生物化学 脂类与脂代谢.ppt

第七章脂类与脂类代谢 本章内容 脂类甘油三酯的分解代谢脂肪的生物合成磷脂的代谢胆固醇的代谢 脂类 lipid 亦译为脂质或类脂 是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子 其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸醇成分包括甘油 鞘氨醇 高级一元醇和固醇 脂类的元素组成主要是C H O 有些尚含N S P 一 定义 第一节脂类 参见P124 构成脂类的脂肪酸 参见表5 1 硬脂酸18 0 脂 油酸18 1 油 I按化学组成分类单纯脂类复合脂类衍生脂类 二 脂类的分类 单纯脂类 由脂肪酸和醇类所形成的酯 脂酰甘油酯 最丰富的为甘油三酯 蜡 含14 36个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16 30个碳原子的一元醇所形成的酯 参见P124 单纯脂类的衍生物 除了含有脂肪酸和醇外 还含有非脂分子的成分 包括 复合脂类 磷脂 磷酸和含氮碱 糖脂 糖 硫脂 硫酸 参见P124 由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切 萜类 天然色素 香精油 天然橡胶固醇类 固醇 甾醇 性激素 肾上腺皮质激素 其他脂类 维生素A D E K等 衍生脂类 可皂化脂类 一类能被碱水解而产生皂 脂肪酸盐 的脂类 不可皂化脂类 不能被碱水解而产生皂 脂肪酸盐 的脂类 主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类 II按能否被碱水解分类 甘油三酯的分子结构 三 重要脂类的结构 1 甘油三酯 n m k可以相同 也可以不全相同甚至完全不同 其中n多是不饱和的 X 胆碱 乙醇胺 丝氨酸 甘油 2 甘油磷脂 X H磷脂酸 PA 参见表5 2 四 脂类的分布与生理功能 脂肪 甘油三酯 TG 脂类 类脂 磷酸甘油酯 PL 鞘磷脂 脑苷脂 神经节苷脂 磷脂 糖脂 胆固醇 Ch 及其酯 ChE 第二节甘油三酯的分解代谢 参见P263 一 脂肪的酶促水解 脂肪 甘油 脂肪酸 限速酶 二 甘油的氧化分解与转化 思考 1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量 形成ATP 22 动物的脂肪细胞中无甘油激酶 则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解 氧化作用 氧化作用 饱和脂肪酸的氧化分解 三脂肪酸的氧化分解 不饱和脂肪酸的氧化分解 奇数C原子脂肪酸的氧化分解 概念脂肪酸的 氧化作用能量计算 一 饱和脂肪酸的 氧化作用 饱和脂肪酸在一系列酶的作用下 羧基端的 位C原子发生氧化 碳链在 位C原子与 位C原子间发生断裂 每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸 这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为 氧化 R1CH2CH2CH2CH2CH2COOH 1 概念 2 脂肪酸的 氧化作用 1 脂肪酸的活化 脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA 然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化 在脂酰CoA合成酶 硫激酶 催化下 由ATP提供能量 将脂肪酸转变成脂酰CoA 在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解 此过程必须要由肉碱 肉毒碱 carnitine 来携带脂酰基 2 脂酰CoA转运入线粒体 参见P267 借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶 酶 和酶 催化的移换反应以及肉碱 脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体 其中 肉碱脂酰转移酶 carnitineacyltransferase 是脂肪酸 氧化的关键酶 脂酰CoA进入线粒体的过程 参见P267 关键酶 氧化过程由四个连续的酶促反应组成 脱氢 水化 再脱氢 硫解 3 氧化循环 氧化循环的反应过程 2反式烯脂酰COA L 羟脂酰COA 氧化循环过程在线粒体基质内进行 氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化 反应不可逆 需要FAD NAD CoA为辅助因子 每循环一次 生成一分子FADH2 一分子NADH 一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA 脂肪酸 氧化循环的特点 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量 并生成ATP 4 彻底氧化 1分子FADH2可生成1 5分子ATP 1分子NADH可生成2 5分子ATP 故一次 氧化循环可生成4分子ATP 1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成10分子ATP 3 脂肪酸氧化分解时的能量释放 以16C的软脂酸为例来计算 则生成ATP的数目为 7次 氧化分解产生4 7 28分子ATP 8分子乙酰CoA可得10 8 80分子ATP 共可得108分子ATP 减去活化时消耗的两分子ATP 故软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP 对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸 其净生成的ATP数目可按下式计算 4 10 3 饱和脂肪酸的 氧化作用 自学 1 概念 脂肪酸在一些酶的催化下 其 C原子发生氧化 结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸 这种氧化作用称为 氧化 RCH2CH2COOHRCH2COOH CO2 参见P270 少一个C原子 2 氧化的可能反应历程 二 不饱和脂肪酸的氧化 单不饱和脂肪酸的氧化如油酸 18C 1 参见P268 多不饱和脂肪酸的氧化如亚油酸 18C 2 3 D L 三 奇数碳脂肪酸的氧化 参见P269 脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸 acetoacetate 羟丁酸 hydroxybutyrate 和丙酮 acetone 三种中间代谢产物 统称为酮体 ketonebodies 四 酮体的生成及利用 自学 参见P270 272 酮体的分子结构 酮体 酮体主要在肝细胞线粒体中生成 酮体生成的原料为乙酰CoA 1 酮体的生成 1 两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶 thiolase 的催化下 缩合生成一分子乙酰乙酰CoA 酮体生成的反应过程 2 乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合 生成HMG CoA HMG CoA合酶是酮体生成的关键酶 限速酶 3 HMG CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA 4 乙酰乙酸在 羟丁酸脱氢酶的催化下 加氢还原为 羟丁酸 5 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮 CoASH CoASH NAD NADH H 羟丁酸脱氢酶 HMGCoA合成酶 乙酰乙酰CoA硫解酶 HMGCoA裂解酶 酮体的生成 羟 甲基戊二酸单酰CoA合成酶 利用酮体的酶有两种 1 琥珀酰CoA转硫酶 主要存在于心 肾 脑和骨骼肌细胞的线粒体中 2 乙酰乙酸硫激酶 主要存在于心 肾 脑细胞线粒体中 2 酮体的利用 1 羟丁酸在 羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢 生成乙酰乙酸 酮体利用的基本过程 2 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA 3 乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下 裂解为两分子乙酰CoA 4 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解 羟丁酸脱氢酶 当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时 乙酰乙酸可净生成24分子ATP 羟丁酸可净生成27分子ATP 而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时 乙酰乙酸则可净生成22分子ATP 羟丁酸可净生成25分子ATP 1 在正常情况下 酮体是肝输出能源的一种重要的形式 2 在饥饿或疾病情况下 酮体可为心 脑等重要器官提供必要的能源 3 酮体生成及利用的生理意义 第三节脂肪的生物合成 甘油的合成脂肪酸的合成二者分别转变为3 磷酸甘油和脂酰CoA后的连接 参见P272 合成甘油三酯所需的3 磷酸甘油主要由下列两条途径生成 1 由糖代谢生成 脂肪细胞 肝 一 3 磷酸甘油的生成 2 由脂肪分解形成的甘油 二 饱和脂肪酸的从头合成 在细胞质中 参见P272 来源线粒体内的丙酮酸氧化脱羧 糖 脂肪酸的 氧化氨基酸的氧化转运柠檬酸穿梭 三羧酸转运体系 1 乙酰CoA 碳源 的来源及转运 乙酰CoA转运出线粒体 参见P273 在关键酶乙酰CoA羧化酶的催化下 将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA 2 丙二酸单酰CoA的合成 参见P273 脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程 每经过一次循环反应 延长两个碳原子 合成反应由脂肪酸合成酶系催化 在低等生物中 脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白 acylcarrierprotein ACP 和7种酶单体所构成的多酶复合体 3 脂肪酸合成循环 脂酰基载体蛋白 ACP SH ACP 脂酰基转移酶丙二酸单酰CoA ACP转移酶 酮脂酰 ACP合酶 酮脂酰 ACP还原酶 羟脂酰 ACP脱水酶烯脂酰 ACP还原酶硫酯酶 ACP SH 原核生物的脂肪酸合成酶系 乙酰基转移反应 CH3 C SACP O ACP SH 酮脂酰 ACP合酶 丙二酸单酰基转移反应 COA SH ACP SH ACP脂酰基转移酶 4 反应历程 缩合反应 CH3 C S 合酶 O 酮脂酰 ACP合酶 合酶 SH CO2 还原反应 NADPH H 酮脂酰 ACP还原酶 NADP D 羟丁酰 ACP 脱水反应 C 羟脂酰 ACP脱水酶 H2O 2反式丁烯酰 ACP 巴豆酰 ACP 再还原反应 32 NADPH H 烯脂酰 ACP还原酶 CH3 CH2 CH C SACP O NADP 丁酰 ACP 丁酰 ACP与丙二酸单酰 ACP重复缩合 还原 脱水 再还原的过程 直至生成软脂酰 ACP 缩合反应 CH3 C S 合酶 O 酮脂酰 ACP合酶 合酶 SH CO2 由于缩合反应中 酮脂酰 ACP合酶是对链长有专一性的酶 仅对14C及以下脂酰 ACP有催化活性 故从头合成只能合成16C及以下饱和脂酰 ACP 软脂酰 ACP 硫酯酶水解 ACP 软脂酸 棕榈酸 释放 H2O 8CH3 C SCOA O 7ATP 14NADPH 14H CH3 CH2 14COOH 14NADP 8CoASH 7ADP 7Pi 6H2O 那么这个过程与糖代谢有一定关系 原料 乙酰辅酶A 来源羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供还原力NADPH从哪来 总反应式 合成所需原料为乙酰CoA 直接生成的产物是软脂酸 合成一分子软脂酸 需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA 在胞液中进行 关键酶是乙酰CoA羧化酶 合成为一耗能过程 每合成一分子软脂酸 需消耗15分子ATP 8分子用于转运 7分子用于活化 需NADPH作为供氢体 对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性 脂肪酸合成的特点 5 饱和脂肪酸的从头合成与 氧化的比较 区别要点从头合成 氧化 细胞内进行部位胞液线粒体酰基载体ACP SHCOA SH二碳单位参与或断裂形式丙二酸单酰ACP乙酰COA电子供体或受体NADPH H FAD NAD 羟酰基中间物的立体构型不同D型L型对HCO3 和柠檬酸的需求需要不需要所需酶7种4种能量需求或放出消耗7ATP及14NADPH H 产生106ATP 软脂酸 三 甘油三酯的合成 参见P277 278 Section4MetabolismofPhospholipids 第四节磷脂的代谢 参见P279 自学 一 甘油磷脂的基本结构 一 甘油磷脂的代谢 体内几种重要的甘油磷脂 1 甘油二酯合成途径 磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成 合成过程中所需胆碱及乙醇胺以CDP 胆碱和CDP 乙醇胺的形式提供 二 甘油磷脂的合成代谢 甘油二酯合成途径 磷脂酰肌醇 磷脂酰丝氨酸和心磷脂通过此途径合成 合成过程所需甘油二酯以CDP 甘油二酯的活性形式提供 2 CDP 甘油二酯合成途径 CDP 甘油二酯合成途径 甘油磷脂的分解靠存在于体内的各种磷脂酶将其分解为脂肪酸 甘油 磷酸等 然后再进一步降解 H H 三 甘油磷脂的分解代谢 第五节胆固醇的代谢 Section5MetabolismofCholesterol 参见P280 自学 A B C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 D 环戊烷多氢菲 14 一 胆固醇的结构及其酯化 胆固醇 cholesterol 的酯化在C3位羟基上进行 由两种不同的酶催化 存在于血浆中的是卵磷脂胆固醇酰基转移酶 LCAT 存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶 ACAT 胆固醇合成部位主要是在肝和小肠的胞液和微粒体 其合成所需原料为乙酰CoA 乙酰CoA经柠檬酸 苹果酸穿梭转运出线粒体而进入胞液 此过程为耗能过程 每合成一分子的胆固醇需18分子乙酰CoA 36分子ATP和16分子NADPH 一 胆固醇合成的部位和原料 二 胆固醇的合成 胆固醇合成的基本过程可分为下列三个阶段 1 乙酰CoA缩合生成甲羟戊酸 MVA 此过程在胞液和微粒体进行 HMG CoA还原酶 HMG CoAreductase 是胆固醇合成的关键酶 二 胆固醇合成的基本过程 此过程在胞液和微粒体进行 MVA 5 焦磷酸甲羟戊酸 异戊烯