[理学]第十八章 脂代谢.ppt

第十八章第十八章 脂代谢脂代谢 贮存能量：每克脂肪氧化释放37 kJ,每克糖和蛋 白质氧化释放为16 kJ、17 kJ。 结构成分：甘油磷脂, 鞘磷脂和固醇类是生物膜的 重要成分 。 胞内信使：脂肪酸的某些衍生物担当着激素及胞 内信使的作用。 提供必需脂肪酸 有助于维生素A,D,E,K及胡萝卜素的吸收 润滑剂，防寒剂 合成胆汁酸，VitD3，类固醇激素等 脂类的功能脂类的功能 第一节、脂类在体内的消化和吸收 一.脂肪的消化和吸收 n膳食中的脂肪 （主要为脂肪，少数磷脂和胆固醇） 口腔 胃（少量胃脂肪酶） 乳化剂 肠（胆盐 ） 激活胰脂肪酶 甘油三酯 甘油二酯 甘油一酯 甘油+脂肪酸 FA FA 脂 酶 水解单酰甘油 胆固醇酯酶 水解胆固醇脂 胰磷脂酶 水解磷脂 脂肪吸收部位：十二指肠、小肠 胰脂酶 胰脂酶 脂 酶 二、类脂的消化和吸收 胆盐的作用 乳化剂 激活胰磷脂酶 协助吸收 磷脂酸胆碱 磷脂酶: 甘油磷脂的酯键和磷酸二酯键能被磷 脂酶专一性地水解： A1 分布广 C 细菌等D 植物 A1 A2 A2 主要蛇毒 CD 磷脂酶A2原 磷脂酶A2 溶血卵磷脂 磷脂大多水解后吸收 25在胆盐的协助下不经消化吸收肠壁 重新合成进血液. 胆固醇大多以游离或胆固醇脂(胆盐)形 式吸收 胰蛋白酶激酶(蛇的毒液含类似酶) 三、脂类的运输血浆脂蛋白 脂类在体内的运输都要经血液循环 肠系膜吸收 肝 合 成 脂 类 脂库动员的 脂肪酸 脂蛋白 运输 p402 血浆脂蛋白的分类、化学组成及功能 1脂类的贮存 储存场所：脂肪组织,皮下,肾周围,肠系膜等处 意 义：供能 储存量：因性别,年龄,营养,健康,运动而不同,也受 神经和激素的影响 2. 脂肪动员：脂库中的脂肪经脂肪酶水解而逐步 释放出脂肪酸和甘油入血,供其它组织摄取利用的过程 ，称脂肪动员 二、脂肪的动员 脂肪细胞 p404 3. 3. 甘油三酯的水解甘油三酯的水解: : CH CH 2 2 OOCROOCR 1 1 CH CH 2 2 OOCROOCR 1 1 R R2 2 COO-CH + HCOO-CH + H 2 2 O O 脂肪酶 脂肪酶 R R2 2 COO-CH COO-CH CH CH 2 2 OOCROOCR 3 3 R R3 3 COOHCOOH CH CH 2 2 OHOH （甘油三酯）甘油三酯） （甘油二酯）甘油二酯） CHCH 2 2 OH CHOH CH 2 2 OHOH 甘油二酯脂肪酶甘油二酯脂肪酶 R R 2 2 COO-CH COO-CH 甘油单酯脂肪酶 甘油单酯脂肪酶 HO-CHHO-CH R R 1 1 COOHCOOH CH CH 2 2 OH OH R R 2 2 COOHCOOH CH CH 2 2 OHOH （甘油单酯）甘油单酯） （甘油）甘油） 甘油三酯脂肪酶 甘油三酯脂肪酶是脂肪动员的限速酶,受多种激素 的调控 肾上腺素,生长素,胰高血糖素等促进脂肪分解,又称 脂解激素 脂肪组织 (储存脂肪) 脂蛋白 脂蛋白 肝 脏 脂肪酸清蛋白 组 织 (氧化利用) 乳 糜 微 粒 食 物 脂 肪 糖 储存 动员 转化 储存 消化 吸收 食物消化吸收脂类 氧化产能 糖类 部分氨基酸 储存脂 血脂 分泌(肠道,皮肤) (中性脂肪为主) 组织脂 氧化分解 肝脂 (主要为磷脂) 血脂的来源与去路血脂的来源与去路 4. 4. 甘油的代谢：甘油的代谢： CH CH 2 2 OH OH （glycerokinaseglycerokinase） CHCH 2 2 OHOH HO-CH HO-CH 甘油激酶 甘油激酶 HO-CH HO-CH CHCH 2 2 OH OH ATP ADPATP ADP CHCH 2 2 O O POPO 3 3 2-2- （甘油）甘油） （3 - P-3 - P-甘油）甘油） CHCH 2 2 OHOH 磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶 O = CO = C NAD NAD + + NADH+H NADH+H + + CHCH 2 2 O O POPO 3 3 2-2- （二羟丙酮磷酸）二羟丙酮磷酸） 二羟丙酮磷酸（二羟丙酮磷酸（DHAPDHAP）走向走向: : （1 1）进入进入EMPEMP和和TCATCA循环，氧化为循环，氧化为COCO 2 2 和和H H 2 2 OO （2 2）沿着逆反应重新生成甘油沿着逆反应重新生成甘油 （3 3）经糖异生作用合成葡萄糖）经糖异生作用合成葡萄糖 甘油甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 消耗消耗1 1分子分子ATP,ATP, 产生产生1 1分子分子NADHNADH 一、脂肪酸的活化 脂肪酸进入细胞后,首先在线粒体内外膜间被活化 ：脂酰CoA合成酶催化,由ATP提供能量,将脂肪酸 转变形成脂酰CoA，然后进入线粒体进行氧化 (水解放能) 第二节、脂肪酸的氧化 脂肪酸 的活化 HS- CoA 二、脂酰CoA的转运 肉碱脂酰转移酶催化,完成脂酰CoA向线粒 体内的转运 肉碱-脂酰肉碱转移酶 -氧化作用的试验证据氧化作用的试验证据 试验证据 1904年F.Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗 的实验结果，推导出了-氧化学说。 三、脂肪酸的-氧化 线粒体基质有催化脂肪酸-氧化的酶 脂肪酸的-氧化部位：线粒体基质 -氧化：从脂肪酸的-C上开始氧化,相继 切下二碳单位的降解方式称为-氧化（ Knoop 1904） 脂肪酸的氧化分解过程 脱氢反应 加水 再脱氢 硫解 产物：1分子乙酰CoA 少了2个碳的新脂酰CoA 脱 氢 在脂酰CoA脱氢酶的催 化下,-和-碳原子上 各脱去一个氢原子,生 成反式的,-烯脂酰 CoA,氢受体是FAD。 脂酰CoA脱氢 酶 加 水 在烯脂酰CoA水合酶催 化下水化,生成L(+)- 羟脂酰CoA。 烯脂酰CoA 水合酶 再 脱 氢 -羟脂酰CoA脱氢酶催 化,生成-酮脂酰CoA。 反应的氢受体为NAD+ 。 羟脂酰 CoA 脱氢酶 硫 解 在硫解酶催化下,-酮脂 酰CoA与CoA作用,生成 乙酰CoA和比原来少 两个碳原子的脂酰 CoA。少了两个碳原 子的脂酰CoA,重复上 述反应一直到完全分 解成乙酰CoA。乙酰 CoA大部分进入三羧 酸循环完全氧化。 脂肪酸脂肪酸 - -氧化产生的能量氧化产生的能量 通过-氧化,偶数脂肪酸可完全分解为乙酰CoA. 产能：软脂酸（含16碳）经过7次-氧化,可以生成 8个乙酰CoA,每一次-氧化,生成1分子FADH2和1分子 NADH。 软脂酸完全氧化的反应式为： C16H31CO-SCoA + 7 CoA-SH + 7FAD + 7NAD+ +7 H2O 8CH3CO-SCoA + 7FADH2 + 7NADH + 7 H+ 7*1.5=10.5ATP 活化 7*2.5=17.5ATP 108ATP2ATP=106 ATP 8*10=80 ATP 生理意义：为机体生命活动提供大量的能量 NAD+ NADH+ H+ NADH+H NAD NADH + H + GDP+Pi GTP FADH2 FAD + NAD + CO2 H 2 O CO2 乙酰-CoA (1) (5) (6) (7) (8) (3) (4) (2) 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 -酮戊二酸 琥珀酰-CoA 琥珀酸 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 H O 2 (1) 柠檬酸合酶 (2) 乌头酸酶 (3) 异柠檬酸脱氢酶 (4) -酮戊二酸脱氢酶复合体 (5) 琥珀酰-CoA合成酶 (6) 琥珀酸脱氢酶 (7) 延胡索酸酶 (8) 苹果酸脱氢酶 三羧酸循环三羧酸循环 H2O HSCoA HSCoA HSCoA 一一次底物水平磷酸化 H 2 O H 2 O 二二次脱羧反应 三三个不可逆反应 四四次脱氢反应 12 34 NADH 1.5或2.5 +3 或5 NADH 2.5 + 5 NADH 2.5 +5 NADH 2.5 +5 NADH 2.5 +5 FADH2 1.5 +3 30或32 1.5或2.5 6C 3C 1 ATP 1 ATP 1 GTP(ATP) 2 细胞液 线粒体 线粒体 1 ATP 1 ATP 葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量 一、脂肪酸的活化 二、脂酰CoA的转运 三、脂肪酸的-氧化 回顾：饱和偶数碳脂肪酸的氧化 脱氢 加水 再脱氢 硫解 产物：1分子乙酰CoA 少了2个碳的新脂酰CoA 四、不饱和脂肪酸的氧化四、不饱和脂肪酸的氧化 部位: 线粒体 活化: 同饱和脂肪酸 跨膜: 同饱和脂肪酸 过程: -氧化 区别: 需要特殊的酶： 异构酶 异构酶*：改变双 键的位置和构型， 如3顺2反烯脂 酰CoA异构酶。 不不 饱饱 和和 脂脂 肪肪 酸酸 氧氧 化化 部 位:线粒体 过 程:-氧化最后得 丙酰CoA 1.甲基丙二酸单酰CoA途径 产物:琥珀酰CoA 丙酰CoA羧化酶， 甲基丙二酸单酰CoA差向酶 甲基丙二酸单酰CoA变位酶 五、奇数C 脂肪酸的氧化 D型 L型 部 位:线粒体 过 程:-氧化最后得丙酰CoA 2. -羟丙酸支路 产物:乙酰CoA 羟基异丁酰CoA水解酶， 羟基丙酸脱氢酶 丙二酸半醛脱氢酶 五、奇数C脂肪酸的氧化 六、六、 -氧化与氧化与-氧化氧化 n-氧化：脂肪酸氧化时，-碳被氧化成羧基， 原羧基以CO2形式脱去，并生成少一个碳原子的 脂肪酸。 部位：哺乳动物的肝和脑组织及植物种、叶 -羟脂酸 脑苷脂的成分 单加氧酶 脱氢酶 脱羧酶 n -氧化:肝微粒体氧化 酶系,十二碳以下的短链 脂肪酸 n 产生的二羧酸可转运到 线粒体,从分子任何一端 开始-氧化 n加速脂肪酸的降解速度 第三节、酮体的代谢 脂肪酸氧化的中间产物： -羟丁酸，乙酰乙酸，丙 酮统称酮体 脂肪酸在肝中氧化不完全 而产生 肝有强的合成酮体的酶系 ,但缺乏利用酮体的酶系 一一、酮体的生成、酮体的生成 部位:肝脏 酶: HMG-CoA合酶 产物: HMG-CoA 意义:是脂肪酸，酮 体，及胆固醇代谢的 共同中间体。 乙酰转移酶 裂解酶 乙酰乙酸 脱羧酶 羟丁酰 脱氢酶 硫激酶，转移酶， 硫解酶 二、酮体的氧化二、酮体的氧化 糖异生 丙酮丙酮酸 分解 硫 激 酶 硫解酶 ATP,CoA AMP, PPi 三、酮体生成的意义三、酮体生成的意义 n生理意义：体内脂肪氧化过程中器官（肝）与组 织之间的配合协调和分工肝内生成，肝外利用 （酮体是水溶性的便于运输） n正常血中酮体浓度 20-50mg/L 尿中无酮体排出 肾，心肌及脑组织有较强的琥珀酰辅酶A转硫酶 骨骼肌 乙酰乙酰CoA硫解酶 乙酰乙酸硫激酶 第四节 脂肪酸的生物合成 原料：乙酰CoA 合成场所：脂肪组织和肝 还有肾、脑、肺、乳腺、小肠粘膜 部位部位：细胞浆 -磷酸甘油的合成磷酸甘油的合成 以糖原，氨基酸，丙酮酸等为原料，再经分解代谢的逆行合成以糖原，氨基酸，丙酮酸等为原料，再经分解代谢的逆行合成 一、脂肪酸的生物合成 原料与部位 原料：乙酰CoA、HCO3 部位：胞浆（饱和脂肪酸的生物合成） 线粒体或微粒体（饱和脂肪酸的 碳链延长，十六碳以上） （一） 乙酰CoA的跨膜转运 柠檬酸-丙酮酸循环 - - 柠檬酸柠檬酸 裂解酶裂解酶 线粒线粒 体基体基 质质 细细 胞胞 液液 柠柠 檬檬 酸酸 丙丙 酮酮 酸酸 循循 环环 （二）、乙酰CoA的羧化 丙二酸单酰CoA的合成 乙酰CoA羧化成丙二酸单酰CoA是脂肪酸合成的 第一步反应 乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成酶系的限速酶， 真核细胞的乙酰CoA羧化酶是多功能酶 辅基：生物素 （三）（三）NADPHNADPH的来的来 源源 1. 1. 磷酸戊糖途径；磷酸戊糖途径； 2. 2. 苹果酸氧化脱羧苹果酸氧化脱羧 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 （细胞液中）（细胞液中） 3. 3. 异柠檬酸的氧化脱羧异柠檬酸的氧化脱羧 哺乳哺乳 动物动物 （四）脂肪酸合酶（四）脂肪酸合酶 不同生物体的脂肪不同生物体的脂肪 酸合酶有不同的存酸合酶有不同的存 在方式：在方式： 酰基载体蛋白酰基载体蛋白ACPACP 6-76-7个酶个酶 多酶复合体多酶复合体 两个亚基两个亚基 单亚基的多功能酶单亚基的多功能酶 （五） 脂肪酸的合成 n从乙酰CoA开始缩合生成丙二酸单酰CoA ，每次延长2个C (每延长一个2C单位，消 耗一个丙二酸单酰CoA)。合成过程的中间 产物都连接在一个酰基载体蛋白（ACP） 分子上,催化脂肪酸合成的许多酶组成多酶 复合体，其还原剂是NADPH，全合成过 程只合成软脂酸 (C16)。 酰基转移反应： 生成 乙酰ACP 丙二酸单酰ACP n脂肪酸-氧化:是以 CoASH为酰基载体 n脂肪酸合成:是以ACP 携带酰基 （ACP辅基:4磷酸泛 酰巯基乙胺） 反应过程 缩合 还原 脱水 还原 n脂肪酸合成与-氧化的逆反应很相似， 但由完全不同的酶系所催化 硫解硫解 再脱氢再脱氢 加水加水 脱氢脱氢 1. 1. 乙酰基转移乙酰基转移 乙酰乙酰-CoA + HS-ACP -CoA + HS-ACP 乙酰乙酰-SACP-SACP 乙酰乙酰-S-S-合酶合酶 2. 2. 丙二酰基转移反应丙二酰基转移反应 丙二酸单酰丙二酸单酰-SCoA + HS-ACP -SCoA + HS-ACP 丙二酸单酰丙二酸单酰-SACP-SACP 脂酰转移酶脂酰转移酶 丙二酸单酰转移酶丙二酸单酰转移酶 ACPACP 3. 3. 缩合反应缩合反应 乙酰乙酰乙酰乙酰-ACP-ACP - -酮脂酰酮脂酰ACPACP合酶合酶 ACPACP ACPACP 4. 4. 还原反应还原反应 - -羟丁酰羟丁酰-ACP-ACP - -酮脂酰酮脂酰-ACP-ACP还原酶还原酶 ACPACP ACPACP 5. 5. 脱水反应脱水反应 反反- -烯丁酰烯丁酰-ACP-ACP 2 2 - -羟脂酰羟脂酰-ACP-ACP脱水酶脱水酶 ACPACP ACPACP 烯脂酰还原酶烯脂酰还原酶 丁酰丁酰-ACP-ACP 6. 6. 再还原反应再还原反应 ACPACP ACPACP 缩缩 合合 还还 原原 脱脱 水水 还还 原原 全合成过程只合成软脂酸全合成过程只合成软脂酸C16,C16,进一步进一步 的的C C链延长和不饱和脂肪酸的形成由链延长和不饱和脂肪酸的形成由 其它途径完成其它途径完成 A A CPCP ACPACP ACPACP ACPACP ACPACP 软脂酰软脂酰-ACP-ACP硫酯酶硫酯酶 软脂酸合成与分解代谢的比较软脂酸合成与分解代谢的比较 p420p420 区别点区别点 合成途径合成途径 氧化途径氧化途径 部部 位位 细胞浆细胞浆 线粒体线粒体 酰基载体酰基载体 ACP CoASHACP CoASH 二碳单位二碳单位 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA CoA 乙酰乙酰CoACoA 电子供体和受体电子供体和受体 NADPH FAD,NAD+NADPH FAD,NAD+ 酶酶 系系 7 7种酶复合体种酶复合体 4 4种酶种酶 能量变化能量变化 消耗消耗7 7个个ATP,14NADPH ATP,14NADPH 产生产生106ATP106ATP 脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化 酮酮 体体 的的 生生 成成 酮脂酰酮脂酰ACPACP 合成酶合成酶 HSHS HS-ACPHS-ACP 乙酰乙酰 - - 酮脂酰酮脂酰ACPACP 合成酶合成酶 丙二酸单酰丙二酸单酰-CoA-CoA 丙二酸单酰丙二酸单酰-ACP-ACP 乙酰乙酰-CoA-CoA 乙酰乙酰-ACP-ACP COCO 2 2 乙酰乙酰乙酰乙酰-ACP-ACP 缩合缩合 还原还原 脱水脱水 还原还原 丁酰丁酰-ACP-ACP 还原还原 脱水脱水 还原还原 缩合缩合 6C6C酰酰-ACP-ACP 16C16C脂肪酸脂肪酸 乙酰乙酰-CoA-CoA羧化酶羧化酶 脂脂 肪肪 酸酸 的的 合合 成成 二、脂肪酸碳链的延长 线粒体： 脂酰CoA + 乙酰CoA 脂酰CoA(Cn+2) 还原力：NADH, NADPH 内质网： 饱和或不饱和脂肪酸 + 丙二酸单酰CoA 还原力：NADPH 缩合缩合, ,还原还原, ,脱水脱水, ,再还原再还原 缩合缩合, ,还原还原, ,脱水脱水, ,再还原再还原 油酸油酸 亚油酸亚油酸 亚麻酸亚麻酸 三三 不不 饱饱 和和 脂脂 肪肪 酸酸 的的 合合 成成 哺乳动物缺乏哺乳动物缺乏99以上的去饱和酶以上的去饱和酶, ,其多不饱其多不饱 和脂肪酸往往在获取亚油酸和脂肪酸往往在获取亚油酸(18:29,12),(18:29,12),亚亚 麻酸麻酸(18:39,12,15)(18:39,12,15)后再经加工后再经加工, ,延长等。这延长等。这 些多烯酸些多烯酸( (神经酸神经酸, ,前列腺素合成前体前列腺素合成前体) )在体内在体内 具有重要的生理功能。具有重要的生理功能。 胰高血糖素、肾上腺素胰高血糖素、肾上腺素 软脂酰软脂酰-CoA-CoA 丙酮酸丙酮酸 丙二酸单酰丙二酸单酰-CoA-CoA 四四 脂脂 肪肪 酸酸 合合 成成 的的 调调 节节 五、甘油三酯的生物合成 2.磷脂酸合成途径 原料：-磷酸甘油和脂肪酰CoA 脂肪酸主要是软脂酸、硬脂酸、棕榈 油酸、油酸 1. 1. 甘油一酯途径甘油一酯途径 -磷酸甘油的合成磷酸甘油的合成 以糖原，氨基酸，丙酮酸等为原料，再经分解代谢的逆行合成以糖原，氨基酸，丙酮酸等为原料，再经分解代谢的逆行合成 -磷酸甘油的合成磷酸甘油的合成 脂酰转移酶脂酰转移酶 磷脂酸磷脂酸 脂酰转移酶脂酰转移酶 第五节 膜脂质的合成 构成生物膜：甘油磷脂和鞘磷脂 一甘油磷脂的合成 磷脂酸是合成甘油三酯、其它磷脂的前体 如磷脂酰胆碱,磷脂酰胆胺,神经磷脂等 2、磷脂的生物合成 A. 部位:各组织细胞内质网（肝，肾，肠最活跃） B. 原料及辅助因子 原料：磷酸,甘油,脂肪酸,胆碱,胆胺及丝氨酸等 辅助因子 CTP是必需的辅因子 途径1. CDP二酰基甘油是卵磷脂合成的活化中间体 途径2. 先合成CDP-胆胺(从丝氨酸)或胆碱后再与 甘油二酯合成脑磷脂或卵磷脂。 磷脂酰丝氨酸的合成磷脂酰丝氨酸的合成 脑磷脂脑磷脂 卵卵磷脂磷脂 脑磷脂和卵磷脂的合成脑磷脂和卵磷脂的合成 磷脂酰磷脂酰 丝氨酸丝氨酸 1、胆固醇在体内的代谢转化 A. CHO（80%） 胆汁酸 （肝） 胆固醇 7-羟胆固醇 胆酸(胆盐) 7-羟化酶 B. CHO VitD3 UV 7-羟胆固醇VitD3 促进钙磷吸收 C. CHO类固醇激素（肾上腺皮质激素，性激素） 第六节、胆固醇的代谢第六节、胆固醇的代谢 外源性胆固醇外源性胆固醇( (食物食物), ), 内源性胆固醇内源性胆固醇( (合成合成) ) 2、胆固醇的生物合成 n部位：主要为肝细胞（70-80%），小肠 细胞（10%）的胞浆或内质网膜 原料：乙酰CoA 18乙酰CoA 糖有氧氧化,脂肪-氧化 36ATP 1胆固醇 磷酸戊糖途径 16NADPH 合成的基本过程：乙合成的基本过程：乙 酰酰CoAHMG-CoA CoAHMG-CoA MVA MVA鲨烯鲨烯胆胆 固醇固醇 关键酶关键酶：羟甲基戊二羟甲基戊二 酰酰CoACoA还原酶还原酶（HMGHMG -CoA-CoA还原酶还原酶） 胆固醇合成胆固醇合成 3 3甲基甲基3,53,5二二 羟羟戊酸戊酸 MVAMVA 乙酰乙酰CoACoA甲羟戊甲羟戊 酸酸 鲨烯鲨烯 胆固胆固 醇醇 异戊烯焦磷酸异戊烯焦磷酸 鲨烯鲨