[理学]第10章-脂代谢WW.ppt

1 Chapter10脂类代谢Metabolismoflipid 2 脂类的概念 脂类是脂肪和类脂的总称 不溶于水而溶于有机溶剂 脂类 脂肪又称三酯酰甘油或甘油三脂 triglyceride TG 类脂 胆固醇 cholesterol Ch 胆固醇脂 cholesterylester CE 磷脂 phospholipid PL 糖脂 glycolipid GL 3 一 脂类的消化和吸收 Digestionandabsorptionoflipid 1 digestion 小肠 smallintestine 胆汁酸盐 bile 乳化作用 胰液中的胰脂酶 pancreaticlipase 辅酯酶 colipase 磷脂酶A2 phospholipaseA2 胆固醇酯酶 cholesterylesterase 等进一步消化消化产物 甘油一酯 FFA Cholesterol 溶血磷脂 lysophospholipid 4 胆汁酸盐 bile 作用 是较强的乳化剂 可增加消化酶对脂类的接触面积 有利于脂类的消化和吸收 5 6 2 Absorption 7 8 甘油三酯的消化与吸收 9 脂肪动员概念 储存于脂肪细胞中的脂肪 在3种脂肪酶作用下逐步水解为游离脂肪酸和甘油 释放入血供其他组织利用的过程 称 二 脂肪分解代谢 10 11 乙酰CoA TCA循环 CO2 H2O 磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 EMP 丙酮酸 氧化 ATP 脂肪的分解代谢 12 一 甘油的分解 CH2OH CH2 OH CHOH 甘油 磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 NADH H NAD CH2 O CH2OH CHOH Pi 磷酸甘油脱氢酶 思考题 一分子甘油彻底氧化生成多少分子ATP TCA循环 13 甘油 ATP3 pi 甘油 ADP 1ATP3 pi 甘油 NAD pi 二羟丙酮 NADH H pi 二羟丙酮3 pi 甘油醛EMPTCA 1分子甘油进入TCA产能 1 2 5 2 5 2 12 5 18 5个ATP 1 1 5 1 5 2 12 5 16 5个ATP 1分子甘油彻底氧化分解产生的能量 14 二 脂肪酸的分解 氧化作用 奇数碳饱和FA的氧化 FA的其他氧化形式 饱和脂肪酸的氧化 不饱和脂肪酸的氧化 15 脂肪酸 氧化是在脂酰基 碳原子上进行脱氢 加水 再脱氢和 与 碳原子之间断裂的过程 此过程是在一系列酶的催化下完成的 脂肪酸必须先在内质网 线粒体外膜活化为脂酰CoA 然后进入线粒体基质进行 氧化 1 脂肪酸的 氧化 16 CoA SH 1 偶数碳的饱和脂肪酸 以软脂酸 为例 I 脂肪酸的活化 胞质 脂酰CoA 相当于消耗2分子ATP 活化形式 限速酶 17 II 转移 借助载体肉毒碱转入线粒体基质 肉毒碱脂酰转移酶I CPT I 肉毒碱脂酰转移酶II CPT II 18 肉碱 CoA 脂酰肉碱 脂酰CoA 脂酰肉碱 限速酶 氧化 主要限速步骤 19 脂酰CoA进入线粒体基质后 经脂肪酸 氧化酶系的催化作用 在脂酰基 碳原子上依次进行脱氢 加水 再脱氢及硫解4步连续反应 使脂酰基在 与 碳原子间断裂 生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA III 氧化过程 16C经过7轮 氧化 20 A 脱氢 脂酰CoA脱氢酶 烯脂酰CoA 反式 21 B 加水 羟脂酰CoA 烯脂酰CoA水合酶 要求底物反式构型 22 C 再脱氢 酮脂酰CoA 具立体异构专一性 要求底物L构型 23 D 硫解 少两个碳原子脂酰CoA 乙酰CoA 24 25 肉碱转运载体 线粒体膜 26 16C脂肪酸经过 a 一次激活 ATP AMP PPi 断裂二个高能键 消耗两个ATP b 七次 氧化 生成8个AcCoA 10 8 80ATPc 每次 氧化1 5 2 5 44 7 28ATP80 28 2 106个ATP 比糖多得多 d CO2产生2 8 16 IV 能量计算 16C 27 提供能量 效率高于糖的氧化 乙酰CoA可作为合成Fat 酮体和一些Aa的原料 产生大量水可供陆生动物对水的需求 特别对于冬眠动物而言 脂肪酸氧化所提供的能量 热量和水都是维持生命所必需的 V BiologicalSignificanceof OxidationofFA 28 与偶数碳FA氧化类似 经过 氧化产生几个乙酰CoA Acyl CoA 和1个丙酰CoA Propionyl CoA Acyl CoA进入TCA 而Propionyl CoA则进入一个涉及三种酶的不同的氧化途径 2 奇数碳饱和FA的氧化 29 丙酰CoA羧化酶 D 甲基丙二酸单酰CoA 丙酰CoA 甲基丙二酸单酰CoA差向异构酶 B12Coenzyme 甲基丙二酸单酰CoA变位酶 L 甲基丙二酸单酰CoA 琥珀酰CoA TCACycle 30 1 油酸 9 Cis 十八烯酸 激活 过膜 3次 氧化 3 Cis 烯脂酰CoA 3 顺 2 反 烯脂酰CoA异构酶 2 Trans 烯脂酰CoA 少一次脱氢氧化 少一个FADH2 烯脂酰CoA水合酶 2 不饱和脂肪酸的氧化 31 羟脂酰CoA 羟脂酰CoA脱氢酶 酮脂酰CoA 酮脂酰CoA硫解酶 AcCoA 32 a 循环一次后生成少两个C的脂酰 CoA 乙酰 CoAb 7次 氧化 1个半氧化 少一个FADH2 c 除 氧化全部酶外 多一个 3 顺 2 反烯脂酰 CoA异构酶 d 彻底氧化产能多少 总结 33 大于18C的脂酰CoA难以进入线粒体进行 氧化 但可以进入过氧化物酶体或乙醛酸循环体进行 氧化 脂酰CoA进入过氧化物酶体或乙醛酸循环体借助于另一种转运蛋白 而非肉碱 过氧化物酶体或乙醛酸循环体发生的 氧化与线粒体中非常相似 只是第一步反应由脂酰CoA氧化酶催化而非脂酰CoA脱氢酶 产生H2O2 不产生ATP 34 I 氧化 动物肝脏 少数微生物 II 氧化 植物种子 叶 动物肝脏 脑 3 FA的其他氧化形式 35 I 氧化CH3 CH2 8 COOH O2HO CH2 CH2 8 COOH H2OHO CH2 CH2 8 COOHOHC CH2 8 COOHOHC CH2 8 COOHHOOC CH2 8 COOHHOOC CH2 8 COOH琥珀酰 CoA 3Ac CoA 羟化酶 醇脱氢酶 醛脱氢酶 海面除油需氧细菌 三次 氧化 NAD NADH H NADH H NAD 进入TCA 36 氧化 植物种子 叶 动物肝脏 脑 发生在 碳原子上的氧化 如植烷酸的 碳原子被甲基封闭 必须经过 氧化去除1个碳原子后再进行 氧化 氧化直接在游离脂肪酸上进行 不需要激活 可以在内质网 线粒体和过氧化物酶体中进行 II 氧化 37 R CH2 COOHR CHOH COOH 羟脂酸 R CHOH COOHR CO COOHR COOH CO2脱1个CO2 以下可进行 氧化 此法可以产生奇数C脂肪酸 脱氢酶 脱羧酶 进入 氧化 少1个碳原子的脂肪酸 38 雷佛索姆 Refsum 病 某些脂肪酸的 氧化对于人类健康是必不可少的 人体内组织将绿色蔬菜的叶绿醇氧化为植烷酸 phytanicacid 后者的降解是通过 氧化来实现的 牛奶及奶制品中也含有植烷酸 对于人类 若欠缺 氧化作用系统 先天性的遗传性疾病 即造成体内植烷酸的积聚 会导致外周神经炎类型的运动失调及视网膜炎等症状 39 在饥饿 禁食或某些病理状态下 脂肪动员加强 大量的脂肪酸在肝脏中经 氧化产生AcCoA 同时为了维持血糖浓度 体内的糖异生也被激活 草酰乙酸作为糖异生的原料被大量消耗 导致TCA循环速率下降 AcCoA得不到及时氧化而堆积 就转化为酮体 三 酮体代谢 40 脂肪酸在肝脏中经 氧化产生大量AcCoA常转变为 乙酰乙酸 羟丁酸 丙酮等中间产物 总称为 酮体 KetoneBody 合成在肝内 分解在肝外 41 1 酮体生成 乙酰乙酸脱羧酶 42 酮体在肝内生成后 丙酮可通过呼吸排出体外 乙酰乙酸和 羟丁酸进入血液循环 运到肝外组织 如心 脑 肝外许多组织具有活性很强的氧化利用酮体的酶 将酮体转变为AcCoA并进入TCA循环氧化成CO2 以提供给骨骼肌 心肌和肾脏等大量的能量 故可看作正常代谢产物 43 2 酮体分解 肝内生成后 透出细胞进入血液循环 运送到肝外组织 心 肾 肌肉等 氧化 羟丁酸乙酰乙酸 硫解酶 琥珀酰 CoA转硫酶 2AcCoA 琥珀酸 AcAcCoA 乙酰乙酸 琥珀酸CoA 羟丁酸脱氢酶 NAD NADH H AcAcCoA TCACycle Pyruvate 甲酸 一碳单位代谢的原料 1 2 丙二醇 丙酮 AcCoA AcCoA 乙酸 44 2乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰乙酸 HMGCoA 羟丁酸 丙酮 乙酰乙酰CoA 琥珀酰CoA 琥珀酸 酮体的生成和利用的总示意图 2乙酰CoA 45 但如长时间不能进食或糖利用受阻 造成糖代谢紊乱 脂大量动员 则会造成 酮症 正常人血液中酮体为0 2mg 0 9mg 但在异常情况下 300mg 400mg 时 称为酮血症 尿中的酮体量也可能增加 称为酮尿症 酮症 的主要危害是酸中毒 46 3 由乙酰CoA衍生来的酮体是能量代谢中的重要分子 酮体是某些器官的主要燃料分子心肌和和脑组织的重要能源 脑组织不能氧化FA 但能利用酮体 在正常情况下人脑的主要燃料是Glc 但在饥饿或患糖尿病时 可有效地利用乙酰乙酸 长期饥饿时 脑对燃料的需要75 来自乙酰乙酸 乙酰乙酸经过一定的时间可被活化为乙酰乙酰CoA 然后裂解为2个乙酰CoA 再进入TCACycle 47 酮体是水溶性的乙酰基单位的可转运形式乙酰乙酸和羟基丁酸的重要产生部位是肝脏 FA由脂肪组织释放并由肝脏转变为乙酰单位 然后它们又成为乙酰乙酸由肝脏经血液运到其它外周组织 如肌肉 中去 酮体有调节作用血液中乙酰乙酸水平高表示乙酰单位太多 会使脂肪组织中的脂解速度降低 48 三 脂肪的合成代谢Anabolismoffat 一 脂肪酸的合成Synthesisoffattyacid 1 饱和脂肪酸从头合成 2 脂肪酸碳链的延长 3 不饱和脂肪酸的合成 49 1 除了植物在质体内 其它生物的合成场所均为细胞液 胞液内从头合成16C以内脂肪酸 内质网和线粒体进行脂酸碳链加长 非必需不饱和脂酸由饱和脂酸去饱和生成 2 从头合成的引物 乙酰CoA 主要来自糖代谢 一 脂肪酸的合成 50 3 丙二酸单酰CoA作为活化的 二碳单位 供体4 丙二酸单酰CoA的脱羧反应和NADPH作为驱动碳链延伸的动力5 合成部位 Liver Kidney Brain Lung Galactophore Fattissue 51 胞液中 部位 1 饱和脂肪酸从头合成 16C以内 乙酰CoA NADPH ATP 原料 52 乙酰CoA 脂肪酸合成的碳源主要来自糖氧化分解 氧化和氨基酸氧化分解产生乙酰CoA 它们都存在于线粒体中 线粒体中的乙酰CoA 需通过柠檬酸 丙酮酸循环 或称柠檬酸穿梭系统 运到胞浆中 才能供脂肪酸合成所需 NADPH主要来自胞浆中的磷酸戊糖途径 其次是柠檬酸穿梭系统 I 乙酰CoA的转运 53 丙酮酸羧化酶 柠檬酸裂解酶 苹果酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 苹果酸酶 54 HOOCCH2CO SCoA ADP Pi ATP HCO3 CH3CO SCoA II 乙酰CoA羧化成丙二酸单酰CoA 乙酰CoA羧化酶 限速反应 生物素 Mn2 丙二酸单酰CoA 直接供体 乙酰CoA羧化酶是限速酶 其受到脂肪酸合成的主要产物 棕榈酰CoA的反馈抑制 而柠檬酸则是其别构激活剂 56 脂酸合成酶系 57 丙二酸单酰通过酯键连接到巯基上 脂肪酸合成过程中 起酰基载体作用的不是CoASH 而是酰基载体蛋白ACP 其辅基是4 磷酸泛酰氨基乙硫醇 是脂酰基载体 58 在脂肪酸合成过程中 中间产物一直与酶复合体中的两个巯基中的一个共价连接 一个为 酮脂酰 ACP合酶 KS 上的巯基 一个在酰基载体蛋白 ACP 上的巯基 59 ACP犹如一个转动的手臂 以其末端的巯基携带脂酰基依次转到各酶的活性中心 从而发生各种反应 60 脊椎动物中脂肪酸合成酶二聚体 1 乙酰转移酶2 丙二酰转移酶3 酮脂酰合成酶4 酮脂酰还原酶5 水化酶6 烯酰还原酶7 硫酯酶Pan 4 磷酸泛酰氨基乙硫醇 1 2 61 III 合成过程 62 乙酰CoA的乙酰基转到 酮脂酰 ACP合酶 KS 的巯基 该反应由乙酰CoA ACP转脂酰基酶 AT 催化 准备阶段 引物 63 丙二酸单酰CoA的丙二酸单酰基团转到ACP的巯基上 该反应由丙二酸单酰CoA ACP转移酶 MT 催化 准备阶段 直接供体 64 活化的乙酰基与丙二酸单酰基缩合形成乙酰乙酰ACP 同时产生CO2 该反应由 酮脂酰 ACP合酶 KS 催化 第一步反应 缩合反应 65 第二步反应 羰基还原 乙酰乙酰ACP在 酮脂酰 ACP还原酶 KR 的作用下 由NADPH提供还原力 形成 羟丁酰 ACP 66 第三步反应 脱水 羟丁酰 ACP在 羟脂酰 ACP脱水酶 HD 的作用下 脱水形成丁烯酰 ACP 67 第四步反应 双键还原 丁烯酰 ACP在烯酰 ACP还原酶 ER 的作用下 还原成丁酰 ACP 饱和 电子供体为NADPH 68 丁酰从ACP的巯基转移至 酮脂酰 ACP合酶 KS 的巯基上 该位置最初结合乙酰基 69 乙酰CoA ACP转乙酰酶 丙二酸单酰CoA ACP转酰基酶 方向 烷端 羧基端 70 合成在ACP上进行 乙酰乙酰ACP 羟丁酰ACP 丁烯酰ACP 丁酰ACP 1次循环 71 转位 转移至 酮脂酰 ACP合酶 KS 的巯基上 72 经过7轮循环反应 每次加上一个丙二酰基 增加两个碳原子 最终释放出软酯酸 73 iv 水解 脂酰ACP 硫酯酶 脂肪酸 74 75 1 共7次循环 软酯酰 ACP 软酯酸 硫解酶 每次循环包括 酮合成 酮还原 羟脱水 烯还原总计 1个AC ACP 7个丙二酰 ACP 7ATP 7 2NADPH2 V 脂肪酸合成总结 76 2 原料 引物 AcCoA原料活化形式 直接供体 丙二酰CoA3 生长方向 烷端 羧基端4 合成酶是多酶复合体5 调控位点就是乙酰CoA羧化酶催化生成脂酰CoA的反应 77 6 与 氧化区别 a 胞内部位不同 Cyt Mit b 酰基载体不同 ACP CoA c 二C单位加入和减法不同 丙二酰 CoA AcCoA d 递H体不同 NADPH2 FAD NAD e 酶不同 复合体 非复合体 f 产物 软酯酰ACP AcCoA 软脂酸合成与分解的区别 7 脂肪酸的生物合成受到严格调控当细胞或生物体有充足的能量满足其代谢需要时 过量的能源一般转化为脂肪酸并以诸如三酰甘油的形式贮存脂质 80 2 脂酸碳链的延长 81 82 合成部位内质网线粒体二碳单位供体丙二酰CoA乙酰CoA供氢体NADPH H NADPH H 合成过程类似软脂酸合成 氧化的逆过程酰基载体CoACoA产物可达24碳可达24 26碳硬脂酸为主硬脂酸为主 脂酸碳链的加长 83 不饱和脂肪酸的合成 Desaturation 不饱和脂肪酸有 软油酸 油酸 亚油酸 亚麻酸 花生四烯酸 必需脂肪酸 必需脂肪酸 维持哺乳动物正常生长所需而体内又不能合成的脂肪酸 包括亚油酸 亚麻酸 花生四烯酸 3 不饱和脂酸的合成 84 动物 有 4 5 8 9去饱和酶 缺乏 9以上去饱和酶 镶嵌在内质网上 脱氢过程有线粒体外电子传递系统参与 植物 有 9 12 15去饱和酶 软脂酸 去饱和 延长 硬脂酸 油酸 亚油酸 亚麻酸 棕榈油酸 亚麻酸 二十碳三烯酸 花生四烯酸 其他不饱和脂肪酸 更长饱和脂肪酸 延长 延长 去饱和 去饱和 仅限植物 去饱和 去饱和 去饱和 仅限植物 86 脂肪酸合成的调控 87 88 二 脂肪的合成 磷酸甘油 脂酰CoA三酰甘油 肝脏 脂肪组织 小肠 甘油 ATP 磷酸甘油 ADP 原料都要激活 甘油激酶 89 磷酸甘油 磷酸甘油脂酰转移酶 磷酸甘油脂酰转移酶 溶血磷脂 磷脂酸 三酰甘油的生物合成 90 磷酸酶 二酰甘油脂转移酶 二酰甘油 三酰甘油 三酰甘油的生物合成 91 课后思考题 1 吃的多动的少容易长胖 试从生化角度分析其原因 从生化角度谈谈你对减肥的认识 2 请用代谢图将糖类与脂类的合成与分解代谢联系起来 92 1 酶解磷酸甘油酯酶B A1 A2 C D 溶血磷酸甘油酯酶L1 L2 分别作用于 和 位生成溶血磷脂 四 生物膜重要成份磷脂的代谢MetabolismofPhospholipid 93 磷脂酶A1 动物 磷脂酶A2 蛇毒等 磷脂酶C 动物脑 蛇毒和细菌毒素 磷脂酶D 高等植物 磷脂酶B 94 磷脂酰胆碱 2 脂酰 GPC 1 脂酰 GPC 磷酸胆碱 磷酸二脂酰甘油 植物 动物 细菌 脂肪酸 脂肪酸 1 2 二脂酰甘油 胆碱 GPC 胆碱 1 2 脂酰甘油 脂肪酸 脂肪酸 Pi Pi FA 甘油 GP 胆碱 甘油 Pi 胆碱 95 分解产物的去路 命运 胆碱Aa Ala Met 甘油PEPFA Glycogen TCACycle Oxidation EMP逆行 AcCoA TCACycle 96 1 合成部位全身各组织中 以肝 肾 肠等组织最活跃 2 合成原料及辅因子脂酸 甘油 磷酸盐 胆碱 丝氨酸 肌醇 ATP CTP 2 甘油磷脂的合成 97 98 3 合成基本过程 99 包括 胆固醇胆酸胆酸盐胆固醇酯甾醇类激素VD多数在肝中合成血肠回肝少数转变为粪固醇排出 细菌作用 五 MetabolismofCholesterol 肝 100 一 分解与转化主要以循环使用其多氢菲骨架形式 转化为多种活性物质 如胆汁盐 胆固醇酯 肾上腺皮质激素 性激素以及维生素D3等 多余以粪甾醇整体排放 101 二 合成 肝内质网 胞液 微粒体 1 原料 AcCoA2 三个重要中间物 HMG CoA 羟甲戊二酸单酰CoA HMG CoA还原酶是关键酶 限速酶 MVA 甲羟戊酸 限速 鲨烯 胞液 3 最后鲨烯在微粒体中缩合为胆固醇 102 103 甲羟戊酸 MVA 鲨烯 104 本章重点 熟练掌