脂代谢 ppt课件

1、 第九章第九章 脂肪酸的分解代谢脂肪酸的分解代谢(Fatty acid catabolism)一、脂质的消化、吸收和传送一、脂质的消化、吸收和传送二、脂肪酸的氧化二、脂肪酸的氧化三、不饱和脂肪酸的氧化三、不饱和脂肪酸的氧化四、酮体四、酮体五、磷脂的代谢五、磷脂的代谢六、鞘脂类的代谢六、鞘脂类的代谢七、甾醇的代谢七、甾醇的代谢八、脂肪酸代谢的调理八、脂肪酸代谢的调理脂类概述脂类概述1. 1. 概念概念 脂类是脂肪和类脂的总称，它是由脂肪酸与脂类是脂肪和类脂的总称，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，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

2、类是广泛存是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛存在于自然界的一大类物质，脂类是生物体维持正在于自然界的一大类物质，脂类是生物体维持正常生命活动不可短少的一大类有机化合物，是与常生命活动不可短少的一大类有机化合物，是与糖类、蛋白质、核酸并列为四大类重要根本物质糖类、蛋白质、核酸并列为四大类重要根本物质之一之一, , 包括脂肪和类脂。包括脂肪和类脂。 它们的化学组成、构造理化性质以及生物功它们的化学组成、构造理化性质以及生物功能存在着很大的差别，但它们都有一个共同的特能存在着很大的差别，但它们都有一个共同的特性，就是难溶于水，易溶于有机溶剂。性，就是难溶于水，易溶于有机溶剂。White and

3、 Brown Adipose TissueWhite Adipose Tissue (WAT, White Fat)used as a store of energy; acts as a thermal insulator;Brown Adipose Tissue (BAT, Brown Fat)abundant in newborns and in hibernating mammals;Contains a much higher number of mitochondria and more capillaries than white fat.Obese mouse and norm

4、al mouseObesity“Super obese male (1.77m and 146kg)Classification:BMI: Body Mass Index (18.5, 25, 30)Waist circumference: 102cm (man) and 88cm (woman) - USA 94/80 in European Union; 90 in Chinese man and 85 in Japanese manwaisthip ratio: 0.9 (man) and 0.85 (woman) USABody fat percentage: Bodyfat% = (

5、1.2 * BMI) + (0.23 * age) 5.4 (10.8 * gender) Effects on healthMortalityMorbidityObesity survival paradoxCauses of obesityDietSedentary lifestyleGeneticsMedical and psychiatric illnessSocial determinants脂肪脂肪 又称三酯酰甘油或甘油三又称三酯酰甘油或甘油三脂脂类脂类脂磷脂糖脂异戊二烯酯甾醇萜类甘油磷脂鞘氨醇磷脂卵磷脂脑磷脂2.2.脂类的分类脂类的分类(1) (1) 单纯脂单纯脂 - - 是脂肪

6、酸和醇类所构成的酯，其中典型的为甘油三酯。是脂肪酸和醇类所构成的酯，其中典型的为甘油三酯。(2) (2) 复合脂复合脂 - - 除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，如磷酸、含氮化除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，如磷酸、含氮化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。(3) (3) 其它脂其它脂 - - 为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜类、前列为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜类、前列腺素类和甾类化合物等。腺素类和甾类化合物等。 单纯脂单纯脂 CHOCH O2CH O2COCOCOR2R1R3OCHCH O2CH O2COCOCOR2R1R3CHO

7、CH O2CH O2COCOCOR2R1R3或OCHCH O2CH O2COCOCOR2R1R3复合脂复合脂 O|COO|COCH |C H O | |CHOPO | O22 -非极性尾极性头 磷酸甘油脂，又称甘油磷脂，是最具有代表性的复合脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷酸甘油脂是细胞膜构造重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简单的磷酸甘油脂构造如图: 贮藏物质贮藏物质/ /能量物质能量物质 脂肪是机体内代谢燃料的储脂肪是机体内代谢燃料的储存方式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体存方式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用。利用。 脂肪

8、组织储存脂肪脂肪组织储存脂肪, , 约占体重约占体重101020% .1g20% .1g脂肪在体内彻底氧化供能约脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ38KJ，而，而1g1g糖彻底氧糖彻底氧化仅供能化仅供能16.7KJ16.7KJ。 合理饮食合理饮食 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 151525%25% 空腹空腹 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 50% 50% 以上以上 禁食禁食1 13 3天天 脂肪氧化供能占脂肪氧化供能占 85%85% 饱食、少动饱食、少动 脂肪堆积，发胖脂肪堆积，发胖3.3.脂类的功能脂类的功能 提供应机体必需脂成分提供应机体必需脂成分 1 1必需脂肪酸必需脂肪酸 亚油酸亚油酸 1

9、818碳脂肪酸，含两个不饱和键；碳脂肪酸，含两个不饱和键； 亚麻酸亚麻酸 1818碳脂肪酸，含三个不饱和键；碳脂肪酸，含三个不饱和键； 花生四烯酸花生四烯酸 2020碳脂肪酸，含四个不饱和键；碳脂肪酸，含四个不饱和键； 2 2生物活性物质生物活性物质: :激素、胆固醇、维生素等。激素、胆固醇、维生素等。 生物体构造物质生物体构造物质 1 1作为细胞膜的主要成分作为细胞膜的主要成分 几乎细胞所含的磷脂都几乎细胞所含的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜构造的根本组成成分。集中在生物膜中，是生物膜构造的根本组成成分。 2 2维护作用维护作用 脂肪组织较为柔软，存在于各重要的脂肪组织较为柔软，存在于各重要

10、的器官组织之间，使器官之间减少摩擦，对器官起维护作用。器官组织之间，使器官之间减少摩擦，对器官起维护作用。 用作药物用作药物 卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰弱及动脉粥样卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗等。硬化的治疗等。Lipid Biological lipids are a chemically diverse group of compounds, the common and defining feature of which is their insolubility in water.Fats and oils (storage lipids)Phosphol

11、ipids and sterol (major elements of membranes)The fats and oils used almost universally as stored forms of energy in living organisms are derivatives of fatty acids.Typical type of fatty acid-containing compounds are triacylglycerols.NomenclatureFatty acids are named according to the number of carbo

12、n atoms in the chain and the number and position of any double bonds. Palmitate(C16:0)棕榈酸Stearate(C18:0)硬脂酸Oleate(C18:1)油酸Linoleate(C18:2)亚油酸Linolenate(C18:3)亚麻酸Arachidonate(C20:4)花生四稀酸RolesComponents of membranes (glycerophospholipids and sphingolipids)Covalently joined with some proteinsEnergy sto

13、res (triacylglycerols) and fuel moleculeAs hormones and intracellular second messengers (DAG, diacylglycerol)一、脂质的消化、吸收和传送一、脂质的消化、吸收和传送 三脂酰甘油在人类的饮食脂肪中，以及作为三脂酰甘油在人类的饮食脂肪中，以及作为代谢能量的主要储存方式中约占代谢能量的主要储存方式中约占90%90%。脂肪可完。脂肪可完全氧化成全氧化成CO2CO2和和H2OH2O，由于脂肪分子中绝大部分碳，由于脂肪分子中绝大部分碳原子和葡萄糖相比，都处于较低的氧化形状，因原子和葡萄糖相比，都处于较

14、低的氧化形状，因此脂肪氧化代谢产生的能量按同等分量计算比糖此脂肪氧化代谢产生的能量按同等分量计算比糖类和蛋白质要高出类和蛋白质要高出2 2倍以上。倍以上。 食物成分含有的能量食物成分含有的能量成成 分分HH（kJ/gkJ/g干重）干重）糖糖 类类1616脂脂 肪肪3737蛋白质蛋白质1717一脂肪三酰甘油一脂肪三酰甘油1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸饱和脂肪酸：软脂酸16C16C、硬脂酸、硬脂酸18C18C不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸含1个双键油酸含2个双键亚油酸含3个双键亚麻酸含4个双键花生四烯酸三脂酰甘油的构造三脂酰甘油的构造1 1软脂酰软脂酰2,32,3二油酰甘

15、油二油酰甘油 当当3 3个脂肪酸都是同一种脂肪酸时，个脂肪酸都是同一种脂肪酸时，称为简单三脂酰甘油，当称为简单三脂酰甘油，当3 3个脂肪酸至少个脂肪酸至少有一个不同时，称为混合三脂酰甘油。有一个不同时，称为混合三脂酰甘油。 三脂酰甘油三脂酰甘油三酰甘油三酰甘油甘油三酯甘油三酯某些天然存在的脂肪酸某些天然存在的脂肪酸通俗名通俗名系统名系统名简写符号简写符号熔点熔点月桂酸月桂酸n-n-十二酸十二酸12:012:044.244.2软脂酸软脂酸n-n-十六酸十六酸16:016:063.163.1花生酸花生酸n-n-二十酸二十酸20:020:076.576.5棕榈油酸棕榈油酸十六碳十六碳-9-9-烯酸（

16、顺）烯酸（顺）16:116:19C9C-0.5-0.5-0.5-0.5鳕油酸鳕油酸二十碳二十碳-9-9-烯酸（顺）烯酸（顺）20:120:19C9C23-23.523-23.5亚油酸亚油酸十八碳十八碳-9,12-9,12-二烯酸（顺，顺）二烯酸（顺，顺）18:218:29C ,12C9C ,12C-5-5-亚麻酸亚麻酸十八碳十八碳-9,12,15-9,12,15-三烯酸（全顺）三烯酸（全顺）18:318:39C,12C,15C9C,12C,15C-11-11花生四烯酸花生四烯酸二十碳二十碳-5,8,11,14-5,8,11,14-四烯酸四烯酸（全顺）（全顺）20:420:45C,8C,11C,

17、14C5C,8C,11C,14C-49-49EPAEPA二十碳二十碳-5,8,11,14,17-5,8,11,14,17-五烯酸五烯酸（全顺）（全顺）-54 - -53-54 - -53DHADHA二十二碳二十二碳-4,7,10,13,16,19-4,7,10,13,16,19-六六烯酸（全顺）烯酸（全顺）-45.5 -45.5 -44.1-44.1消化脂肪的酶消化脂肪的酶 消化脂肪的酶有胃分泌的胃脂肪酶、胰脏消化脂肪的酶有胃分泌的胃脂肪酶、胰脏分泌的胰脂肪酶，它们可将三脂酰甘油的脂肪分泌的胰脂肪酶，它们可将三脂酰甘油的脂肪酸水解下来。酸水解下来。 胰脂肪酶与一个称为辅脂肪胰脂肪酶与一个称为辅

18、脂肪酶的小蛋白质在一同，存在于脂质水界面上。酶的小蛋白质在一同，存在于脂质水界面上。 胰脂肪酶催化胰脂肪酶催化1 1、3 3位脂肪酸的水解，位脂肪酸的水解，生成生成2 2单酰甘油。胰液中还有酯酶，它催化单单酰甘油。胰液中还有酯酶，它催化单酰甘油、胆固醇酯和维生素酰甘油、胆固醇酯和维生素A A的酯水解。另外，的酯水解。另外，胰脏还分泌磷脂酶，它催化磷脂的胰脏还分泌磷脂酶，它催化磷脂的2 2酰基水解。酰基水解。 脂肪的消化和吸收脂肪的消化和吸收 脂肪经消化后的产物脂肪酸和脂肪经消化后的产物脂肪酸和2 2单酰甘单酰甘油由小肠上皮粘膜细胞吸收后，又转化为三脂油由小肠上皮粘膜细胞吸收后，又转化为三脂酰甘

19、油，然后与蛋白质一同包装成乳糜微粒，酰甘油，然后与蛋白质一同包装成乳糜微粒，释放到血液，经过淋巴系统运送到各种组织中。释放到血液，经过淋巴系统运送到各种组织中。短的和中等长度的脂肪酸被吸收进入门静脉血短的和中等长度的脂肪酸被吸收进入门静脉血液，直接送入肝脏。液，直接送入肝脏。 脂肪的乳化脂肪的乳化 由于三脂酰甘油是水不溶性的，而消化作用由于三脂酰甘油是水不溶性的，而消化作用的酶却是水溶性的，因此三脂酰甘油的消化是在的酶却是水溶性的，因此三脂酰甘油的消化是在脂质水的界面处发生的。假设要消化迅速，必脂质水的界面处发生的。假设要消化迅速，必需尽量增大脂质水界面的面积。人摄入的脂肪需尽量增大脂质水界面

20、的面积。人摄入的脂肪在肝脏分泌的胆汁盐及磷脂酰胆碱等物质外表在肝脏分泌的胆汁盐及磷脂酰胆碱等物质外表活性剂的作用下，经小肠蠕动而乳化，大大地活性剂的作用下，经小肠蠕动而乳化，大大地增大了脂质水的界面面积，促进了脂肪的消化增大了脂质水的界面面积，促进了脂肪的消化和吸收。和吸收。 在脂肪组织和骨骼肌毛细血管中，在脂蛋在脂肪组织和骨骼肌毛细血管中，在脂蛋白脂肪酶白脂肪酶lipoprotein lipaselipoprotein lipase的作用下，乳的作用下，乳糜微粒中的脂肪被水解成游离的脂肪酸和甘油，糜微粒中的脂肪被水解成游离的脂肪酸和甘油，产生的脂肪酸被这些组织吸收，甘油被运送到肝产生的脂肪酸

21、被这些组织吸收，甘油被运送到肝脏和肾脏，转变成二羟丙酮磷酸。脏和肾脏，转变成二羟丙酮磷酸。 胆汁酸的构造胆汁酸的构造胆酸胆酸甘氨胆酸甘氨胆酸牛磺胆酸牛磺胆酸 胆汁盐是胆固醇的氧化产物，极性构成外侧，疏水构成内侧，构成一个胶质颗粒。u消化：小肠上段脂类脂类( TG( TG、CHCH、PLPL等等) )微团微团胆汁酸盐乳化胆汁酸盐乳化胰脂肪酶、辅脂酶等水解胰脂肪酶、辅脂酶等水解甘油一脂、溶血磷脂、甘油一脂、溶血磷脂、长链脂肪酸、胆固醇等长链脂肪酸、胆固醇等混合微团混合微团乳化乳化混混合合微微团团分散分散小肠粘膜小肠粘膜细胞内细胞内重新酯化重新酯化载脂蛋白结合载脂蛋白结合乳糜微粒乳糜微粒门静脉门静脉

22、肝肝 脏脏u吸收：十二指肠下段及空肠上段脂肪代谢脂肪代谢其中第一步反响需求耗费其中第一步反响需求耗费ATPATP，而第二步反响可生成复原，而第二步反响可生成复原辅酶辅酶。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。甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成3-3-磷酸甘油，然磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。后氧化脱氢生成磷酸二羟丙酮。Breakdown of triacylglycerolsThe fatty acids in triacylglyce

23、rols are released from the glycerol backbone by the action of lipases.The free fatty acids can then degraded by oxidatin to produce energy. The glycerol is converted into dihydroxyacetone phosphate which enters glycolysis.三脂酰甘油的转移三脂酰甘油的转移 储存在脂肪组织中的三脂酰甘油要转移时，储存在脂肪组织中的三脂酰甘油要转移时，先在激素敏感的三脂酰甘油脂肪酶的作用下水先在激

24、素敏感的三脂酰甘油脂肪酶的作用下水解成甘油和脂肪酸。游离的脂肪酸进入血液，解成甘油和脂肪酸。游离的脂肪酸进入血液，并与清蛋白结合。构成脂肪清蛋白复合物可并与清蛋白结合。构成脂肪清蛋白复合物可以大大添加脂肪的溶解度。以大大添加脂肪的溶解度。 磷脂、三脂酰甘油、胆固醇和胆固醇酯是以脂蛋白的方式转运的。在机体的各个部位，脂蛋白与特异的受体和酶作用而被吸收和利用。血脂概念：血浆中所含脂类的总称，主要包括甘油血脂概念：血浆中所含脂类的总称，主要包括甘油三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯及游离脂肪酸等。三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯及游离脂肪酸等。血脂与血浆中的蛋白质结合构成水溶性复合物血脂与血浆中的蛋白质结合构

25、成水溶性复合物-LP-LP方式存在和运输。方式存在和运输。 由肝脏、脂肪细胞等组织合成后释放入血血脂来源： 肠道中食物脂类的消化吸收 储存脂肪发动释放入血。运输运输-血浆脂蛋白血浆脂蛋白血脂的去路： 进入脂肪组织储存； 氧化供能； 构成生物膜； 转变为其它物质。脂蛋白的不同密度脂蛋白的不同密度 大多数蛋白质的密度为大多数蛋白质的密度为1.31.31.4g/ml1.4g/ml，脂的密度，脂的密度普通为普通为0.8g/ml0.8g/ml。脂蛋白的密度取决于蛋白质和脂质。脂蛋白的密度取决于蛋白质和脂质的比例，蛋白质比例越大那么密度越大。的比例，蛋白质比例越大那么密度越大。乳糜微粒乳糜微粒CMCM极低

26、密度脂蛋白极低密度脂蛋白VLDLVLDL低密度脂蛋白低密度脂蛋白 LDLLDL 高密度脂蛋白高密度脂蛋白 HDLHDL密度血浆脂蛋白血浆脂蛋白颗粒中间密度脂蛋白中间密度脂蛋白IDLIDL分类：超速离心法分类：超速离心法 CM VLDL IDL LDL HDL蛋白质蛋白质 12 10 18 12 10 18 25 5025 50脂肪脂肪 8485 50 30 8485 50 30 5 35 3胆固醇脂胆固醇脂 4 14 22 40 17磷脂磷脂 8 18 8 18 22 21 2722 21 27 Apo A C B48 C B100 E B100 A A B100合成部位合成部位 小肠粘膜小肠

27、粘膜 肝细胞肝细胞 肝肝 小肠小肠 肝细胞肝细胞功能功能 转运外源转运外源 转运内源转运内源 转运内源转运内源 转运内源转运内源 逆向转运逆向转运 甘油三脂甘油三脂 油三脂油三脂 胆固醇胆固醇 胆固醇酯胆固醇酯 胆固醇胆固醇胆固醇胆固醇 2 8 8 2 8 8 9 39 3血浆脂蛋白的组成、性质及功能血浆脂蛋白的组成、性质及功能脂蛋白的构成部位和功能脂蛋白的构成部位和功能 HDL HDL和和VLDLVLDL主要在肝脏的内质网上构成，肠主要在肝脏的内质网上构成，肠中也有少量构成。中也有少量构成。VLDLVLDL在目的部位被脂蛋白脂在目的部位被脂蛋白脂肪酶作用，将三脂酰甘油水解利用，肪酶作用，将三

28、脂酰甘油水解利用，VLDLVLDL逐渐逐渐转变成转变成IDLIDL和和LDLLDL，LDLLDL又前往到肝脏重新加工，又前往到肝脏重新加工，或转运到脂肪组织和肾上腺。或转运到脂肪组织和肾上腺。LDLLDL似乎是胆固醇似乎是胆固醇和胆固醇酯的主要运输方式。乳糜微粒的主要和胆固醇酯的主要运输方式。乳糜微粒的主要义务是运输三脂酰甘油。义务是运输三脂酰甘油。HDLHDL和和LDLLDL与心血管疾病的关系与心血管疾病的关系 HDL HDL和和LDLLDL的相对量对于胆固醇在体内的去的相对量对于胆固醇在体内的去向和动脉蚀斑的构成是重要的。高程度的向和动脉蚀斑的构成是重要的。高程度的HDLHDL有有助于降低

29、心血管疾病的危险，而高程度的助于降低心血管疾病的危险，而高程度的LDLLDL会会添加冠状动脉及心血管疾病的危险。添加冠状动脉及心血管疾病的危险。二、脂肪酸的氧化二、脂肪酸的氧化脂肪酸的活化脂肪酸的活化 脂肪酸分解发生于原核生物的细胞溶胶及真核脂肪酸分解发生于原核生物的细胞溶胶及真核生物的线粒体基质中。脂肪酸在进入线粒体前，必生物的线粒体基质中。脂肪酸在进入线粒体前，必需先与需先与CoACoA构成脂酰构成脂酰CoACoA，这个反响是由脂酰，这个反响是由脂酰CoACoA合合成酶成酶acyl-CoA synthetaseacyl-CoA synthetase催化的。催化的。RCOOH + ATP +

30、 HS-CoA RCOS-CoA + AMP + PPiRCOOH + ATP + HS-CoA RCOS-CoA + AMP + PPi 无机焦磷酸酶无机焦磷酸酶 2Pi 2Pi Fatty acids are activated on the outer membrane of mitochondria Fatty acids are converted to fatty acyl-CoA (a high energy compound) via a fatty-acyl-adenylate intermediate (enzyme-bound) by the action of fatt

31、y acyl-CoA synthetases (also called fatty acid thiokinase).Fatty acid + CoA + ATP fatty acyl-CoA + AMP + 2Pi - -氧化作用的提出是在十九世纪初，氧化作用的提出是在十九世纪初，Franz Franz Knoop Knoop 在此方面作出了关键性的奉献。他将末端甲在此方面作出了关键性的奉献。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

32、物苯乙尿酸，而食用含奇数碳的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的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。 KnoopKnoop由此推测无论脂肪酸链的长短，脂肪酸的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下两个碳原子。降解总是每次水解下两个碳原子。 实验证据：实验证据：19041904年，年，F.KnoopF.Knoop的标志实验：的标志实验：实验前提：知动物体内不能降解苯环实验方案：用苯基标志的饱和脂肪酸饲喂动物 据此，据此，Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在提出脂肪酸的氧化发生在-碳原子碳原子上，而后上，而后Ca与与Cb之间的键发生

33、断裂，从而产生二碳单之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位位，此二碳单位Knoop推测是乙酸。推测是乙酸。 以后的实验证明以后的实验证明Knoop推测的准确性，由此提出推测的准确性，由此提出了脂肪酸的了脂肪酸的b-氧化作用。氧化作用。 -氧化作用是指脂肪酸在氧化作用是指脂肪酸在-碳原子上进展氧化碳原子上进展氧化，然后，然后a-碳原子和碳原子和b-碳原子之间键发生断裂。每进展碳原子之间键发生断裂。每进展一次一次-氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。少两个碳原子的脂肪酸。 Early labeling experiments

34、 (1904): fatty acids are degraded by sequential removal of two-carbon units When dogs were fed with odd-numbered fatty acids attached to a phenyl group, benzoate was excreted; and when fed with even-numbered, phenylacetate was excreted. Hypothesis: the -carbon is oxidized,with two-carbon units relea

35、sed by each round of oxidation. These experiments are a landmark in biochemistry, in using synthetic label (the phenyl group here) to elucidate reaction mechanism, and was done long before radioisotopes was used in biochemistry! (1) 脂肪酸的活化脂肪酸的活化 (2) 脂肪酸的转运脂肪酸的转运 (3) b-氧化氧化脂肪酸脂肪酸- -氧化的过程氧化的过程-氧化作用的部位

36、：氧化作用的部位：Localization of Localization of - -oxidation occurs in mitochondria,oxidation occurs in mitochondria,线粒体基质。线粒体基质。脂肪酸的脂肪酸的-氧化途径氧化途径(1) (1) 脂肪酸的活化脂肪酸的活化 脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoACoA酯化成脂酰酯化成脂酰CoACoA的过程。反响如下：的过程。反响如下：脂肪酸脂肪酸- -氧化的过程氧化的过程脂肪酸的活化需求ATP的参与。每活化1分子脂肪酸，需求1分子ATP转化为AMP，即要耗费2个高能磷酸键

37、。这可以折算成需求2分子ATP水解成ADP。在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反响不可逆。脂肪酸转入线粒体脂肪酸转入线粒体 脂肪酸的脂肪酸的b-b-氧化作用通常是在线粒体的基质中进氧化作用通常是在线粒体的基质中进展的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长展的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长链脂肪酸需依托肉碱链脂肪酸需依托肉碱( (也叫肉毒碱，也叫肉毒碱，Carnitine)Carnitine)，以，以脂酰肉碱的方式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。脂酰肉碱的方式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。 肉毒碱肉毒碱 carnitine carnitine ：L-L-羟基羟基-三甲基氨

38、基丁三甲基氨基丁酸酸 ，由赖氨酸衍生的。，由赖氨酸衍生的。 肉碱酰基转移酶肉碱酰基转移酶 肉碱：脂酰肉碱移位酶肉碱：脂酰肉碱移位酶 肉碱酰基转移酶肉碱酰基转移酶脂酰肉毒碱脂酰肉毒碱肉毒碱肉毒碱脂酰脂酰COACOACOACOA脂酰肉毒碱脂酰肉毒碱载载 体体( (移位酶移位酶) )肉毒碱肉毒碱胞质一侧胞质一侧内膜外侧内膜外侧内膜内侧内膜内侧线粒体基质一侧线粒体基质一侧COACOA脂酰脂酰COACOA-氧化氧化肉毒碱脂酰基转移酶肉毒碱脂酰基转移酶肉毒碱脂酰基转移酶肉毒碱脂酰基转移酶 肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床运用价值

39、。营养素，有着重要的生物学功能和临床运用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研讨和运用。持和运动医学等领域已得到广泛的研讨和运用。 其中的肉碱脂酰转移酶其中的肉碱脂酰转移酶和和是一组同工酶。是一组同工酶。前者在线粒体外催化脂酰前者在线粒体外催化脂酰CoACoA上的脂酰基转移给肉上的脂酰基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；后者那么在线粒体内将运入碱，生成脂酰肉碱；后者那么在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至的脂酰肉碱上的脂酰基重

40、新转移至CoACoA，游离的肉，游离的肉碱被运回内膜外侧循环运用。碱被运回内膜外侧循环运用。Activated (long chain) fatty acids are carried into the matrix by carnitine肉碱肉毒碱肉碱肉毒碱L-L-羟基羟基-三甲基氨基丁酸三甲基氨基丁酸 The fatty acyl group is attached to carnitine (肉碱 by the action of carnitine acyltransferase I located on the outer face of the inner membrane, f

41、orming fatty acyl-carnitine, leaving the CoA in the cytosol. The acyl carnitine/carnitine transporter moves acyl-carnitine across the inner membrane of mitochondria via facilitated diffusion. Medium-chain acyl-CoAs seem to enter the matrix by themselves, without being carried by carnitine. The acyl

42、group is then transferred back to CoA to form fatty acyl-CoA by the action of carnitine acyltransferase II located on the inner face of the inner membrane. This entering step seems to be rate-limiting for fatty acid oxidation in mitochondria and diseases have been found to be caused by a defect of t

43、his step (with aching muscle cramp, especially during fasting, exercise or when on a high-fat diet).脂酰脂酰CoACoA进入线粒体后，阅历多次进入线粒体后，阅历多次b-b-氧化作用氧化作用而逐渐降解成多个二碳单位而逐渐降解成多个二碳单位 乙酰乙酰CoACoA。每次每次b-b-氧化作用包括四个步骤：氧化作用包括四个步骤：氧化，水合，氧化和断裂氧化，水合，氧化和断裂-氧化的历程氧化的历程Fatty acyl-CoA is oxidized to acetyl-CoA via multiple rou

44、nds of b oxidation The b oxidation consists of four reactions: Oxidation by FAD HydrationOxidation by NAD+ Thiolysis by CoA. a. Oxidation of the fatty acyl CoA to enoyl CoA forming a trans2-double bond on the fatty acyl chain and producing FADH2 (catalyzed by acyl CoA dehydrogenase 脂酰辅酶A脱氢酶). 脂肪酸的脂肪

45、酸的-氧化过程氧化过程(2) (2) 氧化脱氢氧化脱氢RCH2CH2CH2COSCoA 脂酰脂酰CoA(16C)CoA(16C)脂酰脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶FADFADH21.5ATP呼吸链呼吸链脂酰脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶 脂酰脂酰CoACoA脱氢酶存在于线粒体的基质中，共有脱氢酶存在于线粒体的基质中，共有3 3种，分别催化短链、中链、长链脂酰种，分别催化短链、中链、长链脂酰CoACoA的脱氢反的脱氢反响。脱氢反响的产物响。脱氢反响的产物FADH2FADH2的一对电子先传送给电的一对电子先传送给电子传送黄素蛋白子传送黄素蛋白ETFETF，再经，再经ETFETF：泛醌氧化复原：泛醌氧化

46、复原酶的催化将电子传送给泛醌，进入呼吸电子传送链。酶的催化将电子传送给泛醌，进入呼吸电子传送链。 (3) (3) 加水加水RCH2C C COCoAHH 反反2-烯酰烯酰CoA 反反2-2-烯酰烯酰CoACoA水化酶水化酶 H2O OHRCH2CHCH2COSCoAL-L-羟脂酰羟脂酰CoACoAb. Hydration of the trans 2-enoyl CoA to form 3-hydroxyacyl CoA (catalyzed by enoyl CoA hydratase 烯脂酰CoA水合酶).对反式双键具有立体专注性加水。 (4)(4)再脱氢再脱氢OHRCH2 CHCH2CO

47、SCoAL-L-羟脂酰羟脂酰CoACoA NAD+ NADH+H+L-L-羟脂酰羟脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶2.5ATP呼吸链呼吸链c. Oxidation of 3-hydroxyacyl CoA to 3-ketoacyl CoA producing NADH (catalyzed by hydroxyacyl CoA dehydrognease 羟脂酰CoA脱氢酶).d. Cleavage, of thiolysis, of 3-ketoacyl CoA by a second CoA molecule, giving acetyl CoA and an acyl CoA shorte

48、ned by two carbon atoms (catalyzed by -ketothiolase -酮脂酰CoA硫解酶).(5) (5) 硫解硫解-酮脂酰酮脂酰CoARCH2CSCoAOCH2COCH3COSCoA乙酰乙酰CoACoARCH2COSCoA脂酰脂酰CoA(14C)CoA(14C)1234CoA-SH-酮脂酰酮脂酰 CoA CoA硫解酶硫解酶 反复反响反复反响乙酰乙酰CoACoA The 1st oxidation is catalyzed by the membrane-bound acyl-CoA dehydrogenase, converting acyl-CoA to

49、 trans-2-enoyl-CoA with electrons collected by FAD. The hydration step, catalyzed by enoyl-CoA hydratase, converts the trans-2-enoyl-CoA to L-b-hydroxylacyl-CoA. The second oxidation is catalyzed by L-b-hydroxylacyl-CoA dehydrogenase, converting L-b-hydroxylacyl-CoA to b-ketoacyl-CoA, with electrons

50、 collected by NAD+. The acyl-CoA acetyltransferase (or commoly called thiolase) catalyzes the attack of CoA, cleaving b-ketoacyl-CoA between the a and b carbon (thiolysis), generating two acyl-CoA molecules with one entering the citric acid cycle and the other reenter the b oxidation pathway.对于长链脂肪酸

51、，需求经过多次对于长链脂肪酸，需求经过多次b-b-氧化作用，每氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳当脂肪酸含次降解下一个二碳单位，直至成为二碳当脂肪酸含偶数碳时或三碳当脂肪酸含奇数碳时的脂酰偶数碳时或三碳当脂肪酸含奇数碳时的脂酰CoACoA。(3) -(3) -氧化的历程氧化的历程以下图是软脂酸棕榈酸以下图是软脂酸棕榈酸 C15H31COOHC15H31COOH的的b-b-氧化过程，氧化过程，它需阅历七轮它需阅历七轮b-b-氧化作用而生成氧化作用而生成8 8分子乙酰分子乙酰CoACoA。 偶数碳饱和脂肪酸的氧化偶数碳饱和脂肪酸的氧化对于偶数碳饱和脂肪酸，b-氧化过程的化学计量：脂肪酸

52、在b-氧化作用前的活化作用需耗费能量，即1分子ATP转变成了AMP，耗费了2个高能磷酸键，相当于2分子ATP。在b-氧化过程中，每进展一轮，使1分子FAD复原成FADH2、1分子NAD+复原成NADH，两者经呼吸链可分别生成1.5分子和2.5分子ATP，因此每轮b-氧化作用可生成4分子ATP。b-氧化作用的产物乙酰CoA可经过三羧酸循环而彻底氧化成CO2和水，同时每分子乙酰CoA可生成10分子ATP。1 1分子软脂酸彻底氧化分子软脂酸彻底氧化生成生成ATPATP的分子数的分子数一次活化作用一次活化作用-2-27 7轮轮b-b-氧化作用氧化作用+4+47 = +287 = +288 8分子乙酰分

53、子乙酰CoACoA的氧化的氧化+10+108 = +808 = +80总总 计计+106+106软脂酰软脂酰CoA + 7FAD + 7CoA + 7NAD+ + 7H2O CoA + 7FAD + 7CoA + 7NAD+ + 7H2O 8 8乙酰乙酰CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ 106 106个个ATPATP贮能为贮能为10610630.54 = 3237 kJ30.54 = 3237 kJ软脂酸彻底氧化释放的自在能为软脂酸彻底氧化释放的自在能为9790kJ9790kJ，故能量转化率为，故能量转化率为 3237

54、323797909790100% = 33%100% = 33%。 总结：总结： 脂肪酸脂肪酸氧化最终的产物为乙酰氧化最终的产物为乙酰CoACoA、NADHNADH和和FADH2FADH2。假设碳原子数为。假设碳原子数为CnCn的脂肪酸的脂肪酸进展进展氧化，那么需求作氧化，那么需求作n/2n/21 1次循次循环才干完全分解为环才干完全分解为n/2n/2个乙酰个乙酰CoACoA，产生，产生n/2n/2个个NADHNADH和和n/2n/2个个FADH2FADH2；生成的乙酰；生成的乙酰CoACoA经过经过TCATCA循环彻底氧化成二氧化碳和水并释放能循环彻底氧化成二氧化碳和水并释放能量，而量，而N

55、ADHNADH和和FADH2FADH2那么经过呼吸链传送电那么经过呼吸链传送电子生成子生成ATPATP。 脂肪酸的其它氧化分解方式脂肪酸的其它氧化分解方式 不饱和脂肪酸的分解不饱和脂肪酸的分解 奇数碳原子脂肪酸的分解奇数碳原子脂肪酸的分解 羧化羧化 脱羧脱羧 脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化 脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，而且位置也相当有规律而且位置也相当有规律 第一个双键都是在第一个双键都是在C9C9和和C10C10之间写作之间写作D9D9，以后每隔三个碳原子出现一个。，以后每隔三个碳原子出现一个。例如，亚油酸例如，亚

56、油酸18:2D918:2D9，1212；- -亚油酸亚油酸18:3D9,12,1518:3D9,12,15。不饱和脂肪酸的氧化不饱和脂肪酸的氧化 不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸根本一样，只不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸根本一样，只是某些步骤还需其它酶异构酶和复原酶的参与，是某些步骤还需其它酶异构酶和复原酶的参与，现以油酸为例加以阐明。现以油酸为例加以阐明。它阅历了三轮b-氧化作用后，产物在b, g位有一顺式双键，因此接下来的反响不是脱氢，而是双键的异构化，生成反式的a, b双键，然后b-氧化作用继续正常进展。因此油酸的氧化与一样碳的饱和脂肪酸硬脂酸相比，只是以一次双键异构化反响取代了一次脱氢反

57、响，所以少产生一分子FADH2。不仅是单不饱和脂肪酸，一切的多不饱和脂肪酸不仅是单不饱和脂肪酸，一切的多不饱和脂肪酸的前四轮的前四轮b-b-氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时需求一种异构酶的参与。需求一种异构酶的参与。单不饱和脂肪酸的氧化单不饱和脂肪酸的氧化水合、脱氢、硫解，循环水合、脱氢、硫解，循环多不饱和脂肪酸的氧化多不饱和脂肪酸的氧化Oxidation of unsaturated fatty acids requires one or two auxiliary enzymes, an isomerase and a reductase The i

58、somerase converts a cis-3 double bond to a trans-2 double bond. The reductase (2,4-dienoyl-CoA reductase) converts a trans-2, cis-4 structure to a trans-3 structure, which will be further converted to a trans-2 structure by the isomerase. NADPH is needed for the reduction (from two double bonds to o

59、ne). Oxidation of amonounsaturated fatty acid: the enoyl-CoA isomerase helps to reposition the double bond Both an isomerase and a reductase are needed for oxidizing polyunsaturated fatty acids.大多数脂肪酸含偶数碳原子，它们经过b-氧化可全部转变成乙酰CoA，但一些植物和海洋生物能合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一轮b-氧化作用后，产生丙酰CoA。奇数碳链脂肪酸的氧化奇数碳链脂肪酸的氧化丙酰CoA的代谢在动

60、物体内按照如以下图所示的途径进展，先进展羧化，然后经过两次异构化，构成琥珀酰CoA。奇数碳链脂肪酸的氧化油酰奇数碳链脂肪酸的氧化油酰CoACoA的的氧化氧化脂肪酸在一些酶的催化下，在a-碳原子上发生氧化作用，分解出一个一碳单位CO2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂肪酸的a-氧化作用。脂肪酸的脂肪酸的a-a-氧化途径氧化途径a-氧化作用是1956年由P.K.Stumpf首先在植物种子和叶片中发现的，后来在动物脑和肝细胞中也发现了脂肪酸的这种氧化作用。该途径以游离该途径以游离脂肪酸作为底物，脂肪酸作为底物，在在a-a-碳原子上发生碳原子上发生羟化羟化-OH-OH或氢过或氢过氧化氧