第九章脂类代谢的合成与分解

1、生物体内的脂类物质 脂肪的合成代谢 脂肪的分解代谢与转化 类脂代谢,第九章 脂类物质的合成与分解,脂类（lipids，或称脂质），是一类不溶于水而溶于非极性溶剂的生物有机分子。,脂类按化学组成分类,单纯脂类（simple lipid）：由脂肪酸和醇（甘油或高级一元醇）形成的酯，如酰基甘油、蜡； 复合脂类（complex lipid） ：除脂肪酸与醇所组成的酯外，还含有其他成分，如磷脂、糖脂、硫脂等； 异戊二烯脂：不含脂肪酸，如萜类、甾醇类（固醇类）化合物。,X = 胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、 肌醇等,甘油三酯,甘油磷脂, 贮存脂质（storage lipid）：如脂酰甘油和蜡，是生物体的

2、重要能源，且能量高度集中，所占体积最小；在机体表面的脂类还有防止机械损伤和热量散发的保护作用； 结构脂质（structural lipid）：主要是磷脂，构成生物膜的骨架； 活性脂质（active lipid）：包括甾醇类和萜类化合物，是生物体内某些生理活性物质（如类固醇激素、脂溶性维生素）的前体。,脂类物质按生物学功能分类,第一节 生物体内的脂类物质(了解）,脂肪酸 单纯脂类 复合脂类 异戊二烯脂,一、脂肪酸,脂肪酸（fatty acid，FA）是由一条线性长的碳氢链（疏水尾）和一个末端羧基（亲水头）组成的羧酸。,1. 分类,脂肪酸的共性,1. 一般为偶数碳原子； 2. 绝大多数不饱和脂肪酸

3、中的双键为顺式； 3. 不饱和脂肪酸双键位置有一定的规律性：单烯酸的双键位置一般在第9-10 C之间；而多烯酸通常间隔3个C出现1个双键； 4. 动物的脂肪酸是直链的，所含双键可多达6个；细菌中还含有支链的、羟基的和环丙基的脂肪酸；植物脂肪酸中有含炔基、环氧基、酮基等； 5. 脂肪酸分子的碳链越长，熔点越高；不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。,饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而整齐有序； 不饱和脂肪酸存在双键，可以产生刚性弯曲，因而存在扭曲的空间结构。,习惯命名法：以脂肪酸的碳原子数、来源、性质命名,简写符号：碳原子数：双键数（双键的位置） 饱和脂肪酸：如软脂酸（棕榈酸），16

4、：0； 不饱和脂肪酸：如亚油酸，18：2（9，12）。,硬脂酸 十八烷酸 花生酸 二十烷酸 油酸 9-十八碳烯酸（顺）,2. 命名,系统命名法：以脂肪酸的碳原子数、双键的位置命名,系统命名法：需标示脂肪酸的碳原子数和双键的位置。 编码体系：从脂肪酸的碳氢链的甲基碳起计算其碳原子顺序。 编码体系：从脂肪酸的羧基碳起计算碳原子的顺序。,CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH,十六碳-7-烯酸,十六碳-9-烯酸,不饱和脂肪酸的命名,常见的不饱和脂肪酸,哺乳类动物体内的多不饱和脂肪酸均由相应的母体脂肪酸衍生而来。 哺乳类动物不能合成- 6及- 3系多不饱和脂肪酸，因此，- 6及- 3

5、系多不饱和脂肪酸为必需脂肪酸（essential fatty acid）。 必需脂肪酸是指机体需要，但自身不能合成，必须要靠食物提供的多不饱和脂肪酸。如亚油酸（18：2），-亚麻酸（18：3）。,二、单纯脂类,酰基甘油是甘油与脂肪酸所形成的酯。 甘油三酯是（triglyceride）脂类中最丰富的一类，通常称为脂肪或中性脂。 其中不饱和脂肪酸较多时，在室温下为液态，称为油（oil）；若饱和脂肪酸较多时，在室温下为固态，称为脂（fat）。,甘油三酯的结构示意图,甘油,磷酸甘油的生物合成 脂肪酸的生物合成 脂肪的生物合成,第二节 脂肪的生物合成,一、磷酸甘油的生物合成,二、脂肪酸的生物合成,饱和脂

6、肪酸的从头合成 脂肪酸碳链延长 去饱和生成不饱和脂肪酸,（一）饱和脂肪酸的从头合成,脂肪酸合成的原料：乙酰CoA（主要来自线粒体内的丙酮酸氧化脱羧、脂肪酸-氧化和氨基酸氧化等反应）； 细胞定位：细胞液中； 线粒体中的乙酰CoA需通过柠檬酸-丙酮酸循环（或称拧檬酸穿梭系统）运到胞液中，才能供脂肪酸合成所需。 酶：脂肪酸合成酶系催化。 脂肪酸合成的直接产物：软脂酸（16C）或16C以下的饱和脂肪酸。,1. 乙酰CoA的转运 从线粒体到胞液,酵解 丙酮酸脱氢酶系 柠檬酸合酶 柠檬酸裂解酶 苹果酸脱氢酶 苹果酸酶(以NADP+为辅酶的苹果酸脱氢酶) 丙酮酸羧化酶 乙酰CoA羧化酶,柠檬酸 - 丙酮酸循

7、环,2. 丙二酸单酰CoA的合成：,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。,反应不可逆，是合成脂肪酸的限速步骤,乙酰CoA羧化酶,大肠杆菌中，乙酰CoA羧化酶由三个亚基组成： 生物素羧化酶（biotin carboxylase，BC） 羧基转移酶（carboxyl transferase，CT） 生物素羧基载体蛋白（biotin carboxyl carrier protein，BCCP）,生物素在羧化反应中起固定CO2 （以HCO3-形式）和转移羧基的作用。,3. 脂肪酸合成循环,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（缩合、还原、

8、脱水、再还原），延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。,脂肪酸合成酶系结构模式,乙酰CoA-ACP脂酰基转移酶 -酮脂酰ACP合成酶 丙二酸单酰CoA-ACP转移酶 -酮脂酰ACP还原酶 -羟脂酰ACP脱水酶 -烯脂酰ACP还原酶,在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子酰基载体蛋白（acyl carrier protein, ACP）和6种酶单体所构成的多酶复合体。,两个阶段： （1）酰基转移阶段； （2）循环阶段：缩合、还原、脱水和再还原。,7乙酰CoA7CO27ATP 7 丙二酸单酰CoA+ 7ADP + 7Pi,8乙酰CoA14NADPH14H+7ATP 软脂酸14NADP+

9、7CO27H2O8CoA-SH+ 7ADP + 7 Pi,软脂酸合成的总反应：7次循环,乙酰CoA7 丙二酸单酰CoA14NADPH14H+ 软脂酸7CO28CoA-SH + 14NADP+6H2O,合成起始物为乙酰CoA，与丙二酸单酰CoA（3C单位）提供的乙酰基缩合（同时释CO2），使其烃链延长2个碳原子，经过还原-脱水-再还原的循环往复，脂肪酸的烃链不断延长。 大多数生物合成终产物为软脂酸，这是由-酮脂酰-ACP合成酶对链长专一性所定的，该酶对C2-C14脂酰基具有催化活性。 脂肪酸从头合成需要短的脂酰CoA作为引物，主要引物为乙酰CoA；逐渐增加的二碳单位来自丙二酸单酰CoA。 还原剂

10、NADPH+H+ 由柠檬酸穿梭（乙酰CoA自线粒体运送到细胞液的过程）及磷酸戊糖途径提供。,小结,1. 脂肪酸碳链的延长(了解),（二）饱和脂酸酸的碳链延长和不饱和脂肪酸的生成,软脂酰CoA生成后，可在滑面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。,2. 不饱和脂肪酸的合成（了解）,在去饱和酶系的作用下，在已合成的饱和脂肪酸中引入双键的过程。,肝脏和脂肪组织是合成甘油三酯最活跃的组织。 高等植物细胞中油体是合成和贮存甘油三酯的重要场所。 微生物含甘油三酯较少。 高等动植物合成甘油三酯需要两种主要前体，即3-磷酸甘油和脂酰CoA 。,三、脂肪（甘油三酯）的生物合成

11、,脂肪酸的活化,甘油三酯（脂肪）的合成途径,第三节 脂肪的分解代谢与转化,甘油三酯的分子结构,脂肪的水解 甘油的分解与转化 脂肪酸的降解与转化,一、脂肪的水解（了解）,在动物消化道内有脂肪酶，分解食物中的脂肪，在被吸收之前约95%脂肪被水解。 植物的脂肪酶存在于脂体、油体及乙醛酸循环体中，油料种子发芽时，贮藏在种子内的脂肪在脂肪酶作用下发生分解，供幼苗生长之需。,二、甘油的分解与转化,上述反应过程中，实线为甘油的分解， 虚线为甘油的合成。,脂肪酸的-氧化-氧化-氧化,三、脂肪酸的降解与转化,（一）脂肪酸的-氧化,概念：脂肪酸在体内氧化时在羧基端的-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二

12、碳单位，即乙酰CoA，该过程称作-氧化。,组织：除脑组织外，大多数组织均可进 行，其中肝、肌肉最活跃。,实验证据：1904年F. Knoop用苯环标记脂肪酸饲喂狗，根据尿中产物，推导出了-氧化学说。,脂肪酸的分解氧化是从羧基端-碳原子，碳链逐次断裂下一个2C单位,1. 脂肪酸的活化：线粒体外的脂酰CoA合成酶（硫激酶）催化脂肪酸与CoA-SH生成活化的脂酰CoA。,反应不可逆,注意：消耗了一个ATP分子中的2个高能键,2. 脂酰CoA进入线粒体,脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞浆中活化的长链脂酰CoA（12C以上） 却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱（肉毒碱，carnitine）结合成

13、脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。 反应由两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶和酶）催化。,RCO-SCoA,CoA-SH,肉碱脂酰 转移酶,(CH3)3N+,CH2CH,CH2COOH,OH,肉碱,(CH3)3N+,CH2CH,CH2COOH,RCO-O,脂酰肉碱,此过程为脂肪酸-氧化的限速步骤,肉碱转运脂酰辅酶A 进入线粒体,3. -氧化途径： 由四个连续的酶促反应组成： 脱氢； 水化； 再脱氢； 硫解。,-氧化循环的反应过程,脂肪酸的-氧化过程,4. 脂肪酸- 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-氧化，总反应式如下:,软脂酸 + 8CoA-SH + 7FAD+7N

14、AD+ + 7H2O 8乙酰CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+,1分子软脂酸彻底氧化共生成: (1.57)+(2.57)+(108)=108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 106 分子ATP。,- 氧化小结,1. 脂肪酸的-氧化主要在线粒体中进行。 2. 脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗2分子ATP。（活化在线粒体外） 3. 除脂酰CoA合成酶外，其余所有酶都属于线粒体酶（即-氧化的酶系存在于线粒体）。 4. -氧化起始于脂酰CoA，包括氧化（脱氢）、水化、氧化（脱氢）、硫解等重要步骤。 5. 每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NA

15、DH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,脂肪酸合成与-氧化比较,奇数碳脂肪酸,CH3CH2COCoA,D-甲基丙二酰CoA,L-甲基丙二酰CoA,琥珀酰CoA,TCA,5. 奇数碳脂肪酸的氧化,脂酰CoA脱氢酶对丙酰CoA不起作用,6. 不饱和脂肪酸的氧化,体内约有1/2以上的脂肪酸是不饱和脂肪酸，食物中也含有不饱和脂肪酸。这些不饱和脂肪酸的双键都是顺式的，它们活化后进入-氧化时，生成3 -顺-烯脂酰CoA。烯脂酰CoA水合酶不能作用于该底物，此时需要烯脂酰coA异构酶催化使其生成 2-反烯脂酰CoA以便进一步反应。,（二）脂肪酸的-氧化作用,脂肪酸氧化作用发生在-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化作用。,（三）脂肪酸的-氧化作用,脂肪酸的-氧化指脂肪酸的末端甲基（-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成,-二羧酸的过程。,（四）脂肪酸氧化产物乙酰CoA的转化,1. 乙醛酸循环：植物、微生物中有乙醛酸循环使脂肪酸能转化为糖,2. 酮体的生成及利用（了解）,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）。 酮体在肝中生成，在肝外组织被利用