生物化学10脂类代谢

教学目标教学重点及难点1．掌握脂肪的分解和生物合成；2．熟悉脂类代谢过程中的能量变化；3．了解磷脂及固醇类的代谢。

1.脂肪酸β-氧化作用的生化过程及能量计算；

2.脂肪酸从无到有的合成途径。教学纲要10.1脂类的酶促水解10.2脂肪的分解代谢10.3脂肪的合成代谢10.4磷脂的代谢10.5胆固醇的代谢第1页/共34页脂类主要包括甘油三酯（脂肪）、磷脂和类固醇等。脂类代谢是指在生物细胞内上述各类物质的生物合成和分解过程。脂类代谢对于生命活动具有重要意义。脂肪在动物体内和植物种子及果实中大量存储。脂肪在氧化时可以比其他能源物质提供更多的能量。每克脂肪氧化时可释放出38.9kJ的能量，每克糖或蛋白质氧化时释放的能量仅分别为17.2kJ和23.4kJ。脂肪储存所占的体积小,更经济合理。许多类脂及其衍生物具有重要生理作用。脂类代谢的中间产物是合成激素、胆酸和维生素等的基本原料，对维持机体的正常活动有重要影响作用。人类的某些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。概述

第2页/共34页10.1

脂类的酶促水解脂肪酶脂肪酶脂肪酶脂肪的酶促水解第3页/共34页磷脂的酶促水解CH2OCOR1CHOCOR2CH2O—P—O—X磷脂酶A1（B1)磷脂酶A2（B2)磷脂酶C磷脂酶D10.1脂类的酶促水解第4页/共34页（一）甘油的去路10.2

脂肪的分解代谢PP氨基酸,脂肪ATP+甘油的去路一分子甘油彻底氧化生成几摩尔ATP？净生成几摩尔ATP？第5页/共34页脂肪酸的β-氧化作用β-氧化作用的概念

长链脂肪酸的β氧化是在肝脏线粒体脂肪酸氧化酶系作用下进行的。每次氧化作用发生在α,β碳原子上,断去二碳单位生成一分子乙酰CoA和少二碳的脂肪酸，这种氧化作用称β氧化。偶数碳原子的脂肪酸经β氧化最终全部生成乙酰CoA。

10.2

脂肪的分解代谢第6页/共34页β-氧化作用的提出和研究进展1904年，Knoop利用苯环标记,开端1944年，无细胞体系的氧化实验1951年，酵母实验1954年，全部搞清10.2

脂肪的分解代谢脂肪酸的β-氧化作用第7页/共34页10.2

脂肪的分解代谢脂肪酸的β-氧化作用①脂肪酸的激活（脂酰CoA的生成）

长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化在线粒体外进行。内质网和线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+存在条件下，催化脂肪酸活化，生成脂酰CoA。

β-氧化作用的反应过程（以偶数碳原子饱和脂肪酸为例）脂肪酸的β-氧化作用第8页/共34页②脂酰CoA进入线粒体（肉毒碱穿梭）

脂肪酸活化在细胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内，因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。

10.2

脂肪的分解代谢脂肪酸的β-氧化作用β-氧化作用的反应过程（以偶数碳原子饱和脂肪酸为例）第9页/共34页③脂酰CoA的β氧化过程

第10页/共34页少了2碳的脂酰辅酶A重复2—4步，直到完全水解RCH2CH2CH2COOH+ATP+HSCOA脂酰辅酶A合成酶RCH2CH2CH2COSCOA+PPi+AMP酯酰辅酶A（肉毒碱携带）1、激活2、脱氢3、加水4、再脱氢5、硫解RCH2CH2CH2COSCOARCH2CH=CHCOSCOARCH2CHOHCH2COSCOARCH2COCH2COSCOACH2COSCOA(2C)（酯酰辅酶A）酯酰辅酶A脱氢酶（烯脂酰辅酶A）水化酶（羟脂酰辅酶A）羟脂酰辅酶脱氢酶(酮脂酰辅酶A)硫脂解酶乙酰辅酶A合成脂肪酸TCA循环合成酮体脂肪酸一条脂肪酸链活化需消耗2ATP2C单位乙酰辅酶A有3条去路：进入TCA循环，合成脂肪酸或酮体

每次切下一个2C单位，有2次脱氢,其中H的受体1次是FADH，1次是NADH。胞质线粒体FADFADH2+H2ONAD+NADH+HSCOARCH2COSCOA+脂肪酸的生化反应过程示意图第11页/共34页生成的ATP？消耗的ATP

？18个C的饱和脂肪酸彻底氧化净生成的ATP

？10.2

脂肪的分解代谢脂肪酸的β-氧化作用脂肪酸的β-氧化过程中能量的转变第12页/共34页

不饱和脂肪酸的β-氧化油酸：顺-Δ9-C18CH3（CH2）7-CH=CH-（CH2）7COSCOACH3（CH2）7-CH=CH-CH2-COSCOACH3（CH2）7CH2-CH=CH-COSCOACH3（CH2）7-CH-CH2—COSCOAOH

OHCH3（CH2）7-CH-CH2—COSCOA6CH3COSCOA3次β-氧化3CH3COSCOA顺-Δ3,4-C12反-Δ2,3-C12D-β-羟-C12L-β-羟-C12?次β-氧化烯脂酰COA异构酶水合酶H2O表构酶有一个双键就少一次FAD脱氢第13页/共34页提供能量：

以硬脂酸为例

β-氧化:8×(1.5+2.5)=32乙酰CoA:9×10=90提供生物合成的原料：β-氧化的产物乙酰CoA可作酮体和氨基酸合成的原料提供大量的水β-氧化过程产生大量的水可供陆生动物对水的需求脂肪酸的β-氧化生理意义122ATP第14页/共34页10.2.5

脂肪酸氧化的其他途径β—氧化（相当于少一个C的偶数脂肪酸的氧化次数）β—氧化的次数为：[（n-1）/2]-1；产生乙酰CoA的个数为：[（n-1）/2]-1，还生成一个丙酰CoA。例：CH3（CH2）15COOH经7次β-氧化生成7个乙酰CoA和一个丙酰CoA。1.奇数碳链脂肪酸的氧化-氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的-碳被氧化成羟基，生成-羟基酸。-羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。上述反应由单氧化酶催化，需要有O2、Fe2+和抗坏血酸等参加。-氧化：在动物体中，C10

或C11脂肪酸的碳链末端碳原子（-碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行-氧化，最后生成的琥珀酰CoA可直接进入三羧酸循环。2.-氧化和-氧化第15页/共34页(1)酮体的概念：由于脂肪酸β—氧化作用产生大量乙酰CoA，而在肝脏线粒体进一步合成乙酰乙酸、β—羟丁酸、丙酮。医学上将这三种物质统称为酮体。

酮体的生成与利用10.2

脂肪的分解代谢第16页/共34页(2)第17页/共34页(3)第18页/共34页肝脏中肝外组织肝脏中肝外组织第19页/共34页酮体的含量正常人：0.2~0.9mg/100ml血液,每天排出40mg大量酮体进入血液产生酮血（达300~400mg/100ml）,进入尿液产生酮尿。产生酮血、酮尿原因：食用脂肪过多的食物或饥饿、糖尿病。丙酮去路（1）随尿排出（2）直接从肺部呼出（3）转变为丙酮酸或甲酰基及乙酰基第20页/共34页10.3

脂肪的合成代谢10.3.1α-磷酸甘油的生成由糖代谢中间产物合成由食物中的甘油合成CH2OHCOCH2OPCH2OHCHOHCH2OP

α-磷酸甘油脱氢酶NADH+H+NAD+CH2OHCHOHCH2OHCH2OHCHOHCH2OP磷酸甘油激酶ATPADP合成脂肪的直接原料是α-磷酸甘油和脂酰CoA。第21页/共34页细胞液系统合成脂肪酸是脂肪酸合成的主要途径,

从二碳单位进行合成,故称为从无到有或从头合成途径①乙酰CoA转出线粒体的过程丙酮酸—柠檬酸穿梭丙酮酸丙酮酸柠檬酸柠檬酸乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸苹果酸乙酰CoA线粒体胞质ATP+HSCoA10.3

脂肪的合成代谢10.3.2脂肪酸的生物合成合成脂肪的直接原料是α-磷酸甘油和脂酰CoA。细胞液系统(C2C16)线粒体及微粒体系统第22页/共34页α-酮戊二酸转运Glu异柠檬酸草酰乙酸乙酰CoA线粒体胞质异柠檬酸柠檬酸柠檬酸草酰乙酸α-酮戊二酸α-酮戊二酸乙酰CoA肉毒碱转运乙酰CoA乙酰CoAHSCoAHSCoA肉毒碱乙酰肉毒碱乙酸第23页/共34页②原料的准备—丙二酸单酰CoA生成③脂酰-ACP的生成（由脂酰-ACP多酶复合体催化）乙酰CoA羧化酶CH3COSCoAHOOCCH2COSCoAATPADPH2OCO2Pi生物素CH3COSCoA+HSACPCH3COSACP+HSCoA转酰基酶HOOC-CH2COSACP+HSCoAHOOC-CH2-COSCoA+HSACP转酰基酶准备阶段10.3.2脂肪酸的生物合成10.3

脂肪的合成代谢10.3.2脂肪酸的生物合成10.3

脂肪的合成代谢第24页/共34页③脂酰-ACP的生成（由脂酰-ACP多酶复合体催化）10.3.2脂肪酸的生物合成10.3

脂肪的合成代谢10.3.2脂肪酸的生物合成10.3

脂肪的合成代谢合成阶段—碳链延长反应

合成阶段—碳链延长反应

CH3COCH2COACP③脱水:①缩合:

CH3COACP②还原:

OHCH3CHCH2COACPCH3CH2CH2COACPCH3CH=CHCOACP合成酶β-酮丁酰ACP④再还原:还原酶β-羟丁酰ACP反-α.β-烯丁酰ACP丁酰ACP脱水酶还原酶NADP+H2OCO2+HSACPHOOCCH2COACPNADPHNADPHNADP+

CH3COCH2COACP③脱水:①缩合:

CH3COACP②还原:

OHCH3CHCH2COACPCH3CH2CH2COACPCH3CH=CHCOACP合成酶β-酮丁酰ACP④再还原:还原酶β-羟丁酰ACP反-α.β-烯丁酰ACP丁酰ACP脱水酶还原酶NADP+H2OCO2+HSACPHOOCCH2COACPNADPHNADPHNADP+10.3.2脂肪酸的生物合成10.3

脂肪的合成代谢第25页/共34页乙酰CoA丙二酰CoA乙酰ACP丙二酰ACP乙酰乙酰ACP羟丁酰ACP稀丁酰ACP丁脂酰ACP软脂酸乙酰CoA10.3.2脂肪酸的生物合成总结过程总反应第26页/共34页脂肪酸的氧化与合成的比较

内容

β—氧化脂肪酸合成酶系部位

线粒体

胞质辅酶

FAD、NAD

NADPH酰基载体

HSCoA

HSACP转运方式

肉毒碱

丙酮酸—柠檬酸循环

α—酮戊二酸转运

肉毒碱转运(消耗ATP)断裂/缩合单位

乙酰CoA

丙二酰CoACO2的需求

不需要

需要能量

释放、产生

储存、消耗

内容

β—氧化脂肪酸合成酶系部位

线粒体

胞质辅酶

FAD、NAD

NADPH酰基载体

HSCoA

HSACP转运方式

肉毒碱

丙酮酸—柠檬酸循环

α—酮戊二酸转运

肉毒碱转运(消耗ATP)断裂/缩合单位

乙酰CoA

丙二酰CoACO2的需求

不需要

需要能量

释放、产生

储存、消耗

内容

β—氧化脂肪酸合成酶系部位

线粒体

胞质辅酶

FAD、NAD

NADPH酰基载体

HSCoA

HSACP转运方式

肉毒碱

丙酮酸—柠檬酸循环

α—酮戊二酸转运

肉毒碱转运(消耗ATP)断裂/缩合单位

乙酰CoA

丙二酰CoACO2的需求

不需要

需要能量

释放、产生

储存、消耗第27页/共34页10.3

脂肪的合成代谢10.3.2脂肪酸的生物合成合成脂肪的直接原料是α-磷酸甘油和脂酰CoA。线粒体及微粒体系统

细胞液系统合成脂肪酸是C16的脂肪酸,脂肪酸的延长是在线粒体和微粒体中进行。生物体内有两种不同的酶系可以催化延长,一是线粒体中的延长酶系，另一个是粗糙内质网中的延长酶系。（1）线粒体脂肪酸延长酶系：以乙酰CoA为C2供体，不需要酰基载体，由软脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合,基本是脂肪酸β-氧化的逆过程。（2）内质网脂肪酸延长酶系：用丙二酸单酰CoA作为C2供体，NADPH作为H供体，中间过程和脂肪酸合成酶系的催化过程相似。第28页/共34页

不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化形成。机体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油酸（16C，一个不饱和键）、油酸（18C，一个不饱和键）、亚油酸（18C，两个不饱和键）、亚麻酸（18C，三个不饱和键）以及花生四烯酸（20C，四个不饱和键）等，前两种单不饱和脂肪酸可由人体自己合成，后三种为多不饱和脂肪酸，必须从食物中摄取，因为哺乳动物体内没有△9以上的去饱和酶。

10.3

脂肪的合成代谢不饱和脂肪酸的合成第29页/共34页CH2OHCHOHCH2O-P+2R-COSCoA脂酰转移酶CH2O-CORCHO-CORCH2O-PCH2O-CORCHO-CORCH2OHCH2O-CORCHO-CORCH2O-COR脂酰转移酶磷酸酯酶R-COSCoAPi2HSCoA10.3.3脂肪的合成10.3

脂肪的合成代谢CH2OHCHOHCH2O-P+2R-COSCoA脂酰转移酶CH2O-CORCHO-CORCH2O-PCH2O-CORCHO-CORCH2OHCH2O-CORCHO-CORCH2O-COR脂酰转移酶磷酸酯酶R-COSCoAPi2HSCoACH2OHCHOHCH2O-P+2R-COSCoA脂酰转移酶CH2O-CORCHO-CORCH2O-PCH2O-CORCHO-CORCH2OHCH2O-CORCHO-CORCH2O-COR脂酰转移酶磷酸酯酶R-COSCoAPi2HSCoACH2OHCHOHCH2O-P+2R-COSCoA脂酰转移酶CH2O-CORCHO-CORCH2O-PCH2O-CORCHO-CORCH2OHCH2O-CORCHO-CORCH2O-COR脂酰转移酶磷酸酯酶R-COSCoAPi2HSCoACH2OHCHOHC