脂类及脂类代谢

杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,生物化学,授课教师：李娟丽,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,第四章 脂类及其代谢,第一节 脂类概述第二节 脂肪的分解代谢第三节 脂肪的合成代谢第四节 磷脂代谢,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,第一节 脂类概述,概述 脂类是油脂和类脂的总称，它是由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。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,概述,油脂指的是猪油、牛油、花生油、豆油、桐油等动、植物油；是由多种高级脂肪酸如硬脂酸、软脂酸或油酸等跟甘油生成的甘油酯。类脂化合物包括一些化学结构与油脂有较大差异的物质，如磷脂、蜡、甾醇、糖脂、硫脂等，由于它们在物态及物理性质方面与油脂类似，因此叫做类脂化合物。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,一、油脂,油脂是由多种高级脂肪酸如硬脂酸、软脂酸或油酸等跟甘油生成的甘油酯。在通常的温度下，油脂有呈固态的，也有呈液态的。一般说来，呈固态的叫做脂肪，呈液态的叫做油。植物油脂通常呈液态，叫做油。动物油脂通常呈固态，叫做脂肪。脂肪和油统称油脂。它们在化学成分上都是高级脂肪酸跟甘油所生成的酯，所以油脂属于酯类。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（一）油脂的组成和结构,结构式里，R1、R2、R3为同一种烃基的油脂称为单甘油酯；R1、R2、R3为不同种烃基的油脂称为混甘油酯。注意：油脂不是高分子化合物；天然油脂大都是混甘油脂。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（一）油脂的组成和结构,所有的脂肪酸都有一长的碳氢链（以线性为主，分枝或环状的很少），其一端为一个羧基。在组织和细胞中，绝大多数脂肪酸是以结合状态存在，从动物、植物、微生物中已分离的脂肪酸已有上百种。饱和脂肪酸：碳氢链中全为单键的脂肪酸，如硬脂酸（18个碳）、软脂酸（16个碳）等。不饱和脂肪酸：碳氢链中含有一个或多个双键，如油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等。哺乳动物体内花生四烯酸是合成前列腺素的必需前体物质，它可由亚油酸合成，植物中不含花生四烯酸。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（一）油脂的组成和结构,必需脂肪酸：把维持哺乳动物正常生长所需的，而机体又不能合成，必须从外界食物中摄取的脂肪酸称为必需脂肪酸，主要为亚油酸和亚麻酸，这两种脂肪酸在植物中含量非常丰富。花生四烯酸也是一种重要的必需脂肪酸，它是哺乳动物合成前列腺素的前体。人体如果缺乏必需脂肪酸就会影响机体代谢，表现为上皮细胞功能异常、湿疹样皮炎、皮肤角化不全、创伤愈合不良、对疾病抵抗力减弱、心肌收缩力降低、血小板聚集能力加强、生长停滞等。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（二）油脂性质,1.物理性质：饱和的硬脂酸或软脂酸生成的甘油酯熔点较高，呈固态，即动物油脂通常呈固态；而由不饱和的油酸生成的甘油酯熔点较低，呈液态，即植物油通常呈液态。油脂密度比水小，在0.90.95g/cm3之间，不溶于水，易溶于汽油、乙醚、苯等多种有机溶剂（溶解度）。根据这一性质可用有机溶剂来提取植物种子里的油。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（二）油脂性质,2.化学性质： 由于油脂是多种高级脂肪酸甘油酯的混合物，而在高级脂肪酸中，既有饱和的，又有不饱和的，因此有些油脂兼有酯类和烯烃的化学性质。 （1）油脂的水解:可在酸性或碱性条件下水解。酸性水解的目的：制高级脂肪酸、甘油。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.化学性质,碱性条件下水解：油脂在碱性条件下的水解又称为皂化反应，其目的是制肥皂和甘油。工业上就是利用皂化反应来制取肥皂。皂化值:指完全皂化1g油或脂所消耗的KOH的毫克数.此值用以评估油脂质量,并可计算该油脂的分子量。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.化学性质,（2）油脂的氢化（又称硬化）：硬化油性质稳定，不易变质，便于运输。将不饱和脂肪酸酯如玉米油、大豆油等加氢固化，添加奶油香料，可制成人造奶油（又称麦淇淋）。用以代替天然奶油，可相应减少动物脂的摄入，增加植物油的摄入。将不同比例的饱和脂肪和不饱和脂肪配合，可制成不同性能的起酥油，用于糕点食品。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.化学性质,（3）碘值：油脂的不饱和程度常用碘值（100g油脂跟碘发生加成反应时所需I2的克数）来表示。碘值越大，油脂的不饱和程度越大。（4）酸败：油脂在贮藏期间受氧气、日光、微生物或酶的作用生成游离脂肪酸，并进一步被氧化、分解引起的变质现象。主要由于被氧化而生成一部分游离脂肪酸和中等分子量的醛类（如庚醛、壬醛等）。一般密度减小，碘值降低，酸值增高。酸败的的油脂不宜食用。 油脂的酸值：是指中和1g油脂中的游离脂肪酸所需要的KOH的质量（mg）。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（三)决定油脂品质的因素,1.皂化值：该值越高，油脂中杂质越少，油脂品质越好。2.碘值：该值越低，油脂不饱和程度越低，品质越好。 3.酸值：油脂中游离脂肪酸的含量常用酸值（中和1g油脂所需KOH的毫克数）表示。新鲜油脂的酸值极低，保存不当的油脂因氧化等原因会使酸值增大。4.干性：含水量越低，油脂品质越好。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,二、磷脂,磷脂：是含磷酸基团的复合脂，也是含磷的类脂，广泛地分布在动植物中，是细胞原生质的固定组成成分。磷脂主要存在于脑、神经组织、骨髓、心、肝及肾等器官中。蛋黄、植物种子、胚芽及大豆中都含有丰富的磷脂。最常见的磷脂是甘油磷脂和鞘氨醇磷脂。它们的水解产物有醇（甘油或其它醇）、脂肪酸、磷酸和含氮的有机碱。最常见的甘油磷脂有卵磷脂和脑磷脂。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（一）卵磷脂（磷脂酰胆碱）,磷脂酰胆碱在脑、神经组织、肝脏、肾上腺及红细胞中含量较多，是构成人体细胞的基本成分，被誉为与蛋白质、维生素并列的“第三营养素”。卵黄中含量特多（约占8%-10%），所以叫做卵磷脂。纯的磷脂酰胆碱是吸水性的白色蜡状物，在空气中由于不饱和脂肪酸的氧化而变为黄色或棕色。磷脂酰胆碱不溶于水及丙酮，易溶于乙醚及氯仿中。由于卵磷脂分子结构中既含有亲水的磷酸脂基团，又含有亲油的脂肪酸基团，因此它可以使脂类与水结合，起到很好的乳化作用。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,卵磷脂的结构,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,卵磷脂的生物功能,1.调节脂肪代谢：它是生物膜的重要组成成分，对细胞活化、生存及功能维持有重要作用，尤其是脑神经系统、心血管、血液、肝脏等重要脏器的功能保持、肌肉、关节的活力和脂肪代谢都有重要作用，可以防止脂肪肝形成，预防肝硬化、肝癌。2.良好的乳化特征：可减少和清除血管壁上胆固醇沉积，降低血液粘稠度、改善血氧供应，延长红血球寿命并增强造血功能。可以用于减肥，使脂肪溶解、氧化分解又无副作用3.卵磷脂是神经信使乙酰胆碱中胆碱的供体，它的多少决定着信息传递速度快慢、智力是否发达，是否充满精神、活力。它又是脑细胞的组成成分，人脑30%是磷脂。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（二）脑磷脂（磷脂酰乙醇胺）,磷脂酰乙醇胺是动植物体内含量最丰富的磷脂。磷脂酰乙醇胺在脑组织中含量甚多，故又称脑磷脂。它和磷脂酰胆碱并存于机体各组织及器官中。生物功能：具有辅助凝血作用，是凝血酸激活酶的辅助因子。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,脂类的生理作用,供给能量是构成所有生物膜的重要成分胆固醇是合成一些生物活性成分的重要物质必需脂肪酸是促进生长发育的重要物质是脂溶性维生素的重要来源，并有利于脂溶性维生素的吸收隔热保暖，保护脏器改善食物的感官性状，增加食欲，也能增加饱腹感,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,知识点,什么是脂类? 它有哪些重要的生物学功能?至少能说出4点。什么是必需脂肪酸？（重点） 常见的必需脂肪酸有哪些？什么叫油脂的酸败?磷脂水解的产物有哪些？评价油脂品质好坏的指标有哪些？（重点）,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,第二节 脂肪的分解代谢,一、脂肪的酶促降解二、甘油的氧化分解与转化三、脂肪酸的-氧化 四、乙醛酸循环,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,一、脂肪的酶促降解,脂肪又叫甘油三酯，它是由长链脂肪酸和甘油形成的分子。生物体内存在能够将脂肪逐步水解的3类脂肪酶。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,一、脂肪的酶促降解,第一个限速步骤,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,二、甘油的氧化分解,甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成3-磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。其中第一步反应需要消耗ATP，而第二步反应可生成还原辅酶。磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是糖酵解途径的中间产物，因此既可以继续氧化，经丙酮酸进入三羧酸循环彻底氧化成CO2和水，又可经糖异生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,CO2+H2O,丙酮酸,EMP,TCA,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,H,H,H,H,H,P,-1+12.5 + 12.5+1+1+12.5 +10 =18.51mol甘油彻底氧化可净生成18.5molATP。,二、甘油的氧化分解,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,NAD+,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乳酸,ATP,ATP,ATP,NADH+H+,烯醇式丙酮酸,ATP,EMP途径,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,TCA循环,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,异柠檬酸,(顺乌头酸),柠檬酸,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,乙酰CoA,丙酮酸,GTP,NADH,NADH,NADH,FADH2,NADH,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,ATP合成的途径,底物水平磷酸化：是指底物在氧化过程中，因为脱氢或脱水等作用使分子重新排布而形成某些高能中间代谢物，它们通过酶促反应使自身的高能磷酸基团转移到ADP上，从而形成ATP的过程。氧化磷酸化又叫电子传递链磷酸化：是指底物在氧化过程中，因为脱氢作用释放出高势能的电子如NADH和FADH2，它们再经过电子传递链传递给O2形成水的过程中，会释放出大量自由能，这些自由能推动ADP磷酸化形成ATP的过程。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,常见的高能化合物,ATP：三磷酸腺苷ADP：二磷酸腺苷UTP：三磷酸鸟苷PEP：磷酸烯醇式丙酮酸1，3-二磷酸甘油酸乙酰CoA琥珀酰CoA,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,知识点,ATP合成的两种途径分别指什么？（重点）常见的高能化合物有哪些？（重点）1mol葡萄糖酵解可以净生成多少molATP？并详细阐明各ATP消耗和产生的方式与步骤。1mol丙酮酸彻底氧化净生成多少molATP？并详细阐明各ATP消耗和产生的方式与步骤。1mol甘油彻底氧化净生成多少molATP？并详细阐明各ATP消耗和产生的方式与步骤。（重点）,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,脂肪酸-氧化是体内脂肪酸分解的主要途径，脂肪酸氧化可以供应机体所需要的大量能量。 -氧化作用的提出是在十九世纪初，Franz Knoop（努 普）在此方面作出了关键性的贡献。他将末端甲基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗，然后检测狗尿中的产物。结果发现，食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇数碳的脂肪酸的狗尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。Knoop由此推测无论脂肪酸链的长短，脂肪酸的降解总是每次水解掉两个碳原子。,三、脂肪酸的氧化,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,三、脂肪酸的氧化,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,据此，Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在-碳原子上，而后C与C之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位Knoop推测是乙酸。以后的实验证明Knoop推测的准确性，由此提出了脂肪酸的-氧化作用。-氧化作用是指脂肪酸在一系列酶的催化下，-碳原子发生氧化，然后-碳原子和-碳原子之间键发生断裂，每进行一次-氧化作用，均生成一个二碳片段乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA的过程。-氧化作用发生部位主要是在线粒体中。,三、脂肪酸的氧化,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.脂肪酸活化(胞液) 2.脂酰COA转运3.-氧化 (线粒体）,（一）饱和脂肪酸的氧化过程,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.脂肪酸的活化,和葡萄糖一样，脂肪酸参加代谢前也要先活化。其活化形式是脂酰CoA，催化脂肪酸活化的酶是脂酰CoA合成酶。活化后生成的脂酰CoA极性增强，易溶于水；分子中有高能键、性质活泼；是酶的特异底物，与酶的亲和力大，因此更容易参加反应。,此反应消耗了1分子ATP 2个高能键。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.脂酰COA转运,脂酰CoA进入线粒体进行-氧化，但是催化脂肪酸-氧化的酶系在线粒体基质中，对于10个碳原子以下的脂酰CoA能够自由的通过线粒体内膜进入线粒体基质进行氧化，而长链脂酰CoA不能自由通过线粒体内膜，要进入线粒体基质就需要特殊载体的转运，这一载体就是肉毒碱，即3羟4三甲氨基丁酸。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.脂酰COA转运,长链脂酰CoA在肉碱脂酰转移酶的催化下和肉毒碱反应，生成辅酶A和脂酰肉毒碱，脂酰基与肉毒碱的3-羟基通过酯键相连接。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.脂酰COA转运,催化此反应的酶为肉毒碱脂酰转移酶。线粒体内膜的内外两侧均有此酶，分别称为肉毒碱脂酰转移酶I和肉毒碱脂酰转移酶。位于线粒体内膜外侧的酶使胞浆的脂酰CoA转化为辅酶A和脂酰肉毒碱，后者进入线粒体内膜。位于线粒体内膜内侧的酶又使脂酰肉毒碱转化成肉毒碱和脂酰CoA，肉毒碱重新发挥其载体功能，脂酰CoA则进入线粒体基质，成为脂肪酸-氧化酶系的底物。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,脂酰CoA进入线粒体示意图,线粒体内膜,外,内,RCOSCOA,肉毒碱,RCOOH,激活,（胞液）,（线粒体基质）,-氧化,RCOSCOA,HSCOA,RCO-肉毒碱,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,3.饱和脂肪酸-氧化的反应过程,脂酰CoA在线粒体基质中进入氧化途径，每次氧化途径要经过四步反应，即：（1）氧化（第一次脱氢反应) （2）水化反应 （3）再氧化（第二次脱氢反应） （4）硫解反应上述四步反应与TCA循环中由琥珀酸经延胡索酸、苹果酸生成草酰乙酸的过程相似，只是-氧化的第四步反应是硫解，而草酰乙酸的下一步反应是与乙酰CoA缩合生成柠檬酸。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,FAD FADH2,脱氢酶,反式，-烯脂酰CoA, , ,脂酰CoA,（1）氧化（第一次脱氢反应),脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下，使、碳原子上脱去两个氢原子，辅基为FAD，生成，-烯脂酰CoA和FADH2 。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（2）水化反应,反式，-烯脂酰CoA 在烯脂酰CoA水化酶催化下，加水生成-羟脂酰CoA。,HO H, ,水化酶,-羟脂酰CoA,+ H2O,反式，-烯脂酰CoA,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,NAD+ NADH + H+,脱氢酶,-酮脂酰CoA,-羟脂酰CoA,（3）氧化（第二次脱氢反应),-羟脂酰CoA在-羟脂酰CoA脱氢酶的催化下，使碳原子上的氢及羟基氢脱掉，辅基为NAD+，生成-酮脂酰CoA和NADH+H+。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,-酮脂酰CoA在-酮脂酰CoA硫解酶的催化下发生硫解，在和碳原子之间断裂，加上1分子HSCoA，生成乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。,（4）硫解反应,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（4）硫解反应,+ H SCoA,+,乙酰CoA,短2 C脂酰CoA,氧化,？,乙酰CoA,-酮脂酰CoA,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,饱和脂肪酸-氧化的反应过程,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,4.饱和脂肪酸-氧化的特点,脂肪酸活化成脂酰CoA是耗能过程，且仅需活化1次；中、短链脂肪酸不需载体可直拉进入线粒体，而长链脂酰CoA需要肉毒碱将其从胞液转运至线粒体基质；脂酰CoA-氧化反应在线粒体内进行，要经过四步反应，即脱氢、水化、再脱氢和硫解；每经过1轮氧化途径生成1分子乙酰CoA、1分子FADH2、1分子NADH+H+和比原来少两个碳的新的脂酰CoA，这些氢要经呼吸链传递给氧生成水，需要氧参加，乙酰CoA的氧化也需要氧。因此，-氧化是绝对需氧的过程。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,净生成 106,5.脂肪酸彻底氧化能量的计算,例： 软脂酸（C15H31COOH）：消耗 软脂酸激活 -2产生 7 FADH2 7 1.5 = 10.5 7 NADH+H+ 7 2.5 = 17.5 8 乙酰CoA 810 = 80,CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,其-氧化的总反应为： CH3(CH2)14COSCoA+7NAD+7FAD+HSCoA+7H2O8CH3COSCoA+7FADH2+7NADH+7H+7分子FADH2提供71.5=10.5分子ATP； 7分子NADH+H+提供72.5=17.5分子ATP； 8分子乙酰CoA完全氧化提供810=80个分子ATP；因此一分子软脂酸完全氧化生成CO2和H2O，共提供108分子ATP。软脂酸的活化过程消耗2分子ATP，所以一分子软脂酸完全氧化可净生成106分子ATP。脂肪酸氧化时释放出来的能量约有40%为机体利用合成高能化合物，其余60%以热的形式释出，热效率为40%，说明机体能很有效地利用脂肪酸氧化所提供的能量。,脂肪酸氧化分解过程中能量的生成,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,脂肪酸-氧化的生理意义,脂肪酸-氧化是体内脂肪酸分解的主要途径，脂肪酸氧化可以供应机体所需要的大量能量 ；脂肪酸-氧化也是脂肪酸的改造过程，人体所需要的脂肪酸链的长短不同，通过-氧化可将长链脂肪酸改造成长度适宜的脂肪酸，供机体代谢所需；脂肪酸-氧化过程中生成的乙酰CoA是一种十分重要的中间化合物，乙酰CoA除能进入三羧酸循环氧化供能外，还是许多重要化合物合成的原料，如酮体、胆固醇和类固醇化合物。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（二)不饱和脂肪酸的氧化,也发生在线粒体内；活化与转运与饱和脂肪酸相同；不同的是在-氧化降解时，还需要另外两个酶，一个是异构酶，另一个是还原酶。不饱和脂肪酸根据双健个数的不同,分为单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。在食物脂肪中，单不饱和脂肪酸有油酸，多不饱和脂肪酸是亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.单不饱和脂肪酸的氧化,以油酸为例，油酸为18碳烯酸，在C9和C10之间有一不饱和键，以与饱和脂肪酸同样的方式活化，进入线粒体；前3轮-氧化中，其步骤与饱和脂肪酸相同；在第4轮-氧化需要3顺2反烯脂酰CoA异构酶以确保将顺式的烯脂酰CoA转化为反式的烯脂酰CoA，保证-氧化的顺利进行，因为反式异构物方能为烯脂酰CoA水化酶作用。因此在第4轮反应中少发生1次脱氢反应，少产生1分子FADH2。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,净生成 118.5,脂肪酸彻底氧化能量的计算,例： 油酸（C17H33COOH）：消耗 油酸激活 -2产生 8 FADH2 8 1.5 = 12 8 NADH+H+ 8 2.5 = 20 9 乙酰CoA 910 = 90少产生 1 FADH2 -1.5,CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH=CHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,知识点,什么是脂肪酸的-氧化？（重点）脂肪酸的-氧化途径需经过哪几步反应？脂肪酸的-氧化途径具有哪些特点？（重点）脂肪酸的-氧化途径的生理学意义？,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,脂肪的消化与吸收知识,脂肪的消化主要是在小肠，消化与吸收比较特殊。由于脂肪不溶于水，而体内的酶促反应是在水溶液中进行，所以脂肪必须先乳化才能进行消化。来自胆囊的胆盐在脂肪消化中起重要作用，它首先是净化脂肪，并减少它的表面张力，然后使脂肪乳化成非常细小的乳化微粒。胰液含有脂肪酶，脂肪在脂肪酶的作用下进行分解。分解的产物是甘油二酸酯、甘油一酸酯、脂肪酸和甘油。低于12个碳原子的短链脂肪酸直接被小肠粘膜内壁吸收。长链脂肪酸再被酯化成甘油三酯，与胆固醇、脂蛋白、磷脂结合，形成乳糜微粒进入淋巴系统，最后进入血液，运送到身体各个组织。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,在所有食物的脂类中只有牛奶的脂类是富含短链脂肪酸的，而长链脂肪酸都要通过淋巴系统运输。长链脂肪酸的吸收是在小肠中穿过肠粘膜进入到肠粘膜的末端淋巴管，重新与在淋巴管中的甘油进行脂化，发生甘油三酯的再合成作用，这些乳糜微粒通过淋巴胸导管和辅助通路，主要在左侧颈静脉和锁骨下静脉的交汇处进入血液。在体温下呈液态的脂类能很好的被消化吸收，而那些熔点超过体温的很多脂类则很难消化吸收。因此，在37时仍然是固体的一些动物脂肪人很难吸收。,脂肪的消化与吸收知识,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,四、乙醛酸循环,乙醛酸循环是连接脂类代谢和糖类代谢的枢纽，它在脂肪转变为糖的过程中起着关键作用。乙醛酸循环：指脂肪酸经 - 氧化形成的乙酰 CoA 在乙醛酸体中生成乙醛酸的过程。乙醛酸循环体是只存在于植物细胞中的一种微体。该微体含有与乙醛酸循环有关的酶系，如柠檬酸裂合酶，苹果酸合成酶等。主要出现在油料种子如花生、油菜、棉籽等萌生成幼苗的细胞中，它与圆球体和线粒体相配合，把储存的脂类转化为糖类。动物细胞没有乙醛酸循环体，不能将脂类转化为糖。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,脂肪酸经过-氧化分解为乙酰CoA；在柠檬酸合成酶的作用下乙酰CoA与草酰乙酸缩合为柠檬酸；柠檬酸再经顺乌头酸酶催化形成异柠檬酸；异柠檬酸裂解酶将异柠檬酸分解为琥珀酸和乙醛酸；在苹果酸合成酶催化下，乙醛酸与乙酰CoA结合生成苹果酸；苹果酸脱氢重新形成草酰乙酸，可以再与乙酰CoA缩合为柠檬酸，于是构成一个循环。,1.乙醛酸循环的反应历程,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.乙醛酸循环的反应历程,1.柠檬酸合酶2.顺乌头酸酶3.异柠檬酸裂解酶4.苹果酸合酶5.苹果酸脱氢酶,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.乙醛酸循环的特点及意义,此过程无CO2生成。乙醛酸循环可以看作是TCA循环的支路，它绕过了TCA循环的两步脱羧反应，因此无CO2生成。它是连接脂类代谢和糖类代谢的枢纽。乙醛酸循环过程中在通过-氧化分解为乙酰CoA，一般不用作合成ATP，而是转化为琥珀酸，一部分琥珀酸经过乙醛酸循环体转化为草酰乙酸，另一部分转变为则经过糖异生转化为糖。2乙酰CoANAD+琥珀酸2CoANADHH+乙醛酸循环对植物体起着重要的作用。在油料种子发芽期，乙醛酸循环进行得很活跃，在此期间种子中的脂肪酸通过乙醛酸循环转化为糖，及时供给生长点所需能量和碳架，促进发芽、生长。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,第三节 脂肪的合成代谢,一、3-磷酸甘油的合成二、脂肪酸的生物合成三、甘油三酯的生物合成,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,一、3-磷酸甘油的合成,肝、脂肪组织及小肠是合成甘油三酯的主要场所，以肝的合成能力最强。但是肝细胞能合成脂肪，却不能储存脂肪。肝、肾等组织含有甘油激酶，能利用游离甘油，使之磷酸化生成3-磷酸甘油，而脂肪细胞缺乏甘油激酶因而不能利用甘油合成脂肪。3-磷酸甘油可由糖代谢中间产物磷酸二羟丙酮还原而成。,丙酮酸,EMP,3-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,NADH+ NAD+,3-磷酸甘油脱氢酶,P,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,二、脂肪酸的生物合成,体内脂肪酸除了来源于食物外，机体还能用乙酰CoA 、NADPH+H+、ATP、HCO3-(CO2) 等合成。合成脂肪酸的酶系存在于胞液。实验证明，在生物体内首先合成C16饱和脂肪酸（软脂酸），然后再转变为更长碳链的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。脂肪酸的生物合成一般包括以下内容: （一）饱和脂肪酸（软脂酸）的从头合成 （二）饱和脂肪酸碳链的延长 （三）不饱和脂肪酸的合成,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（一）软脂酸的从头合成,1.乙酰CoA的转运2.丙二酸单酰CoA的合成3.脂肪酸从头合成反应过程4.比较脂肪酸-氧化途径与从头合成途径软脂酸的合成从乙酰CoA及丙二酰CoA合成长链脂酸，实际上是一个重复加成反应，由脂肪酸合成酶催化，由NADPH+H+作为供氢体，经过缩水、还原、脱水、再还原等步骤，每次延长2个碳原子。16碳软脂酸的生成，需经过连续的7次重复加成反应。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,细胞内的乙酰CoA全部在线粒体内产生，而乙酰CoA不能自由通过线粒体内膜，主要通过柠檬酸-丙酮酸循环完成。,1.乙酰CoA的转运,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.乙酰CoA的转运,脂肪酸合成,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,2.丙二酸单酰CoA的合成,乙酰CoA和HCO3-由乙酰辅酶A羧化酶（生物素为辅基）催化生成丙二酸单酰CoA，乙酰辅酶A羧化酶是合成过程的限速酶。柠檬酸和异柠檬酸是该酶的变构激活剂，而长链脂肪酸是变构抑制剂。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（1）起始反应（2）丙二酸单酰基转移反应（3）缩合反应（4）第一次还原反应（5）脱水反应（6）第二次还原反应,3.脂肪酸从头合成反应过程,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,CH3-CSACP,=,O,ACP-SH,COA-SH,ACP-SH,ACP脂酰基转移酶,（1）起始反应,合成酶-SH,乙酰CoA在ACP酰基转移酶催化下，将乙酰基转移到ACP的 -SH上，然后再转移至-酮脂酰ACP合成酶的-SH上。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（2）丙二酸单酰基转移反应,HOOC-CH2-CSCOA,+ACP-SH,丙二酸单酰转移酶,HOOC-CH2-CSCOA,+COA-SH,丙二酸单酰CoA在丙二酸单酰CoA-ACP转移酶的催化下，将丙二酸单酰基从CoASH上转移到ACP的 -SH上形成丙二酸单酰ACP。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（3）缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,HOOC-CH2-CSACP,O,=,-酮脂酰-ACP合酶,CH3-C-CH2-CSACP,O,=,O,=,+合酶-SH+CO2,-酮脂酰ACP合成酶上的乙酰基与ACP上的丙二酸单酰基缩合成乙酰乙酰ACP，同时释放出合成酶合CO2 。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（4）第一次还原反应,CH3-C-CH2-CSACP,O,=,O,=,+NADPH + H +,-酮脂酰-ACP还原酶,CH3-CH-CH2-CSACP,O,-,OH,=,+NADP+,-羟丁酰ACP,在-酮脂酰ACP还原酶催化下， NADPH + H +作还原剂，将乙酰乙酰ACP 还原为-羟丁酰ACP 。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（5）脱水反应,CH3-CH-CH2-CSACP,O,-,OH,=,=,-,C,-,C = C,O,-,H3C,H,H,SACP,-羟脂酰-ACP脱水酶,+H2O,（2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）,-,在-酮脂酰ACP脱水酶催化下，-羟丁酰ACP 脱水形成反式2 -反式丁烯酰ACP。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（6）第二次还原反应,-,-,=,-,+ NADPH+H+,-烯脂酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH2-CSACP,O,=,+ NADP +,（丁酰-ACP）,在烯脂酰ACP还原酶催化下， NADPH + H +作还原剂， 丁烯酰ACP还原为丁酰ACP。生成的丁酰-ACP与再与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成软脂酰-ACP。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,脂肪酸生物合成的过程,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,8CH3-CSCOA,=,O,+7ATP+14NADPH+14H +,CH3 ( CH2)14COOH,+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O,软脂酸合成的总反应式,软脂酸的合成共需8分子乙酰CoA，其中只有1分子以乙酰CoA的形式参与合成，其余的乙酰CoA以丙二酸单酰CoA的形式参与合成。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。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,4.脂肪酸-氧化与从头合成途径,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,知识点,何谓乙醛酸循环？乙醛酸循环的特点及生物学意义？脂肪酸的生物合成中是如何进行乙酰CoA转运的？脂肪酸从头合成途径的反应历程？（重点）脂肪酸-氧化与从头合成途径的区别？（重点）,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（二）饱和脂肪酸碳链的延长,脂肪酸的从头合成途径的缩合反应中，-酮脂酰-ACP合酶仅对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。对于长链脂肪酸的合成，其碳链的延长则需要特殊的酶系。对于动物体来说有两种酶系统，一是线粒体脂肪酸碳链延长系统，二是内质网脂肪酸碳链延长系统。对于植物体来讲也存在两个脂肪酸碳链延长系统，一是将软脂酸延长至硬脂酸，二是在硬脂酸的基础上进一步的延长，形成长链脂肪酸。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.线粒体脂肪酸碳链延长系统,主要用来延长中、短链（4-16C）脂肪酸，延长过程基本是-氧化过程的逆转，它是以乙酰 CoA 作为二碳片段的供体（碳源），NADPH 作为供氢体（还原剂）。 与-氧化过程不同的是酶促反应的最后一步，催化这步反应的酶是烯脂酰CoA还原酶而不是脂酰CoA脱氢酶。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.线粒体脂肪酸碳链延长系统,乙酰CoA,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,1.内质网脂肪酸碳链延长系统,主要用来延长长链脂肪酸（ 16C 以上），延长过程与从头合成相似。只是以 CoA 代替 ACP 作为脂酰基载体，丙二酸单酰 CoA 作为 C 2 供体（碳源）， NADPH 作为氢供体（还原剂），从羧基端延长。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（三）不饱和脂肪酸的合成,在生物体内除了饱和脂肪酸外，还含有多种不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸等。它们的合成途径有两条：一是需氧途径又称氧化脱氢途径，该途径主要发生在真核生物体内，饱和脂肪酸在O2和NADPH+H+的参与下，经去饱和酶（即催化氧化脱氢的酶）的作用转化为相应的不饱和脂肪酸，通过该途径既可以合成单不饱和脂肪酸也可以合成多不饱和脂肪酸。二是厌氧途径，主要发生在微生物体内，通过该途径可以生成含有一个双键的不饱和脂肪酸。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（三）不饱和脂肪酸的合成,不饱和脂肪酸根据所含的不饱和键的数目可以分为单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，而且位置相当有规律，即第一个双键都是在C9和C10之间，以后每隔3个碳原子出现一个双键。无论是需氧途径还是厌氧途径合成不饱和脂肪酸都要用到去饱和酶，不同的生物体含有不同的去饱和酶，它又有很强的专一性，不同的去饱和酶可以在不同的碳原子上引入不饱和键。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,（三）不饱和脂肪酸的合成,动物体内因为缺乏引入C9以上不饱和键的去饱和酶，只能在去饱和酶作用下，催化饱和脂肪酸第C9和C10的饱和键转化为不饱和键生成含有一个不饱和键的脂肪酸，所以不能合成多不饱和脂肪酸，如亚油酸和亚麻酸。植物体内多不饱和脂肪酸的合成：植物体内含有多种去饱和酶如9、12、15，它可以在饱和脂肪酸碳链的延长的基础上，通过不同的去饱和酶作用在不同的碳原子上引入不同的不饱和键，这样碳链的延长与去饱和交替进行，形成多不饱和脂肪酸。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,三、甘油三酯的生物合成,甘油三酯水解可以生成甘油和脂肪酸，但是它的合成是由3-磷酸甘油和脂酰CoA逐步缩合形成的，并不是由游离的甘油和脂肪酸形成的。在甘油三酯合成过程中，磷脂酸是其重要的中间产物，它是磷脂合成的重要前体，在脂类代谢中起着重要的作用。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,三、甘油三酯的生物合成,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,第四节 磷脂的代谢,含磷酰基的脂类称为磷脂(phospholipid)广泛分布于机体各组织细胞，不仅是生物膜的重要组分，而且对脂类的吸收及转运等都起重要作用。磷脂的共同性质是：具有两性，它既有亲水的磷酸脂基团又有亲油的脂肪酸基团。磷脂种类繁多通常可分为两类：由甘油构成的磷脂称为甘油磷脂；由鞘氨醇构成的磷脂成为鞘磷脂两者的水解产物略有不同。卵磷脂和脑磷脂是最重要的甘油磷脂，在不同的生物体内两者的合成、降解过程有所不同。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,一、脑磷脂的合成,1.利用CDP-二脂酰甘油合成途径：多存在于低等的真核生物及某些微生物体内。2.利用CDP-乙醇胺合成途径：多存在于高等动、植物体内。这两种途径都是以磷脂酸作前体，需胞嘧啶核苷酸以CDP衍生物形式作活化载体。,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,-,-,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2O-P-OH,O,=,O,=,O,OH,PPi,CTP,胞苷酰转移酶,-,=,=,-,-,-,=,O,OH,-,O,胞嘧啶,CDP-二酰甘油,Ser,CMP,磷脂酰丝氨酸脱羧酶,-,-,=,-,NH2,-,-,H,PS,CO2,CH2OCR1,R2COCH,CH2O-P-O- CH2CH2NH2,O,=,O,=,O,OH,-,-,-,=,磷脂酸,1.CDP-二脂酰甘油的途径,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,CH2O-P-O-P-O- CH2CH2NH2,OH,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2OH,O,=,O,=,-,-,二酰甘油,磷脂酸,H2O,Pi,磷酸酶,HOCH2CH2NH2,ATP,ADP,HO-P-O-CH2CH2NH2,=,O,-,OH,乙醇胺,磷酸乙醇胺,CTP,PPi,胞嘧啶,-,=,O,=,O,-,OH,O,CDP-乙醇胺,CMP,磷脂酰乙醇胺,2.CDP-乙醇胺的途径,杨凌职业技术学院生物工程系 ,Biochemistry,二、卵磷脂的合成,1.从头合成途径2.利用CDP-胆碱