑 在大多數情況下僅限于合成軟脂酸。此外軟脂酰CoA對脂肪酸的合成具有反饋抑制作用。C16以上的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的合成是在線粒體或內質網膜的胞質一側進行的，其合成酶系存在于線粒體和內質網中。第33頁，共40頁。第34頁，共40頁。三、不飽和脂肪酸的生物合成 不飽和脂肪酸的生物合成是在去飽和酶系的作用下，在原有飽和脂肪酸中引入雙鍵的過程。去飽和作用

14、也是在內質網膜上進行的。動物細胞中含有很多催化雙鍵形成的去飽和酶，但只能催化遠離脂肪酸羧基端的第九個碳的去飽和，九碳以上的去飽和只有植物中的去飽和酶能催化。第35頁，共40頁。四、脂肪的合成a-磷酸甘油 脂酰CoA 第36頁，共40頁。脂肪酸的合成代謝是由二碳單元縮合的一系列反應組成，脂肪酸的合成代謝不是分解代謝的逆反應，二者之間的主要差異在于：1）脂肪酸的合成代謝發(fā)生在胞質溶膠中，而分解代謝是在線粒體基質中進行。2）脂肪酸的合成代謝使用NADPH作為還原劑，而b-氧化作用產生NADH。3）脂肪酸在其合成過程中是以共價鍵連接到?；d體蛋白（acyl carrierprotein，ACP）的巰基

15、上，而分解代謝的中間產物是與CoA相接的。4）較高級生物脂肪酸合成的酶活性存在于一條單一的多肽鏈內，稱為脂肪酸合成酶系，而在b-氧化作用中各個酶的活性是由分離的酶實現(xiàn)的。第37頁，共40頁。第38頁，共40頁。思考題1.計算一分子硬脂酸徹底氧化生成CO2和H2O，產生的ATP分子數，并計算每克硬脂酸徹底氧化產生的自由能。2.b-氧化降解過程如何？試比較脂肪酸合成與脂肪酸b-氧化的異同。3.乙酰輔酶A羧化酶在脂肪酸合成中起著調控作用，試述這個調控機制。4.說明生物素為什么會影響生物膜的通透性？5.什么是人體必需脂肪酸？有哪些？6.乙酰輔酶A在參與脂肪酸合成之前需發(fā)生哪些轉化反應？第39頁，共40頁。7.不飽和脂肪酸經b-氧化分解與飽和脂肪酸有何不同？8.為什么貯