第八章-脂类代谢

1、第八章 脂类代谢,掌握要点： 1、何谓氧化？其包括哪些过程？ 2、掌握氧化作用的全过程。 3、何谓酮体？ 4、掌握脂肪酸的生物合成的主要过程。,脂类 lipids,脂肪（甘油三酯）体内储存能量的主要形式（可变脂）,类脂 lipoid,胆固醇 胆固醇酯 磷脂 糖脂,细胞膜等结构的 重要组分(基本脂),脂类：脂肪及类脂的总称，是一类不溶于水而易溶于 有机溶剂，并能为机体所利用的有机化合物。,脂类的分类：,第一节 生物体内的脂类及其功能,糖脂（非脂成分为糖）,单纯脂质,复合脂质,（除脂肪酸外， 还有其它非脂成分）,（脂肪酸与 甘油结合的脂）,磷脂（非脂成分为磷酸和含氮碱）,蜡（长链脂肪酸和长链醇或固

2、醇组成）,（杂环大分子一元醇）,萜类,（多异戊二烯聚合醇）,其它脂质,衍生脂质 （由单纯脂质和复合脂质衍生）,取代烃,固醇类,甘油三脂,甘油磷脂,鞘氨醇磷脂,甘油糖脂,鞘磷脂,一、生物体内的脂类,单纯脂类：由脂肪酸和醇类所形成的酯,脂酰甘油酯（最丰富的为甘油三酯、三酰甘油) 蜡（16-16C以上的长链脂肪酸和16-30C的一元醇或固醇）,复合脂类: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：,磷脂（磷酸和含氮碱） 糖脂（糖） 硫脂（硫酸）,衍生脂类：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

3、激素） 其他脂类：维生素A、D、E、K等。,甘油磷脂（PC、PE）75 磷脂 鞘磷脂（神经鞘磷脂） 糖脂 鞘糖脂（脑苷脂、神经节苷脂） 甘油糖脂 胆固醇（及其酯）,类 脂,1、脂肪酸 （一）、分类 按碳数分：短链（ 2 4C） 中链（ 610C） 长链（1226C） 按双键分：饱和脂肪酸、 不饱和脂肪酸 按来源分：必需脂肪酸 非必需脂肪酸,（一）单纯脂,2、三酰甘油 动植物油脂的化学本质是酰基甘油，其中以三酰甘油或称甘油三酯为主。,三酰甘油脂又称油脂 常温下为液态的油脂称为油， 为固态的称为脂或脂肪。 植物性三酰甘油脂多为油， 动物多为脂。 生物体内含量最为丰富的脂类物质,3、蜡长链脂肪酸与长

4、链脂肪醇或固醇形成的脂脂肪醇中的碳原子在16以上，分布在生物体表面起保护作用。,植物蜡防虫蛀、防辐射、降低水分蒸发。如棕榈、冬青动物蜡防水、保温、筑巢。如蜂蜡,1、磷脂 （1）甘油磷脂,CH2,CH,P,-,X,X= H 磷脂酸 X= CH2 CH2 X= CH2 CH,N+(CH3) 3磷脂酰胆碱（卵磷脂）,NH2 磷脂酰丝氨酸,C,R1,COOH,X=-CH2-CH2-NH3+磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） X=甘油 磷脂酰甘油 X=肌醇 磷脂酰肌醇 X=磷脂酰甘油 双磷脂酰甘油 （心磷脂）,（二）复合脂,磷脂酰甘油绝大多数存在于生物膜中,卵磷脂具有增强记忆、防止老年痴呆等健脑作用，原因何在？ 主

5、要为卵磷脂可以增加神经传导物、促进脑细胞活化,卵磷脂可乳化胆固醇、油脂，为什么？ 两性（亲油、亲水），乳化剂,工业提取方式： 以大豆为原料，醇、乙醚等脂溶剂萃取 成本低，纯度低，保健作用。 以蛋黄为原料，CO2超临界萃取 高成本，高纯度，医用。,（2） 鞘脂 含鞘氨醇或二氢鞘氨醇的脂类（不含甘油） 鞘磷脂含磷酸 鞘糖脂含糖,2、糖脂,（2）甾类 a) 固醇：胆固醇、豆固醇、麦固醇、酵母固醇 功能构成生物膜、形成类固醇 但胆固醇含量过高易引起胆结石、动脉硬化、心肌梗塞等疾病。,b)衍生物类固醇 胆酸、维生素D、脂类激素（肾上腺素、性激素）、强心苷,三、衍生脂质,（1）萜类,贮存脂类重要的贮能供能

6、物质。 结构脂类磷脂、糖脂、硫脂、固醇类等有机物是生物体的重要成分（如生物膜系统） 活性脂类固醇类、萜类是一些激素和维生素等生理活性物质的前体 脂类（糖脂）与信息识别、种特异性、组织免疫有密切的关系；与细胞信号转导有关。 人类的某些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。,二、脂类的生物学功能,脂肪,脂肪酶,甘油+脂肪酸,CH2-O -C-R1,R2-C-O-CH,CH2OH,第一步为限速步骤，磷酸化的脂肪酶有活性，动物的脂肪酶存在于脂肪细胞中，而植物的脂肪酶存在脂体、油体及乙醛酸循环体中。,第二节 脂肪的分解代谢,一、脂肪的酶促降解,甘油,二、甘 油 的 氧 化 分 解 与

7、 转 化,甘油激酶,磷酸酯酶,NAD+,NADH +H+,磷酸甘油脱氢酶,异构酶,磷酸丙糖,糖异生,葡萄糖,EMP,-,-,乙酰COA,TCA,CO2+H2O,糖代谢与脂代谢通过磷酸二羟丙酮联系起来。 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。,1分子甘油彻底 氧化分解产生的能量？,三、饱和脂肪酸的氧化分解,脂肪酸彻底氧化为CO2和H2O可分为三个步骤： 长链脂肪酸降解为乙酰-CoA； 乙酰-CoA 经柠檬酸循环氧化成CO2； 从还原的电子载体到线粒体的电子传递。,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

8、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,脂肪酸的分解发生在原核生物的细胞质及真核生物的线粒体基质中。,1、概念,（一）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细胞质中被活化，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：,总反应：,2、-氧化作用的反应历程,（2）转运机制脂酰CoA转运入线粒体,对于动物来说：-氧化在线粒体基质中进行，而脂肪酸第一步活化在细胞质中，10个碳原子以下的脂酰-C

9、oA很容易穿过线粒体内膜，但10个碳原子以上的脂酰CoA不能进入线粒体，后面的步骤发生在线粒体中，所以涉及特殊的转运机制来帮助跨膜。,肉碱作为载体 1）部位: 线粒体膜 2）功能：运载脂酰CoA进入线粒体,FFA,CoA,ATP,AMP+PPi,脂酰CoA,肉碱/脂酰肉碱肉碱移位酶,脂酰肉碱 转移酶 I,脂酰-CoA CoA,肉碱 脂酰肉碱,脂酰CoA 合成酶,脂酰肉碱 转移酶,肉 碱 脂酰肉碱,脂酰肉碱 脂酰-CoA,-氧化,CoA,线粒体内膜,线粒体外膜,线粒体基 质,长链脂酰CoA进入线粒体的机制,+,细胞质,活化过程,(3) -氧化的反应历程（偶数C原子）,脂肪酸的活化,氧化脱H,水合

10、,氧化脱H,RCH2C-CH2COSCOA,O,=,（ 少2个C的脂酰COA）,以16C的脂肪酸（软脂酸）为例，经过7次循环，产生7个 NADH，7个FADH2， 8分子乙酰COA。,硫解断裂,-氧化的反应历程,小 结,RCH2CH2COOH,RCH2CH2COSCOA,（脂酰COA）,-,（2反式烯脂酰COA）,-,（L- 羟脂酰COA）,（- 酮脂酰COA）,R-CSCOA+ CH3-CSCOA,继续-氧化,脂酰COA脱H酶（3种）,H,H,-,氧化脱H,水合,氧化脱H,硫解断裂,脂肪酸活化,3. 能 量 计 算,以16C的软脂酸为例 8乙酰COA 彻底氧化 TCA 10ATP 108=8

11、0ATP 7FADH2 1.57=10.5ATP 7NADH+7H+ 2.57=17.5ATP,108 (131)ATP,第一步消耗了2个高能磷酸键，所以应为108-2=106,129个高能磷酸键。,当软脂酸氧化时，自由能变化为-2340千卡摩尔，ATP水解生 成 ADP+Pi时，自由能变化为-7.30千卡摩尔。 7.3106,2340,100%33% (40%),所以软脂酸在-氧化时能量转化率,约为33%（40%）,乙 酰 COA 的 可 能 去 路,TCA：CO2+H2O+能量 乙醛酸循环 糖异生 糖 脂肪酸、固醇等合成的原料 在动物肝、肾脏中有可能产生乙酰乙酸、D-羟丁酸和丙酮（酮体）。

12、,在动物肌肉中乙酰COA可以进入TCA。,在动物肝、肾的线粒体内乙酰COA进入酮体的合成：,乙酰-COA,COA-SH,硫解酶,HMGCOA 合酶,乙酰-COA+H2O,COA-SH,HMGCOA 裂解酶,乙酰-COA,乙酰乙酸,D - -羟丁酸,丙酮,D - -羟丁酸脱氢酶,NADH+H+ NAD+,CO2,在严重饥饿或 胰岛素水平过 低时，草酰乙酸 缺少，则乙酰-COA 水平升高丙酮中毒；酸中毒,自动,一般情况：乙酰乙酸在肌肉线粒体中的分解,-酮酯酰COA转移酶,-氧化,TCA,+,+,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

13、酸，这种氧化作用称为-氧化。 RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2, 饱和脂肪酸的-氧化作用,2. -氧化的可能反应历程,（少一个C原子）,-氧化对于降解支链脂肪酸、奇数脂肪酸或过分长链脂肪酸有重要作用。, 饱和脂肪酸的-氧化作用（12C以下的脂肪酸）,在动物体内，12碳以上的脂肪酸是通过-氧化进行分解作用；存在的少量的少于12碳的脂肪酸可在微粒体中经-氧化作用分解，其在脂肪酸分解代谢中不占主要地位。,1. 概 念,脂肪酸在酶催化下，其碳（末端甲基C）原子发生氧化，先生成-羟脂酸，继而氧化成,-二羧酸的反应过程，称为-氧化。,2. 反 应 历 程（12C以下）,CH3 ( CH2

14、 )n COOH,HOCH2 ( CH2 )n COOH,醇酸脱氢酶,OHC( CH2 )n COOH,HOOC ( CH2 )n COOH,从脂肪酸两端进行-氧化（海洋中浮游细菌降解海面浮油） -氧化加速了脂肪酸的降解速度。,1. 单不饱和脂肪酸的氧化（单个双键，油酸）,3-顺-十二烯脂酰COA,H,油酰COA(18:1,9 ),-,=,3次-氧化,3CH3-CSCOA,3 2 1,-,-,3顺- 2反烯脂酰COA 异构酶（-氧化中无）,=,-,3 2 1,2-反-十二烯脂酰COA,烯脂酰COA 水合酶,O,CH3(CH2 )7CH2C-CH2-C-SCOA,H,-,=,OH,-,5次-氧化

15、,6CH3-C-SCOA,O,=,能量计算？9乙酰-CoA、8NADH+8H+、7FADH2 910ATP+8 2.5ATP+7 1.5ATP=130.5ATP,多不饱和脂肪酸的氧化2个双键，亚油酸（18：2，9,12）,H,-,=,3次-氧化,3CH3-CSCOA,-,-,=,H,H,-,-,O,H,-,H,-,O,9-cis, 12-cis,3-cis, 6-cis,烯脂酰COA 异构酶,-,-,=,H,-,O,H,-,2-trans, 6-cis,1次-氧化,-,-,=,O,-cis4,-,-,=,H,-,O,H,-,脂酰COA脱H酶,2-trans, 4-cis,-,=,H,-,H,-

16、,O,2,4-烯脂酰-COA 还原酶,3-trans,烯脂酰COA 异构酶,-,=,H,-,O,H,-,2-trans,4次-氧化,5乙酰-CoA,丙酸代谢的一条途径,丙酰COA羧化酶,甲基丙二酰COA消旋酶,HO C CH CSCoA,O,=,CH3,O,=,D-甲基丙二酰-CoA,HO C CH CSCoA,O,=,CH3,O,=,维生素B12,甲基丙二酰COA变位酶,柠檬酸循环,五、奇数C原子的脂肪酸氧化生成丙酰-COA,丙酸的氧化,生物素,L-甲基丙二酰-CoA,丙酸代谢的-羟丙酸支路途径,脂酰COA脱H酶,FAD FADH2,烯脂酰COA水合酶,H2O,水解酶,H2O HSCOA,脱

17、氢酶,NAD+ NADH+H+,脱氢酶,NADP+ CO2+ NADPH+H+,HSCOA,TCA,丙酸的来源,反刍动物胃中碳水化合物经细菌发酵产生大量丙酸 某些含有支链氨基酸降解（如Val Ile）产生丙酸 脂肪酸的降解 所以丙酸代谢非常重要,五、酮体的生成和利用,酮体（ketone bodies）：脂肪酸在肝脏中分解氧化时生成的乙酰-CoA在酶的催化下转变成的三种中间代谢物的总称。包括乙酰乙酸 羟丁酸和丙酮。,肝外组织（如心肌 骨骼肌）： 氧化乙酰CoA TCACO2H2O 肝组织： 氧化乙酰CoA酮体,酮体生成及利用的特点：肝内生酮肝外用。,酮体的生成 场所：肝细胞线粒体 原料：乙酰Co

18、A 反应： 3分子乙酰CoA缩合 裂解出酮体三物质 过程 ：右图 限速酶：HMG CoA合成酶,生成的酮体迅速透过肝线粒体膜入血， 输送到肝外组织进一步氧化分解。,2. 酮体的利用 （1） 琥珀酰CoA转硫酶（心肾脑骨骼肌线粒体）,（2） 乙酰乙酰CoA硫解酶（心肾脑骨骼肌线粒体） CH3COCH2COSCoA 2CH3COSCoA,乙酰乙酰CoA硫解酶,CoASH,（3） 乙酰乙酰硫激酶（肾心脑线粒体）,CH3COCH2COOHCoASHATP CH3COCH2COSCoAAMPPPi,乙酰乙酰硫激酶,羟丁酸的氧化： 羟丁酸乙酰乙酸 进一步氧化 丙酮的氧化：丙酮丙酮酸乳酸葡萄糖,羟丁酸脱氢酶

19、,3. 酮体生成的生理意义： （）肝脏向肝外组织提供的第二能源 （）饥饿，低糖时代替葡萄糖供能 （）防止肌肉蛋白的过多消耗,正常人体血液酮体：.030.5mmol/L 血中酮体0.5mmol/L 酮血症（ketonemia） 酮症酸中毒(ketoacidosis) 尿中出现酮体 酮尿症(ketonuria) 酮症酸中毒是临床上较常见的酸中毒，严重时可危及生命。,4. 酮体生成的调节 （1）饱食和饥饿的影响 饱食胰岛素脂肪动员酮体生成 饥饿胰高血糖素脂肪动员酮体生成 （2） 肝细胞糖原含量及代谢的影响 肝糖原丰富，糖代谢旺盛FFATGPL 酮体生成 肝糖原不足，糖代谢减弱FFA 氧化酮体生成 （

20、3） 丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体 糖代乙酰CoA柠檬酸 乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA生成,（）,原料: 3-磷酸甘油+脂酰-CoA 一、磷酸甘油的形成：来源有两个,3-磷酸甘油脱氢酶,NAD+,NADH+H+,甘油激酶,3-磷酸-甘油,EMP,脂肪降解,磷酸二羟丙酮,甘油,第三节 脂肪酸的合成, 饱和脂肪酸的从头合成,基本过程：乙酰CoA软脂酸其它脂肪酸 细胞内定位：细胞质,二、脂 肪 酸 的 生 物 合 成,1. 乙酰CoA（碳源）的来源及转运,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）,丙二酸单酰CoA的形成（来自乙酰C

21、oA 和碳酸盐）,一分子软脂酸合成时，8个2C单位中，1个为乙酰CoA，其它7个为丙二酸单酰CoA参与合成。,+ADP+Pi,乙酰CoA羧化酶, 反 应 历 程,乙酰基转移反应,CH3-CSACP,=,O,ACP-SH,-酮酰-ACP合酶,丙二酸单酰基转移反应,COA-SH,ACP-SH,乙酰-CoA：ACP转酰酶,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,-酮酰-ACP合酶,+合酶-SH+CO2,还原反应,+NADPH+ + H +,-酮酰-ACP还原酶,+NADP+,D-羟丁酰-ACP,脱水反应,=,-,C,-,-羟酰-ACP脱水酶,+H2O,（2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）,再还原

22、反应,-,-,=,-,3 2,+NADPH+H+,-烯酰-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,软脂酰-ACP,软脂酰-ACP硫酯酶,ACP+软脂酸（棕榈酸）,释放,H2O,由于缩合反应中， -酮酰-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。,总反应式,8CH3-CSCOA,=,O,+7ATP

23、+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？,反应中所需的NADPH+H+约有40%来自HMS途径，其余的60%可由EMP中生成的NADH+H+间接转化提供,NADH+H +草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,苹果酸+NAD+,苹果酸+NADP+,苹果酸酶,丙酮酸+CO2+NADPH+H +,总反应：,NADH+H+NADP+ +草酰乙酸,丙酮酸+CO2+NADPH+H+NAD+,奇数碳原子饱和脂肪酸合成以丙二酸单酰ACP为起始物，逐加入 的二碳也是丙二酸单酰ACP。,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 细胞质 线粒 体 酰基载体 ACP-SH COA-SH 转运机制 三羧酸转运机制 肉碱载体系统 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129或106ATP, 脂 肪 酸 碳