第8章__脂代谢课件.ppt

1、第8章 脂类代谢,脂类（lipid）亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。,一、定义:,第1节 脂类的化学,二、脂类的分布与生理功能,三、脂类的分类,1、单纯脂-脂肪：三脂肪酸甘油酯 99% - -蜡：一元高级醇脂肪 2、复合脂-磷脂：含磷 -糖脂：含糖 -类脂：含类固醇 胆固醇 胆碱,1.甘油三酯,R1、R2、R3可以相同，也可以不全相同甚至完全不同， 其中R2多是不饱和的。,末端羧基C定为C1 明确双键位置 例如：亚油酸 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 9,12-十八碳二烯酸,2、脂

2、肪酸的命名,12 9 1,以母体饱和烃或不饱和烃来命名,n：脂肪酸碳链总数 m: 脂肪酸双键总数 n:m 表示脂肪酸的长度和饱和度 18：1，16：1 18：2，16：2 18：3 20：4 20：5 22：6,脂肪酸的数字命名法,分子末端甲基碳原子开始确定第一个双键的位置 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 亚油酸 18：26 或 18：2 （n6）, 6,-命名系统：,X = 胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、甘油,2.甘油磷脂,X= H 磷脂酸 （PA）,脂肪（甘油三酯，TG）,脂类,类脂,磷酸甘油酯（PL）,鞘磷脂,脑苷脂,神经节苷脂,磷脂,糖脂,胆固醇（Ch）及其

3、酯（ChE）,第2节 脂肪的分解代谢,一、脂肪的酶促水解,脂肪,甘油+脂肪酸,限速酶,二、甘油的氧化分解与转化,思考： 1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量（形成ATP?) 22,动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.,概念 脂肪酸的-氧化作用 能量计算,三 脂肪酸的氧化分解,饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的位C原子发生氧化，碳链在位C原子与位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化.,R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,1. 概念,2. 脂肪酸的-氧化作用,（1）脂肪酸的活

4、化,脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。 在脂酰CoA合成酶(硫激酶) 催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：,在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱, carnitine）来携带脂酰基。,（2）脂酰CoA转运入线粒体,借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶和酶）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。 其中，肉碱脂酰转移酶(carnitine acyl transferase )是脂肪酸-氧化的关键酶。,脂酰CoA进入线粒体的过

5、程,关键酶,-氧化过程由四个连续的酶促反应组成： 脱氢 水化 再脱氢 硫解,(3) -氧化循环,-氧化循环的反应过程,（2反式烯脂酰COA）,L- 羟脂酰COA, -氧化循环过程在线粒体基质内进行； -氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆； 需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子； 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,脂肪酸-氧化循环的特点,生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。,(4) 彻底氧化：,1分子FADH2可生成2分子ATP，1分子NADH可生成3分子ATP，故一次-氧化循环可

6、生成5分子ATP。 1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成12分子ATP。,3、脂肪酸氧化分解时的能量释放,以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为：,7次-氧化分解产生57=35分子ATP；,8分子乙酰CoA可得128=96分子ATP；,共可得131分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成129分子ATP。,对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：,脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三种中间代谢产物，统称为酮体(ketone bod

7、ies)。,四、酮体的生成及利用,酮体的分子结构,酮体,酮体主要在肝细胞线粒体中生成。 酮体生成的原料为乙酰CoA。,1酮体的生成,(1) 两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶(thiolase)的催化下，缩合生成一分子乙酰乙酰CoA。,酮体生成的反应过程,HSCoA,(2) 乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合，生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶是酮体生成的关键酶。,限速酶,(3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。,(4)乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下，加氢还原为-羟丁酸。,(5) 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮。,CoASH,CoASH,NAD+,

8、NADH+H+,-羟丁酸 脱氢酶,HMGCoA 合成酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,酮体的生成,-羟- -甲基戊二酸单酰CoA合成酶,利用酮体的酶有两种： 1.琥珀酰CoA转硫酶 （主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中） 2.乙酰乙酸硫激酶 （主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中）。,2酮体的利用,(1) -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢，生成乙酰乙酸。,酮体利用的基本过程,(2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA。,(3) 乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，裂解为两分子乙酰CoA。,(4) 生成的乙酰CoA进入三羧酸循

9、环彻底氧化分解。,-,羟丁酸脱氢酶,当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可净生成24分子ATP，-羟丁酸可净生成27分子ATP； 而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成22分子ATP， -羟丁酸可净生成25分子ATP 。,(1) 在正常情况下，酮体是肝输出能源的一种重要的形式； (2) 在饥饿或疾病情况下，酮体可为心、脑等重要器官提供必要的能源。,3酮体生成及利用的生理意义,第3节 脂肪的生物合成,甘油的合成 脂肪酸的合成 二者分别转变为3磷酸甘油和脂酰CoA后的连接,合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成： 1由糖代谢生成（脂肪细胞、肝）：,一、

10、3-磷酸甘油的生成,2由脂肪分解形成的甘油,二、脂肪酸的从头合成 （在细胞质中）, 脂肪酸的从头合成,来源 线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖） 脂肪酸的-氧化 氨基酸的氧化 转运 柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系）,1. 乙酰CoA（碳源）的来源及转运,乙酰CoA转运出线粒体,在关键酶乙酰CoA羧化酶的催化下，将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA。,2丙二酸单酰CoA的合成,丙二酸单酰CoA,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,

11、 ACP）和7种酶单体所构成的多酶复合体。,3脂肪酸合成循环,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 -酮脂酰- ACP合酶 -酮脂酰- ACP还原酶 -羟脂酰- ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶 硫酯酶,ACP,SH,原核生物的脂肪酸合成酶系,乙酰基转移反应,CH3-CSACP,=,O,ACP-SH,酮脂酰-ACP合酶,丙二酸单酰基转移反应,COA-SH,ACP-SH,ACP脂酰基转移酶,4.反应历程,丙二酸单酰.ACP,乙酰.ACP,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,-酮脂酰-ACP合酶,+ 合酶-SH + CO2,还原反应,+NAD

12、PH+ + H +,-酮脂酰-ACP还原酶,+NADP+,D-羟丁酰-ACP,乙酰乙酰.ACP,脱水反应,=,-,C,-,-羟脂酰-ACP脱水酶,+ H2O,（2反式丁烯酰-ACP, 巴豆酰-ACP）,再还原反应,-,-,=,-,3 2,+NADPH+H+,-烯脂酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH-CSACP,O,=,+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。,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,-酮脂酰-ACP合酶,+合酶-SH+CO2,由于缩合反应中， -酮脂酰-ACP合酶是对链长有专一性的酶，仅对1

13、4C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,H2O,8CH3-CSCOA,=,O,+7ATP+14NADPH+14H +,CH3 ( CH2)14COOH,+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O,那么这个过程与糖代谢有一定关系：,原料（乙酰辅酶A ）来源 羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供 还原力NADPH从哪来？,总反应式, 合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA； 在胞液中进行，关键酶

14、是乙酰CoA羧化酶； 合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗15分子ATP（8分子用于转运，7分子用于活化）； 需NADPH作为供氢体，对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性。,脂肪酸合成的特点：,4. 饱和脂肪酸的从头合成与-氧化的比较,区别要点 从头合成 -氧化,细胞内进行部位 胞液 线粒 体 酰基载体 ACP-SH COA-SH 二碳单位参与或断裂形式 丙二酸单酰ACP 乙酰COA 电子供体或受体 NADPH+H+ FAD,NAD -羟酰基中间物的立体构型不同 D型 L型 对HCO3-和柠檬酸的需求 需要 不需要 所需酶 7种 4种 能量需求或放出 消耗7ATP及14NADPH+H+ 产生12

15、9ATP,三、 甘油三酯（脂肪）的生物合成,Section 3 Metabolism of Phospholipids,第3节 磷脂的代谢,（一）甘油磷脂的基本结构：,一、甘油磷脂的代谢,体内几种重要的甘油磷脂,1甘油二酯合成途径： 磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成。 合成过程中所需胆碱及乙醇胺以CDP-胆碱和CDP-乙醇胺的形式提供。,（二）甘油磷脂的合成代谢,甘油二酯合成途径,磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸和心磷脂通过此途径合成。 合成过程所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供。,2CDP-甘油二酯合成途径：,CDP-甘油二酯合成途径,甘油磷脂的分解靠存在于体内的各种磷脂酶将其分

16、解为脂肪酸、甘油、磷酸等，然后再进一步降解。,H,H,（三）甘油磷脂的分解代谢,第五节 胆固醇的代谢,Section 5 Metabolism of Cholesterol,A,B,C,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,D,环戊烷 多氢菲,14,一、胆固醇的结构及其酯化,胆固醇（cholesterol）的酯化在C3位羟基上进行，由两种不同的酶催化。 存在于血浆中的是卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）。,存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶（ACAT）。,胆固醇合成部位主要是在肝和

17、小肠的胞液和微粒体。其合成所需原料为乙酰CoA。 乙酰CoA经柠檬酸-苹果酸穿梭转运出线粒体而进入胞液，此过程为耗能过程。 每合成一分子的胆固醇需18分子乙酰CoA，36分子ATP和16分子NADPH。,（一）胆固醇合成的部位和原料,二、胆固醇的合成,胆固醇合成的基本过程可分为下列三个阶段： 1乙酰CoA缩合生成甲羟戊酸（MVA）： 此过程在胞液和微粒体进行。 HMG-CoA还原酶(HMG-CoA reductase)是胆固醇合成的关键酶。,（二）胆固醇合成的基本过程:,此过程在胞液和微粒体进行。,MVA5-焦磷酸甲羟戊酸异戊烯焦磷酸,二甲丙烯焦磷酸焦磷酸法呢酯鲨烯。,2甲羟戊酸缩合生成鲨烯,

18、此过程在微粒体进行。 鲨烯结合在胞液的固醇载体蛋白（sterol carrier protein, SCP）上，由微粒体酶进行催化，经一系列反应环化为27碳胆固醇。,SCP,3鲨烯环化为胆固醇,（一）转化为胆汁酸,三、胆固醇的转化,（二）转化为类固醇激素,（三）转化为维生素D3,第5节脂类的储存和运输,脂肪储存、动员和运输,脂库：脂肪组织是储存脂肪的场所，以皮下、肾周围、肠系膜等处储存最多，称为脂库。,脂肪动员：脂库中储存的脂肪经常有一部分经脂肪酶的水解作用而释放出脂肪酸与甘油，称为脂肪动员。,一 血脂和血浆脂蛋白,血脂：血浆中所含脂类的总称，包括甘油三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯、游离脂肪酸等

19、。 脂蛋白是脂类在血浆中的存在形式和运输形式。,血脂的来源去路,血脂,食物,脂库,糖转化,氧化功能,脂库,细胞膜,转换成糖等,血脂和血浆脂蛋白,电泳法,血脂与血浆中的蛋白质结合，以脂蛋白(lipoprotein)形式而运输。,二、不同血浆脂蛋白其组成、结构均不同,（一）血浆脂蛋白的分类,超速离心法：CM、VLDL、LDL、HDL,乳糜微粒 chylomicron ( CM),极低密度脂蛋白 very low density lipoprotein (VLDL),低密度脂蛋白 low density lipoprotein (LDL),高密度脂蛋白 high density lipoprotei

20、n (HDL),（二）血浆脂蛋白的组成,乳糜微粒(chylomicrons,CM),成分：脂肪约占90，蛋白质较少。 合成部位：小肠上皮细胞。 合成过程：肠粘膜将食物中消化吸收的脂类重新合成脂肪，然后由内质网上合成的蛋白质、磷脂、胆固醇等组成外壳，将新合成的脂肪包裹起来形成乳糜微粒。 作用：转运外源性脂肪。,极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL),成分：脂肪占大部分，和CM相似，但磷脂和胆固醇的含量比CM多。 脂肪来源：糖或脂肪转变而来。 合成部位：肝实质细胞合成。 合成过程：肝细胞利用葡萄糖为原料合成脂肪，也可以利用脂肪动员合成脂肪，加上载脂蛋白、磷脂和胆固醇后便形成VLDL。 作用：转运内源性脂肪的主要形式。,低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL),成分：脂肪含量下降，但胆固醇和磷脂量