动物生物化学10脂类代谢

第第 10章章 脂代谢脂代谢Metabolism of Lipids本章主要内容：4 脂类的生理功能4 脂肪的分解代谢4 脂肪的合成代谢4 脂肪代谢的调节4 类脂的代谢4 脂类在体内的转运 1、脂类的生理功能动物机体的脂类（ lipids） 分为脂肪和类脂两大类脂肪指甘油三酯 （ Triglyceride, TG)， 主要是储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），还有其他的脂溶性分子F 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 .F 脂肪还有抵御寒冷和固定保护内脏的作用F 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F 一些脂类分子是重要的生理活性分子如 必需脂肪酸 （ essential fatty acids） 为多不饱和脂肪酸，动物机体自身不能合成，须从食物中摄取，如亚油酸（ 18： 2），亚麻油酸（ 18： 3）和花生四烯酸（ 20： 4）等。可以转变为细胞膜的成分，以及前列腺素，白三烯和血栓素等活性分子。F 肌醇磷脂、甘油二酯等又是第二信使。2、脂肪的分解代谢2.1 脂肪的动员 ( adipokinetic action）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。 2.2 甘油的分解按糖代谢途径进行分解注意，甘油必须从脂肪组织中转运到肝脏分解，因为催化甘油磷酸化的甘油激酶为肝脏、 肾中 特有上述反应过程中，实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成。 FA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2.3、脂肪酸的分解代谢Knoop实验 用苯环标记末端的偶数或奇数脂肪酸饲喂狗，然后分析其尿中的代谢产物2.3.1 脂肪酸的 -氧化脂肪酸的分解氧化发生在 -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。F 脂肪酸的活化 生成脂酰 CoA以 16个碳原子的偶数饱和脂肪酸 软脂酸（又称棕榈酸）为例RCH2CH2CH2COOH（ 16： 0） + HSCoA + ATPRCH2CH2CH2CO-ScoA + AMP + PPi催化该反应的酶为 脂酰 CoA合成酶 （硫激酶），注意 消耗了一个 ATP分子中的 2个高能键 F 转移 从胞液到线粒体F 脱氢、加水、脱氢、硫解 循环往复以 软脂酸为例的能量计算软脂酸（ 16： 0） + 8HSCoA + 7NAD+7FAD+7H2O8乙酰 CoA+7NADH2+7FADH28乙酰 CoA 80ATP7NADH2 17.5ATP7FADH2 10.5ATP总计 =108-2=106ATP（ 注意： -2 ）-氧化： 在动物体中， C10 或 C11脂肪酸的碳链末端碳原子（ -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 -氧化，最后生成的琥珀酰 CoA可直接进入 TCA。 如海洋微生物降解污染的石油。-氧化： 在植物种子萌发时，脂肪酸的 -碳被氧化成羟基，生成 -羟基酸。 -羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。上述反应由单氧化酶催化，需要有 O2、 Fe2+和抗坏血酸等参加。2.3.2 其他氧化方式2.4、不饱和脂肪酸的分解有两个酶是必需的：烯脂酰 CoA异构酶催化双键从顺式转变为反式羟脂酰 CoA差向酶催化羟基从 D（ -） 转变为 L（ +）2.5、奇数脂肪酸的代谢 在反刍动物一半以上的血糖来自丙酸的异生作用 .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%2.6、酮体的生成与利用生酮作用（ ketogenesis）场所：肝脏线粒体原料：乙酰 COA关键酶： -羟 -甲基戊二酸单酰 CoA（HMGCoA） 合成酶（肝中）解酮作用（ ketolysis）由于肝内缺乏分解酮体所需要的硫激酶，酮体的分解须在肝外组织中进行（ 转硫酶的作用相当于硫激酶 ），最终转变成乙酰 CoA进入三羧酸循环途径氧化供能。脱氢酶琥珀酰 CoA转硫酶硫解酶-羟丁酸乙酰乙酸乙酰 CoA酮体的生理意义与酮病 （ ketosis）肌肉组织对脂肪酸的利用是有限的，而酮体分子小，水溶性，是易于利用的能源分子。如心肌、肾皮质、长时间运动中的骨骼肌都可以利用酮体。 大脑不能直接利用脂肪酸。饥饿引起血糖水平降低时，大脑转而利用酮体以减少对葡萄糖的依赖。过多的脂肪摄入，长期饥饿，葡萄糖供应短缺（常见于高产乳牛，妊娠期的母畜等），导致脂肪大量动员，产生过量的乙酰 CoA， 可缩合成酮体。在糖尿病人，一方面糖的大量损失，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。甘油的来源糖代谢的中间产物磷酸二羟丙酮可以还原成 3-磷酸甘油脂肪酸的来源由乙酰 CoA为原料，在胞液中进行，乙酰 CoA首先应从线粒体转运到胞液，由脂肪酸合成酶系催化合成。3、脂肪的合成代谢乙酰 CoA的转运 从线粒体到胞液 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“柠檬酸 -丙酮酸途径 ”(准备原料 )合成丙二酸单酰 CoA在脂肪酸的合成过程中，原料乙酰 CoA要羧化转变为丙二酸单酰 CoA（ 3C单位），这需要 CO2参与。反应如下：这个反应是脂肪酸合成途径的限速反应， 乙酰 CoA羧化酶 需 柠檬酸 激活，可 被长链脂酰 CoA抑制 ,生物素作为辅酶 ,消耗 ATP (2C的供体是个 3C单位 )脂肪酸合成的多酶复合体系(包括 7个酶和一个脂酰基载体蛋 ACP)1 脂酰基转移酶2 丙二酸单酰 -ACP酰基转移酶3 酮脂酰 -ACP合成酶 （ -SH）4 酮脂酰 -ACP还原酶5 羟脂酰 -ACP脱水酶6 烯脂酰 -ACP还原酶7 硫酯酶脂酰基载体蛋白 ACP（ -SH）ACP 的活性臂结构与 CoA相似 乙酰 CoA-ACP酰基转移酶 丙二酸单酰 CoA-ACP酰基转移酶 - 酮脂酰 -ACP合成酶 (缩合酶 ) - 酮脂酰 -ACP还原酶 - 羟脂酰 -ACP脱水酶 烯脂酰 -ACP还原酶脂肪酸合成过程 乙酰 CoA作起始物丙二酸单酰 CoA作为 2C供体脂肪酸的合成可以简述如下：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 CO2）， 使其烃链延长 2个碳原子，经过还原 -脱水 -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。软脂酸合成的总反应注意：反应所需要的大量 NADPH有两个来源， 8个来自乙酰 CoA转运时的转氢反应， 6个来自磷酸戊糖途径8乙酰 CoA + 14NADPH+H+ 7ATP + H2O 棕榈酸 + 8HSCoA + 14NADP+ + 7ATP + 7Pi注意比较脂肪酸合成过程与 - 氧化过程在酶、辅酶、脂酰基载体、激活剂和抑制剂，细胞定位等的异同在哺乳动物，脂肪酸合成酶复合体系是具有种酶活性和 ACP功能并由一个基因编码的肽链，分子量 250kD, 两条相同肽链形成二聚体。合成脂肪酸的反应由两条肽链协同进行。不饱和脂肪酸的形成动物细胞脂肪酸的去饱和在微粒体系统，有脂肪酸的 4 ， 5， 8 ， 9脱饱和酶，但缺乏 9以上的脱饱和酶。动物体内主要的不饱和脂肪酸是油酸（ 18： 1）和棕榈油酸（ 16： 1）硬脂酸的脱饱和脂肪酸烃链的延长微粒体系统（内质网系）类似于软脂酸合成以软脂酸为基础 , 以丙二酸单酰 CoA为 C供体 , 以 CoA为酰基载体 , NADPH供氢 ,