生物化学（合工大）第十章脂类代谢ppt课件

第十章 脂类代谢 脂类概述脂类概述 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢 脂肪的生物合成脂肪的生物合成 一、脂类概述一、脂类概述 1. 概念 脂类是 脂肪和类脂的总称 ，它是有脂肪酸与 醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类 ，是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛 存在与自然界的一大类物质，它们的化学组成、 结构理化性质以及生物功能存在着很大的差异， 但它们都有一个共同的特性，即可用非极性有机 溶剂从细胞和组织中提取出来。 2. 分类 脂肪 真脂或中性脂肪（甘油三酯） 类脂 磷脂 糖脂 异戊二烯酯 甾醇萜类 甘油磷脂 鞘氨醇磷脂 卵磷脂 脑磷脂 贮藏物质 /能量物质 : 脂肪是机体内代谢燃料的贮 存形式，它在体内氧化可释 放大量能量以供机体利用。 提供给机体必需脂成分 : （ 1）必需脂肪酸 亚油酸 18碳脂肪酸，含两个不饱和键； 亚麻酸 18碳脂肪酸，含三个不饱和键； 花生四烯酸 20碳脂肪酸，含四个不饱和键； （ 2）生物活性物质 激素、胆固醇、维生素等。 3. 脂类的功能 1g 脂肪在体内彻底氧化供能约脂肪在体内彻底氧化供能约 38KJ，而，而 1g 糖彻底氧化仅糖彻底氧化仅 供销能供销能 16.7KJ。 生物体结构物质 （ 1） 作为细胞膜的主要成分 : 几乎细胞所含的磷 脂都集中在生物膜中，是生物 膜 结构的基本组成成分。 （ 2） 保护作用 : 脂肪组织较为柔软，存在于各重 要的器官组织之间，使器官之间 减少摩擦，对器官起保护作用。 用作药物：卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经 衰 弱及动脉粥样硬化的治疗等。 二、脂肪的分解代谢二、脂肪的分解代谢 1.脂肪的水解 酯酶为限速酶 ! 脂肪动员脂肪动员 ：储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶 逐步水解为游离的脂肪酸及甘油，并释入血以供 其他组织氧化利用的过程。 2.甘油的分解甘油的分解 磷酸酯酶 3. 脂肪酸的氧化分解（ - 氧化） 脂肪酸的活化 脂酰 CoA的生成 长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活 化在线粒体外进行。 内质网和线粒体外膜 上的脂酰 CoA合成酶 在 ATP、 CoASH、 Mg2+存 在条件下，催化 脂肪酸活化，生成脂酰 CoA 。 脂酰 CoA的 穿膜（脂酰 CoA进入线粒体） 脂肪酸活化在细胞液中进行，而 催化脂 肪酸氧化的酶系是在 线粒体基质 内，因此 活化的脂酰 CoA必须进入线粒体内才能代 谢。 酯 酰 肉 碱 穿 梭 系 统 肉毒碱脂酰 CoA 转移酶 肉毒碱脂酰 CoA 转移酶 ( 限速酶 ) 移位酶 脂肪酸的 氧化 长链脂酰 CoA的 氧化是在线粒体脂 肪酸氧化酶系作用下进行的， 每次氧化断 去二碳单位的乙酰 CoA，再经 TCA循环完全 氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量。 偶数 碳原子的脂肪酸 氧化最终全部生成 乙酰 CoA。 脂酰 CoA的 氧化反应过程如下： （ 1）脱氢 脂酰 CoA经脂酰 CoA脱氢酶催化，在 其 和 碳原子上脱氢，生成 2反烯脂酰 CoA ，该脱氢反应的辅基为 FAD。 （ 2）加水（水合反应） 2反烯脂酰 CoA在 2 反烯脂酰 CoA水合酶催化下，在双键上加水生成 L- 羟脂酰 CoA。 （ 3）脱氢 L- 羟脂酰 CoA在 L- 羟脂酰 CoA 脱氢酶催化下，脱去 碳原子与羟基上的氢原 子生成 - 酮脂酰 CoA，该反应的辅酶为 NAD+。 （ 4）硫解 在 - 酮脂酰 CoA硫解酶催化下， - 酮脂酰 CoA与 CoA作用，硫解产生 1分子乙酰 CoA 和比原来少两个碳原子的脂酰 CoA。 氧 化 的 生 化 历 程 乙酰 CoA FAD FADH2 NAD + NADH RCH2CH2CO-SCoA 脂酰 CoA 脱氢 酶 脂酰 CoA - 烯脂酰 CoA 水化酶 - 羟脂酰 CoA 脱氢酶 - 酮酯酰 CoA 硫 解酶 RCHOHCH2COScoA RCOCH2CO-SCoA RCH=CH-CO-SCoA + CH3COSCoAR-COScoA H2O CoASH TCA 乙酰 CoA 乙酰 CoA 乙酰 CoA ATP H20呼吸链 H20呼吸链 乙酰 CoA 乙酰 CoA 乙酰 CoA 乙酰 CoA 脂肪酸 - 氧化作用小结 : （ 1）脂肪酸 - 氧化时仅需 活化一次 ，消耗 1个 ATP的 两个 高能键，生成脂酰 CoA 。 （ 2）长链脂肪酸由线粒体外的脂酰 CoA合成酶活化， 经肉碱运到线粒内；中、短链脂肪酸直接进入 线 粒体，由线粒体内的脂酰 CoA合成酶活化。 （ 3） - 氧化包括 脱氢、水化、脱氢、硫解 4个重复 步骤。 (4) 脂肪酸 氧化最终的产物为乙酰 CoA、 NADH和 FADH2。假如碳原子数为 Cn的脂肪酸进行 氧化 ，则需要作（ n/2 1）次循环才能完全分解为 n/2个乙酰 CoA，产生 n/2-1个 NADH和 n/2-1个 FADH2；生成的乙酰 CoA通过 TCA循环彻底氧化成 二氧化碳和水并释放能量，而 NADH和 FADH2则通 过呼吸链传递电子生成 ATP。至此可以生成的 ATP数量为： 以软脂酸（ 16C）为例计算其完全氧化所生成 的 ATP分子数： 4. 脂肪酸的其它氧化分解方式 1)奇数碳原子脂肪酸的分解 丙酰 CoA有两条代谢途径 : 羧化 :丙酰 CoA转化成琥珀酰 CoA， 进入 TCA 。 动物体内存在这条途径，因此，在动物肝脏中奇数 碳脂肪酸最终能够异生为糖。 脱羧 :丙酰 CoA转化成乙酰 CoA， 进入 TCA。 植物、微生物中较普遍。 2）脂肪酸的 - 氧化 （不需活化，直接氧化游离 脂 肪酸） RCH2COOHRCOOH+CO 2 对于降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸、过分长 链脂肪酸（如脑中 C22、 C24） 有重要作用。 3）脂肪酸的 - 氧化 （ 端的甲基羟基化，氧化 成 醛，再氧化成酸） 少数的 12C以下的脂酸可通过 - 氧化途径，产生 二羧酸。 4）不饱和脂肪酸的分解 单不饱和脂肪酸的氧化 油酸的 氧化 : 3顺 2反烯脂酰 CoA异构酶（改变双键位置和顺反构型） 多不饱和脂肪酸的氧化 亚油酸的 氧化 : 3顺 2反烯脂酰 CoA异构酶（改变双键位置和顺 反构型） - 羟脂酰 CoA差向酶（改变 - 羟基构型： DL 型 ） 5. 乙酰 CoA的去路 进入 TCA循环最终氧化生成二氧化碳和 水以及大量的 ATP。 生成酮体参与代谢（动物体内） 脂肪酸 氧化产生的乙酰 CoA，在肌 肉细胞中可进入 TCA循环进行彻底氧化分 解；但在 肝脏及肾脏 细胞中还有另外一条 去路，即形成 乙酰乙酸、 D- 羟丁酸和 丙酮 ，这三者统称为 酮体 。 （ 1）酮体的生成 （肝细胞的线粒体内） 肝脏线粒体中的乙酰 CoA走哪一条途径（生成酮 体或进入 TCA ），主要取决于草酰乙酸的可利用性 。 饥饿状态下，草酰乙酸离开 TCA， 用于异生合成 葡萄糖 。 只有少量乙酰 CoA进入 TCA， 大多数乙酰 CoA用于合成酮体。 酮体的生成过程： 6. 酮体的代谢酮体的代谢 图 酮体的生成 -1 2分子的乙酰分子的乙酰 CoA在肝脏线粒体在肝脏线粒体 -酮酯酰硫解酶酮酯酰硫解酶 的作用下，缩合成的作用下，缩合成 乙酰乙酰乙酰乙酰 CoA，并释放，并释放 1分子的分子的 CoASH。 图 酮体的生成 -2 乙酰乙酰乙酰乙酰 CoA与另一分子乙酰与另一分子乙酰 CoA缩合成缩合成 羟甲基戊二羟甲基戊二 酰酰 CoA（ HMG CoA），）， 并释放并释放 1分子分子 CoASH。 图 酮体的生成 -3 HMG CoA在在 HMG CoA裂解酶催化裂解酶催化 下裂解生成下裂解生成 乙酰乙酸乙酰乙酸 和乙酰和乙酰 CoA。 图 酮体的生成 -4 乙酰乙酸在线粒体内膜 -羟丁酸脱氢酶 作用下，被还原成 -羟丁酸 。 图 酮体的生成 -5 部分乙酰乙酸可自动脱羧而成为部分乙酰乙酸可自动脱羧而成为 丙酮丙酮 。 CH3COCH2COSCoA 乙酰乙酰 CoA CH3COSCoA 乙酰 CoA CH3CCH 2COSCoA OH CH2COOH -羟 -甲基戊二酸单酰 CoA CH3CCH 2COOH OH -羟丁酸 CH3COCH2COOH 乙酰乙酸 CH3COCH3 丙酮 CH3COSCoA 乙酰 CoA CoA-SH 乙酰乙酰 硫解酶 CoA-SH HMG-CoA 合酶 HMG-CoA 裂解酶 NADH+H+ NAD+ - 羟丁酸 脱氢酶 CO2 乙酰乙酸 脱羧酶 关键酶 酮体的生成途径 （ 2）酮体的分解 (肝外） 肝脏是生成酮体的器官，但不能使酮体 进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙 酰 CoA经血液运送到 肝外组织 ，作为它们的 能源，尤其是 肾、心肌、脑 等组织中主要以 酮体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一 步分解成 乙酰 CoA参加三羧酸循环。 n A. 乙酰乙酸 在肌肉线粒体中经 - 酮脂酰 CoA转 移酶催化，能被琥珀酰 CoA活化成乙酰乙酰 CoA 。 n B. 乙酰乙酰 CoA被 氧化酶系中的硫解酶裂解 成乙酰 CoA进入三羧酸循环。 n C. - 羟丁酸 在 - 羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢 生成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰 CoA而被氧化 。 n D. 丙酮 可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳 酸，进而异生成糖。 心、肾、脑 、骨骼肌细 胞 心、肾、 脑细胞 酮体的氧化过程 （ 3）酮体生成的生理意义 酮体是肝输出能量的一种形式 ,为肝外组织 提供可利用的能源。 酮体溶于水，分子小，能通过血脑屏障及肌 肉毛细管壁。脑组织细胞不能氧化脂肪酸，但能 利用酮体。长期饥饿，糖供应不足时，酮体可以 代替葡萄糖 ， 成为脑组织及肌肉的重要能源。 饥饿、糖供给不足或糖尿病： 脂肪动员加强，酮体生成增加，超过肝外组织 氧化能力， “ 酮血症 ” 、 “ 酮尿症 ” 。可引起酸 中毒。 1.脂肪酸的生物合成 生物机体内脂类的合成是十分活跃 的，特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织 和乳腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要 来自糖酵解产生的乙酰 CoA。脂肪酸合成 步骤与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的 生物合成是在细胞液中进行，需要 CO2和 柠檬酸参加；而氧化降解是在线粒体中进 行的。 三、脂肪的生物合成三、脂肪的生物合成 合成过程可以分为三个阶段： （ 1）原料的准备 乙酰 CoA羧化生成丙二 酸单酰 CoA（在细胞液中进行），由乙酰 CoA羧化酶催化，辅基为生物素，是一个 不可逆反应。 乙酰 CoA羧化酶可分成三个不同的亚基 ： 生物素羧化酶（生物素羧化酶（ BC） 生物素羧基载体蛋白（生物素羧基载体蛋白（ BCCP） 羧基转移酶（羧基转移酶（ CT） 乙酰 CoA的穿膜转运： 柠檬酸穿梭系统 肉毒碱转运 （ 2）合成阶段 以软脂酸（ 16碳）的合 成为例（在细胞液中进行）。催化该合成反应 的是一个多酶体系，共有七种蛋白质参与反应 ，以没有酶活性的脂酰基载体蛋白（ ACP）为中 心，组成一簇。 n 原初反应（初始反应） n 原初反应 n 缩合反应 n 还原反应 n 脱水反应 n 还原反应 至此，生成的丁酰 -ACP比开始的乙酰 - ACP多了两个碳原子；然后丁酰基再从 ACP 上转移到 - 酮脂酰合成酶的 -SH上，再重 复以上的缩合、还原、脱水、还原 4步反 应，每次重复增加两个碳原子，释放一分 子 CO2，消耗两分子 NADPH，经过 7次重复 后合成软脂酰 -ACP，最后经硫脂酶催化脱 去 ACP生成软脂酸（ 16碳）。 （ 3）延长阶段（在线粒体和微粒体中进行 ） 生物体内有两种不同的酶系可以催化碳 链的延长，一是线粒体中的 延长酶系 ，另 一个是粗糙内质网中的 延长酶系 。 n 线粒体脂肪酸延长酶系 以乙酰 CoA为 C2供体，不需要酰基载体， 由软脂酰 CoA与乙酰 CoA直接缩合。 n 内质网脂肪酸延长酶系 用丙二酸单酰 CoA作为 C2的供体， NADPH 作为 H的供体 ，中间过程和脂肪酸合成酶 系的催化过程相同。 2. 不饱和脂肪酸的合成 不饱和脂肪酸中