第十章-脂代谢.pptx

1、脂类及其生理功能脂肪的分解代谢脂肪的合成代谢,第七章 脂代谢,第一节 脂类及其生理功能,脂类（lipids，或称脂质），是一类不溶于水而 溶于非极性溶剂的生物有机分子，分为脂肪和 类脂两大类。脂肪指甘油三酯（Triglyceride，TG），主要 是贮存脂。类脂是指除脂肪以外的其他脂类，包括磷脂、糖脂、胆固醇及其酯，是组织脂的主要成分。,脂肪的氧化分解为动物机体提供能量来源，脂肪也是,动物的贮能方式，其储量与营养状况有关。脂肪还有抵御寒冷和固定保护内脏的作用。类脂是细胞膜的组成成分，也称组织脂，其组成与营 养状况无关。类脂还能转变为多种生理活性分子，如胆固醇可转变 为性激素、肾上腺皮质激素、V

2、D3、胆汁酸；磷脂的代谢中间物，如肌醇磷脂、甘油二酯等作为第二信使参 与细胞代谢调节。,脂类物质的生物学功能,一、脂肪酸,脂肪酸（fatty acid，FA）是由一条线性长的碳氢链（疏水 尾）和一个末端羧基（亲水头）组成的羧酸。1.分类,脂肪酸的共性,1.一般为偶数碳原子；2.绝大多数不饱和脂肪酸中的双键为顺式；3.不饱和脂肪酸双键位置有一定的规律性：单烯酸的双键 位置一般在第9-10 C之间；而多烯酸通常间隔3个C出现1 个双键；4.动物的脂肪酸是直链的，所含双键可多达6个；细菌中 还含有支链的、羟基的和环丙基的脂肪酸；植物脂肪酸中 有含炔基、环氧基、酮基等；5.脂肪酸分子的碳链越长，熔点越

3、高；不饱和脂肪酸的熔 点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。,饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而整齐有序；不饱和脂肪酸存在双键，可以产生刚性弯曲，因而存在 扭曲的空间结构。,习惯命名法：以脂肪酸的碳原子数、来源、性质命名硬脂酸十八烷酸 花生酸二十烷酸油酸9-十八碳烯酸（顺）系统命名法：以脂肪酸的碳原子数、双键的位置命名简写符号：碳原子数：双键数（双键的位置）饱和脂肪酸：如软脂酸（棕榈酸），16：0；不饱和脂肪酸：如亚油酸，18：2（9，12）。,2.命名,系统命名法：需标示脂肪酸的碳原子数和双键的位置。编码体系：从脂肪酸的碳氢链的甲基碳起计算其碳原子 顺序。编码体系：从脂肪酸的羧基碳起计算碳原子的

4、顺序。CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH,w系编码十六碳-w7-烯酸,D系编码 十六碳-D9-烯酸,不饱和脂肪酸的命名,常见的不饱和脂肪酸,哺乳动物体内只能合成饱和脂肪酸和单不饱和脂 肪酸。哺乳类动物不能合成-6及-3系多不饱和脂肪 酸，因此，-6及-3系多不饱和脂肪酸为必需 脂肪酸（essential fatty acid）。必需脂肪酸是指机体需要，但自身不能合成，必须要 靠食物提供的多不饱和脂肪酸。如亚油酸（18：2），亚麻酸（18：3）和花生四烯酸（20：4）等。,二、单纯脂类,酰基甘油是甘油与脂肪酸所形成的酯。甘油三酯是（triglyceride）脂类中最丰富的一

5、类，通常 称为脂肪或中性脂。其中不饱和脂肪酸较多时，在室温下为液态，称为油（oil）；若饱和脂肪酸较多时，在室温下为固态，称为 脂（fat）。,甘油三酯的结构示意图,甘油,第二节 脂肪的分解代谢,脂肪的动员甘油的代谢脂肪酸的分解代谢甘油三酯的分子结构,脂肪组织中的脂肪在激素敏感脂酶作用下水解为脂肪酸 和甘油并释放入血液供其他组织利用的过程。激素敏感脂 酶受多种激素调控，胰岛素下调，肾上腺素与胰高血糖素 上调激素敏感脂酶的活性。,一、脂肪的动员（adipokineticaction）,上述反应过程中，实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成。,二、甘油的代谢,三、脂肪酸的分解代谢,（一）Knoop实验

6、1904年F.Knoop用苯环标记脂肪酸饲喂狗，根据 尿中产物，推导出了-氧化学说。,-CH2-(CH2)2n+1-COOH,-CH2-(CH2)2n-COOH,-COOH（苯甲酸）,-CH2COOH（苯乙酸）,奇数碳原子：,偶数碳原子：,脂肪酸的分解氧化是从羧基端-碳原 子，碳链逐次断裂下一个2C单位,（二）脂肪酸的b-氧化,脂肪酸的分解氧化发生在羧基端的-碳原子上，每次降解生成一个乙酰CoA和比原来少两个碳原 子的脂酰CoA，如此循环往复。乙酰CoA经过三羧酸循环彻底氧化分解并释放能 量。脂肪酸的氧化在线粒体的基质中进行。,1.脂肪酸的活化：线粒体外的脂酰CoA合成酶（硫激 酶）催化脂肪酸

7、与CoA-SH生成活化的脂酰CoA。,反应不可逆注意：消耗了一个ATP分子中的2个高能键,2.脂酰CoA进入线粒体,肉碱脂酰 转移酶,OH,肉碱,脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞浆中活化的长链脂 酰CoA（12C以上）却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱（肉毒碱，carnitine）结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。反应由两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶和酶）催化。RCO-SCoACoA-SH(CH3)3N+CH2CH CH2COOH(CH3)3N+CH2CH CH2COOH,RCO-O,脂酰肉碱,此过程为脂肪酸-氧化的限速步骤。,肉碱转运脂酰辅酶A 进入线粒体,3.b-氧化途径：,由四个

8、连续的酶促反应组成：脱氢；水化；再脱氢；硫解。,b-氧化循环的反应过程,脂 肪 酸 的b-氧 化,过 程,4.脂肪酸-氧化的能量生成,1分子软脂酸（16C）活化生成的软脂酰CoA经7次-氧化，总反应式如下:软脂酸+8CoA-SH+7FAD+7NAD+7H2O 8乙酰CoA+7FADH2+7NADH+7H+1分子软脂酸彻底氧化共生成:(1.57)+(2.57)+(108)=108分子ATP减去脂肪酸活化时消耗 ATP 的 2 个高能磷 酸键净生成 106 分子ATP。,-氧化小结,脂肪酸的-氧化主要在线粒体中进行；脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗2分子ATP。（活化在 线粒体外）；除脂酰CoA合

9、成酶外，其余所有酶都属于线粒体酶（即-氧 化的酶系存在于线粒体）；-氧化起始于脂酰CoA，包括氧化（脱氢）、水化、氧化（脱氢）、硫解等重要步骤；每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙 酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,酮体（ketone body）是一类小 分子有机酸，是脂肪酸在肝中分 解氧化时产生的特有的中间代谢物，有乙酰乙酸（也有称-酮丁 酸）、-羟丁酸和丙酮。在肝脏 中由乙酰CoA缩合生成，在肝外 组织，如脑、心、骨骼肌中利用。,乙酰乙酸，30%,丙酮，微量,-羟丁酸,70%,四、酮体的生成及利用,生酮作用（ketogenesis）场所：肝脏线粒体,原料：

10、乙酰COA关键酶：-羟-甲基戊二 酸单酰CoA（HMGCoA）合成酶,解酮作用（ketolysis）由于肝内缺乏分解酮体 所需要的 CoA转移酶，酮体的分解须在肝外组 织（心肌、骨骼肌及脑）中进行，最终转变成乙 酰CoA进入三羧酸循环 途径氧化供能。,酮体的生理意义,酮体是脂肪酸在肝脏中氧化分解时产生的正常中 间代谢物，是肝脏输出脂肪能源的一种形式。酮体具水溶性，能透过血脑屏障及毛细血管壁，长期饥饿时，酮体供给脑组织能量。禁食、应激及糖尿病时，心、肾、骨骼肌摄取酮体代替葡萄糖供能，节省葡萄糖以供脑和红细胞 所需，并可防止肌肉蛋白的过多消耗。,酮病（ketosis）,在糖尿病人，一方面糖的大量损

11、失，另一方面由 于草酰乙酸转入异生途径而使三羧酸循环不畅，糖不能有效氧化，促进乙酰CoA累积和酮体的合 成。其结果是酮体在血液中的浓度增加，当超过 肝外组织的利用能力时，引起酮血、酮尿等，以 至酸中毒。,五、奇数脂肪酸 丙酸的代谢,在反刍动物一半以上的血糖来自丙酸的异生作用,六、脂肪酸的其他氧化形式,w-氧化：脂肪酸（12C以 下）的碳链末端碳原子（w-碳原子）可以先被氧 化，形成,-二羧酸。二 羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行 b-氧化。如海洋微生物降解污染的 石油。,a-氧化：脂肪酸氧化作用 发生在-碳原子上，a-碳 被氧化成羟基，生成a-羟 脂肪酸。a-羟脂肪酸可进 一步氧化

12、、脱羧转变成少 一个碳原子的脂肪酸。,七、不饱和脂肪酸的氧化,体内约有1/2以上的脂肪酸是 不饱和脂肪酸，食物中也含有 不饱和脂肪酸。这些不饱和脂 肪酸的双键都是顺式的，它们 活化后进入-氧化时，生成顺 烯脂酰CoA。烯脂酰CoA水合 酶不能作用于该底物，此时需 要异构酶催化使其生成反烯脂 酰CoA以便进一步反应。有两个酶是必需的：烯脂酰CoA异构酶：催化双键从顺式转变为反式 羟脂酰CoA变位酶：催化羟基从D转变为L,一、脂肪酸的生物合成饱和脂肪酸合成脂肪酸碳链延长脱饱和生成不饱和脂肪酸,第三节 脂肪的合成代谢,（一）饱和脂肪酸的合成,脂肪酸合成的原料：乙酰CoA（反刍动物：乙酸乙酰CoA，丁

13、酸丁酰CoA；非反刍动 物：主要来自线粒体内的丙酮酸氧化脱羧）；细胞定位：细胞液中；线粒体中的乙酰CoA需通过柠檬酸-丙酮酸循环（或称拧 檬酸穿梭系统）运到胞液中，才能供脂肪酸合成所需。酶：脂肪酸合成酶系催化。脂肪酸合成的直接产物：软脂酸（16C）或16C以下的 饱和脂肪酸。,1.乙酰CoA转运出线粒体,乙酰CoA的转运 从线粒体到胞液 柠檬酸-丙酮酸循环,酵解 丙酮酸脱氢酶系 柠檬酸合酶 柠檬酸裂解酶 苹果酸脱氢酶苹果酸酶(以NADP+为辅酶的苹果酸脱氢酶)丙酮酸羧化酶 乙酰CoA羧化酶,2.丙二酸单酰CoA的合成：,（2C的供体是个3C单位）脂肪酸合成是二碳单位的延长过程，逐加的二碳单位并

14、不 是直接来源于乙酰CoA，而是乙酰CoA的羧化产物丙二酸 单酰CoA（3C单位），这需要CO2参与。,乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成的限速酶，生物素作为辅 基，需柠檬酸激活，可被长链脂酰CoA抑制。丙二酸单酰CoA可抑制肉碱酰基转移酶I的活性，阻断脂肪 酸进入线粒体的转运，使脂肪酸的氧化分解停止。,3.脂肪酸合成循环,脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环 反应过程。每经过一次循环反应（缩合、还 原、脱水、再还原），延长两个碳原子。合 成反应由脂肪酸合成酶系催化。,脂肪酸合成酶系结构模式,乙酰CoA-ACP酰基转移酶丙二酸单酰CoA-ACP酰基转移酶-羟脂酰-ACP脱水酶,-酮脂酰-ACP合成

15、酶-酮脂酰-ACP还原酶-烯脂酰-ACP还原酶,在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载 体蛋白（acyl carrier protein，ACP）和6种酶单体所 构成的多酶复合体。,与脂酰基形成硫酯键磷酯键,ACP其辅基是4-磷酸泛酰巯基乙胺，-SH是 ACP的活性基团。,高 等生 物的 脂 肪 酸 合 成 酶 系,但在高等动物中，脂肪酸合成酶系则是由一条多肽链构成的多 功能酶（具有7种酶活性和ACP功能），通常以二聚体形式存在 每个亚基都含有一ACP结构域。合成脂肪酸的反应由两条肽链 协同进行。,合成起始物为乙酰CoA，与丙二酸单酰CoA（3C 单位）提供的乙酰基缩合（同时释CO

16、2），使其烃 链延长2个碳原子，经过,还原-脱水-再还原的循环 往复，脂肪酸的烃链不断 延长。在这个过程中，脂 酰基主要与ACP的巯基相 连，最后在硫酯酶作用下 水解生成脂肪酸或者在硫 解酶作用下生成脂酰CoA,8乙酰CoA14NADPH14H+H2O+7ATP,软脂酸14NADP+7CO27H2O8CoA-SH+7ADP+7 Pi,脂肪酸合成酶系,（7次循环）,软脂酸合成的总反应,小结大多数生物合成终产物为软脂酸，这是由-酮脂酰-ACP合成 酶对链长专一性所定的，该酶对C14酰基活性强，不接受C16酰 基。脂肪酸从头合成需要短的脂酰CoA作为引物，主要引物为乙 酰CoA。从脂肪酸的全部合成过程可以看出，脂代谢与糖代谢密切相 关：脂肪酸合成所需要的碳原子、ATP、NADPH、CO2等来自糖的分解代谢。其中还原剂NADPH+H+8 mol由柠檬酸穿梭（乙酰CoA自线 粒体运送到细胞液的过程）提供，其余6 mol来自磷酸戊糖途 径。,脂肪酸合成与-氧化比较,（二）饱和脂酸酸的碳链延长和不饱和脂肪酸的生成,线粒体：类似于-氧化的逆过程以软脂酰CoA为基础，以乙酰CoA为2C供体，以CoA为酰