1、第9章、脂类代谢 Metabolism of Lipid,第一节、 脂类概述,第二节、甘油三酯的代谢,第三节、磷脂代谢,1,1.定义：脂 类(lipid)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。包括脂肪(fat)和类脂(lipoid)。,三脂酰甘油 (triacylglycerols, TAG)也称为甘油三酯 (triglyceride, TG),胆固醇 (cholesterol, CHOL) 胆固醇酯 (cholesterol ester, CE) 磷脂 (phospholipid, PL) 鞘脂 (sphingolipids),2,第一节、 脂类概述,（脂酸与醇结合成
2、脂）,2. 脂类物质的基本组成,脂酸与甘油结合：甘油三脂、甘油磷脂,3,X = 胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、 肌醇、磷脂酰甘油等,甘油磷脂,4,脂酸与鞘氨醇结合：,基本结构,FA,Sphingosine,X,5,胆固醇酯,FA,胆固醇,脂酸与胆固醇结合,FA,6,胆固醇及其脂 Cholesterol ,CHOL Cholesterol Ester, CE,磷脂 Phospholipids, PL,鞘脂 Sphingolipids,Triacylglycerols (TAG) or Triglyceride (TG ),7,8,常见的不饱和脂肪酸,8,3. 脂类的分布与功能,9,10,细胞膜
3、中的脂类,甘油三酯的代谢Metabolism of Triglyceride,第二节,11,2.1 甘油三酯的分解代谢甘油的氧化脂酸的氧化脂酸的其他氧化方式酮体的生成和利用 2.2 甘油三酯的合成代谢 2.3 多不饱和脂酸的重要衍生物,本节主要内容,12,2.1、甘油三酯的分解代谢,脂 类,甘 油,游离脂肪酸,氧化,乙酰CoA,TAC,磷酸二羟丙酮,糖异生或有氧氧化,13,14,15,15,CH2OH CHOH CH2OH,丙三醇,一酰基甘油,（二）甘油经糖代谢途径代谢,-磷酸甘油脱氢酶,NAD+,NADH+H+,糖异生,糖原或者葡萄糖,氧化分解,CO2+H2O+ATP,16,糖代谢与脂代谢通
4、过磷酸二羟丙酮联系起来。,（三）脂肪酸经-氧化分解供能,17,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.,动物-氧化在线粒体基质中进行 植物-氧化在过氧化物酶体和乙醛酸循环体进行,1. 脂酸的活化形式为脂酰CoA（胞液）,脂酰CoA合成酶,ATP AMP PPi,脂酰CoA合成酶存在于内质网及线粒体外膜上。 脂肪酸分解过程中唯一耗能，消耗2个高能PPi， 反应不可逆,+CoA-SH,脂肪酸氧化反应过程,第一阶段：脂肪酸的活化 第二阶段：脂酰CoA进入
5、线粒体 第三阶段：脂酰CoA 的-氧化 第四阶段：乙酰CoA的彻底氧化,2.脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体，是脂酸-氧化的主要限速步骤,肉碱脂酰转移酶 （carnitine acyl transferase ）是脂酸-氧化的限速酶。,19,3. 脂酸的-氧化的最终产物主要是乙酰CoA,脂酸的-氧化过程：,脱氢,加水,再脱氢,硫解,脂酰CoA,L-羟脂酰CoA,-酮脂酰CoA,脂酰CoA+乙酰CoA,20,-氧化过程：,脱氢,H,R C C CSCoA,H,H,H,呼吸链,1.5 ATP,21,加水,R C C CSCoA,H,H,22,再脱氢,R C C CSCoA,H,H,O,H,H,呼吸链
6、,2.5 ATP,23,硫解,SCoA,H,24,-氧化循环的反应过程,26,活化：消耗2个高能磷酸键,-氧化：,每轮循环 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解产物：1分子乙酰CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH+H+ 1分子FADH2,4. 脂酸氧化是体内能量重要来源, 以16碳软脂酸的氧化为例,27,28,16C的脂肪酸氧化的生化历程,乙酰CoA,RCH2CH2CO-SCoA,脂酰CoA 脱氢酶,脂酰CoA,-烯脂酰CoA 水化酶,-羟脂酰CoA 脱氢酶,-酮酯酰CoA 硫解酶,RCHOHCH2COScoA,RCOCH2CO-SCoA,RCH=CH-CO-SCoA,+,
7、CH3COSCoA,R-COScoA,经过7次循环，产生7个 NADH，7个FADH2， 8分子乙酰COA。,29,净生成：108 2 = 106 ATP,7次-氧化,8 乙酰CoA,CH3(CH2)14COOH,7 NADH,7 FADH2,10 ATP ,2.5 ATP ,1.5 ATP ,108 ATP,能 量 计 算（以16碳饱和软脂酸的氧化为例）,活 化：消耗2个高能磷酸键,30,进入TCA循环，彻底氧化分解，生成CO2+H2O,放出能量。 作为脂肪酸、固醇合成的原料。 某些植物、微生物中，可在乙醛酸体内进行乙醛酸循环。,4.产物乙酰-CoA的去向,1.不饱和脂酸的氧化,（三）脂酸的
8、其他氧化方式,31,亚油酰CoA （9顺，12顺）,3次氧化,十二碳二烯脂酰CoA （3顺，6顺）,十二碳二烯脂酰CoA （ 2反， 6顺）,3顺, 2反-烯脂酰CoA异构酶,2次氧化,32,八碳烯脂酰CoA （ 2顺）,D(+)-羟八碳脂酰CoA,L(-)-羟八碳脂酰CoA,4 乙酰CoA,4次氧化,-羟脂酰CoA表构酶,烯脂酰CoA水化酶,33,2.奇数碳原子脂酸的氧化丙酰CoA,Ile Met Thr Val 奇数碳脂酸 胆固醇侧链,CH3CH2COCoA,D-甲基丙二酰CoA,L-甲基丙二酰CoA,琥珀酰CoA,TAC,34,35,35,CH3(CH2)nCOO-,HOCH2(CH2)
9、nCOO-,-OOC(CH2)nCOO-,3、-氧化和-氧化,RCH2COOH,RCH(OH)COOH,RCOCOOH,RCOOH + CO2,36,二、甘油三酯的合成代谢,37,乙酰CoA羧化酶 (acetyl CoA carboxylase)是脂肪酸合成的限速酶，存在于胞液中，其辅基是生物素，Mn2+是其激活剂。催化丙二酰CoA的合成。,脂肪酸合酶复合体，该酶是由两个亚基组成的二聚体，每个亚基都含有多个功能结构域和一个酰基载体蛋白(acyl carrier protein，ACP)。脂肪酸合成的各步反应均在ACP辅基上进行。,(1) 脂肪酸合成酶系,37,（一）饱和脂肪酸的从头合成 （二）
10、脂肪酸碳链的延长 （三）脂肪酸链中不饱和键的形成 （四）脂肪酸合成的调节,一) 脂肪酸的合成,（一）饱和脂肪酸的从头合成,1. 合成部位：胞液中。,(2)NADPH的来源,主要来源是磷酸戊糖途径，胞液中异柠檬酸脱氢酶及苹果酸酶催化的反应亦可提供。,乙酰CoA、ATP、NADPH,2. 合成原料,(1)乙酰CoA的主要来源,乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过 柠檬酸-丙酮酸循环(citrate pyruvate cycle)出线粒体。,38,乙酰CoA,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,苹果酸酶,苹果酸,CO2,柠檬酸-丙酮酸循环,苹果酸脱氢酶,
11、39,1. 乙酰CoA的形成,40,2. 丙二酸单酰CoA的形成,乙酰CoA是合成的碳源，丙二酸单酰CoA是合成的直接原料。一分子软脂酸合成时，8个2C单位中，1个为乙酰CoA，其它7个以丙二酸单酰CoA直接参与合成。,+ADP + Pi,乙酰CoA羧化酶,41,BCCP,3. 脂肪酸链的形成,ACP,乙酰CoA-ACP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,脂酰基载体蛋白（ACP-SH）,脂肪酸合酶系统（大肠杆菌）,4-磷酸泛酰巯基乙胺,作用：如同一长的“转动臂”，带动脂肪合成的中间产物逐步转至六个酶
12、的活性中心并发生相应反应。,43,原核生物的脂肪酸合成酶系,边缘巯基,中心巯基,44,ACP-SH,CH3-CS-合酶,-酮脂酰-ACP合酶,乙酰基转移反应,CH3-CSCOA,=,O,CH3-CSACP,=,O,=,O,丙二酸单酰基转移反应,COA-SH,ACP-SH,乙酰CoA-ACP酰基转移酶,HOOC-CH2-CSCOA,+ACP-SH,HOOC-CH2-CSACP+COA-SH,O,=,丙二酸单酰CoA-ACP转移酶,O,=,（2）脂肪酸链的形成过程,O CH3C-S,|,SH,SH,CH3CO-S,HOOCCH2CO-S,45,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,HOOC-CH
13、2-CSACP,O,=,-酮脂酰-ACP合酶,CH3-C-CH2-CSACP,O,=,O,=,+合酶-SH+CO2,还原反应,CH3-C-CH2-CSACP,O,=,O,=,+NADPH+ + H +,-酮脂酰-ACP还原酶,CH3-CH-CH2-CSACP,O,-,OH,=,+ NADP+,-羟丁酰-ACP,46,脱水反应,CH3-CH-CH2-CSACP,O,OH,=,=,O,CH3CH=CHCSACP,-羟脂酰-ACP脱水酶,+H2O,再还原反应,-烯脂酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH-CSACP,O,=,+ NADP+,丁酰-ACP,+NADPH+H+,-烯脂酰-ACP,-烯脂酰
14、-ACP,=,O,CH3CH=CHCSACP,47,丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，合成脂酰-ACP。,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。,丙二酸单酰CoA-ACP转移酶,-酮脂酰-ACP合酶,48,软脂酸合成的反应流程,进位,链的延伸,水解,乙酰CoA-ACP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,(2) 软脂酸合成过程,-酮丁酰ACP,-羟丁酰ACP,-烯丁
15、酰ACP,丁酰ACP,软脂酰ACP,软脂酸,乙酰CoA,丙二酰CoA,乙酰ACP,丙二酰ACP,乙酰CoA羧化酶,CO2,ATP,ADP,合酶复合体,HSCoA,转酰酶,合酶复合体,HSCoA,转酰酶,ACP+ CO2,NADP+,NADPH+H+,H2O,NADP+,NADPH+H+,H2O,ACP,-酮脂酰合成酶,-酮脂酰还原酶,-羟脂酰水化酶,-烯脂酰还原酶,硫酯酶,再经6轮循环,1CH3COSCoA 7HOOCCH2COSCoA 14NADPH+H+,1CH3(CH2)14COOH7 CO2 6H2O8HSCoA 14NADP+,总反应,脱羧缩合,加氢,脱水,再加氢,49,二) -磷酸
16、甘油的来源,(1)-磷酸甘油主要由糖类代谢提供,(2) 游离甘油在甘油激酶作用下合成-磷酸甘油。,磷酸二羟丙酮,磷酸甘油脱氢酶,NAD+,NADH+H,-磷酸甘油,50,三)甘油三酯的合成过程,51,52,第三节 磷脂的代谢 Metabolism of Phospholipid,53,定义：含磷酸的脂类称磷酯。,分类、结构,甘油磷脂(phosphoglycerides)由甘油构成的磷酯（体内含量最多的磷脂）,鞘 磷 脂 (sphingolipids)由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成的磷脂,54,甘油磷脂与鞘磷脂的分子组成,55,（一）甘油磷脂,组成：甘油、脂酸、磷脂、含氮化合物。,结构：,功能：含一个
17、极性头、两条疏水尾，构成生物膜的磷脂双分子层。,1.R1为饱和脂酸 2.R2通常为多不饱和脂肪酸（如花生四烯酸） 3. X = 胆碱、水、乙醇 胺、 丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等,56,几类重要的甘油磷脂,57,磷脂酰肌醇 (phosphatidyl inositol),磷脂酰丝氨酸 (phosphatidyl serine),58,(二)鞘磷酯（由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成）,鞘氨醇的氨基通过酰胺键与1分子长链脂酸相连形成神经酰胺(ceramide)，为鞘脂的母体结构。,59,鞘脂(sphingolipids) 含鞘氨醇(sphingosine)或二氢鞘氨醇的脂类。,60,X磷脂胆碱 、磷脂
18、乙醇胺、单糖或寡糖,按取代基X的不同，鞘脂分为：鞘糖酯、鞘磷脂,61,神经鞘磷脂是神经髓鞘的组分，保证神经冲动定向传导。,二、磷脂在体内具有重要的生理功能,磷脂是构成生物膜的重要成分,卵磷脂存在于细胞膜中 心磷脂是线粒体膜的主要脂质,磷脂酰肌醇是第二信使的前体,鞘糖脂为生物膜的组成成分，参与细胞的识别与信息传递,62,合成部位,合成原料及辅因子,三、甘油磷脂的代谢,（一）甘油磷脂的合成,细胞中的内质网。,脂酸、甘油糖代谢； 磷酸盐、胆碱、乙醇胺丝氨酸； ATP、CTP 供能。,63,64,65,3. 合成基本过程,（1）甘油二酯合成途径,66,（2）CDP-甘油二酯合成途径,67,1. 鞘脂(
19、sphingolipids),(一)鞘脂化学组成及结构,2.鞘脂的结构通式,m多为12；n多在1222之间。,X 磷脂胆碱 、磷脂乙醇胺单糖或寡糖,鞘脂按取代基X的不同可分为：鞘糖脂、鞘磷脂。,四、鞘磷酯的代谢,68,(二)鞘磷脂的代谢,(1)鞘氨醇的合成,部位：细胞内质网。 原料：软脂酰CoA、丝氨酸、磷酸吡哆醛NADPH+H+及FAD。,NADPH+H+,FADH2,FAD,OH NH2,NADP+,CH3(CH2)14CH-CHCH.2OH,二氢鞘氨醇,1.神经鞘磷脂的合成代谢,69,(2) N-脂酰鞘氨醇的合成,CH3(CH2)12CH=CHCH-CHCH2OH,OH NH2,鞘氨醇,
20、RCOCoA,HSCoA,(3)神经鞘磷脂的合成,神经鞘磷脂,脂酰基转移酶,70,第四节 胆固醇代谢 Metabolism of Cholesterol,71,胆固醇的结构、分布和生理功能 胆固醇的合成合成部位合成原料合成过程合成调节 胆固醇的转化,本节主要内容：,72,胆固醇(cholesterol)结构：,固醇共同结构： 环戊烷多氢菲,概述,73,植物(29碳),酵母(28碳),74,胆固醇的生理功能,是生物膜的重要成分，对控制生物膜的流动性有重要作用；,75,一、胆固醇的合成原料为乙酰CoA和NADPH,细胞定位：胞液、光面内质网,（一）合成部位,76,1分子胆固醇,18乙酰CoA + 36ATP + 16(NADPH+H+),葡萄糖有氧氧化,磷酸戊糖途径,乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环出线粒体,（二）合成原料,（三）合成基本过程,77,甲羟戊酸的合成,78,鲨烯的合成,胆固醇的合成,79,二、胆固醇的酯化,(一)胞内胆固醇的酯化,1.游离胆固醇被酯化生成胆固醇酯的过程，称胆固醇酯化。 2.细胞内存在脂酰CoA胆固醇脂酰转移酶 (ACAT)。,胆固醇,ACAT,脂酰CoA,HS-CoA,80,
