《第十一章脂类的代谢与合成》生物化学课件

第十一章 脂类的代谢与合成 第一节 脂类的酶促水解 第二节 脂肪的分解代谢 第三节 脂肪的合成 第一节 脂类的酶促水解1 能量来源：氧化1克脂肪放出能量约9千卡 ，是蛋白质或糖的近2.0倍 结构物质：如磷脂、糖脂、固醇等是构成 生物膜的重要结构物质 功能物质：如脂肪能够帮助食物中脂溶性 维生素的吸收 脂类的作用 第一节 脂类的酶促水解2 一、脂肪的分解 二、磷脂的分解 三、胆固醇酯的分解 一、脂肪的分解 脂肪 CH2OCOR1 CHOCOR2 CH2OCOR3 R1COO CH2OH CHOCOR2 CH2OCOR3 CH2OH CHOCOR2 CH2OH CH2OH CHOH CH2OH R3COO R2COO 甘油 一酯 甘油 甘油 二酯 + + + 三酰甘 油脂肪 酶 二酰甘 油脂肪 酶 单酰甘 油脂肪 酶 第一步的脂肪酶对激素敏感，是限制酯解速度的限速酶 二、磷脂的分解 磷脂酶 A1(B1) 磷脂酶 A2(B2) 磷脂 酶C 磷脂 酶D 参加磷脂分 解的酶主要 有磷脂酶A1 、A2、B1、 B2、C和D 等。它们对 磷脂分子的 不同部位进 行水解 2 （南大P361） 三、胆固醇酯的分解 胆固醇酯 可由胆固醇酯酶水解为胆固醇和脂肪酸。 第二节 脂肪的分解代谢 一、甘油的氧化 二、脂肪酸的氧化 三、脂肪酸氧化的其他途径 四、酮体的生成和利用 一、甘油的氧化 NADH +H+ NAD+ ATPADP 甘油激酶 磷酸酶 磷酸甘油 脱氢酶 EMP 逆行 EMP 顺行 6P葡萄糖葡萄糖糖原 丙酮酸 乙酰COA CO2 H2O 能量 甘油磷 酸甘油 磷酸二羟丙酮 3磷酸 甘油醛 二、脂肪酸的氧化1（实验1） knoop于1904年开始用苯环作为标记，追踪脂 肪酸在动物体内的转变过程。 实验前提：已知动物体缺乏降解苯环的能力。 实验方案：用五种含碳原子数目不同（1、2、3 、4、5）的苯脂酸饲养动物，收集尿液分析。 实验结果：动物食进的苯脂酸含有奇数碳原子 （苯基的碳原子不计）排出马尿酸；而食进的 苯脂酸含有偶数碳原子则排出苯乙尿酸。 -氧化的实验证据1 二、脂肪酸的氧化1（实验2） -氧化的实验证据2 马尿酸 苯乙尿酸 二、脂肪酸的氧化2（实验3） 实验结论：动物体在进行脂肪酸降解时，是 从羧基端的 位碳原子开始，逐步将碳原子 成对地从脂肪酸链上切下，而不是一个个地 拆除。在这些实验的基础上，他提出了脂肪 酸的 氧化学说。 -氧化的实验证据3 二、脂肪酸的氧化3(概念） R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH 饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端 的位C原子发生氧化，碳链在位C原子与 位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和 较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复 进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化。 二、脂肪酸的氧化4 1944年Leloir证实脂肪酸可以在无细胞体系中 氧化。 Lehniger指出肝脏细胞线粒体中脂肪酸的氧 化包含有“活化的乙酸”参与。 1951年Lynen利用酵母进行研究，证实“活化 的乙酸”是乙酰COA。 1954年脂肪酸氧化作用的基本过程已完全搞 清。 关于-氧化的研究的经历： 二、脂肪酸的氧化5（目录） （一）氧化的反应过程 （二）氧化作用的要点 （三）氧化过程中的能量转变 （一）氧化的反应过程 1脂肪酸的活化 2脂肪酸经线粒体膜外至膜内的转运 3脂肪酸氧化作用的步骤 1脂肪酸的活化1(反应1） 脂肪酸进入细胞后，首先被活化，形成 脂酰COA衍生物。 脂酰COA 合成酶 脂肪酸 脂酰磷酸腺苷 ATP AMP 1脂肪酸的活化1(反应2） 脂酰磷酸腺苷 脂酰COA 1脂肪酸的活化2(酶） 内质网脂酰辅酶A合成酶（acyl-COA synthetase），也称硫激酶，可活化具有12 个碳原子以上的长链脂肪酸。 线粒体脂酰辅酶A合成酶，可活化具有4-10 个碳原子的中链或短链脂肪酸，催化的反应 需ATP参加 。 细胞内有两种活化脂肪酸的酶： 2脂肪酸经过线粒体膜1（总） 脂肪酸的氧化作用是在肝脏及其他组织 的线粒体中进行的。 中短碳链脂肪酸可以直接穿过线粒体膜进入 线粒体内膜。 长链脂肪酸在肉碱的协助下进入线粒体内氧 化。 肉碱是一种载体，可将脂肪酸以脂酰基形式 从线粒体膜外转运到膜内。 2脂肪酸经过线粒体膜2（肉碱） 肉碱 L羟基三甲基铵基丁酸 2脂肪酸经过线粒体膜3（机制） 肉碱 脂酰COA COA 脂酰肉碱 载 体（ 移位酶） 细胞质一侧 线粒体基质一侧 线粒体 内膜 脂酰COA COA 肉碱 脂酰肉碱 脂肪酸透过线粒体膜的机制 2脂肪酸经过线粒体膜4（反应） 肉碱脂酰COA 脂酰肉碱 =0 3脂肪酸氧化作用的步骤1 反式烯脂酰反式烯脂酰CoACoA 1 1，脱氢，脱氢 脂酰脂酰CoACoA - -和和 - -碳原子上各脱去一个氢原子碳原子上各脱去一个氢原子 3脂肪酸氧化作用的步骤2 L(+)-L(+)- - -羟脂酰羟脂酰CoACoA 2 2，水化，水化 反式烯脂酰反式烯脂酰CoACoA 3脂肪酸氧化作用的步骤3 3 3，再脱氢，再脱氢 - -酮脂酰酮脂酰CoACoA L(+)-L(+)- - -羟脂酰羟脂酰CoACoA 3脂肪酸氧化作用的步骤4 -酮脂酰CoA与CoA作用，生成1分子乙酰 CoA和1分子比原来少两个碳原子的脂酰CoA 少了两个碳原子的脂酰CoA ，可以重复上 述反应过程，一直到完全分解成乙酰CoA。 4 4，硫解，硫解 （二）氧化作用的要点 （1）脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗1 个ATP分子的二个高能键，其活化的脂酰COA合 成酶在线粒体外。 （2）脂酰COA合成酶在线粒体外活化的长链 脂酰COA需经肉碱携带，在肉碱转移酶I催化下 进入线粒体氧化。 （3）所有脂肪酸氧化的酶都是线粒体酶 。 （4）氧化包括脱氢水化脱氢硫解 4个复重步骤。 第（1）步氢转递 FADFADH2 H2O+2ATP （三）氧化过程的能量转变1 第（2）步氢转递 NAD+NAD+H+ H2O+3ATP 呼吸链 生成的乙酰辅酶A 12ATP 呼吸链 三羧酸循环 （三）氧化过程的能量转变2 氧化经过7次，生成： 7个FADH2 = 27个ATP 7个NADH = 37个ATP 8个乙酰COA=128个ATP 共计131个ATP 软脂酸开始氧化生成软脂酰COA时消耗2个ATP ，所以，产生129个ATP 以软脂酸（C15H31COOH）为例 三、脂肪酸氧化的其他途径 （1）不饱和脂肪酸的氧化 （2）奇数碳链脂肪酸的氧化 （3）氧化和氧化 （南大P380381自学） 四、酮体的生成和利用1 脂肪酸氧化所生成的乙酰COA在肝脏 中可有两条途径： （1）通过三羧酸循环氧化成CO2、H20， 同时产生能量 （2）生成酮体 四、酮体的生成和利用2 1酮体的生成 2酮体的氧化（分解） 1酮体的生成1 在肝脏中脂肪酸的氧化不很完全，二 分子乙酰辅酶A可以缩合成乙酰乙酰COA ；乙酰乙酰COA再与一分子乙酰COA缩合 成羟甲基戊二酰COA；后者裂 解成乙酰乙酸。乙酰乙酸还可以脱羧生 成酮体（丙酮、 羟丁酸） 。 1酮体的生成2 酮体 2酮体的氧化（分解） 1，在肝脏中形成的乙酰乙酸和羟丁酸入血液循 环到心、胃、脑及肌肉中通过三羧酸循环氧化。 羟丁酸首先氧化成酮酸，然后酮酸在琥珀酰COA转硫酶 （心肌、骨骼肌、肾、肾上腺组织中）或乙酰乙酸硫 激酶（骨骼肌、心及肾等组织中）的作用下，生成乙 酰乙酰COA，再与第二个分子COA作用形成两分子乙酰 COA。乙酰COA进入三羧酸循环而氧化。 2，酮体的另一化合物丙酮除随尿排出外，有一部分 直接从肺部呼出。丙酮在体内也可转变成丙酮酸或甲 酰及乙酰基。丙酮酸可以氧化，也可以合成糖原。 （南大P383图1014） 2酮体的氧化（图解1） CH3COCH2COO OOCCH2CH2COSCOA 琥珀酰辅酶 A转硫酶 CH3COCH2COSCOA OOCCH2CH2COO 乙酰乙酸琥珀酰辅酶A 乙酰乙酰辅酶A琥珀酸 2酮体的氧化（图解2） CH3COCH2COO COASHATP 乙酰乙酸 硫激酶 CH3COCH2COSCOA AMP PPi 乙酰乙酸 乙酰乙酰辅酶A CH3COCH2COSCOA COASH 2CH3COASH 乙酰乙酰辅酶A 辅酶A 乙酰辅酶A 辅酶A 脂肪的分解代谢总结 脂肪代谢主要途径（ 南大P366图103） 第三节 脂肪的合成 一，甘油的生物合成 二，脂肪酸的生物合成 三，脂肪的生物合成 第三节 脂肪的合成 1由糖酵解产生的磷酸二羟丙酮还原而成 2脂肪水解产生的甘油与ATP作用而成 一、甘油的生物合成 磷酸甘油的合成 一、甘油的生物合成（方式1） 1由糖酵解产生的磷酸二羟丙酮还原而成 CH2O- P C=O CH2OH NADH+H+NAD + CH2O- P OHC=O CH2OH 磷酸二羟丙酮 甘油磷酸 脱氢酶 L- 磷酸甘油 一、甘油的生物合成2（方式2） 2脂肪水解产生的甘油与ATP作用而成 ATPADP CH2O- P OHC=O CH2OH 甘油磷 酸激酶 L- 磷酸甘油 CH2OH OHCH CH2OH 甘油 二、脂肪酸的生物合成 （一）饱和脂肪酸的生物合成 （二）不饱和脂肪酸的生物合成 （一）饱和脂肪酸的生物合成 1由非线粒体酶系（细胞浆酶）合成 从头合成 2饱和脂酸碳链延长的合成途径 1由非线粒体酶系从头合成1(1) 生物机体脂类合成是十分活跃的， 特别在高等动物的肝脏、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 产生的乙酰辅酶A，其合成与氧化降 解步骤完全不同，合成是在胞液中进 行，需CO2和柠檬酸参加。 乙酰辅酶A的来源1 1由非线粒体酶系从头合成1(2) 乙酰辅酶A的来源2 柠檬酸 草酰乙酸 丙酮酸 H2O ATP CO2 乙酰辅酶A 丙酮酸羧化酶 线粒体内膜 线粒体基质 胞液 三羧酸载体 柠檬酸 草酰乙酸 乙酰CoA ATP,CoASH 柠檬酸裂解酶 苹果酸 丙酮酸 NADH+H+ NAD+ NADP+ NADPH+H+ CO2 丙酮酸氧化 脂肪酸氧化 氨基酸氧化 苹果酸 脂肪酸合成 苹果酸酶 1由非线粒体酶系从头合成2(总) 即丙二酰COA（C3片段）与乙酰COA（C2片 段）缩合，然后脱羧生成乙酰乙酰基（C4 片段），即延长了2个碳原子，为脂肪酸 合成的第一轮产物。 依此过程合成，就延长了许多碳。但在 丙二酰基及乙酰基合成前均在转酰酶作用 下从辅酶A转移到一种蛋白质，即酰基载 体蛋白（ACP）上。 1由非线粒体酶系从头合成(1) 第一阶段：乙酰COA 丙二酸单酰ACP的生成 （南大P368图104） 第二阶段：丙二酸单酰 ACP丁酰SACP （南大P370图106） 1由非线粒体酶系从头合成(1) CH3-CSCOA+HCO3+ATP = O HOOC-CH2-CSCOA O = +ADP+PiH+ 乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶 乙酰CoA 丙二酸单酰COA 第一阶段1丙二酸单酰COA的生成 1由非线粒体酶系从头合成(2) CH3-CSCOA = O = O COA-SHACP-SH ACPACP乙酰基转移酶乙酰基转移酶 第一阶段2乙酰基转移反应 CH3-CSACPCOA 乙酰COA乙酰COA S-ACP 1由非线粒体酶系从头合成(3) 第一阶段3丙二酸单酰基转移反应 HOOC-CH2-CSCOA+ACP-SH HOOC-CH2-CSACP O = 丙二酸单酰转移酶丙二酸单酰转移酶 HOOC-CH2-CSCOA O = +COA-SH 丙二酸单酰COA 丙二酸单酰-S-ACP 1由非线粒体酶系从头合成(1) 第二阶段1缩合反应 CH3-CS-ACP+ = O HOOC-CH2-CSACP O = CH3-C-CH2-CSACP O = O = +ACP+CO2 丙二酸单 酰-S-ACP 乙酰-S -ACP 脂酰丙二酰脂酰丙二酰 ACPACP缩合酶缩合酶 乙酰乙酰-S-ACP 1由非线粒体酶系从头合成(2) CH3-C-CH2-CSACP O = O = +NADPH+ + H + -酮脂酰酮脂酰- - ACPACP还原酶还原酶 CH3-CH-CH2-CSACP + NADP+ O - OH = -羟丁酰-S-ACP 第二阶段2还原反应 乙酰乙酰-S-ACP 1由非线粒体酶系从头合成(3) 第二阶段3脱水反应 CH3-CH-CH2-CSACP O - OH = -羟丁酰-S-ACP =- C - C=C O - CH3 - H H SACP -羟脂酰羟脂酰- -ACPACP 脱水酶脱水酶 烯丁酰-S-ACP +H2O 1由非线粒体酶系从头合成(4) 第二阶段4再还原反应 +NADPH+H+ 烯酰烯酰- -ACPACP还原酶还原酶 CH3-CH2-CH2-CSACP O = +NADP+ =- C - C=C O - CH3 - H H SACP 烯丁酰-S-ACP 丁酰-S-ACP 1由非线粒体酶系从头合成4 因此软脂酸的从头合成的总反应式为 CH3-CSCOA+ = O +7ATP+14NADPH+14H + C15H31 COO +14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+6H2O +7CO2 7CH2-COSCOA COO 2饱和脂肪酸碳链延长的途径 （南大P372，工科P183184） （二）不饱和脂肪酸的生物合成 1氧化脱氢途径 2氧化、脱水途径 （南大P373374） 1氧化脱氢途径1 NADH+H+NAD+ CH3(CH2)16COOH CH3(CH2)7CH=CH (CH2)7 COOH O2H2O 硬脂酸 油酸 1氧化脱氢途径2 NADH+H+ NAD+ FAD FADH2 NADHCytb5 还原酶 2Fe2+ 2Fe3+ Cytb5 2Fe3+ 2Fe2+ 去饱和酶 不饱和脂酰CoA 饱和脂酰CoA 2H+ +O2 2H2O 2氧化、脱水途径 CH3(CH2) 6CH2 CH2- COOH CH3(CH2)7CH=CH (CH2)7 COOH 油酸 -氧化 CH3(CH2) 6 C CH2 COOH OH H CH3(CH2) 6CH=CHCOOH 脱水 碳链延长 十碳脂酸 羟十碳脂酸 烯十碳脂酸 三、脂肪的生物合成1（三酰甘油 ） 原料: 3- p 甘油+脂酰-CoA 三、脂肪的生物合成2（甘油来源 ） CH2OH C=O CH2O-P - 磷酸二羟丙酮 3磷酸甘油 CH2OH C=O CH2