生化第十章脂代谢

1、第二篇 物质代谢及其调节第八章 生物氧化与氧化磷酸化第九章 糖代谢第十章 脂类与脂类代谢第十一章 蛋白质降解及氨基酸代谢第十二章 核酸的降解与核苷酸代谢第十三章 核酸和蛋白质的生物合成第十四章 物质代谢的联系与调节第七章 脂类代谢第一节 脂类概述第二节 甘油三酯的分解代谢第三节 甘油三酯的生物合成Lipid脂肪酸与醇脱水反应形成的酯及其衍生物共性：不溶于水，而易溶于非极性溶剂如乙醚、氯仿、苯等。第一节 脂类概述一、脂类的概念脂类（lipids）是一类不溶于水而易溶于有机溶剂，并能为机体利用的有机化合物。 单纯脂 复合脂 类 脂二、脂质的分类按化学组成分类按物理状态分类 油 脂（一）单纯脂 由脂

2、肪酸和醇类所形成的酯1、脂肪：由1 3分子脂肪酸与1分子甘油形成的酯，最常见的是甘油三酯。2、蜡：由高级脂肪酸和高级一元醇形成的酯。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（二）复合脂 磷脂（磷酸和含氮碱） 糖脂（糖） 硫脂（硫酸）萜类(terpene)：樟脑、香精油、天然橡胶、柠檬烯固醇类：固醇（甾醇、肾上腺皮质激素） 共同特征：含环戊烷多氢菲类固醇：雄性激素、雌性激素其他脂类：维生素A、D、E、K等。由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。（三）类脂贮存脂质结构脂质 活性脂质 三、脂类的生物功能1、油脂是机体代谢所需燃料的储存形式和运 输形式。2、构成生物膜的重要

3、物质。3、机体表面脂类有防止机体损伤与防止热 量散发等保护作用。 4、作为生物体内脂溶性物质如脂溶性维生 素和必需脂肪酸的溶剂。 5、作为细胞的表面物质，与细胞识别、种特 异性和组织免疫等密切相关。贮存脂质结构脂质活性脂质四、甘油三酯（三酰甘油）(triacylglycerol, TG)1分子甘油和3分子脂肪酸形成的酯通式R1=R2=R3简单三酰甘油混合三酰甘油单酯酰甘油脂肪酸1H2O二酯酰甘油H2O三酯酰甘油脂肪酸2甘油（丙三醇）脂肪（三酰基甘油）相同脂肪酸构成的甘油三酯称为简单甘油三酯，命名为三某脂酰甘油；不同脂肪酸构成的甘油三酯称为混合甘油三酯，命名为-某脂酰-某脂酰-某脂酰甘油。自然界

4、存在的大多是混合甘油三酯。1、脂肪酸（fatty acid） 长链羧酸，以线性为主，很少有分支，其烃链有的是饱和的，不含碳碳双键，称为饱和脂肪酸，如：硬脂酸、软脂酸；有的含碳碳双键，不饱和，称为不饱和脂肪酸，如：油酸。脂肪酸饱和 ： 16C软脂酸、 18C硬脂酸不饱和含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）脂肪酸的简单表示方法：硬脂酸 CH3(CH2)16COOH 简写18:0软脂酸 CH3(CH2)14COOH 简写16:0 油酸 简写18:19 CH3(CH2)7CHCH (CH2)7COOH亚油酸 简写18:29,12 CH3(CH2)7CHCH

5、CH2CHCH (CH2)4COOH 亚麻酸 简写18:39,12,15花生四烯酸 简写20:45,8,11,14 脂肪酸结构特点软脂酸（十六烷酸）硬脂酸（十八烷酸） 油酸（十八烯酸）天然脂肪酸结构中共同规律：（1）一般是偶数的长链脂肪酸，14-20个碳原子占多数，最常见16或18碳原子酸。如软脂酸(160)、硬脂酸(180)、和油酸(1819)。（2）不饱和脂肪酸的熔点比相同链长的饱和脂肪酸低，短链脂肪酸熔点比长链脂肪酸低。脂肪酸的链长、饱和程度决定了脂肪的熔点。 （3）单不饱和脂肪酸的双键位置一般在9和10碳原子之间，多不饱和脂肪酸第一个双键一般在9号位，其余在C9与碳链末端之间，两个双键

6、之间往往隔一个亚甲基，不具共轭结构。 如 油酸（1819） 亚油酸（1829,12） 亚麻酸（1839,12,15） 花生四烯酸（2045,8,11,14）（4）高等动植物的不饱和脂肪酸一般都是顺式结构(cis)，反式很少(trans) 。 油酸 亚油酸 （5）哺乳动物和人体不能合成亚油酸和亚麻酸等多不饱和脂肪酸，而它们又是生长所必需的，需要由食物供给，故称为必需脂肪酸（essential fatty acid)。HHCOOHHHCOOHHH花生四烯酸（Cis) 20:42、甘油三酯的理化性质(1) 溶解性不溶于水(2) 光学活性当甘油C1和C3上的脂肪酸不同时，C2为不对称碳原子，这时甘油三

7、酯具有光学活性（旋光性）。 CH2-O-CO-R1 R2-COO-CH CH2-O-CO-R3五、磷脂 磷脂是含磷酸、氮碱的单脂衍生物。根据分子中所含醇的种类分为甘油醇磷脂（磷酸甘油酯）和鞘氨醇磷脂（磷鞘脂）。甘油磷脂通式 X基团种类 甘油磷脂名称胆碱 HO-CH2-CH2-N+(CH3) 3 磷脂酰胆碱（卵磷脂）乙醇胺 HO-CH2-CH2-NH2 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）丝氨酸 HO-CH2-CH(NH2)-COOH 磷脂酰丝氨酸磷脂的结构特点: 一个由磷酸基及氮碱组成的极性（亲水性）头部和一个由两条长的烃链组成的非极性（疏水性）尾部。R1-CO-O-CH2 OR2-CO-O-CH-CH2-

8、O-P-O-CH2-CH2-N+(CH3)3 疏水尾部 O- 亲水头部磷脂的结构特点使其能形成稳定的双分子层，构成生物膜。在双分子层中，亲水头部向外，疏水尾部在中间。生物膜的结构甘油三酯代谢概况第二节 甘油三酯的分解代谢（一）脂肪动员储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸和甘油，并释放入血以供其它组织细胞氧化利用，该过程称为脂肪动员。 在脂肪动员中，脂肪细胞内的甘油三酯脂肪酶是限速酶，它受多种激素的调控，因此称为激素敏感性脂肪酶（HSL）。第二节 甘油三酯的分解代谢甘油三酯的酶促水解甘油三酯的分解是经脂肪酶催化逐步水解的。组织中有三种脂肪酶：甘油三酯脂肪酶（三脂酰甘油脂肪酶）甘油

9、二酯脂肪酶（二脂酰甘油脂肪酶）甘油单酯脂肪酶（单脂酰甘油脂肪酶）它们一步步地将甘油三酯水解成甘油和脂肪酸。 第一步为限速步骤.脂肪酸甘油甘油一酯甘油二酯甘油三酯脂酶脂酶+ CH2OH CH2OH CH2OHHOCH HOCH CO CH2OH CH2O P CH2O P 甘油被磷酸化和氧化生成磷酸二羟丙酮，再经异构化生成3-磷酸甘油醛，然后可经糖酵解途径转化成丙酮酸继续氧化，或经糖异生途径生成葡萄糖。甘油激酶 磷酸甘油脱氢酶ATP ADPNADNADHH二、甘油的代谢CH2OH HCOHCH2OH- ATPADP+Pi甘油激酶CH2OH HCOHCH2O-P-磷酸酯酶NAD+NADH +H+磷

10、酸甘油脱氢酶CH2OH C=OCH2O-P-异构酶磷酸丙糖CHO CHOHCH2O-P-糖异生葡萄糖EMPCH3 C=OCOOH-乙酰COATCACO2+H2O 糖代谢与脂代谢通过磷酸二羟丙酮联系起来。磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛三、脂肪酸的氧化分解（一）饱和偶数碳脂肪酸的-氧化作用 -氧化是脂肪酸分解的主要代谢途径。该途径于1904年由努普（Knoop）根据实验提出。 场所：线粒体基质（真核） 细胞溶胶 （原核） 脂肪酸进入细胞后，首先被活化，形成脂酰辅酶A，然后再进入线粒体内氧化。1、脂肪酸的活化 脂肪酸进入细胞后，必须先生成脂酰CoA，才能进入线粒体进行-氧化，反应由脂酰辅酶A合成酶（又称

11、脂肪酸硫激酶）催化， ATP供能。 反应中ATP断裂成AMP和PPi，实际上消耗了两个高能磷酸键，即认为消耗了两分子ATP。 腺苷酸激酶催化以下反应： AMP + ATP 2ADP2、脂酰CoA的跨膜运输 在细胞质中合成的脂酰CoA不能自由穿过线粒体内膜进入线粒体，肉毒碱(L-羟基-三甲基胺基丁酸)可以作为载体，将脂酰基转运至线粒体内。脂酰CoA载体肉毒碱(3-羟基-4-三甲氨基丁酸)脂酰CoA进入线粒体在肉碱（carnitine）的协助下。脂酰肉碱转移酶脂酰肉碱转移酶 3、脂酰CoA的-氧化 降解 在线粒体内，脂酰CoA进行-氧化，该途径由4个重复步骤组成：脱氢、水合、脱氢、硫解，每轮-氧化

12、生成1分子乙酰CoA、1分子FADH2和1分子NADH。（1）脂酰CoA的、-脱氢作用（脱氢） HR-CH2-CH2-CH2-CS-CoA R-CH2-CC-CS-CoA O FAD FADH2 H O 脂酰CoA 2-反式烯脂酰CoA（2）2-反式烯脂酰CoA的水化（水合） H O H2O OH OR-CH2-CC-CS-CoA R-CH2-C-CH2-CS-CoA H H 2-反式烯脂酰CoA L-羟脂酰CoA脂酰CoA脱氢酶烯脂酰CoA水化酶（3） L-羟脂酰CoA脱氢（脱氢） OH O NAD NADHH O OR-CH2-C-CH2-CS-CoA R-CH2-C-CH2-CS-CoA

13、 H L-羟脂酰CoA -酮脂酰CoA（4）-酮脂酰CoA的硫解（硫解） O O O OR-CH2-C-CH2-CSCoA+CoASH R-CSCoA + CH3CSCoA -酮脂酰CoA 脂酰CoA 乙酰CoA （比原先的脂酰CoA 缩短了一个二碳单位）L-羟脂酰CoA脱氢酶硫解酶4、脂肪酸-氧化过程中ATP的合成 以软脂酸为例1分子软脂酰CoA经7次-氧化，可完全降解成8个乙酰CoA、7分子的FADH2、7分子的NADH：软脂酰CoA7CoASH7FAD7NAD7H2O 8乙酰CoA7FADH27NADH7H则1分子软脂酸完全氧化产生ATP分子数：812727321291分子硬脂酸完全氧化

14、产生146分子ATP。（二）饱和奇数碳脂肪酸的-氧化降解与饱和偶数碳脂肪酸的-氧化降解过程基本相同，只是最后产生的丙酰CoA的去路不同。（三）不饱和脂肪酸的-氧化 该过程与饱和脂肪酸的-氧化降解过程基本相同，只是不饱和脂肪酸分子中含有顺式双键，所以在氧化过程需要有另外的酶参加（3-顺-2-反烯脂酰CoA异构酶）。 以单不饱和脂肪酸油酸（18：19）为例：油酰CoA3-顺-12 -烯酰CoA烯酰CoA异构酶2-反-12 -烯酰CoA单不饱和脂肪酸的分解 与硬脂酸相比，油酸的-氧化中少产生了1分子FADH2，其余完全相同，所以1分子油酸完全氧化比1分子硬脂酸少产生2分子ATP，即144分子ATP。

15、（四）脂肪酸的其它氧化途径1、-氧化2、-氧化 脂肪酸在微粒体中由加单氧酶和脱羧酶催化生成-羟脂肪酸或少一个碳原子的脂肪酸的过程称为脂肪酸的-氧化。 -氧化障碍者不能氧化植烷酸(phytanic acid,3,7,11,15-四甲基十六烷酸)。 -氧化例如：反刍动物的脂肪在奇数碳原子上带甲基分支的二十碳植烷酸；若-氧化代谢障碍，导致植烷酸积累，引起外周神经类型的运动失调及视网膜炎症。脂肪酸的-氧化是在肝微粒体中进行，由加单氧酶催化的。首先是脂肪酸的碳原子羟化生成-羧脂肪酸，再经醛脂肪酸生成,-二羧酸，然后在-端或-端活化，进入线粒体进入-氧化，最后生成琥珀酰CoA。 -氧化第三节 甘油三酯的生

16、物合成 外源：油脂的分解脂肪酸的来源 内源：利用乙酰CoA合成生物体由乙酰CoA合成脂肪酸的主要途径有：(1) 非线粒体酶系合成途径 即胞浆酶系合成饱和脂肪酸途径。该途径的终产物是软脂酸，故又称为软脂酸合成途径，是脂肪酸合成的主要途径。(2) 线粒体酶系合成途径 又称饱和脂肪酸碳链延长途径。一、软脂酸的合成1、乙酰CoA的转运 脂肪酸的合成在细胞质中进行，而原料乙酰CoA（通过Pyr脱氢或脂肪酸-氧化获得）大量存在于线粒体基质中，必须先经转运才能到达细胞质。 三羧酸转运体系2、脂酸的合成脂酸合成酶系：在高等动物，脂肪酸合成酶系是一个多功能酶的二聚体。每个亚基含有一个酰基载体蛋白（ACP）的核心

17、和七种酶的活性部位。 中文名称英文名称缩写脂酰基载体蛋白Acyl carrier protein ACP乙酰CoA-ACP乙酰转移酶Acetyl-CoAACP transacetylaseAT丙二酰CoA-ACP转移酶Malonyl-CoAACP transferaseMT-酮脂酰-ACP合酶-KetoacylACP synthaseKS-酮脂酰-ACP还原酶- KetoacylACP reductaseKR-羟脂酰-ACP脱水酶-HydroxyacylACP dehydrataseHD烯酰-ACP还原酶EnoylACP reductaseER硫酯酶ThioesteraseTE脂酸合成酶系（3

18、）合成过程丙二酰CoA的合成：乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶。CH2COSoA 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，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（acyl carrier protein, ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体。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（启动、装载）-酮脂酰- ACP合酶（缩合）-酮脂酰- ACP还原酶（还原）-羟脂酰- ACP脱水酶（脱水）烯脂酰-ACP还原酶（还原）软脂酰-ACP硫解酶（释放）

19、ACPSH原核生物的脂肪酸合成酶系4-磷酸泛酰巯基乙胺（4-P-PaSH） 乙酰基转移反应CH3-CSCOA=OCH3-CSACP=OCH3-CSE=OACPSH酮脂酰-ACP合酶(E) 丙二酸单酰基转移反应COA-SHACP-SHACP脂酰基转移酶HOOC-CH2-CSCOA+ACP-SH HOOC-CH2-CSACP O=丙二酸单酰转移酶HOOC-CH2-CSCOAO=+COA-SH（4） 反应历程丙二酸单酰ACP缩合反应CH3-CS-合酶+=O HOOC-CH2-CSACPO=-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C-CH2-CSACP O=O=+合酶-SH+CO2还原反应 CH3-C-CH2-

20、CSACPO=O=+NADPH+ + H + -酮脂酰-ACP还原酶 CH3-CH-CH2-CSACP O-OH=乙酰乙酰-ACPD-羟丁酰-ACP脱水反应 CH3-CH-CH2-CSACP O-OH=- C- C=C O-CH3- H HSACP-羟脂酰-ACP脱水酶+H2O（2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）再还原反应- C=CO-CH3 H HSACPC-=- 3 2+NADPH+H+-烯脂酰-ACP还原酶 CH3-CH2-CH-CSACPO=+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。-ACP由于缩合反应中

21、，-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H2O8CH3-CSCOA=O+7ATP+14NADPH+14H +CH3 ( CH2)14COOH+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O总反应式5、脂肪酸碳链延长 线粒体、内质网和微粒体都有能使短链饱和脂肪酸的碳链延长的酶系。 它们与软脂酸合成酶系有几点不同： 是以乙酰CoA为单体(二碳单位的供 体)，而不是丙二酸单酰CoA;-酮脂酰CoA还原反应是以NADH 提供还原力，而不是NADPH; 反应过程中的各种酰基都是以CoA- SH为载体，而不是ACP-SH。饱和脂肪酸从头合成与-氧化的比较区别要点 从头合成 -氧化细胞内发生场所 胞液 线粒体酰