第8章脂类代谢(郭蔼光主编配套课件)

脂类代谢主讲老师：白生文2011-2012学年第一学期.6/6/20231§8.1脂类的概述§8.2脂肪的分解代谢§8.3脂肪酸及脂肪的合成代谢§8.4磷脂的代谢§8.5胆固醇的代谢【主要内容】：.6/6/20232〔目的要求〕1.了解脂类物质的组成、种类和生理功能。2.了解脂肪在体内的消化与吸收过程；体内脂肪的动员与调节。3.了解甘油在体内的代谢过程。4.重点掌握脂肪酸的β—氧化途径：包括脂肪酸进入线粒体的运载、β—氧化的反应过程、过程中的能量变化。.6/6/202335.了解脂肪酸的α—氧化、ω—氧化方式；了解不饱和脂肪酸、奇数碳脂肪酸的氧化途径。6.掌握酮体的合成与分解途径，酮症产生机制及发病原因。7.掌握脂肪酸的从头合成途径，通过与ß—氧化的比较理解与记忆该途径。8.了解线粒体与内质网上脂肪酸的延长途径；了解不饱和脂肪酸的合成过程。9.了解脂肪的合成、磷脂、胆固醇的代谢过程。.6/6/20234糖与氨基酸、脂肪代谢的联系返回.6/6/20235一.脂类概念二.脂类的生理功能三.脂类的消化吸收返回8.1脂类的概述.6/6/20236一.概念：脂类是生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的一大类物质的总称，包括脂肪和类脂。脂类脂肪：又称三酯酰甘油或甘油三脂类脂固醇类：如胆固醇(cholesterol)磷脂(phospholipid,PL)糖脂(glycolipides)(triglyceride,TG)返回.6/6/20237（一）储能和供能的主要物质

1g脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ，而1g糖彻底氧化仅供能约16.7KJ脂肪组织储存脂肪，约占体重10～20%.合理饮食脂肪氧化供能占15～25%空腹脂肪氧化供能占50%以上禁食1～3天脂肪氧化供能占85%饱食、少动脂肪堆积，发胖二.脂类的主要生理功能返回.6/6/20238(二)生物膜的重要结构成分(三)参与代谢调控花生四烯酸前列腺素等生物活性物质磷脂酰肌醇三磷酸肌醇、甘油二酯（第二信使）胆固醇类固醇激素、VD3返回.6/6/20239小肠上段是主要的消化场所三.脂类的消化\吸收返回在十二指肠下段及空肠上段吸收.6/6/202310脂类物质的乳化、

消化、吸收和运输脂类的消化、吸收和运输过程.6/6/202311一.脂肪动员二.甘油代谢三.脂肪酸的氧化四.酮体代谢返回8.2脂肪的分解代谢

.6/6/202312一.脂肪动员

概念：储存于脂肪细胞中的脂肪，在3种脂肪酶作用下逐步水解为游离脂肪酸和甘油，释放入血供其它组织利用的过程，称脂肪动员。返回.6/6/202313二.甘油代谢甘油激酶（肝、肾）甘油二酯磷脂二氧化碳(CO2)+H2OCH2OHCH1CH2OHHO甘油CH2OHCHCH2OHO3-磷酸甘油PNAD+NADH+H+磷酸甘油脱氢酶磷酸二羟丙酮CH2OHCCH2OOP3-磷酸甘油醛CHOCHCH2OHOP糖氧化返回ATPADP.6/6/202314三.脂肪酸的氧化（一）饱和脂肪酸的氧化※（二）单不饱和脂肪酸的氧化※（三）多不饱和脂肪酸的氧化※（四）多不饱和脂肪酸的过氧化（五）奇数碳原子脂肪酸的氧化※返回.6/6/202315(一)饱和脂肪酸的β－氧化

定义：在脂酰基α,β-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α与β-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

。此过程是在一系列酶的催化下完成的。脂肪酸必须先在胞液中活化为脂酰CoA，然后进入线粒体β-氧化。返回（重点掌握）.6/6/202316利用在体内不易降解的苯环标记物连接在苯环甲基末端，狗摄入含苯环标记的奇数碳原子脂肪酸时尿液排出苯甲酸；摄入含偶数碳原子脂肪酸时尿中排除出苯乙尿酸。说明可能脂肪酸的分解是每次降解二碳单位的片段。

Knoop的重要发现:后来用同位素示踪技术证明其正确性.6/6/2023171.脂肪酸活化为脂酰CoA（胞液）

位于内质网和线粒体外膜的脂酰CoA合成酶催化脂肪酸与CoA-SH生成活化的脂酰CoA。RCOOH+CoA—SHRCO~SCoA脂酰CoA合成酶ATPAMP+PPiMg2+

H2O2Pi反应不可逆脂肪酸脂酰CoA.6/6/2023182.脂酰CoA进入线粒体脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞液中活化的长链脂酰CoA（12C以上）却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱(carnitine，L-β-羟-γ-三甲氨基丁酸)结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。RCO-SCoACoA-SH肉碱脂酰转移酶Ⅰ(CH3)3N+CH2CHCH2COOHOH肉碱(CH3)3N+CH2CHCH2COOHRCO-O脂酰肉碱反应由肉碱脂酰转移酶(CAT-Ⅰ和CAT-Ⅱ)催化：.6/6/202319此过程为脂肪酸β-氧化的限速步骤，CAT-Ⅰ是限速酶，丙二酸单酰CoA是强烈有竞争性抑制剂。肉碱转运脂酰辅酶A进入线粒体.6/6/2023203.脂酰CoA的β-氧化过程.6/6/2023214.脂肪酸β-氧化的能量生成1分子软脂酸(16C)活化生成的软脂酰CoA经7次β-氧化.总反应式如下:

软脂酰CoA+7FAD+7NAD++7CoA-SH+7H2O

→

8乙酰CoA+7FADH2+7(NADH+H+)1分子软脂酸彻底氧化共生成:

(*×7)+(*×7)+(*×8)=?分子ATP减去脂肪酸活化时消耗ATP的2个高能磷酸键净生成???分子ATP。按NADH+H+磷氧比为2.5,FADH2磷氧比为1.5计算.6/6/2023221分子硬脂酸活化生成的硬脂酰CoA经？次β-氧化.总反应式如下:

硬脂酰CoA+？FAD+？NAD++？

CoA-SH+？

H2O

→？乙酰CoA+？

FADH2+？(NADH+H+)1分子硬脂酸彻底氧化共生成:

(*×7)+(*×7)+(*×8)=?分子ATP减去脂肪酸活化时消耗ATP的2个高能磷酸键净生成???分子ATP。按NADH+H+磷氧比为2.5,FADH2磷氧比为1.5计算.6/6/202323（二）单不饱和脂肪酸的氧化

体内不饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的一半以上。也在线粒体中进行β-氧化。含有一个双键的不饱和脂肪酸氧化在未遇双键前其反应过程与饱和脂肪酸的β-氧化完全相同。当遇到双键后，还需要另一个特异性的酶：

Δ3-顺,Δ2-反烯酰CoA异构酶催化：如油酸=18:1Δ9如下图所示:返回.6/6/202324单不饱和脂肪酸的氧化.6/6/202325你能算出

1mol油酸彻底氧化分解共生成多少ATP???.6/6/202326（三）多不饱和脂肪酸的氧化

多不饱和脂肪酸如亚油酸(18:2Δ9,12)的氧化需要增加两个酶：

Δ3-顺，Δ2-反烯酰CoA异构酶2,4-二烯酰CoA还原酶.HHH

|||H3C-(CH2)7-C=C-CH2CO～SCoAH3C-(CH2)7-CH2-C=C-CO～SCoA4321|H4321返回.6/6/202327多不饱和脂肪酸的氧化.6/6/202328（四）多不饱和脂肪酸的过氧化了解

体内产生的氧自由基，能攻击生物膜及血浆脂蛋白磷脂中的多不饱和脂肪酸，引发脂质过氧化作用，即在多不饱和脂肪酸中发生的一种自由基链式反应。返回.6/6/202329脂质过氧化的危害:

1.生物膜脂质的过氧化，导致膜功能障碍及酶的损伤。2.脂性自由基极活泼，能抽提蛋白质的氢,使蛋白质、酶等变性能失活。3.脂质过氧化的分解产物，如丙二醛对细胞有毒性，能与蛋白质、脱氧核糖核酸、RNA等的-NH2反应，使之发生交联而失活。返回.6/6/202330（五）奇数碳原子脂肪酸的氧化（掌握）经多次β-氧化最后产生丙酰辅酶A，再经下面过程生成琥珀酸辅酶A进入TCA循环：.6/6/202331甲基丙酰辅酶A甲基变位酶辅基的结构

返回.6/6/202332四.酮体代谢返回（－）酮体的生成途径（二）酮体的利用（三）酮体生成的调节（三）酮体生成的生理意义（四）酮症及其产生原因.6/6/202333酮体的生成：乙酰辅酶A的代谢结局而在肝脏中脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA，有一部分转变成乙酰乙酸、β-羟丁酸及丙酮。这三种中间产物统称为酮体(ketonebodies)：脂肪酸在心肌、骨骼肌等组织中β-氧化生成的大量乙酰CoA，通过TCA循环彻底氧化成二氧化碳和H2O。Β-羟丁酸约70％乙酰乙酸约30％丙酮含量极微.6/6/202334（肝细胞线粒体中含有活性较强的酮体合成的酶系。脂肪酸在线粒体β-氧化生成的乙酰CoA是合成酮体的原料）酮体的生成场所：肝脏合成酮体的原料：乙酰辅酶A返回.6/6/202335CH3COCH2CO~SCoA乙酰乙酰CoACH3CO~SCoA

乙酰CoACH3—C—CH2CO~SCoAOHCH2COOH

β-羟β-甲基戊二酸单酰CoACH3—C—CH2COOHOHβ-羟丁酸CH3COCH2COOH乙酰乙酸CH3COCH3丙酮CH3CO~SCoA乙酰CoACoA-SHβ-酮硫解酶CoA-SHHMG-CoA

合酶HMG-CoA

裂解酶NADH+H+NAD+β-羟丁酸脱氢酶CO2乙酰乙酸

脱羧酶关键酶（一）酮体的生成途径返回.6/6/202336(二)酮体的利用

酮体在肝脏合成，但肝脏缺乏利用酮体的酶，因此不能利用酮体。酮体生成后进入血液，输送到肝外组织利用。肝内生酮---肝外用.6/6/202337酮体的分解:CH3COCH2COOH

乙酰乙酸CH3COCH2CO~SCoA

乙酰乙酰CoAATP+CoA~SHPPi+AMP2PiCH2COOHCH2CO~CoACH2COOHCH2COOH

TCA乙酰CoACH3CO~CoA

β-羟丁酸CH3CH(OH)CH2COOHβ-羟丁酸脱氢酶NADH+NADH+H+琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰CoA-3酮酸CoA转移酶

乙酰乙酰CoA合成酶H2OHSCoA乙酰乙酰CoA硫解酶

心、肾、脑和骨胳肌此酶活性高(10倍).6/6/202338（三）酮体生成的生理意义：1.酮体具水溶性，能透过血脑屏障及毛细血管壁，是输出脂肪能源的一种形式。2.长期饥饿时，酮体供给脑组织50～70%的能量。3.禁食、应激及糖尿病时，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。.6/6/202339（四）酮症及其产生原因：尿排泄量mg/24hour血中浓度mg/100ml正常≥1253严重酮症（未治疗的糖尿病）500090长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，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，称为酮血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。二者统称为酮体症(酮症).酮症可导致代谢性酸中毒，称酮症酸中毒，严重酮症可导致人死亡。了解.6/6/202340乙醛酸循环存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中，它可将脂肪酸降解的主要产物乙酰CoA合成为琥珀酸。五.乙醛酸循环(glyoxylatecycle)请大家回忆一下三羧酸循环.6/6/202341①乙酰CoA经柠檬酸合酶和顺乌头酸酶催化生成异柠檬酸。②在异柠檬酸裂解酶(isocitratelyase)的催化下异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸。③苹果酸合酶(malatesynthase)催化乙醛酸和1分子乙酰CoA生成苹果酸。④苹果酸经苹果酸脱氢酶催化生成OAA。整个过程构成一个循环反应。8.1.5.1乙醛酸循环的历程.6/6/202342.6/6/202343总反应：.6/6/202344乙醛酸循环可以看成是三羧酸循环一个支路。它在异柠檬酸处分支，绕过了三羧酸循环两步脱羧反应,因而不发生氧化降解。参与乙醛酸循环酶除了异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶外,其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的关键酶。.6/6/202345乙醛酸循环存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中。油料作物苗期能量来源：油料植物的种子中主要的贮藏物质是脂肪，在种子萌发时乙醛酸体大量出现，由于它含有脂肪分解和乙醛酸循环整套酶系，因此可以将脂肪分解。并将分解产物乙酰CoA转变为琥珀酸。乙醛酸循环的生物学意义.6/6/202346琥珀酸可异生成糖并以蔗糖的形式运至种苗的其它组织供给它们生长所需要的能源和碳源;而当种子萌发终止，贮脂耗尽，叶片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可以由光和CO2获得，乙醛酸体数量迅速下降以至完全消失。对于一些细菌和藻类，乙醛酸循环使它们能够仅以乙酸盐作为能源和碳源生长。.6/6/202347植物线粒体内脂肪酸-氧化能力很低。乙醛酸循环将乙酰CoA转变为琥珀酸,再在线粒体中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸,然后进入细胞质，沿糖异生途径转变为糖类物质。.6/6/202348乙醛酸循环中也有苹果酸中间体，它也可以转运到细胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环的正常进行，苹果酸仍由TCA循环的产物琥珀酸在线粒体中转变而来。在脂肪转变为糖的过程中，乙醛酸循环起着关键的作用，它是连结糖代谢和脂代谢的枢纽。.6/6/2023498.3脂肪酸及脂肪的合成一.软脂酸的从头合成二.脂肪酸碳链的延长三.不饱和脂肪酸的的合成四.甘油的合成五.脂肪的合成六.脂肪酸合成的调节返回.6/6/202350一.软脂酸的从头合成1.合成部位2.合成原料3.合成过程4.从头合成与β—氧化比较.6/6/202351在肝、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等多种组织的胞浆中均含有脂肪酸合成酶系，肝脏是人体合成脂肪酸的主要部位，其合成能力最强，约比脂肪组织大8～9倍。1.合成部位返回.6/6/202352

脂肪酸合成的碳源主要来自糖氧化分解、β-氧化和氨基酸氧化分解产生乙酰CoA，它们都存在于线粒体中。穿梭系统有ATP、NADPH、HCO3-(二氧化碳)及Mn2+等的参与。生物体中的NADPH主要来自胞浆中的磷酸戊糖途径，其次是柠檬酸穿梭系统。线粒体中的乙酰CoA，需通过柠檬酸-丙酮酸循环（或称

柠檬酸穿梭系统）运到胞浆中，才能供脂肪酸合成所需要。

2.合成原料来源返回植物中……可能不存在柠檬酸穿梭系统！！！.6/6/202353柠檬酸穿梭系统：.6/6/202354(1)丙二酸单酰CoA的合成CH3CO~SCoA+HCO3-+ATP

乙酰CoA羧化酶Mn2+、生物素

HOOC-CH2CO~SCoA+ADP+Pi丙二酸单酰CoA在胞浆中进行关键酶3.合成过程

HCO3-+ATPADP+Pi酶-生物素酶-生物素-CO2丙二酰单酰CoA乙酰CoA机理：.6/6/202355乙酰CoA羧化酶的组成：原核生物中由三个不同的亚基构成：生物素羧基载体蛋白（BCCP）、生物素羧化酶、羧基转移酶。其中生物素连接在BCCP上。动物和植物中由多个不同的亚基构成，每个亚基均具上述三项催化功能。

注：只有合全酶时该酶才具活性乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成的限速酶。.6/6/202356脂肪酸合酶系统(fattyacidsynthasesystem，FAS)是一个多酶复合体。它包括：①乙酰CoA:ACP转移酶;②丙二酸单酰CoA:ACP转移酶;③-酮脂酰-ACP合酶;④-酮脂酰-ACP还原酶;⑤-羟脂酰-ACP脱水酶;⑥烯脂酰-ACP还原酶等6种酶。此外复合体中还含有脂酰基载体蛋白(acylcarrierprotein，ACP)作为辅助蛋白。（2）脂肪酸合酶系统.6/6/202357

动物细胞脂肪酸合成酶系包括7种不同功能的酶和酰基载体蛋白（acylcarrierproteinACP)，都存在于一条肽链上的七个功能区（结构域），由一个基因编码；酵母细胞中该酶系包含6个酶和ACP，定位于两条肽链上；大肠杆菌的该酶系含6个酶及ACP共七条肽链。不同生物FAS组成不同：.6/6/202358E.coli的酯酰基载体蛋白（ACP）：

脂肪酸合成过程中的酰基载体,含77个氨基酸残基。其辅基为4’-磷酸泛酰巯基乙胺（Pn)连接Ser32-OH上，活性基团为巯基，故写为ACP-SH，巯基为结合并转运脂酰基的部位。ACP-SH为整个合成体系的中心。参见P226图8-14p226丝氨酸.6/6/202359ACP的辅基（Pn)尤如一个转动的手臂，以其末端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活性中心，从而发生各种反应。.6/6/202360脂肪酸合酶系统上有两种活性巯基用于运载脂肪酸。ACP上的活性巯基称为中央巯基。-酮脂酰-ACP合酶上的活性巯基称为外围巯基。.6/6/202361（3）丙二酸单酰CoA转变为软脂酸的过程:.6/6/202362脂肪酸链的形成过程是以乙酰CoA为起点，由丙二酸单酰CoA在羧基端逐添加二碳单位,合成出不超过16碳的脂酰基，最后脂酰基被水解成游离的脂肪酸。整个过程都是在脂肪酸合酶系统中进行,由其中的酶和蛋白质协调完成。.6/6/202363

乙酰CoA＋7丙二酸单酰CoA＋14NADPH＋14H+＋H2O软脂酸＋14NADP+＋7CO2＋7H2O＋8CoA-SH脂肪酸合成酶系（7次循环）软脂酸（16C）合成的总反应式：.6/6/2023644.动物中软脂酸的从头合成与β—氧化比较:区别点从头合成β—氧化细胞中发生部位细胞质线粒体脂酰基载体ACPCOA酰基载体ACP-SHCOA-SH二碳片段的加入与裂解方式丙二酰单酰COA乙酰COA电子供体或受体NADPHFAD、NAD+酶系七种酶（多酶复合体）四种酶原料转运方式柠檬酸转运系统肉碱穿梭系统羟脂酰化合物的中间构型D-型L-型对二氧化碳和柠檬酸的需求要求不要求能量变化消耗7个ATP和14NADPH产生129个ATP.6/6/202365二.脂肪酸碳链的延长

软脂酰CoA或软脂酸生成后，可在光滑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。返回.6/6/202366延长过程发生在内质网以及动物线粒体和植物叶绿体或前质体中。不同的部位延长的具体方式都不相同。.6/6/202367延长途径线粒体延长途径：基本上是β-氧化的逆过程，只是NADPH2作为供氢体参与第二次还原反应。光滑内质网延长途径：与从头合成类似，只是辅酶A作为酰基载体，丙二酰辅酶A提供二碳单位。返回.6/6/202368三.不饱和脂肪酸的合成人体内有Δ4，Δ5，Δ8及Δ9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。至今在体内尚未发现有Δ9以上的去饱和酶，即在第10C与ω碳原子之间不能形成双键。

必需脂肪酸:指人体不能合成，必需由食物提供的脂肪酸，有3种：亚油酸(18C:2Δ9,12

亚麻酸(18C:3Δ6,9,12)花生四烯酸(18C:4Δ5,8,11,14)返回.6/6/202369①需氧途径需氧途径由去饱和酶系催化，需O2和NADPH的共同参与。去饱和酶系由去饱和酶(desaturase)及一系列的电子传递体组成。p230.6/6/202370一分子氧接受来自去饱和酶的2对电子而生成2分子H2O，其中1对电子是通过电子传递体从NADPH获得，另一对则是从脂酰基获得,结果NADPH被氧化成NADP,脂酰基被氧化形成双键。p230.6/6/202371动物的去饱和酶系结合在内质网膜上，以脂酰CoA为底物；而植物的在质体中，以脂酰-ACP为底物。此外，两者的电子传递体的组成也略有差别，动物体内cyt.b5在植物体内为铁硫蛋白。p230.6/6/202372去饱和作用首先发生在饱和脂肪酸9、10碳原子上生成单不饱和脂肪酸(如棕榈油酸、油酸)。动物从该双键向脂肪酸-COOH端，继续去饱和形成多不饱和脂肪酸；植物则从该双键向脂肪酸的甲基端，继续去饱和生成如亚油酸、亚麻酸等多烯脂肪酸。p230.6/6/202373植物的继续去饱和并不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和，也是一个需氧的过程。由于动物不能合成亚油酸和亚麻酸，但它们对维持其生长十分重要，必须从食物中获得，这些脂肪酸对人类和哺乳动物是必需脂肪酸。但动物能通过去饱和作用和延长脂肪酸碳链的过程将它们转变为二十碳四烯酸。.6/6/202374②厌氧途径厌氧途径是厌氧微生物合成单不饱和脂肪酸的方式，它发生在脂肪酸从头合成的过程中。当FAS系统从头合成到10个碳的羟脂酰-ACP(-羟癸酰-ACP)时，由专一性的-羟癸酰-ACP脱水酶催化在、位之间脱水，生成、-烯癸酰-ACP，然后继续参入二碳单位,进行从头合成反应过程。这样就可产生不同长短的单不饱和