第29章脂类的生物合成doc-欢迎光临生物工程系.doc

第29章 脂类的生物合成29.1 本章主要内容1）脂肪酸的生物合成2）其他脂类的合成29.2 教学目的和要求：通过本章学习，使学生掌握脂肪酸的从头合成途径和甘油三酯的合成，了解重要脂类物质的合成。29.3 重点难点1.脂肪酸的从头合成2.甘油三酯的合成29.4 教学方法与手段 讲授与交流互动相结合，采用多媒体教学。29.5 授课内容 所有的生物都可用糖合成脂肪酸，有两种合成方式。A. 从头合成（乙酰CoA）在胞液中（16碳以下）B. 延长途径在线粒体或微粒体中高等动物的脂类合成在肝脏、脂肪细胞、乳腺中占优势。一、饱和脂肪酸的从头合成1.合成部位：细胞质中2.合成的原料：乙酰CoA（主要来自Glc酵解）；NADPH （磷酸戊糖途径）； ATP；HCO3二、乙酰CoA的转运细胞内的乙酰CoA几乎全部在线粒体中产生，而合成脂肪酸的酶系在胞质中，乙酰CoA必须转运出来。转运方式：柠檬酸-丙酮酸循环。三、丙二酸单酰CoA的生成（限速步骤）脂肪合成时，乙酰CoA是脂肪酸的起始物质（引物），其余链的延长都以丙二酸单酰CoA的形式参与合成。所用的碳来自HCO3（比CO2活泼），形成的羧基是丙二酸单酰CoA的远端羧基乙酰CoA羧化酶：（辅酶是生物素）为别构酶，是脂肪酸合成的限速酶，柠檬酸可激活此酶，脂肪酸可抑制此酶。1.脂酰基载体蛋白（ACP）脂肪酸合成酶系有7种蛋白质，其中6种是酶，1种是脂酰基载体蛋白（ACP），它们组成了脂肪酸合成酶复合体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。2.脂肪酸的生物合成步骤第一阶段：缩合第二阶段：还原第三阶段：释放1）原初反应：乙酰基连到-酮脂酰ACP合成酶上乙酰CoA + ACP-SHACP-酰基转移酶乙酰-S-ACP + CoA-SH-酮脂酰ACP合成酶乙酰-S-ACP乙酰-S-合成酶 + ACP-SH2）丙二酸酰基转移反应：生成丙二酸单酰-S-ACP丙二酸单酰CoA + ACP-SH丙二酸单酰-S-ACP + CoA-SHACP丙二酸单酰转移酶此时一个丙二酸单酰基与ACP相连,另一个脂酰基(乙酰基)与-酮脂酰-ACP合成酶相连。3）缩合反应：生成-酮脂酰-S-ACP丙二酸单酰-S-ACP + 乙酰-S-合成酶乙酰-乙酰-S-ACP + 合成酶-SH + CO2-酮脂酰ACP合成酶同位素实验证明，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 在脂酸合成中只起催化作用。4）第一次还原反应：生成-羟脂酰-S-ACP-酮脂酰-S-ACP-酮脂酰-ACP还原酶NADPH羟丁酰-S-ACP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。5）脱水反应：形成-烯脂酰-S-ACP羟丁酰-S-ACP羟脂酰-ACP脱水酶-烯脂酰-S-ACP6）第二次还原反应：形成（n+2）脂酰-S-ACP-烯脂酰-S-ACP烯脂酰-ACP还原酶NADPH（n+2）脂酰-S-ACP第一次循环，产生丁酰-S-ACP。第二次循环，丁酰-S-ACP的丁酰基由ACP转移至-酮脂酰-ACP合成酶上，再接受第二个丙二酸单酰基，进行第二次缩合。奇数碳原子的饱和脂肪酸也由相此途径合成，只是起始物为丙二酸单酰-S-ACP，而不是乙酰-S-ACP，逐加的二碳单位也来自丙二酸单酰-S-ACP。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。由乙酰-S-CoA合成软脂酸的总反应：8乙酰CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP + H2O 软脂酸 + 8CoASH + 14NADP+ + 7ADP + 7Pi3.脂肪酸合成的化学计量（从乙酰CoA开始）以合成软脂酸为例：（8个乙酰CoA）14NADPH，7ATP14*3+7=49ATP4.乙酰CoA和NADPH的来源乙酰CoA A.肉碱乙酰基转移酶 P154B.柠檬酸-丙酮酸、穿梭NADPH 60%来自磷酸戊糖支路 40%来自柠檬酸-丙酮酸穿梭四、脂肪酸合成的调节1.酶浓度调节(酶量的调节或适应性控制)关键酶：乙酰CoA羧化酶(产生丙二酸单酰CoA)脂肪酸合成酶系苹果酸酶(产生还原当量)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。2.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。五、脂肪酸氧化与合成途径的比较脂肪酸氧化与合成途径的区别具体见下表。合成（从乙酰CoA开始）氧化（生成乙酰CoA）细胞中部位细胞质线粒体酶 系7种酶，多酶复合体或多酶融合体4种酶分散存在酰基载体ACPCoA二碳片段丙二酸单酰CoA乙酰CoA 电子供体（受体）NADPHFAD、NAD-羟脂酰基构型D型L型对HCO3-及柠檬酸的要求要求不要求能量变化消耗7个ATP及14个NADPH， 共49ATP。产生（7FADH2+7NADH-2ATP）共33ATP产物只合成16碳酸以内的脂酸，延长需由别的酶完成。18碳酸可彻底降解18碳酸可彻底降解六、线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长-酮脂酰-ACP合成酶最多只能接受14碳的酰基，不能接受16碳酰基。因此，从头合成只能合成16C软脂酸。1.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。2.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，只是以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。RCO-S-CoA + CH3CO-S-CoA-酮脂酰CoA硫解酶CoA-SHRCO-CH2CO-S-CoAL-羟脂酰CoA脱氢酶NADPHRCHOH-CH2CO-S-CoA-烯脂酰CoA水化酶H2ORCH=CHCO-S-CoA-烯脂酰CoA还原酶NADPHRCH2-CH2CO-S-CoA七、脂代谢与糖代谢的关系（1） 甘油磷酸二羟丙酮糖异生（2） 植物及微生物：脂肪酸乙酰CoA琥珀酸糖异生（3） 动物：奇数碳脂肪酸丙酰CoA琥珀酰CoA糖异生（4） 糖磷酸二羟丙酮甘油甘油脂糖乙酰CoA脂肪酸八、甘油磷脂的水解以磷脂酰胆碱为例（卵磷脂）磷脂能被不同的磷脂酶水解，可水解位点如下：1. 磷脂酶A1存在于动物细胞中，作用于位置。生成二脂酰基甘油磷酸胆碱和一分子脂肪酸。2磷脂酶A2大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒中，动物胰脏中有此酶原，作用于位，生成1-脂酰基甘油磷酸胆碱和脂肪酸。3. 磷脂酶C存在于动物脑、蛇毒和细菌毒素中。作用于位，生成二酰甘油和磷酸胆碱。4.磷脂酶D主要存在于高等植物中，作用于位，水解产物是磷脂酸和胆碱。5.磷脂酶B能同时水解、位磷脂经过酶促分解脱去一个脂肪酸分子形成溶血磷脂（带一个游离脂肪酸和一个磷酸胆碱），催化溶血磷脂水解的酶称溶血磷脂酶（L1 L2）磷脂酶的催化作