《脂与脂代谢》PPT课件.pptVIP

脂与脂代谢,脂类概述,脂类的基本概念 不溶于水而能被乙醚、氯仿、苯等非极性有机溶剂抽提出的化合物，统称脂类。包括油脂（甘油三脂）和类脂（磷脂、蜡、萜类、甾类） 脂的分类： 单纯脂质：脂肪酸与醇类形成的酯 甘油三酯：三分子脂肪酸与一分子甘油 蜡：长链脂肪酸与长链醇或固醇 复合脂质：除脂肪酸和醇，含其他非脂质成分 磷脂：含磷酸和含氮碱（胆碱、乙醇胺），按醇的不同可分为甘油磷脂、鞘氨醇磷脂 糖脂：含糖成分的脂质,衍生脂类：上述脂类的衍生产物，保留了脂类的一般性质 取代烃：脂肪酸及其碱性盐、高级醇，脂肪醛，脂肪胺和烃 固醇（甾类）：固醇、胆酸、固醇类激素 萜：天然色素，橡胶，香精油 其他：维生素A、D、E、K；脂酰COA；类二十烷（前列腺素、凝血噁烷、白三烯）；脂多糖；脂蛋白等等 其他分类方法： 可皂化脂和不可皂化脂 极性脂和非极性脂 脂肪酸 由长链烃和一个末端羧酸基构成 常见种类： 饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸 单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸,偶数碳脂肪酸和奇数碳脂肪酸 命名与书写: 通俗名、系统名与简写符号 简写符号的书写规则 先写出碳原子数目和双键数目，用冒号隔开 用右上标数字表示双键位置，并在数字后面用“c”表示顺式或用“t”表示反式 天然脂肪酸的结构特点 多数为偶数碳脂肪酸，常见的含1224个碳，低于14碳的脂肪酸在乳脂中。奇数碳主要见于海洋生物 细菌脂肪酸多数是饱和的，少数含单烯键 动物脂肪酸一般碳骨架线状，双键1-4，少数6,植物含丰富不饱和脂肪酸，可含炔基、羟基、酮基、环氧基或环戊烯基等 单不饱和脂肪酸的双键常见于C9-C10之间，多不饱和脂肪酸的双键，第一个常位于C9-C10 双键安排多数为“非共轭系统”。1，4-戊二烯结构 脂肪酸的物理和化学性质 不易溶于水（10碳以下例外） 熔点与烃链长度和不饱和程度有关 可发生的化学反应 氧化与过氧化 成盐与乳化作用 必须的多不饱和脂肪酸 亚麻酸和亚油酸,类二十碳烷 前列腺素 凝血噁烷 白三烯 三酰甘油 三酰甘油类型 简单甘油三酯 混合甘油三酯 烷醚酰基甘油 物理化学性质 无色、无味、无嗅的粘稠液体或蜡状固体 密度和溶解度：密度小于水，不溶于水，易熔于乙醚等非极性溶剂,熔点：没有固定值，与脂肪酸的组成有关 一般化学性质 水解与皂化 氢化与卤化 乙酰化 酸败与自动氧化 磷脂 概述 重要的两亲物质，是生物膜的重要组分、乳化剂和表面活性剂 由非极性的烃链尾部和极性的磷酸酯头部构成 一般可分为甘油磷脂和鞘脂两类,甘油磷脂的结构 甘油骨架 脂酰基：在C1，C2上取代 磷酸基：3位，以上三部分构成最简单的磷脂酸 进一步与极性醇酯化，X-OH 常见甘油磷脂 磷脂酰胆碱（卵磷脂） 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） 磷脂酰丝氨酸（PS） 磷脂酰肌醇（PI） 磷脂酰甘油（PG） 二磷脂酰甘油（心磷脂）,鞘磷脂 鞘氨醇：60余种，最常见的是18碳不饱和的4-烯鞘氨醇 鞘氨醇合成神经酰胺：脂肪酸连接于氨基 形成鞘磷脂 萜与类固醇 萜类 异戊二烯单位 单萜、双萜、多萜 常见萜类分子 视黄醛、叶绿醇、鲨烯、-胡罗卜素,类固醇 环戊烷多氢菲 固醇：胆固醇（二氢胆固醇、7脱氢胆酸、胆固醇酯）、 植物固醇、酵母固醇 固醇衍生物 胆汁酸，牛磺酸 维生素D 激素：性激素，孕酮，糖皮质激素，盐皮质激素 脂蛋白 是由疏水脂类为核心、围绕着极性脂类及载脂蛋白组成的复合体，是脂类物质的转运形式 载脂蛋白：可使疏水脂类增溶，并且具有信号识别、调控及转移功能，能将脂类运至特定的靶细胞中 已发现18种，主要的7种在肝脏及小肠中合成，分泌至胞外,脂蛋白分类 高密度脂蛋白（HDL） 低密度脂蛋白（LDL） 中间密度脂蛋白（IDL） 极低密度脂蛋白（VLDL） 乳糜颗粒（CM） 脂类的主要生物学功能 贮存脂质 能量贮存形式，高效的储存能量备用 脂肪组织有保温，防机械压力等保护功能，植物的蜡质可以防止水分的蒸发，抗病虫害的功能 结构脂质 构成细胞及细胞器膜等生物膜,活性脂质 激素、维生素A、D、E、K等和前列腺素的前体 参与信号识别和免疫（糖脂） 构成色素分子、电子载体等 第二信使的前体,脂类的分解代谢,脂类的消化与吸收 食物中的脂类 甘油三酯: 80-90%; 磷脂: 6-10%; 胆固醇: 2-3% 消化与吸收 消化过程 在小肠进行 胆汁的作用 胰脂肪酶的作用：水解三酰甘油的C1、C3酯键，生成2-单酰甘油和两个游离的脂肪酸 甘油单酯可被甘油单酯脂肪酶水解，得到甘油和脂肪酸 辅脂酶(Colipase)，和胆汁共同激活胰脏分泌的脂肪酶原,磷脂的消化 磷脂酶：A1，A2，C，D 溶血磷脂 固醇的消化 胆固醇脂酶(水解胆固醇脂，产生胆固醇和脂肪酸） 吸收与转运 脂类的消化产物：甘油单脂、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂 与胆汁酸乳化成更小的混合微团，被肠粘膜的柱状表面细胞吸收 在柱状细胞中重新合成甘油三酯，结合上蛋白质、磷酯、胆固醇，形成乳糜微粒（CM） 经胞吐排至细胞外，再经淋巴系统进入血液。 小分子脂肪酸可直接渗入门静脉血液中 体内脂肪的动员 动员脂肪的激素 被动员脂肪酸的运输: 清蛋白,脂肪酸的氧化 概述： Franz 和Knoop在1904年提出脂肪酸的氧化是从羧基端-碳原子开始，每次分解出一个二碳片断。称为-氧化 发生在肝及其它细胞的线粒体内 脂肪酸的活化 脂肪酸进入细胞后，首先在线粒体外或胞浆中被活化，形成脂酰CoA，然后进入线粒体进行氧化 由两种酶催化： 内质网脂酰CoA合成酶，活化12C以上的长链脂肪酸； 线粒体脂酰CoA合成酶，活化410C的中、短链脂肪酸 活化的过程 脂肪酸与ATP反应生成脂酰-AMP 硫解生成脂酰CoA,转运进入线粒体 催化脂酰CoA分解的酶在线粒体基质中，所以它必须进入基质中才能进行氧化分解。 中、短链脂肪酸（4-10C）可直接进入线粒体，并在线粒体内活化生成脂酰CoA 长链脂肪酸先在胞质中生成脂酰CoA，经肉碱转运至线粒体内。 转运过程： 线粒体内膜外侧（胞质侧）：肉碱脂酰转移酶催化，脂酰CoA将脂酰基转移给肉碱的羟基，生成脂酰肉碱 线粒体内膜：线粒体内膜的移位酶将脂酰肉碱移入线粒体内，并将肉碱移出线粒体 线粒体内膜内侧：肉碱转移酶催化，使脂酰肉碱的脂酰基又转移给CoA，生成脂酰CoA和游离的肉碱,-氧化 脱氢：脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的作用下在-和-碳原子上各脱去一个氢原子，生成反式,-烯脂酰CoA，即2 反式烯脂酰CoA。氢受体是FAD 已发现三种脂酰CoA脱氢酶，均以FAD为辅基，分别催化链长为C4-C6，C6-C14，C6-C18的脂酰CoA脱氢 水化： 2反式烯脂酰CoA在烯脂酰CoA水化酶催化下在双键上加一分子水生成L(+)-羟脂酰CoA 烯脂酰CoA水化酶专一性强，仅能使2不饱和脂酰CoA水化 再脱氢： L(+)-羟脂酰CoA在L(+)-羟脂酰CoA脱氢酶催化下， 位C的羟基脱氢氧化成-酮脂酰CoA。反应的氢受体为NAD+ 此脱氢酶对碳链长短无专一性，但具有立体专一性，只催化L-羟脂酰CoA的脱氢,硫解: -酮脂酰CoA在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，与CoA作用，生成1分子乙酰CoA和1分子比原脂肪酸少两个碳原子的脂酰CoA 生成的脂酰CoA ，重复上述过程，至成为乙酰CoA -氧化四步都可逆，但酮脂酰CoA硫解酶催化的硫解作用高度放能，吉布斯自由能为-28.03千焦耳/摩尔，整个反应偏向分裂，所以使脂肪酸氧化得以进行 -氧化的产能计算 特殊脂肪酸的-氧化 不饱和脂肪酸的-氧化 单不饱和脂肪酸的-氧化, 3顺2反烯脂酰CoA异构酶（改变双键位置和顺反构型） 多不饱和脂酸的氧化: -羟脂酰CoA差向酶（改变-羟基构型：DL型） 奇数碳脂肪酸经反复的氧化，最后可得到丙酰CoA，丙酰CoA有两条代谢途径:,转化成琥珀酰CoA，进入TCA: 动物体内存在这条途径 丙酰CoA转化成乙酰CoA，进入TCA: 植物、微生物中较普遍 -氧化的调节 脂酰基进入线粒体的速度是限速步骤，长链脂酸生物合成的第一个前体丙二酸单酰CoA的浓度增加，可抑制肉碱脂酰转移酶，限制脂肪氧化 NADH/NAD+比率高时，-羟脂酰CoA脱氢酶便受抑制 乙酰CoA浓度高时；可抑制硫解酶，抑制氧化 其他氧化形式 -氧化：不需活化，直接氧化游离脂酸，每次氧化从脂酸羧基端失去一个C原子 -氧化：端的甲基羟基化氧化成醛氧化成酸，少数的12C以下的脂酸可通过氧化途径，产生二羧酸,酮体的代谢 酮体：脂肪酸-氧化产生的乙酰CoA，在肝、肾脏细胞中可以生成乙酰乙酸、D-羟丁酸、丙酮，这三种物质统称酮体 酮体的生成： 两分子乙酰CoA经硫解酶的催化，生成乙酰乙酰CoA，脂肪酸-氧化 的最后一轮也可产生 乙酰CoA与乙酰乙酰CoA反应形成-羟基-甲基戊二酸酰辅酶A 羟基-甲基戊二酰CoA裂解酶催化下，裂解成乙酰乙酸和乙酰COA 一部分乙酰乙酸在D- -羟丁基脱氢酶催化下加氢形成D- -羟丁酸 丙酮可由乙酰乙酸缓慢脱去CO2而形成，也可由乙酰乙酸脱羧酶催化脱羧而成 乙酰乙酸占30%，羟丁酸70%，少量丙酮,酮体生成的调节： 主要取决于草酰乙酸的可利用性 饥饿状态下，肝脏线粒体草酰乙酸离开TCA，用于糖异生，使草酰乙酸浓度下降。 草酰乙酸浓度很低时，只有少量乙酰CoA进入TCA，大多数乙酰CoA用于合成酮体 肝脏合成酮体送至肝外组织利用，肝脏仍可继续氧化脂肪酸 酮体的利用 乙酰乙酸在肌肉线粒体中经-酮脂酰COA转移酶催化，被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA ，然后，乙酰乙酰CoA被氧化酶系中的硫解酶硫解，生成2分子乙酰CoA，进入TCA 心、肾、脑、骨骼肌等的线粒体中有较高的酶活性 -羟基丁酸由-羟基丁酸脱氢酶催化，生成乙酰乙酸，然后进入上述途径 丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸，进入TCA或异生成糖,酮体生成的生理意义 酮体是肝内正常的中间代谢产物，是肝输出能量的一种形式 酮体溶于水，分子小，能通过血脑屏障及肌肉毛细管壁，是心、脑组织的重要能源 正常情况下，血中酮体0.030.5 mmol/2。在饥饿、高脂低糖膳食时，酮体的生成增加，当酮体生成超过肝外组织的利用能力时，引起血中酮体升高，导致酮症酸（乙酰乙酸、羟丁酸中毒），引起酮尿,其他脂质的分解代谢 甘油的分解 甘油三酯分解产生甘油 甘油的分解代谢 在ATP存在下，由甘油激酶催化，转变成-磷酸甘油 -磷酸甘油在脱氢酶（含辅酶NAD+）作用下，脱氢形成磷酸二羟丙酮 异构化为3磷酸甘油醛，再沿着糖异生途径合成葡萄糖及糖原；或沿着糖酵解正常途径形成丙酮酸，再进入三羧酸循环被完全氧化 胆固醇的代谢 在肝内转化成胆汁酸 胆汁酸可被细菌转化为粪固醇,经肠道排出 胆固醇在肝外组织的转化 肾上腺皮质合成肾上腺皮质激素 性腺合成性激素,脂肪酸的合成 概述: 所有的生物都可用糖合成脂肪酸 两种合成方式： 从头合成：以乙酰CoA为原料在胞质中合成 16碳以下脂肪酸 延长途径：在线粒体或微粒体中，对脂肪酸延长 高等动物的脂类合成在肝脏、脂肪细胞、乳腺中占优势 合成部位：细胞质中 合成的原料：乙酰CoA（糖酵解）， NADPH（磷酸戊糖途径）； ATP；HCO3 ,脂肪的合成代谢,脂肪酸合成的过程 乙酰CoA的转运： 乙酰CoA几乎全部在线粒体中产生，合成脂肪酸的酶系在胞质中，乙酰CoA必须转运出来 柠檬酸-丙酮酸循环 丙二酸单酰CoA的生成： 脂肪合成时，乙酰CoA是脂肪酸的起始物质，只有一个乙酰CoA参与，其余的都以丙二酸单酰CoA的形式参与合成 乙酰CoA羧化酶催化，限速步骤，辅酶是生物素 柠檬酸可激活此酶，脂肪酸可抑制此酶 所用的碳来自HCO3，形成的羧基是丙二酸单酰CoA的远端羧基 脂肪酸合酶 脂肪酸合酶系有7种蛋白质，有6种是酶，1种是脂酰基载体蛋白（ACP），它们组成脂肪酸合酶复合体,脂酰基载体蛋白（ACP） 相对分子量很低的蛋白质（Mr=10 000） ACP的丝氨酸与4-磷酸泛酰巯基乙胺的磷酸基团相连，4-磷酸泛酰巯基乙胺是ACP和CoA的共同活性基团 脂肪酸合成过程中的中间产物，以共价键与ACP辅基上的-SH基相连，ACP辅基就象一个摇臂，携带脂肪酸合成的中间物由一个酶转到另一个酶的活性位置上 6种酶分别是: 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合酶 -酮脂酰-ACP还原酶 羟脂酰-ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶 动物体内脂肪酸合酶同时有软脂酰- ACP硫解酶,脂肪酸合酶在不同生物有不同的形式 细菌、植物： 多酶复合体， 6种酶 + ACP 分别在不同多肽链 酵母：（）6： ：-酮脂酰合成酶、-酮脂酰还原酶； ：脂酰转移酶、丙二酸单酰转移酶、-羟脂酰脱水酶、-烯脂酰还原酶。电镜下直径为25nm 哺乳动物： 2 ，多酶融合体，所有酶活性在一个肽链上（）。分成：缩合、还原、释放等3个结构域 脂肪酸合成的一般过程 启动：乙酰基连到-酮脂酰ACP合酶（合酶-SH）上，分两步进行： 乙酰CoA+ACP-SH 乙酰-S-ACP+CoA-SH，乙酰CoA :ACP酰基转移酶催化 乙酰-S-ACP+合成酶-SH ACP-SH+乙酰-S-合酶,装载：丙二酸单酰CoA + ACP-SH 丙二酸单酰-S-ACP + CoA-SH ，丙二酸单酰CoA: ACP酰基转移酶催化 缩合：乙酰-S-合酶+丙二酸单酰-S-ACP 乙酰乙酰-S-ACP +CO2 +合酶-SH 释放的CO2来自形成丙二酸单酰CoA时所羧化的HCO3 ，羧化上的C原子并未掺入脂肪酸，HCO3 在脂肪酸合成中只起催化作用 还原：乙酰乙酰-S-ACP由NADPH+H+还原，形成D型-羟丁酰-S-ACP +NADP+, 催化该反应的酶为-酮脂酰-ACP还原酶 注意：形成的是D型羟丁酰-S-ACP，而脂肪分解氧化时形成的是L型 脱水： D-羟丁酰-S-ACP脱水，形成相应的，或2 反式丁烯酰-S-ACP，即巴豆酰-S-ACP，起催化作用的是羟脂酰-ACP脱水酶 再还原：反式丁烯酰-S-ACP被还原为丁酰-S-ACP，起催化作用的酶为烯脂酰-ACP还原酶，电子供体是NADPH+H+,循环：丁酰-S-ACP的丁酰基由ACP转移至-酮脂酰-ACP合酶上，再接受第二个丙二酸单酰基，进行第二次缩合。 多数生物的脂肪酸合成步骤仅限于形成软脂酸（16C）。经过7次循环后，合成的软脂酰-S-ACP经硫脂酶催化生成游离的软脂酸，或由ACP转到CoA上生成软脂酰CoA，或直接形成磷脂酸，对链长有专一性的酶是-酮脂酰ACP合成酶，它不能接受16C酰基 总反应： 8乙酰CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP + H2O 软脂酸 + 8CoASH + 14NADP+ + 7ADP + 7Pi 脂肪酸合成的调节 调控酶 乙酰CoA羧化酶 脂肪酸合成酶系 苹果酸酶 酶浓度调节 饥饿时，这几种酶浓度降低3-5倍，进食后，酶浓度升高 喂食高糖低脂膳食，这几种酶浓度升高，脂肪合成加快,酶活性的调节 乙酰CoA羧化酶是限速酶 别构调节：柠檬酸激活、软脂酰CoA抑制 共价调节：磷酸化会失活、脱磷酸化会复活 胰高血糖素可使此酶磷酸化失活，胰岛素可使此酶脱磷酸化而恢复活性 软脂酸分解与合成代谢的区别 场所 催化酶系 前体 H供体/受体 能量变化 -羟丁酰基的构型,线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长 线粒体脂肪酸延长酶系 能够延长中、短链（4-16C）饱和或不饱和脂肪酸 延长过程是-氧化过程的逆转，乙酰CoA作为二碳片段的供体，NADPH作为氢供体 内质网脂肪酸延长酶系 哺乳动物细胞的内质网膜能延长饱和或不饱和长链脂肪酸（16C及以上），延长过程与从头合成相似 以CoA代替ACP作为脂酰基载体，丙二酸单酰CoA作为C2供体，NADPH作为氢供体，从羧基端延长 不饱和脂肪酸的合成 去饱和途径 脂酰CoA去饱和酶，催化软脂酰CoA及硬脂酰CoA分别在C9-C10脱氢，生成棕榈油酸（9 16:1）和油酸(9 18:1) 许多细菌则通过一个中等长度的-羟脂酰-ACP的脱水作用，而不是羟脂酰CoA的氧化去饱和,人和哺乳动物不能合成十八碳二烯酸（亚油酸）、十八碳三烯酸（亚麻酸）。只能合成一个双键的不饱和脂肪酸（9） 植物和某些