农业大学生物化学

1、农业大学生物化学脂类 (lipids)脂肪(fat):甘油三酯(triacylglycerols,TG)类脂(lipoids):(lipoids):胆固醇(cholesterol,Ch)胆固醇酯(cholesteryl ester,CE)磷脂(phospholipids,PL)糖脂(glucolipids,GL)脂类(Lipid Classes)Triacylglycerols ,TGCH2CHOCR1OCH2OOCPR2OOOO-XR2COOH多为花生四烯酸(arachidonic acid)Phospholipids,PLHOCholesterol (Ch)nCholesteryl Est

2、er(CE)RCOO第一节 脂类的消化和吸收一、消化（digestion）：n小肠(small intestine)：胆汁酸盐、胰脂酶、辅酯酶、胰磷脂酶A2、胆固醇酯酶n消化产物：甘油一酯、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂等胆汁盐(bile)：n作用：是较强的乳化剂，可增加消化酶对脂类的接触面积，有利于脂类的消化和吸收。油油油疏水侧亲水侧油水CH3CH3CH3COHNCH2HOOCOHOHOH亲水侧疏水侧甘氨胆酸的构象式二、吸收：1、脂肪消化产物脂肪酸、2-单酰甘油由小肠上皮粘膜细胞吸收后又转化为三酯酰甘油，随后和蛋白质一起形成乳糜微粒释放到血液，经淋巴系统送到各种组织。2、在脂肪组织、骨骼肌毛细血管

3、中，脂肪消化产物为游离脂肪酸和甘油，游离脂肪酸被吸收，甘油被运到肝脏和肾脏。（图）脂类吸收途径TG胰脂酶辅酯酶2-甘油一酯TG乳糜微粒（CM）淋巴血液FA(长链)吸收入肠粘膜脂酰CoA ATP磷脂、胆固醇转酰酶(中、短链)乳化后吸收FA、甘油门静脉肝脂肪酶载脂蛋白第二节、脂肪的分解代谢一、脂肪的分解n首先分解为甘油和脂肪酸；n甘油通过磷酸化、氧化（甘油甘油-3-磷酸二羟丙酮磷酸）进入糖酵解；n脂肪酸经-氧化（脂酸乙酰CoA）进入三羧酸循环。二、甘油的降解三、脂肪酸的氧化n脂肪酸氧化的化学步骤n1、长链脂肪酸降解为乙酰-CoA；n2、乙酰-CoA经过柠檬酸循环氧化成CO2；n3、从还原的电子载体

4、到线粒体呼吸链的电子传递。（一）脂肪酸的活化n脂肪酸必须先在胞液中活化为脂酰CoA，位于内质网和线粒体外膜的脂酰CoA合成酶催化该反应。（二）脂酰CoA进入线粒体1、原因n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。2、方法n（1）短或中长链的脂酰-CoA（10个碳原子以下）可容易地渗透通过线粒体内膜。n（2）长链脂酰-CoA（12C以上）要与极性的肉（毒）碱分子结合，才能穿过线粒体内膜。（图）n肉碱(carnitine)：L-羟基-三甲氨基丁酸脂酰CoACoA进入线粒体脂 酰 CoA合 成 酶肉 碱 脂 酰转 移 酶 肉 碱 脂 酰转 移 酶 FFAATPCoAAM PPPi

5、脂 酰 CoA脂 酰 CoACoA肉 碱脂 酰 肉 碱肉 碱 脂 酰肉 碱 转 位 酶脂 酰 肉 碱肉 碱CoA脂 酰 肉 碱脂 酰 CoA基 质线 粒 体 外 膜线 粒 体 内 膜 -氧 化载体蛋白载体蛋白3、肉碱转运脂酰CoA进入线粒体n反应由肉碱脂酰转移酶(CAT-1和CAT-ll)催化。n此过程为脂肪酸 -氧化的，是强烈的竞争性抑制剂。（图）CoASHCoASHCarnitine acyltransferase Carnitine acyltransferase 限速酶限速酶（三） -氧化1、-氧化：脂肪酸的降解始发于羧基端的第二位（ - 位）的碳原子，在此处切掉两个碳原子单元（乙酰-

6、CoA）。n脂肪酸的-氧化为Knoop的发现。n生物体内脂酸的分解途径主要为氧化。2、亚细胞部位：线粒体基质n在脂酰基-碳原子上依次进行脱氢、加水、再脱氢及硫解4步连续反应，使脂酰基在与-碳原子间断裂，生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA。3、 -氧化过程(1) 脱氢(2) 加水(3) 再脱氢(4) 硫解全部反应过程：4、脂肪酸-氧化特点：n1、脂肪酸仅需活化一次（cytosol），消耗一个ATP的两个高能键；n2、Acyl-CoA由肉碱运入线粒体；限速酶：CAT-；n3、-氧化： 包括脱氢 、加水、再脱氢、硫解四个重复步骤。n4、-氧化是一个高效的放能过程：n-氧化每一轮产生1个N

7、ADH，1个FADH2和1个乙酰-CoA；n乙酰-CoA进入柠檬酸循环又生成3个NADH， 1个FADH2和一分子GTP（总计10个ATP）；n脂肪酸活化为脂酰-CoA时消耗了2个高能磷酸键。n以软脂酸（C16）为例：n8个乙酰CoA：8x10=80ATPn7个FADH2：7n7个NADH：7n起始活化消耗：2ATPn总计产能：80+10.5+17.5-2=106（四）不饱和脂肪酸的氧化n1、体内不饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的一半以上，在未遇双键前，反应过程与饱和脂肪酸的氧化基本相同。n2、需要12种特殊的酶：天然脂肪酸的顺式双键需经线粒体特异3-顺2-反烯酰CoA异构酶催化：(如油酸=18:1

8、,9)多不饱和脂肪酸的另外双键还需2,4-二烯酰CoA还原酶。（五）奇数碳脂肪酸的-氧化n1、在大多数哺乳动物中，奇数碳原子的脂肪酸是罕见的，但在反刍动物中，奇数碳原子的脂肪酸有一定的数量。n2、氧化的产物为若干个乙酰CoA和一个丙酰CoA。3、丙酰CoA的去路n、丙酰CoA+HCO3-+ATP甲基丙二酰单酰CoA+AMP+PPin、甲基丙二酰单酰CoA 琥珀酰CoAn琥珀酰CoA可以进入柠檬酸循环。丙酰丙酰CoACoA羧化酶羧化酶变位酶变位酶（六）脂肪酸代谢的调节n1、脂类的代谢也受神经和激素控制。n2、激素控制n、胰岛素可抑制脂肪分解n、肾上腺素、生长激素、促肾上腺皮质激素、甲状腺素和性激

9、素有促进储脂动员和氧化的作用。n、激素代谢反常会导致脂代谢障碍。四、酮体酮体（ketone body）：乙酰乙酸、D-羟丁酸和丙酮这三个化合物统称为酮体。（一）乙酰-CoA的代谢结局n1、进入柠檬酸循环及电子传递系统，最终完全氧化为CO2和H2O。n2、生成胆固醇，即胆固醇生物合成的起始化合物。n3、作为脂肪酸合成的前体。n4、转化为酮体。n（二）肝脏中酮体的形成n1、酮体的合成主要是肝脏的功能n（1）肝细胞线粒体中含有活性较强的酮体合成的酶系。 n（2）-羟丁酸约70，乙酰乙酸约30，丙酮含量极微。n（3）肝脏缺乏利用酮体的酶，因此不能利用酮体。2、酮体的生成途径乙酰乙酸乙酰乙酸脱羧酶脱羧酶

10、（三）酮体生成的生理意义n1、有利的一面n（1） 酮体具有水溶性，生成后进入血液，输送到肝外组织利用；n（2）作为燃料，经柠檬酸循环提供能量。n因此，酮体是输出脂肪能源的一种形式。n如：禁食、应急及糖尿病时，心、肾、骨骼肌摄取酮体代替葡萄糖供能，节省葡萄糖以供脑和红细胞所需，并可防止肌肉蛋白的过多消耗。n长期饥饿时，酮体供给脑组织5070%的能量。2、不利的一面n（1）丙酮是有毒的。乙酰乙酸、-羟丁酸皆为酸性，使血液pH值降低，常有酸中毒的危险。n（2）酮尿症/酮血症n长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，草酰乙酸耗尽，酮体生成增多。当肝内产生酮体超过肝外组织氧化酮体的能力时，血中酮体蓄积，称为酮

11、血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。第四节、脂类的生物合成一、脂肪酸的生物合成n脂酸合成的前体：乙酰CoA。n合成部位：（细胞溶胶）n胞液中均含有从乙酰CoA 合成脂肪酸的酶系，称为脂肪酸合成酶系。n合成原料：Acetyl-CoA、NADPH、ATP、HCO3-(CO2)及Mn2+1、脂肪酸合成所需的碳源实质均来自乙酰-CoA，但形式上只有1个乙酰-CoA参与合成，其余均以丙二酸单酰-CoA的形式参与合成。2、乙酰-CoA主要存在于线粒体中，必须在三羧酸转运体系的帮助下（乙酰-CoA转化为柠檬酸）跨过线粒体。（一）乙酰CoA（1）乙酰）乙酰CoA的转运的转运 三羧酸转运体系（二）丙二酸单酰CoA的

12、形成n1、脂肪酸合成起始于乙酰-CoA转化成丙二酸单酰- CoA，该反应是在 乙酰-CoA 羧化酶作用下实现的。n2、乙酰-CoA羧化酶催化的反应是脂肪酸合成中的限速步骤。n3、乙酰CoA羧化酶的组成n包括生物素羧基载体蛋白（BCCP）、生物素羧化酶、羧基转移酶3个亚基，辅基为生物素。丙二酸单酰CoA的合成关键酶关键酶CH3COSCoAHCO3-ATP乙酰CoA羧化酶生物素、Mn2+HOOCCH2COSCoA ADPPi丙二酰CoA（三）脂肪酸合成酶n1、组成n在动物细胞中，脂肪酸合成酶复合体包含7种酶活性和1个酰基载体蛋白(acyl carrier protein,ACP) 。n（1） 乙酰

13、CoAACP转酰基酶 n（2）丙二酰CoAACP转酰基酶n（3） -酮脂酰ACP合酶n（4） -酮脂酰ACP还原酶 n（5）-羟脂酰ACP脱水酶 n（6） 烯脂酰ACP还原酶n（7）软脂酰ACP硫脂酶SCOCH2ACPCH2CH3ESHSHACPESCOCH3SCOCH3ACPESHSACPESCOCH3COCH2COOHSCOCH2ACPCCH3ESHOSCOCH2ACPCHESHOHCH3SCOCHACPCHESHCH3SHACPESH转酰基酶转酰基酶CO2-酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶3CoASHHOOCCH2CO-SCoA丙二酰丙二酰CoA-ACP转酰基酶转酰基酶21b-酮脂酰酮脂酰-

14、ACP还原酶还原酶NADP+NADPH+H+45HO H-羟脂酰羟脂酰- ACP脱水酶脱水酶NADP+NADPH+H+烯脂酰烯脂酰-ACP还酶还酶6加氢加氢启动启动脱水脱水加氢加氢装载装载缩合缩合HSCoA乙酰乙酰CoA-ACP转酰基酶转酰基酶 CH3COSCoA1a（四）由脂肪酸合酶催化的各步反应n1、启动SHACPSHECH3COSCoACoASH乙酰乙酰-CoA： ACP转酰酶转酰酶SHACPSCOCH3E2、装载n启动和装载两步反应为下一步缩合准备了两个底物。3、缩合n1、反应由-酮酰-ACP合酶催化。n2、反应产物为乙酰乙酰-ACP。SCOCH3ACPSCOCH2*COOHE*CO2

15、SHACPSCOCH2COCH3E4、还原nNADPH作为还原剂参与此反应。n脂酸生物合成中所需的NADPH大部分是戊糖磷酸途径供给的，有些来自苹果酸酶反应。SHACPSCOCH2CHCH3EOHSHACPSCOCH2COCH3ENADPH+H+NADP+-酮酰酮酰 -ACP还原酶还原酶5、脱水脱水酶脱水酶SHACPSCOC=C-CH3EHHSHACPSCOCH2CHCH3EOHH2O6、还原n1、还原剂是NADPH。n2、乙酰基是接受了丙二酸衍生物的二碳原子的片段而增长碳链的。n3、每一循环延伸两个碳原子，每一轮反应经缩合、还原、脱水、还原4个步骤完成。7、释放n1、动物细胞中延伸的程序在到

16、达16个碳原子时即行停止，这是正常的脂肪酸合酶作用的终点。SHACPSCO(CH2)13CH2CH3ECH3CH2(CH2)13COOH+SHACPSHEH2O硫酯酶硫酯酶软脂酸软脂酸软脂酸（16C）合成的总反应式：（五）脂肪酸合成途径与脂肪酸降解（-氧化）的比较n、场所不同。n脂肪酸合成发生于细胞溶胶中；降解发生于线粒体。n、载体不同。n脂肪酸合成中载体为ACP；降解中载体为CoA。n、酶和辅助因子不同n、反应不同。n脂肪酸合成中的4步反应是：缩合、还原、脱水、还原，降解中4步反应是：氧化、水合、氧化、裂解。n转运机制不同。n在脂肪酸合成中，有三羧酸/柠檬酸转运机制，运送 乙酰-CoA ；n

17、在降解中，有肉碱载体系统，运送 脂酰-CoA。n、反应单位不同。n在脂肪酸合成中，脂肪链获取2碳单元得自于与丙二酸单酰- CoA缩合；n在降解中，以乙酰-CoA 形式的2碳单元离去。n脂肪酸合成时，羧基是最后形成的；降解时，羧基的离去开始于第一步。n、羟酯基中间体在脂肪酸合成中有着D-构型；降解中则为L-构型。n性质不同。n脂肪酸合成由还原途径构成，需要有NADPH参与；n降解则由氧化途径构成，需要FAD和NAD+参与。（六）脂肪酸碳链的延长n1、场所：软脂酰CoA或软脂酸生成后， 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。n2、载体：碳链延长的碳源不是

18、 丙二酸单酰ACP，而是乙酰CoA（线粒体）或丙二酸单酰CoA （内质网酶系）。（七）不饱和脂肪酸的合成n人体内有4，5，8及9去饱和酶，催化饱和脂肪酸引入双键，使之转变为不饱和脂肪酸。n至今在体内尚未发现有9以上的去饱和酶，即在第10C与甲基末端间再引入第二个双键。n只有植物和某些微生物才能使第12和第13位碳之间脱氢，形成第二个双键。n某些微生物能合成含3个、4个甚至更多双键的不饱和脂酸。（八）脂肪酸合成的调节 1、乙酰-CoA羧化酶是限速酶。n在动物体内，柠檬酸别构激活乙酰-CoA羧化酶，软脂酰-CoA反馈抑制乙酰-CoA羧化酶活性；乙酰CoA羧化酶的别构调节和激素调节 CH3COSCoAHCO3-ATP乙酰CoA羧化酶生物素、Mn2+HOOCCH2COSCoAADPPi丙二酰CoA乙乙酰酰C Co oA A羧羧化化