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第五章 脂类代谢,第一节 脂肪的分解代谢 第二节 脂肪的合成代谢 第三节 其它脂类的代谢,简述饱和脂肪酸分解代谢的主要步骤。2006中国科学技术大学,一、脂肪动员,R3-COOH,R1-COOH,CH2-O-C-R1 CH -O-C-R2 CH2-O-C-R3,激素敏感脂肪酶（HSL）,H2O,H2O,H2O,R2-COOH,O,O,O,血 液,脂肪动员的激素调节,腺苷酸 环化酶,磷酸二酯酶,ATP,35-cAMP,5-AMP,PPi,H2O,脂解激素,抗脂解激素,脂肪动员的激素调节,ATP ADP,膜受体通过腺苷酸环化酶的作用途径,Tyr激酶途径,思考题,1mol甘油彻底氧化净生成多少ATP? 以甘油为主要原料合成1分子葡萄糖，需要哪些其它底物，消耗多少能量？,二、甘油的分解和转化,二、甘油的分解和转化,CO2+H2O,丙酮酸,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,H,H,H,H,P,其它脂类,呼吸链,存在于肝、肾、肠中，脂肪及骨骼肌细胞缺乏,18.5,1mol甘油彻底氧化净生成多少ATP?,NADH+H+,ATP,ATP,NADH+H+,ATP,(16.5 ？),-1ATP +2ATP+3NADH+H+乙酰CoA,NADH+H+,偶数C饱和脂肪酸的氧化分解 奇数C原子脂肪酸的氧化分解 不饱和脂肪酸的氧化分解,-氧化作用 -氧化作用 -氧化作用,单不饱和脂肪酸的氧化分解 多不饱和脂肪酸的氧化分解,三、 脂肪酸的氧化分解,CO2,（一）饱和偶数C脂肪酸的彻底氧化分解,1、脂肪酸激活(胞液)：（活化形式脂酰CoA） 2、长链脂酰CoA转运：（10C以下直接进入） 3、-氧化降解 (线粒体): 4、TCA和电子传递及氧化磷酸化 (线粒体):,（一）饱和偶数C脂肪酸的彻底氧化分解,2.脂酰CoA进入线粒体基质示意图,肉毒碱,CoASH,CoASH,线粒体内膜,内侧,外侧,载体,脂肪酸分解的限速酶,（1）脂肪酸-氧化学说的提出,实验设计,苯乙尿酸,马尿酸,意义：1904年 Snoop,3.-氧化,切掉的2碳单位是乙酰CoA，不是醋酸 反应过程中中间代谢物全部结合在辅酶A上 降解的起始需要ATP活化,与现在-氧化学说的差异,基本内容： 脂肪酸降解时从位上将碳原子成对切去乙酸。,（2）-氧化过程和要点,以16C饱和脂肪酸为例脂 肪 酸 氧 化 能 量 计 算,7*（1.5+2.5）+8*10=108 第一步消耗了2个高能磷酸键， 应为108-2=106个高能磷酸键。,经过7次循环，产生7个NADH，7FADH2， 8分子乙酰COA。,1.不饱和脂肪酸 2.奇数碳脂肪酸 3.-氧化作用 4.-氧化作用 5.超长脂肪酸链的-氧化,（二）脂肪酸的其它氧化方式,1.不饱和脂肪酸 比较1mol硬脂酸、油酸、亚油酸彻底氧化分解释放多少能量？,（1）单不饱和脂肪酸的氧化（油酸为例）,释放多少能量,3,12,1mol油酸彻底氧化分解释放多少能量？,硬脂酸氧化释放能量？,总计120mol,油酸和硬脂酸氧化过程的区别？,少1次脱氢，因此少1个FADH2 油酸：120-1.5=118.5,（2）多不饱和脂肪酸的氧化（亚油酸为例）,NADPH+H+,亚油酸和油酸氧化过程的区别？ 与硬脂酸氧化过程的区别？,亚油酸：120-1.5-2.5=116？,与油酸释放能量相同；但多消耗1个NADPH+H+,为什么在反刍动物中丙酸代谢特别重要？ 有个学生只有吃奇数C脂肪酸的习惯，后来医生发现他缺乏维生素B12，因此要他停止这种不良习惯。请问医生治疗方案的生化依据是什么？维生素B12缺乏对脂肪酸代谢造成什么后果？07南京大学,2.奇数C脂肪酸的氧化,解释为什么对糖的摄入不足的爱斯摩人来说，在营养上吃奇数C脂肪酸要比吃偶数C脂肪酸更好一些？ 两组大鼠进行实验：一组每天喂食正庚酸（7：0）为唯一碳源；二组喂食正辛酸（8：0）。一个月后一组大鼠生长健康，体重增加；二组却因肌肉萎缩而体重减轻。试解释出现差别的原因。 09南京大学 奇数碳脂肪酸可以经丙酸生糖，偶数碳脂肪酸彻底氧化生成的乙酰辅酶A，在动物体内只能氧化或合成脂肪及酮体、胆固醇等。,奇数碳脂肪酸：陆地生物较少，一些植物、海洋生物、石油酵母中较多。 反刍动物瘤胃中发酵产生大量丙酸,2.奇数C脂肪酸的氧化,17个碳直链脂肪酸的氧化 （1）-氧化 7乙酰CoA + 丙酰CoA （2）丙酰CoA的代谢,丙酰-CoA的代谢途径一,D-甲基丙二酰CoA,琥珀酰CoA,丙酰CoA羧化酶,5-脱氧腺苷钴胺素,ATP、CO2 生物素,CoB12,L-甲基丙二酰CoA,消旋酶,丙酮酸羧化支路,PEP Pyr 乙酰CoA,糖,丙酸,硫激酶,ATP、CoASH,丙酸代谢的代谢途径二-羟丙酸支路途径,脂酰COA脱H酶,FAD FADH2,烯脂酰COA水化酶,H2O,水解酶,H2O HSCOA,脱氢酶,NAD+ DADH+H+,脱氢酶,NADP+ CO2+NADPH+H+,HSCOA,解释为什么对糖的摄入不足的爱斯摩人来说，在营养上吃奇数C脂肪酸要比吃偶数C脂肪酸更好一些？ 两组大鼠进行实验：一组每天喂食正庚酸（7：0）为唯一碳源；二组喂食正辛酸（8：0）。一个月后一组大鼠生长健康，体重增加；二组却因肌肉萎缩而体重减轻。试解释出现差别的原因。 09南京大学,丙酰CoA转变为琥珀酰CoA有两方面作用： 经糖异生转变为糖补充血糖、也可转变为某些氨基酸。 回补了TCA，保障TCA的顺利进行，有利于乙酰CoA分解释放能量。,（少一个C原子）,-氧化的可能反应历程,3.饱和脂肪酸的-氧化作用,（1）奇数碳脂肪酸的形成和降解； （2）含甲基的支链脂肪酸的降解（植烷酸）； 哺乳动物将植物中植醇降解就是通过这种途径而实现的 （3）过长的脂肪酸（如C22、C24）的降解（过氧化物酶体） （4）动物中某些脑苷脂和神经节苷脂中的-羟脂肪酸,脂肪酸的a-氧化作用的意义,植烷酸的-氧化作用,植烷酸,降植烷酸,羟化,氧化脱羧,脱氢,CO2,CH3(CH2)n COO-,HOCH2(CH2)n COO-,OHC(CH2)n COO-,-OOC(CH2)n COO-,O2,NAD(P) +,NAD(P)H+H+,NADP +,NADPH+H+,NAD(P) +,NAD(P)H+H+,混合功能氧化酶,醇酸脱氢酶,醛酸脱氢酶,双向-氧化,琥珀酰CoAn乙酰CoA,4. 脂肪酸的- 氧化途径（肝、植物及细菌）,呼吸链和 氧化磷酸化,（1）动物肝、肾细胞的内质网上10-12碳以下的脂肪酸常通过w-氧化途径降解。 （2）植物体内在w-端具有含氧基团（羟基、醛基或羧基）的脂肪酸（角质层或细胞壁的成分）大多也是通过w-氧化作用生成的。 （3）一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产物，这种降解过程首先要进行w-氧化作用，生成二羧基脂肪酸后再通过b-氧化作用降解，如海洋中的某些浮游细菌可降解海面上的浮油，其氧化速率可高达0.5克/天/平方米。,大于18C的脂酰CoA难以进入线粒体进行- 氧化，但可以进入过氧化物酶体或乙醛酸循环体进行- 氧化。与线粒体中-氧化十分相似，区别如下：,5. 超长脂肪酸的- 氧化途径,酶不同,乙酰CoA去向不同,FADH2去向不同,NADH去向不同,（三）乙酰CoA的代谢结局,肌肉细胞,肝脏,脂肪组织,（四）酮体的生成和利用,动物肌肉中乙酰COA可以进入TCA。 动物肝、肾组织（特别是饥饿、禁食、糖尿病） 线粒体内乙酰COA进入酮体的合成：,1.酮体生成的原因,TCA,乙酰CoA,OAA,呼吸链,G,酮体的合成,脂肪酸,2.酮体的生成,脂肪酸,硫解酶,乙酰乙酰CoA,-氧化,CoASH,-羟-甲基-戊二酸单酰CoA（HMGCoA）,*,乙酰CoA,3.酮体的利用,-氧化,乙酰乙酸,脱氢酶,NADH+H+,NAD+,-羟丁酸,乙酰乙酰CoA,-酮酯酰CoA转移酶,琥珀酰CoA,琥珀酸,O2,（琥珀酰CoA转硫酶）,-,羟丁酸脱氢酶,酮体生成和利用的特点,琥珀酰CoA转硫酶主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中. 酮体在肝脏合成，但肝脏缺乏利用酮体的酶（琥珀酰CoA转硫酶），不能利用酮体。 因此酮体生成后进入血液，输送到肝外组织利用。,肝内生酮肝外用,4.酮体生成的生理意义：,（1）在正常情况下，酮体是肝脏输出能源的一种形式（肝脏向肝外组织提供的第二能源）。,（2）在禁食、饥饿、应激及糖尿病等疾病情况下，心、肾、骨骼肌摄取酮体作为重要的替代燃料，为心、脑等重要器官提供必要的能源并可防止肌肉蛋白的过多消耗。 长期饥饿时，酮体供给脑组织5070%的能量 （3）分子小，溶于水，可透过血脑屏障及毛细血管，供应脑能量所需,当肝内产生酮体超过肝外组织氧化酮体的能力时，血中酮体蓄积，称为酮血症；尿中有酮体排出，称酮尿症。二者统称为酮体症(酮症)。 酮症可导致代谢性酸中毒，称酮症酸中毒，严重酮症可导致人死亡。 长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，酮体生成增多。,5.酮症及其产生原因：,为什么说动物奇数脂肪酸（的分解产物）“既生糖又生酮”？简述其分解的主要产物是什么？以及这些产物形成糖和酮体的过程。06上海交大,一个农家的女孩饮食均衡，但仍然表现出轻度的酮症。作为儿科医生正怀疑她患某些糖代谢先天性酶缺损时，突然发现女孩的奇数碳原子脂肪酸的代谢不如偶数碳脂肪酸，并发现她经常偷吃生鸡蛋。请你对她的症状做出解释。,生鸡蛋清中有抗生物素蛋白使生物素失活。而生物素是羧化酶的辅酶，影响丙酮酸羧化酶和丙酰CoA羧化酶活性。,丙酰CoA羧化酶是奇数C脂肪酸产物丙酰CoA生成琥珀酰CoA所必需的，故而会导致奇数碳原子脂肪酸的代谢异常。,丙酮酸羧化酶的产物为OAA，故缺乏辅酶不能回补TCA ，造成乙酰CoA不能进入TCA，而更多进入酮体合成。,脂肪是否能将脂肪（净）转变为糖？,区分脂肪降解的不同结构单元 区分生物种类,脂肪降解的不同结构单元：甘油、脂肪酸。,植物、微生物脂肪酸代谢产生的乙酰CoA经乙醛酸循环异生为糖。区分脂肪的不同结构单元,动物体内：甘油是糖异生的前体，可以转变为糖；脂肪酸能否转变为糖决定于是奇数还是偶数脂肪酸。即乙酰CoA不能净生成糖，而丙酰CoA可以。,乙酰CoA不能净生成糖，而丙酰CoA可以,关键看有无的损失？,第二节 脂肪的合成代谢,一、脂肪酸的合成 二、 3-P甘油的来源 三、 三 酰 甘 油 的 生 物 合 成,一、脂肪酸的合成,（一）脂肪酸合成的特点,1.起始物（引物），每次延长2C 2.短链脂肪酸（动物16C）的合成在细胞质中，碳链的延长在内质网或线粒体上。 3.脂肪酸的从头合成的酶组成特殊 4.哺乳动物的缺陷,（二）软脂酸的从头合成,经透析过的鸽子肝提取液，若提供Mg2+、ATP、NADPH、HCO3-和柠檬酸，将催化乙酰CoA转变为软脂酸。（只考虑本反应） （1）如果提供的HCO3-已用14C标记，在反应中是否会出现其他化合物被标记的现象？在合成产物中有无14C积累。 （2）柠檬酸在反应中起什么作用 （3）该反应可被抗生物素蛋白抑制，说明什么？,丙酮酸,草酰乙酸,柠檬酸,乙酰CoA,NADP+,CO2-NADPH+H+,葡萄糖,CoA,ATP,(1),(2),柠檬酸丙酮酸循环,(3),(4),(5),线粒体基 质,胞 液,乙酰CoA,CO2,1.乙酰CoA的来源和转运（NADPH的次要来源）,线粒体内膜,2.丙二酸单酰ACP的形成：,+,HCO3-,FA合成的限速步骤,能量贮存在丙二酸单酰CoA中，用于后面的缩合反应,大肠杆菌（复合体） 组成：生物素羧化酶（BC） 羧基转移酶（CT） 生物素羧基载体蛋白（BCCP）,乙酰CoA羧化酶-FA合成的限速酶,哺乳类和鸟类（二聚体） 组成：生物素羧化酶（BC） 羧基转移酶（CT） 生物素羧基载体蛋白（BCCP）,在动物和高等植物体内，全由多个亚基组成的寡聚酶，每个亚基兼具上述的三种催化活性，只有当它们聚合程完整的酶后才有活性。,长链脂酰CoA,乙酰CoA羧化酶的调节（动物）,别构调节：原体和聚合体的转变 共价修饰：磷酸化失活（与激素敏感的脂肪酶相反）,柠檬酸：促进无活性的单体聚合成有活性的全酶， 软脂酰COA：促使全酶解体，,植物和细菌的乙酰CoA不受柠檬酸和共价调节,3.FA合成酶系（6种酶+ACP） 不同生物FA合酶的结构,（6种酶+ACP）,（6种酶活+ACP）,（7种酶活+ACP）,TE,TE：软脂酰ACP硫酯酶,脂肪酸合成酶系结构模式（大肠杆菌）,ACP,脂酰基载体蛋白（ACP-SH） 乙酰CoA:ACP转移酶 丙二酸单酰CoA:ACP转移酶 -酮脂酰-ACP合酶 -酮脂酰-ACP还原酶 -羟脂酰-ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶,组成,4-磷酸泛酰巯基乙胺,酰基载体辅酶A-SH与ACP-SH比较:,脂肪酸合成中的酰基载体,脂肪酸分解中的酰基载体,4. 脂肪酸从头合成历程,a、丙二酸单酰ACP的形成,O R-CS合酶,O CH3CHCSACP,|,+,|,|,软脂酸合成的反应流程,进位,链的延伸,水解,丙二酰ACP,装载,-酮脂酰-ACP合酶仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性。,经透析过的鸽子肝提取液，若提供Mg2+、ATP、NADPH、HCO3-和柠檬酸，将催化乙酰CoA转变为软脂酸。（只考虑本反应） （1）如果提供的HCO3-已用14C标记，在反应中是否会出现其他化合物被标记的现象？在合成产物中有无14C积累。 （2）柠檬酸在反应中起什么作用 （3）该反应可被抗生物素蛋白抑制，说明什么？,软脂酸的从头合成与氧化比较:,返回,脂肪酸代谢中关键酶的调节,脂肪酸分解与合成代谢协同受到调节，细胞处于高能量状态时（碳源丰富、还原力充足），则脂肪酸分解受到抑制。,动物的许多细胞不合成脂肪酸，但却有一种特异的乙酰CoA羧化酶（ACC），与正常小鼠相比，缺乏ACC的小鼠能忍受高脂肪食物而不变胖。这种ACC的功能可能是什么？,乙酰CoA羧化酶（ACC）的产物是丙二酸单酰CoA，丙二酸单酰CoA是脂肪酸氧化分解限速酶肉毒碱脂酰基转移酶的别构抑制剂。因此缺乏ACC的小鼠脂肪酸氧化速度快，能忍受高脂肪食物而不变胖。 ACC2的功能是合成丙二酸单酰CoA抑制肉毒碱脂酰基转移酶，从而控制脂肪酸进入线粒体的速度。,NADPH,NADPH,NADH,NADPH,动物内质网,线粒体,几乎是-氧化的逆反应,NADPH,与脂肪酸的合成相似，但酶不同,（三）线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长,（1）线粒体脂肪酸延长酶系: 延长短链脂肪酸，其过程是-氧化逆过程。产物多为硬脂酸，亦可至C24或C26,（2）内质网脂肪酸延长酶系：延长饱和或不饱和长链脂肪酸，其中间过程与脂肪酸合成酶体系相似。除脑组织外一般合成C18,动物体内，软脂酸作为前体合成16C以上更长碳链脂肪酸，需活化成脂酰CoA。,植物延长在胞液中，载体为ACP,（四）不饱和脂肪酸的合成,1.需氧途径(植物、动物),人体内有4 、5 、8 、9 去饱和酶，属于混合功能氧化酶，但10位以后不可形成双键。 植物可以在10位以后形成双键。,动：细胞色素b5zh植：铁硫蛋白,（四）不饱和脂肪酸的合成,1.需氧途径(植物、动物),2.厌氧途径（厌氧微生物）,在脂肪酸从头合成的过程中,当生成-羟葵酰-ACP时，由专一的脱水酶催化脱水，生成、 -烯葵酰-ACP，继续加入二碳单位，可产生单不饱和脂肪酸（不能生成多不饱和脂肪酸）。,二、 3-P甘油的来源,原料: 3- p 甘油+脂酰-CoA（两者都活化）,3-磷酸甘油脱氢酶,NAD+,NADH+H+,甘油激酶,3- p 甘油,1.由糖代谢生成（脂肪细胞、肝）：,2.由脂肪分解形成的甘油,三、 三 酰 甘 油 的 生 物 合 成,1.甘油一酯途径 2.甘油磷酸二酯途径,肝、肾、脂肪组织等,小肠,1CH2OH 转酰酶 CH2OOCR2 R1COO2CH R1COOCH 3CH2OH R2COCoA CoA CH2OH,2-甘油一酯 1,2-甘油二酯,1.甘油一酯途径,CH2OH 转酰酶 CH2OCR1 转酰酶 HOCH HOCH CH2 O P R1COCoA CoA CH2O P R2COCoA CoA,葡萄糖,3-磷酸甘油 1-脂酰-3-磷酸甘油,O,2.甘油二酯途径,人体中葡萄糖能变成脂肪吗？ 控制脂类物质的摄入，不控制碳水化合物和蛋白的摄入同样会胖。,第三节 其它脂类的代谢,一、甘油磷脂的降解 二、甘油磷脂的合成 三、胆固醇的代谢,一、甘油磷脂的降解,存在于细胞溶酶体、蛇、蜂、蝎毒。产物为溶血磷脂2。,存在于细胞膜及线粒体膜、蛇、蜂、蝎毒。产物为溶血磷脂1。急性胰腺炎时，组织中的溶血磷脂A2原被激活。,磷脂酶 A1 :,磷脂酶 A2 :,06科学技术大学,二、甘油磷脂的合成,1.合成部位：,2.合成原料：,甘油、脂肪酸、磷酸盐、胆碱、乙醇胺,丝氨酸、食物,食物或脂肪分解,CTP、ATP、丝氨酸、肌醇等,全身各组织，肝、肾、肠最活跃。,1.合成部位：,2.合成原料：,3. 甘油磷脂合成的基本过程 （1）甘油二酯合成途经：磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺； （2）CDP-甘油二酯合成途径：磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸、心磷脂。,乙醇胺和胆碱的活化,HOCH2CH2NH2,OCH2CH2NH2,磷酸乙醇胺,乙醇胺激酶,ATP ADP,P,SAM,（1）甘油二酯合成途径,SAM,葡萄糖,3-磷酸甘油,磷脂酸,1，2-甘油