生物化学 脂类与脂代谢

1、第七章 脂类与脂类代谢,本章内容,脂类 甘油三酯的分解代谢 脂肪的生物合成 磷脂的代谢 胆固醇的代谢,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。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 脂类的元素组成主要是c、 h 、o,有些尚含n 、 s、 p。,一、定义:,第一节 脂类,参见p124,构成脂类的脂肪酸：,参见表5-1,硬脂酸180 （脂）,油酸 181（油）,i 按化学组成分类 单纯脂类 复合脂类 衍生脂类,二、脂类的分类,单纯脂类,由脂肪酸和醇类所形成的酯,脂酰甘

2、油酯（最丰富的为甘油三酯) 蜡（含14-36个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30个碳原子的一元醇所形成的酯）,参见p124,单纯脂类的衍生物：除了含有脂肪酸和 醇外，还含有非脂分子的成分，包括：,复合脂类,磷脂（磷酸和含氮碱） 糖脂（糖） 硫脂（硫酸）,参见p124,由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。,萜类：天然色素、香精油、天然橡胶 固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素） 其他脂类：维生素a、d、e、k等。,衍生脂类,可皂化脂类：一类能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。 不可皂化脂类：不能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。 主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类。,ii

3、按能否被碱水解分类,甘油三酯的分子结构,三、重要脂类的结构,1.甘油三酯,n、m、k可以相同，也可以不全相同甚至完全不同， 其中n多是不饱和的。,x = 胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、甘油,2.甘油磷脂,x= h 磷脂酸 （pa）,参见表5-2,四、脂类的分布与生理功能,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）及其酯（che）,第二节 甘油三酯的分解代谢,参见p263,一、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

4、激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.,-氧化作用 -氧化作用,饱和脂肪酸的氧化分解,三 脂肪酸的氧化分解,不饱和脂肪酸的氧化分解,奇数c原子脂肪酸的氧化分解,概念 脂肪酸的-氧化作用 能量计算,(一) 饱和脂肪酸的-氧化作用,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

5、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,参见p267,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进入线粒体的过程,参见p267,关键酶,-氧化过程由四个连续的酶促反应组

6、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1.5分子atp，1分子nadh可生成2.5分子atp，故一次-氧化循环可生成4分子atp。 1分子乙酰coa

7、经彻底氧化分解可生成10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47=28分子atp；,8分子乙酰coa可得108=80分子atp；,共可得108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106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：,4,10,3. 饱和脂肪酸的-氧化作用(自学),1.概念,脂肪酸在一些酶的催化下，其-c原子发生氧化，结果生成一分子co2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化。 rch2ch2 cooh rch2cooh

8、+co2,参见p270,（少一个c原子）,2. -氧化的可能反应历程,(二) 不饱和脂肪酸的氧化,单不饱和脂肪酸的氧化 如油酸(18c:1),参见p268,多不饱和脂肪酸的氧化 如亚油酸(18c:2),3,d(-),l(+),(三) 奇数碳脂肪酸的氧化,参见p269,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 bodies)。,四、酮体的生成及利用 (自学),参见p270-272,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。

9、,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,(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+,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

10、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2

11、7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,第三节 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,参见p272,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、3-磷酸甘油的生成,2由脂肪分解形成的甘油,二、饱和脂肪酸的从头合成 （在细胞质中）,参见p272,来源 线粒体内

12、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,参见p273,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,参见p273,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, 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

13、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,缩合反应,ch3-cs-合酶+,=,o,-酮脂酰-acp合酶,+合酶-sh+co2,还原反应,+nadph+ + h +,-酮脂酰-acp还原酶,+nadp+,d-羟丁酰-acp,脱水反应,=,-,c,-,-羟脂酰-acp脱水酶,+h2o,（2反式

14、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14c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-csc

15、oa,=,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

16、。,脂肪酸合成的特点：,5. 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106atp(软脂酸),三、 甘油三酯的合成,参见p277-278,section 4 metabolism of phospholipids,第四节 磷脂的代谢,参见p2

17、79,自学!,（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 me

18、tabolism of cholesterol,参见p280,自学!,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