第九章脂类代谢的合成与分解ppt课件

生物体内的脂类物质脂肪的合成代谢脂肪的分解代谢与转化类脂代谢 第九章脂类物质的合成与分解 脂类 lipids 或称脂质 是一类不溶于水而溶于非极性溶剂的生物有机分子 脂类按化学组成分类 单纯脂类 simplelipid 由脂肪酸和醇 甘油或高级一元醇 形成的酯 如酰基甘油 蜡 复合脂类 complexlipid 除脂肪酸与醇所组成的酯外 还含有其他成分 如磷脂 糖脂 硫脂等 异戊二烯脂 不含脂肪酸 如萜类 甾醇类 固醇类 化合物 X 胆碱 水 乙醇胺 丝氨酸 甘油 肌醇等 甘油三酯 甘油磷脂 贮存脂质 storagelipid 如脂酰甘油和蜡 是生物体的重要能源 且能量高度集中 所占体积最小 在机体表面的脂类还有防止机械损伤和热量散发的保护作用 结构脂质 structurallipid 主要是磷脂 构成生物膜的骨架 活性脂质 activelipid 包括甾醇类和萜类化合物 是生物体内某些生理活性物质 如类固醇激素 脂溶性维生素 的前体 脂类物质按生物学功能分类 第一节生物体内的脂类物质 了解 脂肪酸单纯脂类复合脂类异戊二烯脂 一 脂肪酸 脂肪酸 fattyacid FA 是由一条线性长的碳氢链 疏水尾 和一个末端羧基 亲水头 组成的羧酸 1 分类 脂肪酸的共性 1 一般为偶数碳原子 2 绝大多数不饱和脂肪酸中的双键为顺式 3 不饱和脂肪酸双键位置有一定的规律性 单烯酸的双键位置一般在第9 10C之间 而多烯酸通常间隔3个C出现1个双键 4 动物的脂肪酸是直链的 所含双键可多达6个 细菌中还含有支链的 羟基的和环丙基的脂肪酸 植物脂肪酸中有含炔基 环氧基 酮基等 5 脂肪酸分子的碳链越长 熔点越高 不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低 饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而整齐有序 不饱和脂肪酸存在双键 可以产生刚性弯曲 因而存在扭曲的空间结构 习惯命名法 以脂肪酸的碳原子数 来源 性质命名 简写符号 碳原子数 双键数 双键的位置 饱和脂肪酸 如软脂酸 棕榈酸 16 0 不饱和脂肪酸 如亚油酸 18 2 9 12 硬脂酸十八烷酸花生酸二十烷酸油酸9 十八碳烯酸 顺 2 命名 系统命名法 以脂肪酸的碳原子数 双键的位置命名 系统命名法 需标示脂肪酸的碳原子数和双键的位置 编码体系 从脂肪酸的碳氢链的甲基碳起计算其碳原子顺序 编码体系 从脂肪酸的羧基碳起计算碳原子的顺序 CH3 CH2 5 CH CH CH2 7 COOH 十六碳 7 烯酸 十六碳 9 烯酸 不饱和脂肪酸的命名 常见的不饱和脂肪酸 哺乳类动物体内的多不饱和脂肪酸均由相应的母体脂肪酸衍生而来 哺乳类动物不能合成 6及 3系多不饱和脂肪酸 因此 6及 3系多不饱和脂肪酸为必需脂肪酸 essentialfattyacid 必需脂肪酸是指机体需要 但自身不能合成 必须要靠食物提供的多不饱和脂肪酸 如亚油酸 18 2 亚麻酸 18 3 二 单纯脂类 酰基甘油是甘油与脂肪酸所形成的酯 甘油三酯是 triglyceride 脂类中最丰富的一类 通常称为脂肪或中性脂 其中不饱和脂肪酸较多时 在室温下为液态 称为油 oil 若饱和脂肪酸较多时 在室温下为固态 称为脂 fat 甘油三酯的结构示意图 甘油 磷酸甘油的生物合成脂肪酸的生物合成脂肪的生物合成 第二节脂肪的生物合成 一 磷酸甘油的生物合成 二 脂肪酸的生物合成 饱和脂肪酸的从头合成脂肪酸碳链延长去饱和生成不饱和脂肪酸 一 饱和脂肪酸的从头合成 脂肪酸合成的原料 乙酰CoA 主要来自线粒体内的丙酮酸氧化脱羧 脂肪酸 氧化和氨基酸氧化等反应 细胞定位 细胞液中 线粒体中的乙酰CoA需通过柠檬酸 丙酮酸循环 或称拧檬酸穿梭系统 运到胞液中 才能供脂肪酸合成所需 酶 脂肪酸合成酶系催化 脂肪酸合成的直接产物 软脂酸 16C 或16C以下的饱和脂肪酸 1 乙酰CoA的转运 从线粒体到胞液 酵解 丙酮酸脱氢酶系 柠檬酸合酶 柠檬酸裂解酶 苹果酸脱氢酶 苹果酸酶 以NADP 为辅酶的苹果酸脱氢酶 丙酮酸羧化酶 乙酰CoA羧化酶 柠檬酸 丙酮酸循环 2 丙二酸单酰CoA的合成 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 反应不可逆 是合成脂肪酸的限速步骤 乙酰CoA羧化酶 大肠杆菌中 乙酰CoA羧化酶由三个亚基组成 生物素羧化酶 biotincarboxylase BC 羧基转移酶 carboxyltransferase CT 生物素羧基载体蛋白 biotincarboxylcarrierprotein BCCP 生物素在羧化反应中起固定CO2 以HCO3 形式 和转移羧基的作用 3 脂肪酸合成循环 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 缩合 还原 脱水 再还原 延长两个碳原子 合成反应由脂肪酸合成酶系催化 脂肪酸合成酶系结构模式 乙酰CoA ACP脂酰基转移酶 酮脂酰ACP合成酶 丙二酸单酰CoA ACP转移酶 酮脂酰ACP还原酶 羟脂酰ACP脱水酶 烯脂酰ACP还原酶 在低等生物中 脂肪酸合成酶系是一种由1分子酰基载体蛋白 acylcarrierprotein ACP 和6种酶单体所构成的多酶复合体 两个阶段 1 酰基转移阶段 2 循环阶段 缩合 还原 脱水和再还原 7乙酰CoA 7CO2 7ATP 7丙二酸单酰CoA 7ADP 7Pi 8乙酰CoA 14NADPH 14H 7ATP 软脂酸 14NADP 7CO2 7H2O 8CoA SH 7ADP 7Pi 软脂酸合成的总反应 7次循环 乙酰CoA 7丙二酸单酰CoA 14NADPH 14H 软脂酸 7CO2 8CoA SH 14NADP 6H2O 合成起始物为乙酰CoA 与丙二酸单酰CoA 3C单位 提供的乙酰基缩合 同时释CO2 使其烃链延长2个碳原子 经过还原 脱水 再还原的循环往复 脂肪酸的烃链不断延长 大多数生物合成终产物为软脂酸 这是由 酮脂酰 ACP合成酶对链长专一性所定的 该酶对C2 C14脂酰基具有催化活性 脂肪酸从头合成需要短的脂酰CoA作为引物 主要引物为乙酰CoA 逐渐增加的二碳单位来自丙二酸单酰CoA 还原剂NADPH H 由柠檬酸穿梭 乙酰CoA自线粒体运送到细胞液的过程 及磷酸戊糖途径提供 小结 1 脂肪酸碳链的延长 了解 二 饱和脂酸酸的碳链延长和不饱和脂肪酸的生成 软脂酰CoA生成后 可在滑面内质网及线粒体经脂肪酸碳链延长酶系的催化作用下 形成更长碳链的饱和脂肪酸 2 不饱和脂肪酸的合成 了解 在去饱和酶系的作用下 在已合成的饱和脂肪酸中引入双键的过程 肝脏和脂肪组织是合成甘油三酯最活跃的组织 高等植物细胞中油体是合成和贮存甘油三酯的重要场所 微生物含甘油三酯较少 高等动植物合成甘油三酯需要两种主要前体 即3 磷酸甘油和脂酰CoA 三 脂肪 甘油三酯 的生物合成 脂肪酸的活化 甘油三酯 脂肪 的合成途径 第三节脂肪的分解代谢与转化 甘油三酯的分子结构 脂肪的水解甘油的分解与转化脂肪酸的降解与转化 一 脂肪的水解 了解 在动物消化道内有脂肪酶 分解食物中的脂肪 在被吸收之前约95 脂肪被水解 植物的脂肪酶存在于脂体 油体及乙醛酸循环体中 油料种子发芽时 贮藏在种子内的脂肪在脂肪酶作用下发生分解 供幼苗生长之需 二 甘油的分解与转化 上述反应过程中 实线为甘油的分解 虚线为甘油的合成 脂肪酸的 氧化 氧化 氧化 三 脂肪酸的降解与转化 一 脂肪酸的 氧化 概念 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 即乙酰CoA 该过程称作 氧化 组织 除脑组织外 大多数组织均可进行 其中肝 肌肉最活跃 实验证据 1904年F Knoop用苯环标记脂肪酸饲喂狗 根据尿中产物 推导出了 氧化学说 脂肪酸的分解氧化是从羧基端 碳原子 碳链逐次断裂下一个2C单位 1 脂肪酸的活化 线粒体外的脂酰CoA合成酶 硫激酶 催化脂肪酸与CoA SH生成活化的脂酰CoA 反应不可逆 注意 消耗了一个ATP分子中的2个高能键 2 脂酰CoA进入线粒体 脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内 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 肉毒碱 carnitine 结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内 反应由两种肉碱脂酰转移酶同工酶 酶 和酶 催化 RCO SCoA CoA SH 肉碱脂酰转移酶 CH3 3N CH2CH CH2COOH OH 肉碱 CH3 3N CH2CH CH2COOH RCO O 脂酰肉碱 此过程为脂肪酸 氧化的限速步骤 肉碱转运脂酰辅酶A进入线粒体 3 氧化途径 由四个连续的酶促反应组成 脱氢 水化 再脱氢 硫解 氧化循环的反应过程 脂肪酸的 氧化过程 4 脂肪酸 氧化的能量生成 1分子软脂酸 16C 活化生成的软脂酰CoA经7次 氧化 总反应式如下 软脂酸 8CoA SH 7FAD 7NAD 7H2O8乙酰CoA 7FADH2 7NADH 7H 1分子软脂酸彻底氧化共生成 1 5 7 2 5 7 10 8 108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 氧化小结 1 脂肪酸的 氧化主要在线粒体中进行 2 脂肪酸仅需一次活化 其代价是消耗2分子ATP 活化在线粒体外 3 除脂酰CoA合成酶外 其余所有酶都属于线粒体酶 即 氧化的酶系存在于线粒体 4 氧化起始于脂酰CoA 包括氧化 脱氢 水化 氧化 脱氢 硫解等重要步骤 5 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 脂肪酸合成与 氧化比较 奇数碳脂肪酸 CH3CH2CO CoA D 甲基丙二酰CoA L 甲基丙二酰CoA 琥珀酰CoA TCA 5 奇数碳脂肪酸的氧化 脂酰CoA脱氢酶对丙酰CoA不起作用 6 不饱和脂肪酸的氧化 体内约有1 2以上的脂肪酸是不饱和脂肪酸 食物中也含有不饱和脂肪酸 这些不饱和脂肪酸的双键都是顺式的 它们活化后进入 氧化时 生成 3 顺 烯脂酰CoA 烯脂酰CoA水合酶不能作用于该底物 此时需要烯脂酰coA异构酶催化使其生成 2 反烯脂酰CoA以便进一步反应 二 脂肪酸的 氧化作用 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 三 脂肪酸的 氧化作用 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 四 脂肪酸氧化产物 乙酰CoA的转化 1 乙醛酸循环 植物 微生物中有乙醛酸循环使脂肪酸能转化为糖 2 酮体的生成及利用 了解 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 酮体在肝中生成 在肝外组织被利用 若酮体生成超过肝外组织利用能力 引起血中酮体升高 可