脂類代謝的合成與分解

關(guān)于脂類代謝的合成與分解第1頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂類（lipids，或稱脂質(zhì)），是一類不溶于水而溶于非極性溶劑的生物有機(jī)分子。第2頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂類按化學(xué)組成分類單純脂類（simplelipid）：由脂肪酸和醇（甘油或高級一元醇）形成的酯，如酰基甘油、蠟；復(fù)合脂類（complexlipid）：除脂肪酸與醇所組成的酯外，還含有其他成分，如磷脂、糖脂、硫脂等；異戊二烯脂：不含脂肪酸，如萜類、甾醇類（固醇類）化合物。FAFAFA

甘油FAFAPiX

甘油X=膽堿、水、乙醇胺、絲氨酸、甘油、肌醇等甘油三酯甘油磷脂第3頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三①貯存脂質(zhì)（storagelipid）：如脂酰甘油和蠟，是生物體的重要能源，且能量高度集中，所占體積最??；在機(jī)體表面的脂類還有防止機(jī)械損傷和熱量散發(fā)的保護(hù)作用；②結(jié)構(gòu)脂質(zhì)（structurallipid）：主要是磷脂，構(gòu)成生物膜的骨架；③活性脂質(zhì)（activelipid）：包括甾醇類和萜類化合物，是生物體內(nèi)某些生理活性物質(zhì)（如類固醇激素、脂溶性維生素）的前體。脂類物質(zhì)按生物學(xué)功能分類第4頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)生物體內(nèi)的脂類物質(zhì)

(了解）脂肪酸單純脂類復(fù)合脂類異戊二烯脂第5頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三一、脂肪酸脂肪酸（fattyacid，F(xiàn)A）是由一條線性長的碳?xì)滏湥ㄊ杷玻┖鸵粋€末端羧基（親水頭）組成的羧酸。1.分類第6頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的共性1.一般為偶數(shù)碳原子；2.絕大多數(shù)不飽和脂肪酸中的雙鍵為順式；3.不飽和脂肪酸雙鍵位置有一定的規(guī)律性：單烯酸的雙鍵位置一般在第9-10C之間；而多烯酸通常間隔3個C出現(xiàn)1個雙鍵；4.動物的脂肪酸是直鏈的，所含雙鍵可多達(dá)6個；細(xì)菌中還含有支鏈的、羥基的和環(huán)丙基的脂肪酸；植物脂肪酸中有含炔基、環(huán)氧基、酮基等；5.脂肪酸分子的碳鏈越長，熔點越高；不飽和脂肪酸的熔點比同等鏈長的飽和脂肪酸的熔點低。第7頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三飽和脂肪酸中每個單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)而整齊有序；不飽和脂肪酸存在雙鍵，可以產(chǎn)生剛性彎曲，因而存在扭曲的空間結(jié)構(gòu)。第8頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三習(xí)慣命名法：以脂肪酸的碳原子數(shù)、來源、性質(zhì)命名簡寫符號：碳原子數(shù)：雙鍵數(shù)（雙鍵的位置）飽和脂肪酸：如軟脂酸（棕櫚酸），16：0；不飽和脂肪酸：如亞油酸，18：2（9，12）。硬脂酸十八烷酸花生酸二十烷酸油酸9-十八碳烯酸（順）2.命名系統(tǒng)命名法：以脂肪酸的碳原子數(shù)、雙鍵的位置命名第9頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三系統(tǒng)命名法：需標(biāo)示脂肪酸的碳原子數(shù)和雙鍵的位置。ω編碼體系：從脂肪酸的碳?xì)滏湹募谆计鹩嬎闫涮荚禹樞颉！骶幋a體系：從脂肪酸的羧基碳起計算碳原子的順序。CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH系編碼系編碼十六碳-7-烯酸十六碳-9-烯酸不飽和脂肪酸的命名第10頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三常見的不飽和脂肪酸第11頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三哺乳類動物體內(nèi)的多不飽和脂肪酸均由相應(yīng)的母體脂肪酸衍生而來。哺乳類動物不能合成ω-6及ω-3系多不飽和脂肪酸，因此，ω-6及ω-3系多不飽和脂肪酸為必需脂肪酸（essentialfattyacid）。必需脂肪酸是指機(jī)體需要，但自身不能合成，必須要靠食物提供的多不飽和脂肪酸。如亞油酸（18：2），α-亞麻酸（18：3）。第12頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三二、單純脂類酰基甘油是甘油與脂肪酸所形成的酯。甘油三酯是（triglyceride）脂類中最豐富的一類，通常稱為脂肪或中性脂。其中不飽和脂肪酸較多時，在室溫下為液態(tài)，稱為油（oil）；若飽和脂肪酸較多時，在室溫下為固態(tài)，稱為脂（fat）。甘油三酯的結(jié)構(gòu)示意圖甘油第13頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三磷酸甘油的生物合成脂肪酸的生物合成脂肪的生物合成第二節(jié)脂肪的生物合成第14頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三一、磷酸甘油的生物合成第15頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三二、脂肪酸的生物合成飽和脂肪酸的從頭合成脂肪酸碳鏈延長去飽和生成不飽和脂肪酸第16頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三（一）飽和脂肪酸的從頭合成脂肪酸合成的原料：乙酰CoA（主要來自線粒體內(nèi)的丙酮酸氧化脫羧、脂肪酸β-氧化和氨基酸氧化等反應(yīng)）；細(xì)胞定位：細(xì)胞液中；線粒體中的乙酰CoA需通過檸檬酸-丙酮酸循環(huán)（或稱擰檬酸穿梭系統(tǒng)）運(yùn)到胞液中，才能供脂肪酸合成所需。酶：脂肪酸合成酶系催化。脂肪酸合成的直接產(chǎn)物：軟脂酸（16C）或16C以下的飽和脂肪酸。第17頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三1.乙酰CoA的轉(zhuǎn)運(yùn)—從線粒體到胞液①酵解②丙酮酸脫氫酶系③檸檬酸合酶④檸檬酸裂解酶⑤蘋果酸脫氫酶⑥蘋果酸酶(以NADP+為輔酶的蘋果酸脫氫酶)⑦丙酮酸羧化酶⑧乙酰CoA羧化酶檸檬酸-丙酮酸循環(huán)第18頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三2.丙二酸單酰CoA的合成：在關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的催化下，將乙酰CoA羧化為丙二酸單酰CoA。反應(yīng)不可逆，是合成脂肪酸的限速步驟第19頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三乙酰CoA羧化酶大腸桿菌中，乙酰CoA羧化酶由三個亞基組成：生物素羧化酶（biotincarboxylase，BC）羧基轉(zhuǎn)移酶（carboxyltransferase，CT）生物素羧基載體蛋白（biotincarboxylcarrierprotein，BCCP）生物素在羧化反應(yīng)中起固定CO2

（以HCO3-形式）和轉(zhuǎn)移羧基的作用。第20頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三3.脂肪酸合成循環(huán)脂肪酸合成時碳鏈的縮合延長過程是一循環(huán)反應(yīng)過程。每經(jīng)過一次循環(huán)反應(yīng)（縮合、還原、脫水、再還原），延長兩個碳原子。合成反應(yīng)由脂肪酸合成酶系催化。第21頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸合成酶系結(jié)構(gòu)模式①乙酰CoA-ACP脂酰基轉(zhuǎn)移酶②β-酮脂酰ACP合成酶③丙二酸單酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶④β-酮脂酰ACP還原酶

⑤β-羥脂酰ACP脫水酶⑥β-烯脂酰ACP還原酶

在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一種由1分子?；d體蛋白（acylcarrierprotein,ACP）和6種酶單體所構(gòu)成的多酶復(fù)合體。第22頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三兩個階段：（1）酰基轉(zhuǎn)移階段；（2）循環(huán)階段：縮合、還原、脫水和再還原。第23頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三第24頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三7乙酰CoA＋7CO2＋7ATP→7丙二酸單酰CoA+7ADP+7Pi8乙酰CoA＋14NADPH＋14H++7ATP→軟脂酸＋14NADP+＋7CO2＋7H2O＋8CoA-SH+7ADP+7Pi軟脂酸合成的總反應(yīng)：7次循環(huán)乙酰CoA＋7丙二酸單酰CoA＋14NADPH＋14H+→軟脂酸＋7CO2＋8CoA-SH+14NADP+＋6H2O第25頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三合成起始物為乙酰CoA，與丙二酸單酰CoA（3C單位）提供的乙?；s合（同時釋CO2），使其烴鏈延長2個碳原子，經(jīng)過還原-脫水-再還原的循環(huán)往復(fù)，脂肪酸的烴鏈不斷延長。

大多數(shù)生物合成終產(chǎn)物為軟脂酸，這是由β-酮脂酰-ACP合成酶對鏈長專一性所定的，該酶對C2-C14脂?；哂写呋钚浴Ｖ舅釓念^合成需要短的脂酰CoA作為引物，主要引物為乙酰CoA；逐漸增加的二碳單位來自丙二酸單酰CoA。還原劑NADPH+H+

由檸檬酸穿梭（乙酰CoA自線粒體運(yùn)送到細(xì)胞液的過程）及磷酸戊糖途徑提供。小結(jié)第26頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三1.

脂肪酸碳鏈的延長(了解)（二）飽和脂酸酸的碳鏈延長

和不飽和脂肪酸的生成軟脂酰CoA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。第27頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2.不飽和脂肪酸的合成（了解）在去飽和酶系的作用下，在已合成的飽和脂肪酸中引入雙鍵的過程。第28頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三肝臟和脂肪組織是合成甘油三酯最活躍的組織。高等植物細(xì)胞中油體是合成和貯存甘油三酯的重要場所。微生物含甘油三酯較少。高等動植物合成甘油三酯需要兩種主要前體，即3-磷酸甘油和脂酰CoA

。三、脂肪（甘油三酯）的生物合成

第29頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的活化第30頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三甘油三酯（脂肪）的合成途徑第31頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)脂肪的分解代謝與轉(zhuǎn)化甘油三酯的分子結(jié)構(gòu)

脂肪的水解甘油的分解與轉(zhuǎn)化脂肪酸的降解與轉(zhuǎn)化第32頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三一、脂肪的水解（了解）在動物消化道內(nèi)有脂肪酶，分解食物中的脂肪，在被吸收之前約95%脂肪被水解。植物的脂肪酶存在于脂體、油體及乙醛酸循環(huán)體中，油料種子發(fā)芽時，貯藏在種子內(nèi)的脂肪在脂肪酶作用下發(fā)生分解，供幼苗生長之需。第33頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三二、甘油的分解與轉(zhuǎn)化上述反應(yīng)過程中，實線為甘油的分解，虛線為甘油的合成。第34頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的-氧化

α-氧化

ω-氧化

三、脂肪酸的降解與轉(zhuǎn)化第35頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三（一）脂肪酸的-氧化

概念：脂肪酸在體內(nèi)氧化時在羧基端的β-碳原子上進(jìn)行氧化，碳鏈逐次斷裂，每次斷下一個二碳單位，即乙酰CoA，該過程稱作β-氧化。組織：除腦組織外，大多數(shù)組織均可進(jìn)行，其中肝、肌肉最活躍。第36頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三實驗證據(jù)：1904年F.Knoop用苯環(huán)標(biāo)記脂肪酸飼喂狗，根據(jù)尿中產(chǎn)物，推導(dǎo)出了β-氧化學(xué)說。-CH2-(CH2)2n+1-COOH-CH2-(CH2)2n-COOH-COOH（苯甲酸）-CH2COOH（苯乙酸）奇數(shù)碳原子：偶數(shù)碳原子：第37頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三ba脂肪酸的分解氧化是從羧基端β-碳原子，碳鏈逐次斷裂下一個2C單位第38頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三1.脂肪酸的活化：線粒體外的脂酰CoA合成酶（硫激酶）催化脂肪酸與CoA-SH生成活化的脂酰CoA。反應(yīng)不可逆注意：消耗了一個ATP分子中的2個高能鍵第39頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三2.脂酰CoA進(jìn)入線粒體脂肪酸氧化的酶系存在線粒體基質(zhì)內(nèi)，但胞漿中活化的長鏈脂酰CoA（12C以上）卻不能直接透過線粒體內(nèi)膜，必須與肉堿（肉毒堿，carnitine）結(jié)合成脂酰肉堿才能進(jìn)入線粒體基質(zhì)內(nèi)。反應(yīng)由兩種肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化。RCO-SCoACoA-SH肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶(CH3)3N+CH2CHCH2COOHOH肉堿(CH3)3N+CH2CHCH2COOHRCO-O脂酰肉堿第40頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

此過程為脂肪酸β-氧化的限速步驟肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)脂酰輔酶A進(jìn)入線粒體第41頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三3.

-氧化途徑：由四個連續(xù)的酶促反應(yīng)組成：①脫氫；②水化；③再脫氫；④硫解。第42頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三-氧化循環(huán)的反應(yīng)過程第43頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的-氧化過程第44頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三4.脂肪酸β-氧化的能量生成1分子軟脂酸（16C）活化生成的軟脂酰CoA經(jīng)7次β-氧化，總反應(yīng)式如下:

軟脂酸+8CoA-SH+7FAD+7NAD++7H2O8乙酰CoA+7FADH2+7NADH+7H+1分子軟脂酸徹底氧化共生成:(1.5×7)+(2.5×7)+(10×8)=108分子ATP減去脂肪酸活化時消耗ATP的2個高能磷酸鍵凈生成106分子ATP。第45頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三β-氧化小結(jié)1.脂肪酸的β-氧化主要在線粒體中進(jìn)行。2.脂肪酸僅需一次活化，其代價是消耗2分子ATP。（活化在線粒體外）3.除脂酰CoA合成酶外，其余所有酶都屬于線粒體酶（即β-氧化的酶系存在于線粒體）。4.β-氧化起始于脂酰CoA，包括氧化（脫氫）、水化、氧化（脫氫）、硫解等重要步驟。5.每循環(huán)一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子減少兩個碳原子的脂酰CoA。第46頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸合成與β-氧化比較區(qū)別點合成β-氧化細(xì)胞中發(fā)生部位細(xì)胞液線粒體酰基載體ACP-SHCoA-SH二碳片段的加入與裂解方式丙二酸單酰CoA乙酰CoA電子供體或受體NADPH+H+FAD、NAD+參與酶類六種酶和一個蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物四種酶原料轉(zhuǎn)運(yùn)方式檸檬酸-丙酮酸循環(huán)肉堿穿梭系統(tǒng)對二氧化碳和檸檬酸的需求要求不要求能量變化消耗7個ATP和14NADPH+H+產(chǎn)生106個ATP反應(yīng)歷程縮合→還原

→脫水→再還原

脫氫

→水化→再脫氫

→硫解第47頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三奇數(shù)碳脂肪酸CH3CH2CO~CoA

羧化酶（ATP、生物素）CO2D-甲基丙二酰CoAL-甲基丙二酰CoA消旋酶變位酶5-脫氧腺苷鈷胺素琥珀酰CoATCA5.奇數(shù)碳脂肪酸的氧化脂酰CoA脫氫酶對丙酰CoA不起作用第48頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三6.不飽和脂肪酸的氧化體內(nèi)約有1/2以上的脂肪酸是不飽和脂肪酸，食物中也含有不飽和脂肪酸。這些不飽和脂肪酸的雙鍵都是順式的，它們活化后進(jìn)入β-氧化時，生成Δ3

-順-烯脂酰CoA。烯脂酰CoA水合酶不能作用于該底物，此時需要烯脂酰coA異構(gòu)酶催化使其生成Δ

2-反烯脂酰CoA以便進(jìn)一步反應(yīng)。第49頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三（二）脂肪酸的α-氧化作用脂肪酸氧化作用發(fā)生在α-碳原子上，分解出CO2，生成比原來少一個碳原子的脂肪酸，這