生物化学第九章脂代谢

生物化学第九章脂代谢第一页，共五十六页，2022年，8月28日第九章：脂类的代谢

lipidmetabolism

§1脂类的酶促水解§2脂肪的分解代谢§3脂肪的合成代谢

§4磷脂的代谢§5胆固醇的代谢第二页，共五十六页，2022年，8月28日脂肪细胞主要部分是被一薄层细胞质包围的脂肪颗粒，主要成分是三脂酰甘油。§1脂类的酶促水解第三页，共五十六页，2022年，8月28日§1脂类的酶促水解脂肪大量存储在动物体内和植物种子及果实中。每克脂肪分解氧化时可提供比每克糖和蛋白质更多的能量。脂类首先在动物小肠内经各种脂类水解酶消化水解，脂肪在各种脂酶的作用下降解生成甘油和脂肪酸，再进入中间代谢。每克释放能量:脂肪为37.66k每克糖为17.2kJ蛋白质为23.4kJ。含能更高第四页，共五十六页，2022年，8月28日*脂肪酶:广泛存在于动植物和微生物体内,它催化脂肪逐步水解产生脂肪酸和甘油。磷脂酶对磷脂分子不同部位进行水解。§1脂类的酶促水解第五页，共五十六页，2022年，8月28日脂肪酶的作用第六页，共五十六页，2022年，8月28日第七页，共五十六页，2022年，8月28日§2脂肪的分解代谢

（一）甘油的氧化（二）脂肪酸的β-氧化作用（三）脂肪酸氧化的其它途径

（四）酮体的生成

第八页，共五十六页，2022年，8月28日（一）甘油的氧化

ATP

ADP甘油

磷酸甘油

甘油激酶磷酸二羟丙酮FADH2FAD磷酸甘油脱氢酶糖酵解第九页，共五十六页，2022年，8月28日（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脱氢酶异构酶磷酸酶（一）甘油的氧化第十页，共五十六页，2022年，8月28日（二）脂肪酸的β-氧化作用

β-氧化：

氧化发生在脂肪酸的羧基端的上，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位,产生一个乙酰CoA。

试验证据

1904年F.Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验结果，推导出了β-氧化学说。

β-碳-CH2-(CH2)2n+1-COOH-CH2-(CH2)2n-COOH-COOH（苯甲酸）-CH2COOH（苯乙酸）奇数碳原子：偶数碳原子：第十一页，共五十六页，2022年，8月28日

线粒体中脂肪酸的氧化包括三个阶段:

一、β-氧化。每一轮切下两个碳原子生成一个乙酰-CoA。二、乙酰-CoA进入柠檬酸循环

三、呼吸链作用氧化过程产生的NADH和FADH2的氢、电子经过呼吸链放能，并经氧化磷酸化转化为ATP（贮能）。第十二页，共五十六页，2022年，8月28日第十三页，共五十六页，2022年，8月28日（二）脂肪酸的β-氧化作用脂肪酸的β-氧化将各步骤一并计算在内，共有5步，即：

一般讲，β-氧化是四个步，即不包括脂肪酸的活化这一步骤。产能最多

活化（activation）氧化(oxidation)水合(hydration)氧化(oxidation)断裂(cleavage)第十四页，共五十六页，2022年，8月28日活化油酰基β氧化脂肪酸的β-氧化作用1、脂肪酸的激活2、脂肪酸的β氧化3、肉毒碱作用4、能量转变5、不饱和脂肪酸的氧化第十五页，共五十六页，2022年，8月28日脂肪酸β-氧化时仅需活化一次，消耗1个ATP的两个高能键1.脂肪酸的活化

OR-C-OH+CoA-SH脂酰CoA合成酶

OR-C-SCoAATPAMP+PPi第十六页，共五十六页，2022年，8月28日脂酰CoA脱氢酶β-酮脂酰CoA硫解酶L-β-羟脂酰CoA脱氢酶△2反烯脂酰CoA水合酶2.β-氧化的四步正式反应第十七页，共五十六页，2022年，8月28日脱H水化再脱H硫解断裂FADH2和NADH+H+辅酶特点辅酶特点第十八页，共五十六页，2022年，8月28日油酰基CoA（918：1）CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoAOHCH3(CH2)7CH2-C-CH2-CO-CoAH6CH3-CO-CoACH3(CH2)7CH2-C=CH-CO-CoAHH2-反-十二碳烯酰CoAβ-氧化,三次循环烯酯酰CoA异构酶烯酯酰CoA水化酶再开始β-氧化CH3(CH2)7-C=C-CH2-

CO-CoA3-顺-十二碳烯酯酰CoAHH油酰基的β氧化作用第十九页，共五十六页，2022年，8月28日3.肉毒碱(carnitine)的作用N+(CH3)3CH2HO-CH2COO-肉毒碱

OR-CN+(CH3)3CH2-O-CH2COO-酯酰肉毒碱CoASH

OR-C-S-CoA

OR-C-OHATPCoASHAMP+PPiβ-氧化线粒体内膜内侧外侧载体酯酰肉毒碱CoASH肉毒碱

OR-C-S-CoA第二十页，共五十六页，2022年，8月28日肉毒碱的作用第二十一页，共五十六页，2022年，8月28日

（以16C的软脂酸为例）彻底氧化成CO2和H2O。

16C经过7次ß-氧化：

生成7个FADH2和7个NADH+H+7个FADH2经呼吸链生成2×7=14ATP7个NADH+H+经呼吸链生成3×7=21ATP

生成8个乙酰COA：

8个乙酰COA经TCA生成12×8=96ATP

总计：14+21+96-2=129ATP

另有一种算法：

1个FADH2经呼吸链生成1.5ATP

1个NADH+H+经呼吸链生成2.5ATP4.脂肪酸β-氧化中的能量转变第二十二页，共五十六页，2022年，8月28日5.不饱和脂肪酸的氧化与脂肪酸的β-氧化相同，但需增加异构酶

和还原酶:第二十三页，共五十六页，2022年，8月28日（三）脂肪酸氧化的其它途径1.奇数碳原子脂肪酸的氧化如17个碳直链脂肪酸：先经β-氧化至3碳的丙酰-CoA，产生7个乙酰-CoA和一个丙酰-CoA。丙酰-CoA经3步反应转化为琥珀酰-CoA然后进入

三羧酸循环进一步进行代谢。第二十四页，共五十六页，2022年，8月28日TCAC第二十五页，共五十六页，2022年，8月28日（三）脂肪酸氧化的其它途径2.脂肪酸还可发生α-或ω-氧化α-氧化的第一步不是由脂酰-CoA脱氢酶实现，而是由脂肪酸α-羟化酶实现（在植物种子萌发时）。ω-氧化主要使中长链和长链脂肪酸通过末端甲基，即ω-位（末位）的氧化，转变为二羧基酸，两端羧基都可与CoA结合，并进行β-氧化。第二十六页，共五十六页，2022年，8月28日（四）酮体的生成和利用酮体（Ketonebody）：乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮，这三种物质的统称。酮体在肝内产生（脂肪氧化不彻底），在肝外组织（如心、脑等）被进一步氧化分解氧化利用——（变废为宝）。

第二十七页，共五十六页，2022年，8月28日羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）硫解酶2CH3COSCoACH3COCH2COSCoA乙酰乙酰CoAHOOCCH2-C-CH2COSCoA|CH3OH|HMGCoA裂解酶HMGCoA合成酶CH3COSCoACoASHCH3COCH2COOHCH3CHOHCH2COOH乙酰乙酸丙酮--羟丁酸脱氢酶CO2NADH+H+NAD+CH3COCOOH脱羧酶CoASH酮体的生成第二十八页，共五十六页，2022年，8月28日乙酰乙酰CoA硫解酶转移酶琥珀酰CoACoASH--氧化乙酰乙酸脱氢酶NADH+H+NAD+乙酰CoA2--羟丁酸琥珀酸酮体的分解TCAC

酮血症？第二十九页，共五十六页，2022年，8月28日§3脂肪的合成代谢（一）甘油-α-磷酸的生物合成（二）脂肪酸的生物合成（三）脂肪的合成第三十页，共五十六页，2022年，8月28日（一）甘油-α-磷酸的生物合成合成脂肪所需的甘油-α-磷酸可由糖酵解产生的二羟丙酮磷酸还原而成，亦可由脂肪动员产生的甘油经脂肪组织外的甘油激酶催化与ATP作用而成。+ATPP+ADP甘油激酶甘油-α-磷酸脱氢酶P=OPCNADH+H+NAD甘油-α-磷酸甘油-α-磷酸二羟丙酮磷酸第三十一页，共五十六页，2022年，8月28日（二）脂肪酸的生物合成脂肪的合成主要在胞浆中进行，在线粒体和微粒体中也可以进行，前者与后者的机制有明显不同。

1.从头合成

2.线粒体中的合成

3.不饱和脂肪酸的合成

4.脂肪酸合成途径与β-氧化的比较第三十二页，共五十六页，2022年，8月28日1.从头合成（1）脂肪酸合成酶复合体系和脂酰基载体蛋白（2）乙酰CoA运转（3）乙酰CoA活化：丙二酸单酰ACP的形成（4）脂肪酸生物合成的反应历程第三十三页，共五十六页，2022年，8月28日脂肪酸合酶复合体系和脂酰基载体蛋白

脂肪酸合成酶的特殊性：是由6种参与脂肪酸合成的酶围绕一个酰基载体蛋白质（ACP）形成的脂肪酸合酶复合体，它是一个典型的多酶复合体。

ACP的辅基磷酸泛酰巯基乙胺的磷酸基与ACP的丝氨酸残基以磷酯键相接，另一端的-SH基与脂酰基形成硫酯键，这样形成的分子可把脂酰基从一个酶反应转移到另一酶反应，由此得到“脂基载体蛋白”的名称。第三十四页，共五十六页，2022年，8月28日脂肪酸合成酶系结构模式①②③④⑤⑥中央巯基SH外围巯基SH⑥①②③④⑤ACP①乙酰CoA:ACP转移酶②丙二酸单酰CoA:ACP转移酶③β-酮脂酰-ACP合酶④β-酮脂酰-ACP还原酶

⑤β-羟脂酰-ACP脱水酶⑥烯脂酰-ACP还原酶

第三十五页，共五十六页，2022年，8月28日ACP第三十六页，共五十六页，2022年，8月28日脂酰基载体蛋白(ACP)的辅基结构CH2-Ser-ACPHS辅基：4-磷酸泛酰巯基乙胺CoA分子中也有4-磷酸泛酰巯基乙胺AHS4-磷酸泛酰巯基乙胺第三十七页，共五十六页，2022年，8月28日第三十八页，共五十六页，2022年，8月28日（2）乙酰CoA运转脂肪酸合成在细胞溶胶中，但原料乙酰-CoA在线粒体中，乙酰-CoA必须穿出线粒体。线粒体内膜不允许乙酰-CoA自由透过，通过“丙酮酸-苹果酸循环”穿梭机制运送在有些条件下，穿梭机制产生出还原性NADPH可用于脂肪酸合成中的还原反应。第三十九页，共五十六页，2022年，8月28日乙酰CoA从线粒体内至胞液的运转脂肪酸合成线粒体细胞溶胶柠檬酸柠檬酸苹果酸苹果酸丙酮酸乙酰-CoA草酰乙酸草酰乙酸乙酰-CoANADPH辅酶A+ATP丙酮酸羧化酶ATP+CO2ADP+Pi柠檬酸裂解酶柠檬酸合成酶丙酮酸苹果酸酶苹果酸脱氢酶第四十页，共五十六页，2022年，8月28日丙二酸单酰ACP的形成||

OHOOC-CH2-C-S-CoA丙二酸单酰CoA

OCH3C-S~CoA

乙酰CoA||+ATPHCO3-ADP+Pi||

OHOOC-CH2-C-S-ACP丙二酸单酰ACPACPCoA乙酰CoA羧化酶生物素合酶欲和乙酰基缩合的前体

第四十一页，共五十六页，2022年，8月28日a、缩合b、加氢c、脱水

OCH3C~SACP（合酶）+||d、加氢

OOCH3-C-CH2-

C~SACP

ＯCH3-CH=CH-C-SACP

||

ＯCH3-CH2

-

CH2-

C-SACP||||

OHOOC-CH2-C-S-ACP丙二酸单酰ACP

OHOCH3-C-CH2-

C~SACPCO2H脂肪酸从头合成的生化历程第四十二页，共五十六页，2022年，8月28日由脂肪酸合酶催化的各步反应（1）启动

—乙酰-CoA:ACP转酰酶催化（2）装载

—丙二酸单酰-CoA:ACP转酰酶催化（3）缩合

—β-酮酰-ACP合酶催化，产物是乙酰乙酰-ACP（4）还原

—β-酮酰-ACP还原酶催化，第一次还原反应（5）脱水

—β-羟酰-ACP脱水酶催化（6）还原

—由烯酰-ACP还原酶催化，第一个循环的最后一步，第二次还原，。（7）释放

—动物细胞中延伸的程序在到达16个碳原子时停止，软脂酸从脂肪酸合酶复合体中释放出来，实际是水解反应。第四十三页，共五十六页，2022年，8月28日CH3CO-SHOOCCH2CO-SCH3CHCH2CO-SSHOHSHSHCH3CH=CHCO-SSHSHSH

OCH3C-S||SHNADP+NADPH⑥HSCoA乙酰S~CoA

①丙二单酰-SCoACoASH②NADP+NADPH④H2O⑤③CO2软脂酸H2O进位链的延伸水解

OCH3C-S||SHCH3COCH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH⑦四步循环软

脂

酸

合

成

的

反

应

流

程第四十四页，共五十六页，2022年，8月28日2.线粒体中的合成碳链的延长发生在线粒体和内质网中。与脂肪酸β-氧化的逆向过程相似，使得一些脂肪酸碳链（C16）加长。延长是独立于脂肪酸合成之外的过程，是乙酰单元的加长和还原，恰恰是脂肪酸降解过程的逆反应。光面内质网中的延长更为活跃。第四十五页，共五十六页，2022年，8月28日3.不饱和脂肪酸的合成软脂酸和硬脂酸是动物组织中最常见的单双键不饱和脂肪酸软脂烯酸（16C）和油酸（18C）的前体。双键通过脂酰辅酶A加氧酶所催化的氧化反应引入脂肪酸链。软脂酰辅酶A+NADPHH+O2软脂烯酰辅酶A++NADP++2H2O+硬脂酰辅酶A+NADPHH+O2油酰辅酶A++NADP++2H2O+第四十六页，共五十六页，2022年，8月28日C16:0(软脂酸)-2H,去饱和C18:0(硬脂酸)△9-C18:1(油酸)△11-C20:1△6，9-C18:2△8，11-C20:2△5，8，11-C20:3△13-C22:1△15-C24:1△9-C18:1(棕榈油酸)多烯脂酸的形成+C2延长-2H,去饱和+C2延长+C2延长+C2延长-2H去饱和+C2延长+C2延长-2H去饱和△11-C18:1（顺-十八碳烯-11-酸）（二十碳三烯酸）（二十四碳烯酸）第四十七页，共五十六页，2022年，8月28日4.脂肪酸合成途径与β-氧化的比较脂肪酸合成脂肪酸分解发生场所细胞溶胶线粒体载体ACP辅酶-A4步可逆反应缩合、还原、脱水、还原氧化、水合、氧化、裂解转运机制三羧酸转运机制运送乙酰-CoA

肉毒碱载体系统运送脂酰-CoA每一循环延伸2碳单元除去2碳单元开始与终止从甲基开始到羧基为止以羧基的离去开始羟酯基中间体D-构型L-构型途径种类还原途径需NADPH氧化途径需FAD和NAD+酶的状态设置于单一多肽链未知第四十八页，共五十六页，2022年，8月28日（三）脂肪的合成

原料：（1）甘油-α-磷酸：磷酸二羟丙酮(糖酵解产物)还原甘油磷酸化(只有肝中才有甘油激酶)

（2）脂酰CoA：脂肪酸的活化

酶类：

（1）脂酰转移酶（2）磷酸酶第四十九页，共五十六页，2022年，8月28日三酰甘油的生物合成第五十页，共五十六页，2022年，8月28日§4磷脂的代谢磷脂（phosphplipid)

在组织内经过磷脂酶的作用先水解生成其组成单位，再分别进行分解代谢。磷脂酶C磷脂酶D磷脂酶