第十一单元脂代谢 脂肪酸的分解代谢.doc

第十一单元 脂代谢28章 脂肪酸的分解代谢29章 脂类的生物合成脂肪酸的空间构象 三酰甘油的结构示意图28章 脂肪酸的分解代谢线粒体中脂肪酸氧化的化学步骤可分为三步：1 ）长链脂肪酸降解为两个碳原子单元-乙酰CoA2 ）乙酰CoA经过柠檬酸循环氧化成CO23 ) 从还原的电子载体到线粒体呼吸链的电子传递1 脂质的消化、吸收和传送2 脂肪酸的氧化3 不饱和脂肪酸的氧化4 酮体5 磷脂的代谢6 鞘脂类的代谢7 甾醇的代谢8 脂肪酸代谢的调节1 脂质的消化、吸收和传送1.1 脂肪的消化发生在脂质水的界面处脂类先进行消化，在小肠内的各种脂类水解酶的作用下水解成较小的简单化合物-甘油和脂肪酸。由于脂类是水不溶性的，而消化作用的酶却是水溶性的，因此脂类的消化是在脂质水的界面处发生的。消化的速度取决于界面的表面积。在小肠蠕动的“剧烈搅拌下”，在胆汁盐的乳化作用下，消化量大幅增加。1.2 胆汁盐促进脂类在小肠中被吸收包括胆酸、甘氨胆酸和牛黄胆酸胆汁盐对于脂类的乳化作用可以增加脂类的消化吸收。脂类的消化产物，甘油单脂、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂可与胆汁酸乳化成更小的混合微团（20nm），这种微团极性增大，易于穿过肠粘膜细胞表面的水屏障，被肠粘膜的拄状表面细胞吸收。1.3 吸收脂类的消化产物，甘油单脂、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂可与胆汁酸乳化成更小的混合微团（20nm），这种微团极性增大，易于穿过肠粘膜细胞表面的水屏障，被肠粘膜的拄状表面细胞吸收。被吸收的脂类，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。在脂肪组织和骨骼肌毛细血管中，在脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase,LPL)作用下，乳糜微粒中的三酰甘油被水解为游离脂肪酸和甘油，游离脂肪酸被这些组织吸收，甘油被运送到肝脏和肾脏，经甘油激酶和甘油-3-磷酸脱氢酶作用，转化为磷酸磷酸二羟丙酮2 脂肪酸的氧化2.1 脂肪酸的活化2.2 脂肪酸转入线粒体2.3 -氧化2.4 脂肪酸氧化是高度的放能过程2.5 甘油的氧化2.1 脂肪酸的活化脂肪酸的分解（代谢）发生于原核生物的细胞溶胶及真核生物的线粒体基质中。它在进入线粒体基质前，脂肪酸先与CoA形成硫酯键。这个反应是由脂酰-CoA合成酶（脂肪酸硫激酶）催化。此酶存在于线粒体外膜上。该反应消耗1个ATP，总反应不可逆。脂酰-CoA合成酶催化脂肪酸与CoA-SH生成活化的脂酰-CoA。该发生在溶胶当中。脂肪酸活化在细胞溶胶中进行，成为脂酰-CoA，而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内，但胞浆中活化的长链脂酰CoA（12C以上） 却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱(carnitine) 结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。2.2 脂肪酸转入线粒体肉碱转运脂酰辅酶A进入线粒体此过程为脂肪酸-氧化的限速步骤，肉碱脂酰转移酶（CAT-）是限速酶，丙二酸单酰CoA 是强烈的竞争性抑制剂。脂肪酸在细胞溶胶内被活化，成为脂酰-CoA，它按照以下4个步骤穿越线粒体内膜，进入线粒体基质。1）细胞溶胶中的脂酰-CoA转移到肉碱上，释放CoA到细胞溶胶中2）经传送系统，上述产物脂酰-肉碱被送进线粒体基质3）在这里，脂酰基转移到来自线粒体的CoA上4）同时释放出的肉碱又回到细胞溶胶中2.3 -氧化2.3.1 Knoop的重要发现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。脂肪酸在体内氧化时在羧基端的-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，既乙酰CoA，该过程称作-氧化。2.3.2 脂肪酸的-氧化作用是脂肪酸分解代谢最重要的途径。脂肪酸的-氧化作用发生在线粒体中。如果各个步骤一并计算的话，包括5个步骤：(1) 活化(2) 氧化脱氢 (3) 水合(4) 再氧化脱氢(5) 断裂(2) 氧化脱氢脂酰CoA脱氢酶作用下在其和碳原子上脱氢形成双键，形成反式烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FAD。 (3)水合 在双键上加水生成-羟脂酰CoA(4) 再氧化脱氢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+ (5) 裂解-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另外6轮循环产生7个分子的乙酰CoA以上反应形成脂肪酸降解的一个循环，总结果是脂肪酸链以乙酰CoA的形式自羧基端脱下2个碳原子单元。缩短的脂肪酸又以形式残留，进入下一轮-氧化，进入了脂酰CoA脱氢酶催化的脱氢这一步。2.4 脂肪酸氧化是高度的放能过程 以16碳软脂酸的氧化为例活 化：消耗2个高能磷酸键 氧 化产物：1分子乙酰CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH + H+ 1分子FADH2 7 轮循环产物：8分子乙酰CoA7分子NADH+H+7分子FADH2软脂酰CoA + 7FAD+7NAD+ + 7CoA-SH + 7H2O 8乙酰CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+1分子软脂酸彻底氧化共生成:(108) + (1.57) + (2.57) =108分子ATP减去脂肪酸活化时消耗 ATP 的 2 个高能磷酸键净生成 106 分子ATP。2.5 甘油的氧化3 不饱和脂肪酸的氧化3.1 不饱和脂肪酸的氧化3.2 奇数碳原子脂肪酸的氧化生成丙酰-CoA 3.3 脂肪酸还可以发生-或-氧化3.1 不饱和脂肪酸的氧化只要有一个双键，少一步脱氢，即少合成1个FADH2。不饱和脂肪酸的氧化也是发生在线粒体中，它的活化和跨内膜都与饱和脂肪酸相同，也是通过而降解，但它需要另外两个酶：异构酶和还原酶。3.2 奇数碳原子脂肪酸的氧化生成丙酰-CoA具有奇数碳原子的长链脂肪酸与具有偶数碳原子的脂肪酸氧化过程类似，都从羧基端开始，但在后一轮氧化的底物是含有5个碳原子的脂肪酸的脂酰CoA ，裂解时产生1分子的乙酰CoA和1分子的丙酰CoA。丙酰CoA的两条代谢途径 （1）丙酰CoA转化成琥珀酰CoA，进入TCA 动物体内存在这条途径，因此，在动物肝脏中奇数碳脂肪酸最终能够异生为糖。 反刍动物瘤胃中，糖异生作用十分旺盛，碳水化合物经细菌发酵可产生大量丙酸，进入宿主细胞，在硫激酶作用下产丙酰CoA，转化成琥珀酰CoA，参加糖异生作用。 2）丙酰CoA转化成乙酰CoA，进入TCA这条途径在植物、微生物中较普遍。有些植物、酵母和海洋生物，体内含有奇数碳脂肪酸，经氧化后，最后产生乙酰CoA。 3.3 脂肪酸还可以发生-或-氧化1）-氧化：脂肪酸氧化作用发生在-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化作用。 存在：首先在植物中观察到，但在动物组织，特别是脑组织中也存在-氧化。氧化对于降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸、过分长链脂肪酸（如脑中C22、C24）有重要作用。 脂肪酸的-氧化指脂肪酸的末端甲基（-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成，-二羧酸的过程。之后每一端都可以接上一个CoA分子，进行正常的氧化2） 脂肪酸的氧化作用氧化的底物为长链和中长链脂肪酸。 氧化加速了脂肪酸的降解速度 氧化涉及末端甲基的羟基化，生成一级醇，并继而氧化成醛，再转化成羧酸。催化的酶位于脊椎动物的肝和肾的内质网中， 氧化在脂肪烃的生物降解中有重要作用。泄漏的石油，可被细菌氧化，把烃转变成脂肪酸，然后经氧化降解。 4 酮体4.1 乙酰CoA的代谢结局4.2 肝脏中酮体的形成4.3 肝外组织使用酮体作为燃料4.1 乙酰CoA的代谢结局主要：进入柠檬酸循环及进一步电子传递链，最终完全氧化为CO2和H2O。其二：作为类固醇的前体，生成胆固醇其三：扮演脂肪酸合成前体的角色其四：转化为乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮，这三者统称为酮体。4.2 肝脏中酮体的形成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（HMG CoA），并释放1分子CoASH。C. HMG CoA在HMG CoA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。4.2.1 酮体的生成 A -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生成乙酰乙酸，B 乙酰乙酸经酮酰基CoA转移酶催化，能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoAC 乙酰乙酰CoA被硫解酶裂解成乙酰CoA进入三羧酸循环。D 丙酮可以随尿排出，或者从肺部呼出，也可以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。4.2.2 酮体的利用 -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生成乙酰乙酸，乙酰乙酸经酮酰基CoA转移酶催化，能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA被硫解酶裂解成乙酰CoA进入三羧酸循环。4.2.3 酮体生成的调节（1） 饱食及饥饿的影响（主要通过激素的作用） 饱食：胰岛素增加，脂解作用抑制，脂肪动员减少，进入肝中脂酸减少，酮体生成减少。 饥饿：胰高血糖素增加，脂肪动员量加强，血中游离脂酸浓度升高，利于氧化及酮体的生成。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。反之，糖代谢减弱，脂酸氧化及酮体生成均加强。（2）肝细胞糖原含量及代谢的影响：进入肝细胞的游离脂酸，有两条去路：一条是在胞液中酯化，合成甘油三酯及磷脂；一条是进入线粒体进行氧化，生成乙酰CoA及酮体。肝细胞糖原含量丰富时，脂酸合成甘油三酯及磷脂。肝细胞糖供给不足时，脂酸主要进入线粒体，进入氧化，酮体生成增多。丙二酰CoA竞争性抑制肉碱脂酰转移酶 I，抑制脂酰CoA进入线粒体，脂酸氧化减弱，酮体生产减少。（3）丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体4.3 肝外组织使用酮体作为燃料肝脏是生成酮体的器官，但肝脏缺乏利用酮体的酶，因此不能使酮体进一步氧化分解。酮体生成后进入血液，输送到肝外组织，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。5 磷脂的代谢5.1 磷酸甘油酯类是磷脂酸的衍生物磷脂分子中有极性头和非极性尾 磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。5.2 磷脂的代谢降解磷脂的酶统称为磷脂酶，水解后产物脂肪酸进入氧化途径，甘油和磷酸则进入糖代谢。7 甾醇的代谢甾醇存在于决多数真核细胞膜的结构脂中。固醇类都是环戊烷多氢菲的衍生物。胆固醇是生物膜的重要