十一脂类代谢PPT课件.ppt

第九章脂类代谢 脂肪 脂肪酸 是生物体的重要能源 由它组成的甘油三酯可在动物的脂肪组织 植物种子或果实中大量贮藏 并具有贮藏量大 热值高等优点 磷脂 鞘脂是构成生物膜的主要成分 由于是兼性分子 构成膜外表面亲水 内表面疏水的特性 保护细胞内环境相对稳定 脂类代谢的某些中间产物可转变成脂溶性维生素及植物次生物质 许多类脂及其衍生物具有重要的生理作用 如胆汁酸 胆固醇衍生物 促进食物油脂乳化 帮助脂类消化 吸收 1 许多天然的油脂中含有动物体 包括人体 自身不能合成的而又是营养上必需的多不饱和脂肪酸 又称必需脂肪酸 essentialfattyacids 如亚油酸和亚麻酸 此外人类许多疾病都与脂肪代谢紊乱有关 如动脉粥样硬化 肥胖症 糖尿病 胰腺炎等 现代研究还表明 磷脂酰肌醇的一系列中间代谢物具有信息传递作用 构成了一条非核苷酸类信号通路 糖脂与细胞的识别和免疫方面也有着密切关系 2 第一节脂肪的分解代谢 一 脂肪酶 lipase 当动物体动用体内贮存脂肪或从食物中摄取脂肪时 大都需要对其进行酶促水解 生成脂肪酸和甘油 才能被细胞吸收利用 催化脂肪水解的酶称作脂肪酶 脂肪酶是一个酶系 其中包括脂肪酶 甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶 该酶系催化的反应分三步进行 3 4 二 脂肪酸的b 氧化被脂肪酶水解的脂肪酸和体内游离的脂肪酸通过质膜扩散进入血液 由于脂肪酸难溶于水 其主要是与血清清蛋白结合后通过血液转运到其它组织中 其中包括心脏 骨骼肌和肝脏等组织 在这些组织的线粒体内 脂肪酸被氧化同时释放出大量能量 5 一 偶数碳饱和脂肪酸的氧化b 氧化是指在进入线粒体的脂酰oA在酶的作用下 从脂肪酸的b 碳原子开始 依次两个碳原子进行水解的过程 每次裂解产生的二碳单位为乙酰CoA 6 脂肪酸的活化被吸收进入细胞的脂肪酸首先在脂酰辅酶A合成酶 硫激酶 的催化下 由ATP提供能量 活化形成脂酰辅酶A 7 脂酰CoA的氧化脱氢作用脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶 acylCoAdehydrogenase 的作用下 在C 2和C 3之间脱氢 生成 2 反式烯脂酰CoA 脱氢酶的辅基是FAD 8 2 反式烯脂酰CoA的水化 2 反式烯脂酰CoA在烯脂酰CoA水化酶 enoylCoAhydratase 的作用下水化 生成L b 羟脂酰CoA 烯脂酰CoA水化酶具有立体异构专一性 专一催化 2 不饱和脂酰CoA的水化 催化反式双键生成L b 羟脂酰CoA 催化顺式双键生成D b 羟脂酰CoA 9 L b 羟脂酰CoA的氧化脱氢L b 羟脂酰CoA在L b 羟脂酰CoA脱氢酶 L b hydroxyacylCoAdehydrogenase 的作用下 C 3位脱氢生成L b 酮脂酰CoA L b 羟脂酰CoA脱氢酶的辅酶NAD 具有高度立体异构专一性 只催化L 型羟脂酰CoA的脱氢反应 10 L b 酮脂酰CoA的硫解L b 酮脂酰CoA在b 酮硫解酶 thiolase 的催化作用下发生断裂式硫解 形成乙酰CoA和一个缩短了2个碳原子的脂酰CoA 由于该反应是高度放能反应 使反应趋于裂解方向进行 少了2个碳原子的脂酰CoA继续重复上述b 氧化的四步反应 循环往复直到全部氧化成乙酰CoA 11 12 二 偶数碳不饱和脂肪酸的氧化 1 单不饱和脂肪酸的氧化烯脂酰CoA异构酶 13 2 多不饱和脂肪酸的氧化多不饱和脂肪酸的氧化与单不饱和脂肪酸的氧化相比较 还需要另外一个特殊的还原酶 亚油酸是十八碳二烯酸 具有cis 9和cis 12的构型 其氧化过程是首先进行三轮b 氧化 生成3分子乙酰CoA和cis 3 cis 6 十二烯脂酰CoA 后者在烯脂酰CoA异构酶和2 4 二烯脂酰CoA还原酶的联合作用下异构化和还原 产物进行彻底b 氧化生成6分子乙酰CoA 即一分子亚油酰CoA经氧化生成9分子乙酰CoA 14 15 三 脂肪酸b 氧化的能量产生脂肪酸在b 氧化中 每形成一分子乙酰CoA就使一分子FAD还原为FADH2 并使一分子NAD 还原为NADH H FADH2进入呼吸链 生成1 5分子ATP NADH H 进入呼吸链 生成2 5分子ATP 因此 每生成一分子乙酰CoA 就产生4分子ATP 脂肪酸经b 氧化后形成乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化 生成CO2和H2O 每分子乙酰CoA彻底氧化产生10分子ATP 16 以软脂肪酸b 氧化为例 软脂酰CoA须经7次b 氧化循环 可将软脂酰CoA转变成8个分子的乙酰CoA 其反应如下 17 有氧条件下7FADH2和7 NADH H 进入呼吸链进一步氧化生成 7 1 5ATP 7 2 5ATP 28ATP8分子的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化生成 8 10ATP 80ATP因此 软脂酸经b 氧化完全氧化生成CO2和H2O生成108个ATP 由于软脂酸转化为软脂酰CoA时消耗1分子ATP中的两个高能磷酸键的能量 因此净生成ATP的数量为108 2 106个 18 四 甘油的降解由于脂肪组织缺少甘油激酶 所以其利用甘油的能力很弱 甘油三酯脂解产生的甘油必须通过血液运至肝脏进行代谢 在肝细胞中 甘油在甘油激酶的催化下被磷酸化 形成3 磷酸甘油 进而在磷酸甘油脱氢酶的作用下被氧化生成磷酸二羟丙酮 磷酸二羟丙酮异构化生成3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮还可被还原成3 磷酸甘油 再被磷酸酶水解又生成甘油 19 甘油在肝细胞中的代谢有两种途径 一种途径是进入糖酵解途径转变成丙酮酸 然后进入三羧酸循环彻底氧化 另一种途径是进入糖异生途径合成葡萄糖 20 2019 12 27 21 3 脂肪酸的其它氧化分解方式奇数碳原子脂肪酸的分解 羧化 脱羧脂肪酸的 氧化脂肪酸的 氧化 22 4 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 23 第二节脂肪的合成代谢 人体内脂肪可以来自食物 也能在体内合成 体内脂肪合成的原料是乙酰CoA 动物 植物和微生物都可利用乙酰CoA合成自身所需要的脂肪 因此凡是在体内代谢能够生成乙酰CoA的物质 例如糖 蛋白质等 都是脂肪合成的碳源 糖是脂肪合成的最主要碳源 糖转变成脂肪酸进而合成脂肪 这是体内贮存能源的一个过程 具有重要的生理意义 24 一 磷酸甘油的生物合成脂肪是甘油和脂肪酸形成的甘油酯 脂肪合成直接使用的是磷酸甘油而不是甘油 生物体内磷酸甘油主要来源于磷酸二羟丙酮或甘油 25 组织 肝 主要 脂肪等组织亚细胞 胞液 主要合成16碳的软脂酸 棕榈酸 肝线粒体 内质网 碳链延长 合成部位 合成原料 乙酰CoA ATP HCO3 NADPH Mn2 26 线粒体膜 胞液 线粒体基质 丙酮酸 丙酮酸 苹果酸 草酰乙酸 柠檬酸 柠檬酸 乙酰CoA 苹果酸 乙酰CoA的穿膜转运 柠檬酸转运体系 27 二 饱和脂肪酸的生物合成 一 胞液合成途径 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 28 2 合成阶段 以软脂酸为例 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 29 1 乙酰 ACP和丙二酸单酰 ACP在酰基 丙二酸单酰 ACP缩合酶的催化下 缩合形成乙酰乙酰 ACP 释放出游离的ACP和CO2 2 乙酰乙酰 ACP在b 酮脂酰 ACP还原酶的作用下 还原生成D b 羟脂酰 ACP NADPH作还原剂 3 D b 羟脂酰 ACP在羟脂酰 ACP脱水酶的作用下形成烯脂酰 ACP 4 在烯脂酰 ACP还原酶的作用下 烯脂酰 ACP被还原成丁酰 ACP 反应中NADPH作还原剂 30 31 此时 软脂酰 ACP分子不再接受酰基 丙二酸单酰 ACP缩合酶的催化作用 而受到硫脂酶的作用 水解为软脂酸和ACP 因此 不再依此程序进一步延伸 32 软脂酸合成的反应式为 33 二 线粒体增链途径在大多数情况下仅限于合成软脂酸 此外软脂酰CoA对脂肪酸的合成具有反馈抑制作用 C16以上的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的合成是在线粒体或内质网膜的胞质一侧进行的 其合成酶系存在于线粒体和内质网中 34 35 三 不饱和脂肪酸的生物合成 不饱和脂肪酸的生物合成是在去饱和酶系的作用下 在原有饱和脂肪酸中引入双键的过程 去饱和作用也是在内质网膜上进行的 动物细胞中含有很多催化双键形成的去饱和酶 但只能催化远离脂肪酸羧基端的第九个碳的去饱和 九碳以上的去饱和只有植物中的去饱和酶能催化 36 四 脂肪的合成 a 磷酸甘油脂酰CoA 37 脂肪酸的合成代谢是由二碳单元缩合的一系列反应组成 脂肪酸的合成代谢不是分解代谢的逆反应 二者之间的主要差异在于 1 脂肪酸的合成代谢发生在胞质溶胶中 而分解代谢是在线粒体基质中进行 2 脂肪酸的合成代谢使用NADPH作为还原剂 而b 氧化作用产生NADH 3 脂肪酸在其合成过程中是以共价键连接到酰基载体蛋白 acylcarrierprotein ACP 的巯基上 而分解代谢的中间产物是与CoA相接的 4 较高级生物脂肪酸合成的酶活性存在于一条单一的多肽链内 称为脂肪酸合成酶系 而在b 氧化作用中各个酶的活性是由分离的酶实现的 38 39 思考题 1 计算一分子硬脂酸彻底氧化生成CO2和H2O 产生的ATP分子数 并计算每克硬脂酸彻底氧化产生的自由能 2 b 氧化降解过程如何 试比较脂肪酸合成与脂肪酸b 氧化的异同 3 乙酰辅酶A羧化酶在脂肪酸合成中起着调控作用 试述这个调控机制 4 说明生物素为什么会影响生物膜的通透性 5 什么是人体必需脂肪酸 有哪些 6 乙酰辅酶A在参与脂肪酸合成之前需发生哪些转化反应 40 7 不饱和脂肪酸经b 氧化分解与饱和脂肪酸有何不同 8 为什么贮存的脂肪酸氧化得到的能量多于同质量糖原氧化产生