《脂类的代谢new》PPT课件.ppt

第十章脂类代谢 脂类概述脂肪的分解代谢脂肪的生物合成 概念脂类是脂肪和类脂的总称 它是有脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物 统称为脂质或脂类 是动物和植物体的重要组成成分 脂类是广泛存在与自然界的一大类物质 它们的化学组成 结构理化性质以及生物功能存在着很大的差异 但它们都有一个共同的特性 即可用非极性有机溶剂从细胞和组织中提取出来 分类 脂肪真脂或中性脂肪 甘油三酯 类脂 磷脂糖脂固醇 胆固醇 甘油磷脂鞘氨醇磷脂 卵磷脂脑磷脂 贮藏物质 能量物质脂肪是机体内代谢燃料的贮存形式 它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用 氧化1g脂肪放出的能量37 66kJ脂肪不仅含有较高热量 而且贮存在体内所占体积也小 提供给机体必需脂成分 1 必需脂肪酸亚油酸18碳脂肪酸 含两个不饱和键 亚麻酸18碳脂肪酸 含三个不饱和键 花生四烯酸20碳脂肪酸 含四个不饱和键 2 生物活性物质激素 胆固醇 维生素等 脂类的功能 生物体结构物质 1 作为细胞膜的主要成分几乎细胞所含的磷脂都集中在生物膜中 是生物膜结构的基本组成成分 2 保护作用脂肪组织较为柔软 存在于各重要的器官组织之间 使器官之间减少摩擦 对器官起保护作用 用作药物卵磷脂 脑磷脂可用于肝病 神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗等 一 脂类的酶促水解 脂肪酶广泛存在于动物 植物和微生物中 它能催化脂肪逐步水解产生脂肪酸和甘油 1 脂肪的水解乳化脂肪的消化主要在肠中进行 胰液和胆汁经胰管和胆管分泌到十二指肠 胰液中含有胰脂肪酶 能水解部分脂肪成为甘油及游离脂肪酸 但大部分脂肪仅局部水解成甘油一酯 甘油一酯进一步由另一种脂酶水解成甘油和脂肪酸 二 脂肪的分解代谢 生物体利用脂肪作为供能原料的第一个步骤是水解脂肪生成甘油和脂肪酸 脂肪酶催化此反应 以后甘油和脂肪酸在组织内氧化生成CO2和水 所放出的化学能被用于完成各种生理机能 一 甘油的氧化糖酵解途径 EMP 三羧酸循环 TCA 磷酸戊糖途径 HMP 二 脂肪酸的氧化分解 氧化 脂肪酸的活化 脂酰CoA的生成长链脂肪酸氧化前必须进行活化 活化在线粒体外进行 内质网和线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP CoASH Mg2 存在条件下 催化脂肪酸活化 生成脂酰CoA 穿膜 脂酰CoA进入线粒体 脂肪酸活化在细胞液中进行 而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内 因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢 脂酰CoA需要借助一种特殊的载体肉毒碱 3 羟基 4 三甲氨基丁酸 才能转运到线粒体内 脂酰CoA在肉毒碱脂酰转移酶催化下 与肉毒碱反应 生长脂酰肉毒碱 然后通过线粒体内膜 脂酰肉毒碱在线粒体内膜的移位酶帮助下穿过内膜 并与线粒体基质中的CoA作用 重新生成脂酰CoA 释放出肉毒碱 肉毒碱再在移位酶帮助下 回到线粒体外的细胞质中 脂肪酸的 氧化脂酰CoA在线粒体的基质中通过脂肪酸氧化酶系作用进行氧化分解 每进行一次 氧化 需要经过脱氢 水化 再脱氢和硫解四步反应 同时释放出1分子乙酰CoA 反应产物是比原来的脂酰CoA减少了2个碳的新的脂酰CoA 如此反复进行 直至脂酰CoA全部变成乙酰CoA 脂肪酸的 氧化长链脂酰CoA的 氧化是在线粒体脂肪酸氧化酶系作用下通过五步反应 生成比原来少两个碳原子的脂肪酰辅酶A和一分子二碳单位的乙酰CoA 再经TCA循环完全氧化成二氧化碳和水 并释放大量能量 偶数碳原子的脂肪酸 氧化最终全部生成乙酰CoA 脂酰CoA的 氧化反应过程如下 1 脱氢脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化 在其 和 碳原子上脱氢 生成 2反烯脂酰CoA 该脱氢反应的辅基为FAD 2 加水 水合反应 2反烯脂酰CoA在 2反烯脂酰CoA水合酶催化下 在双键上加水生成L 羟脂酰CoA 3 脱氢L 羟脂酰CoA在L 羟脂酰CoA脱氢酶催化下 脱去 碳原子与羟基上的氢原子生成 酮脂酰CoA 该反应的辅酶为NAD 4 硫解在 酮脂酰CoA硫解酶催化下 酮脂酰CoA与CoA作用 硫解产生1分子乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA 此碳链较短的脂酰辅酶A又经过脱氢 加水 脱氢及硫解等反应 生成乙酰辅酶A 如此重复进行 一分子脂肪酸最终变成许多分子乙酰辅酶A 乙酰辅酶A可以进入TCA循环氧化成CO2和水 也可以参与其他合成代谢 脂肪酸 氧化产生的能量 脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能量 例如软脂酸 含16碳 经过7次 氧化 可以生成8个乙酰CoA 每一次 氧化 还将生成1分子FADH2和1分子NADH 软脂酸完全氧化的反应式为 C16H31CO SCoA 7CoA SH 7FAD NAD 7H2O 8CH3CO SCoA 7FADH2 7NADH 7H 按照一个NADH产生2 5个ATP 1个FADH2产生1 5个ATP 1个乙酰CoA完全氧化产生10个ATP计算 1分子软脂酰CoA在分解代谢过程中共产生108个ATP 由于软脂酸转化成软脂酰CoA时消耗了1分子ATP中的两个高能磷酸键的能量 ATP分解为AMP 可视为消耗了2个ATP 因此 1分子软脂酸完全氧化净生成108 2 106个ATP 总结 脂肪酸 氧化最终的产物为乙酰CoA NADH和FADH2 假如碳原子数为Cn的脂肪酸进行 氧化 则需要作 n 2 1 次循环才能完全分解为n 2个乙酰CoA 产生n 2个NADH和n 2个FADH2 生成的乙酰CoA通过TCA循环彻底氧化成二氧化碳和水并释放能量 而NADH和FADH2则通过呼吸链传递电子生成ATP 至此可以生成的ATP数量为 以软脂酸 18C 为例计算其完全氧化所生成的ATP分子数 三 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 氧化不饱和脂肪酸的分解 四 酮体的生成和利用1酮体的生成乙酰CoA在人及哺乳动物肝外组织中 大部分可迅速进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP 或被某些合成反应所利用 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 羟丁酸和丙酮 这三者统称为酮体 1 酮体的生成A 2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下 缩合成乙酰乙酰CoA 并释放1分子的CoASH B 乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟甲基戊二酸单酰CoA HMGCoA 并释放1分子CoASH C HMGCoA在HMGCoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA 乙酰乙酸在线粒体内膜 羟丁酸脱氢酶作用下 被还原成 羟丁酸 部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮 2 酮体的分解肝脏是生成酮体的器官 但不能使酮体进一步氧化分解 而是采用酮体的形式将乙酰CoA经血液运送到肝外组织 作为它们的能源 尤其是肾 心肌 脑等组织中主要以酮体为燃料分子 在这些细胞中 酮体进一步分解成乙酰CoA参加三羧酸循环 A 乙酰乙酸在肌肉线粒体中经3 酮脂酰CoA转移酶催化 能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA B 乙酰乙酰CoA被 氧化酶系中的硫解酶裂解成乙酰CoA进入三羧酸循环 C 羟丁酸在 羟丁酸脱氢酶作用下 脱氢生成乙酰乙酸 然后再转变成乙酰CoA而被氧化 D 丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸 进而异生成糖 酮体在正常血液中少量存在 是人体利用脂的一种正常现象 正常情况下 血液中酮体浓度相对恒定 这是因为肝中产生的酮体可在肝外组织中迅速利用 肾脏 心肌 大脑和肌肉组织是利用酮体的重要组织 特别是对于不能利用脂肪酸的脑组织来说 利用酮体做为能源具有重要意义 但在某些生理或病理情况下 如膳食中糖供应不足时 或因患糖尿病而缺乏氧化糖的能力时 脂肪动员加速 肝脏中酮体生成增加 超过了肝外组织氧化的能力 使血液中酮体积累 造成酮血症 血中酮体过多 由尿排出 又形成酮尿 酮体为酸性物质 若超过血液的缓冲能力 就可引起酸中毒 1 脂肪酸的生物合成生物机体内脂类的合成是十分活跃的 特别是在高等动物的肝脏 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CoA 脂肪酸合成步骤与氧化降解步骤完全不同 脂肪酸的生物合成是在细胞液中进行 需要CO2和柠檬酸参加 而氧化降解是在线粒体中进行的 三 脂肪的生物合成 组织 肝 主要 脂肪 乳腺等组织亚细胞 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 1 合成部位 一 软脂酸的合成 NADPH的来源 磷酸戊糖途径 主要来源 柠檬酸 丙酮酸循环 乙酰CoA ATP HCO3 NADPH 2 合成原料 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 合成过程可以分为三个阶段 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 乙酰CoA羧化酶可分成三个不同的亚基 生物素羧化酶 BC 生物素羧基载体蛋白 BCCP 羧基转移酶 CT 2 合成阶段 以软脂酸 16碳 的合成为例 在细胞液中进行 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 原初反应 初始反应 原初反应缩合反应还原反应脱水反应还原反应 至此 生成的丁酰 ACP比开始的乙酰 ACP多了两个碳原子 然后丁酰基再从ACP上转移到 酮脂酰合成酶的 SH上 再重复以上的缩合 还原 脱水 还原4步反应 每次重复增加两个碳原子 释放一分子CO2 消耗两分子NADPH 经过7次重复后合成软脂酰 ACP 最后经硫脂酶催化脱去ACP生成软脂酸 16碳 3 延长阶段 在线粒体和微粒体中进行 生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链的延长 一是线粒体中的延长酶系 另一个是粗糙内质网中的延长酶系 线粒体脂肪酸延长酶系以乙酰CoA为C2供体 不需要酰基载体 由软脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合 内质网脂肪酸延长酶系用丙二酸单酰CoA作为C2的供体 NADPH作为H的供体 中间过程和脂肪酸合成酶系的催化过程相同 4 不饱和脂肪酸的合成不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化形成 人体内含有的不饱和脂肪酸主