第七章脂类代谢教学课件

第七章脂类代谢

脂类概述脂肪的分解代谢脂肪的生物合成MetabolismofLipid本章重点与难点重点：脂类生物合成中饱和脂肪酸从头合成途径、酶系、能量来源、原料；脂类分解代谢中β–氧化作用途径、酶类、能量变化及油料种子萌发是乙醛酸循环特点；了解磷脂结构特点及合成途径、分解酶类；胆固醇的代谢。难点：掌握饱和脂肪酸从头合成与β–氧化分解途径的异同点；脂类代谢与糖代谢的关系。第一节概述类脂lipoid脂类lipids脂肪（甘油三酯TG）是体内储存能量的

fat

(triglyceride)

主要形式（可变脂）胆固醇（cholesterol,Ch）胆固醇酯（cholesterolester,ChE）磷脂(phospholipid,PL)糖脂（glycolipid,GL）

定义：脂肪及类脂的总称，包括脂肪、脂肪酸、磷脂、鞘脂、胆固醇等，是生物体内一大类重要的有机化合物。虽然它们在化学组成、理化性质、结构及生物功能上差异很大，但它们都有一个共同的性质，是不溶于水，溶于乙醚、氯仿等脂溶性溶剂。它是由脂肪酸与各种不同的醇类形成的酯或其衍生物。分类：一、脂类的概念及分类1.储能及氧化供能。量大、产能多2.构成生物膜，是生物膜的重要结构组分3.协助脂溶性维生素的吸收，提供必需脂肪酸4.识别、免疫、保护和保温作用。5.合成一些生物活性物质，如类固醇激素、肾上腺皮质激素、维生素及胆汁酸等。磷脂代谢中间物如甘油二酯、磷酸肌醇等可作为信号分子参与细胞代谢的调节过程。二、脂类的主要功能脂肪酸：饱和脂肪酸—14〜20C软脂酸16C硬脂酸18C不饱和脂肪酸—油酸18C含1个不饱和键亚油酸18C含2个不饱和键亚麻酸18C含3个不饱和键花生四烯酸

20C含4个不饱和键必需脂肪酸—哺乳动物不能合成亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪酸，只能从食物中摄取，但是维持动物正常生长所必需的。植物中含有丰富的不饱和脂肪酸。三、脂肪酸的分类及命名StructureandpropertiesofFattyacids甘油三酯的消化与吸收脂肪的酶促水解四、脂类的消化吸收乳化脂肪的消化主要在肠中进行，胰液和胆汁经胰管和胆管分泌到十二指肠，胰液中含有胰脂肪酶，能水解部分脂肪成为甘油及游离脂肪酸，但大部分脂肪仅局部水解成甘油一酯，甘油一酯进一步由另一种脂酶水解成甘油和脂肪酸。

第二节脂肪的分解代谢一、甘油的分解

脂肪细胞不具有甘油激酶，不能转化脂肪分解产生的甘油，必须经血液运送肝脏代谢。去向有两个：进入糖酵解—TCA—彻底氧化供能

经糖酵解逆转异生为葡萄糖二、脂肪酸的氧化分解（β-氧化）Earlylabelingexperiments(1904):fattyacidsaredegradedbysequentialremovaloftwo-carbonunitsWhendogswerefedwith

odd-numbered

fattyacidsattachedtoaphenylgroup,

benzoate

wasexcreted;andwhenfedwith

even-numbered,phenylacetate

wasexcreted.Hypothesis:the-carbonisoxidized,withtwo-carbonunitsreleasedbyeachroundofoxidation.FranzKnoop’slabelingExperiments(1904):fattyacidsaredegradedbyoxidationattheb

carbon,i.e.,boxidation.

bbaaFattyacidoxidationwasfoundtooccurinmitochondria

Enzymesoffattyacidoxidationinanimalcellswerelocalizedinthemitochondriamatrix.RevealedbyEugeneKennedyandAlbertLehningerin1948.脂肪酸的氧化分解过程（β-氧化）脂肪酸的活化——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。穿膜（脂酰CoA进入线粒体）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。脂肪酸的β氧化长链脂酰CoA的β氧化是在线粒体脂肪酸氧化酶系作用下进行的，从β-碳原子开始，每次氧化断去二碳单位的乙酰CoA进行水解，这一过程叫β氧化。再经TCA循环完全氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量。偶数碳原子的脂肪酸β氧化最终全部生成乙酰CoA。脂酰CoA的β氧化反应过程如下：（1）脱氢脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化，在其α和β碳原子上脱氢，生成△2反烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FAD。（2）加水（水合反应）△2反烯脂酰CoA在△2反烯脂酰CoA水合酶催化下，在双键上加水生成L-β-羟脂酰CoA。（3）脱氢L-β-羟脂酰CoA在L-β-羟脂酰CoA脱氢酶催化下，脱去β碳原子与羟基上的氢原子生成β-酮脂酰CoA，该反应的辅酶为NAD+。（4）硫解在β-酮脂酰CoA硫解酶催化下，β-酮脂酰CoA与CoA作用，硫解产生1分子乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。总结

7轮循环产物：8分子乙酰CoA7分子NADH+H+7分子FADH2能量计算：生成ATP8×10+7×2.5+7×1.5=108

净生成ATP108–2=106

公式总结:[(n/2)-1]×(1.5+2.5)+[(n/2)×10-2n为碳原子的数目3.脂肪酸的其它氧化分解方式奇数碳原子脂肪酸的分解①羧化②脱羧脂肪酸的α-氧化脂肪酸的-ω氧化不饱和脂肪酸的分解4.不饱和脂肪酸的分解Oxidationofunsaturatedfattyacidsrequiresoneortwoauxiliaryenzymes,anisomeraseandareductase

Theisomeraseconvertsacis-3doublebondtoatrans-2doublebond.Thereductase(2,4-dienoyl-CoAreductase)convertsatrans-2,cis-4

structuretoatrans-3structure,whichwillbefurtherconvertedtoatrans-2structurebytheisomerase.NADPHisneededforthereduction(fromtwodoublebondstoone).Oxidationofamonounsaturatedfattyacid:theenoyl-CoAisomerasehelpstorepositionthedoublebondBothanisomeraseandareductaseareneededforoxidizingpolyunsaturatedfattyacids.Theoxidationofodd-chainfattyacidsformsC3propionyl-CoAFattyacidshavinganoddnumberofcarbonatomsarealsodegradedbythe–oxidationpathwayinthesamewayasthosewithanevennumberofcarbonatoms.TheonlydifferenceisthatinthefinalroundthefivecarbonacylCoAintermediateiscleavedintoC3propionylCoAandacetylCoA.Fattyacidoxidationalsooccursinperoxisomes(glyoxysomes)Peroxisomeisnowrecognizedastheprincipleorganelleinwhichfattyacidsareoxidizedinmostcelltypes.Theacetyl-CoAproducedinanimalperoxisomesistransportedintocytosol,whereitisusedinthesynthesisofcholesterolandothermetabolites.5.乙酰CoA的去路进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP；生成酮体参与代谢（动物体内）脂肪酸β氧化产生的乙酰CoA，在肌肉细胞中可进入TCA循环进行彻底氧化分解；但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路，即形成乙酰乙酸、D-β-羟丁酸和丙酮，这三者统称为酮体；合成脂肪酸。

Theacetyl-CoAproducedinplantperoxisomes/glyoxysomes(especiallyingerminatingseeds)isconvertedtosuccinateviatheglyoxylatecycle,andthentoglucoseviagluconeogenesis.-oxidationoffattyacidsalsooccursinperoxisomes

Acetyl-CoAinlivercanbeconvertedtoketonebodieswhencarbohydratesupplyisnotoptimalUnderdiabeticconditions,oxaloacetateconcentrationinhepatocytewillbelow:therateofglycolysisislow(thusthesupplyofprecursorsforreplenishingoxaloacetateiscutoff)andoxaloacetateissiphonedoffintogluconeogenesis(tomaintainbloodglucoselevel).（1）酮体的生成，地点是肝脏

A.2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下，缩合成乙酰乙酰CoA，并释放1分子的CoASH。

B.乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA），并释放1分子CoASH。

C.HMGCoA在HMGCoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在线粒体内膜β-羟丁酸脱氢酶作用下，被还原成β-羟丁酸。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮。（2）酮体的分解肝脏是生成酮体的器官，但不能使酮体进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙酰CoA经血液运送到肝外组织，作为它们的能源，尤其是肾、心肌、脑等组织中主要以酮体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一步分解成乙酰CoA参加三羧酸循环。乙酰乙酸在肌肉线粒体中经3-酮脂酰CoA转移酶催化，能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA。乙酰乙酰CoA被β氧化酶系中的硫解酶裂解成乙酰CoA进入三羧酸循环。β-羟丁酸在β-羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰CoA而被氧化。丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸，进而异生成糖。（3）酮体生成的生理意义酮体是脂肪酸分解代谢的正常产物，是肝脏输出能源的一种形式。酮体可通过血脑屏障，是脑组织的重要能源。酮体合成的场所是在肝脏和反刍动物的瘤胃壁细胞中。酮体合成的关键酶是HMGCoA合成酶。酮体分解在肝脏以外的组织中进行，这些组织有酮体分解的关键酶。酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。

第三节脂肪的生物合成

生物机体内脂类的合成是十分活跃的，特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要来自线粒体中的糖和氨基酸代谢产生的乙酰CoA。脂肪酸合成步骤与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的生物合成是在细胞液中进行，而脂肪酸氧化降解是在线粒体中进行的。

1.饱和脂肪酸的生物合成组织：肝（主要）、脂肪等组织亚细胞：胞液：主要合成16碳的软脂酸（棕榈酸）肝线粒体、内质网：碳链延长

合成部位合成原料乙酰CoA、ATP、HCO3﹣、NADPH、Mn2+乙酰CoA的穿膜转运：

柠檬酸穿梭系统脂肪酸合成肉毒碱转运脂肪酸分解

线粒体膜胞液

线粒体基质

丙酮酸丙酮酸苹果酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸乙酰CoANADPH+H+

NADP+苹果酸酶

CoA乙酰CoAATPAMPPPiATP柠檬酸裂解酶

CoA草酰乙酸H2O柠檬酸合酶

苹果酸CO2CO2柠檬酸－丙酮酸穿梭合成过程可以分为三个阶段：（1）原料的准备——乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA（在细胞液中进行），由乙酰CoA羧化酶催化，辅基为生物素，是一个不可逆反应。乙酰CoA羧化酶可分成三个不同的亚基：生物素羧化酶（BC）生物素羧基载体蛋白（BCCP）羧基转移酶（CT）biotincarboxylaseTrans-carboxylasebiotincarboxyl-carrierproteinBCCP

（2）合成阶段

———

以软脂酸（16碳）的合成为例（在细胞液中进行）。催化该合成反应的是一个多酶体系，共有七种蛋白质参与反应，以没有酶活性的脂酰基载体蛋白（ACP）为中心，组成一簇。原初反应（初始反应）原初反应缩合反应还原反应脱水反应还原反应

至此，生成的丁酰-ACP比开始的乙酰-ACP多了两个碳原子；然后丁酰基再从ACP上转移到β-酮脂酰合成酶的-SH上，再重复以上的缩合、还原、脱水、还原4步反应，每次重复增加两个碳原子，释放一分子CO2，消耗两分子NADPH，经过7次重复后合成软脂酰-ACP，最后经硫脂酶催化脱去ACP生成软脂酸（16碳）。（3）延长阶段（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碳链的延长，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。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，由脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合。只到16C。内质网脂肪酸延长酶系用丙二酸单酰CoA作为C2的供体，NADPH作为H的