生物化学 脂类与脂代谢PPT课件.ppt

第七章脂类与脂类代谢 1 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 2 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 3 构成脂类的脂肪酸 参见表5 1 4 硬脂酸18 0 脂 油酸18 1 油 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 甘油三酯的分子结构 三 重要脂类的结构 11 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 12 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 13 四 脂类的分布与生理功能 14 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 15 第二节甘油三酯的分解代谢 参见P263 16 一 脂肪的酶促水解 脂肪 甘油 脂肪酸 限速酶 17 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 18 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 19 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 20 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 21 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 22 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 23 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 24 25 脂酰CoA进入线粒体的过程 参见P267 26 关键酶 27 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 28 氧化循环的反应过程 2反式烯脂酰COA L 羟脂酰COA 29 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 30 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 31 32 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 33 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 34 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 35 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 36 少一个C原子 2 氧化的可能反应历程 37 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 38 多不饱和脂肪酸的氧化如亚油酸 18C 2 39 3 D L 40 三 奇数碳脂肪酸的氧化 参见P269 41 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 42 酮体的分子结构 酮体 43 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 44 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 45 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 46 3 HMG CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA 47 4 乙酰乙酸在 羟丁酸脱氢酶的催化下 加氢还原为 羟丁酸 48 5 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮 49 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 50 51 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 52 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 53 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 54 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 55 羟丁酸脱氢酶 56 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 57 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 58 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 59 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 60 2 由脂肪分解形成的甘油 61 二 饱和脂肪酸的从头合成 在细胞质中 参见P272 62 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 63 乙酰CoA转运出线粒体 参见P273 64 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 65 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 66 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 67 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 68 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 69 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 70 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 71 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 72 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 73 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 74 三 甘油三酯的合成 参见P277 278 75 Section4MetabolismofPhospholipids 第四节磷脂的代谢 参见P279 自学 76 一 甘油磷脂的基本结构 一 甘油磷脂的代谢 77 体内几种重要的甘油磷脂 78 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 79 甘油二酯合成途径 80 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 81 CDP 甘油二酯合成途径 82 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 83 第五节胆固醇的代谢 Section5MetabolismofCholesterol 参见P280 自学 84 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 85 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 86 存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶 ACAT 87 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 88 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 89 此过程在胞液和微粒体进行 MVA 5 焦磷酸甲羟戊酸 异