1、第十一章 脂类的代谢与合成,第一节 脂类的酶促水解 第二节 脂肪的分解代谢 第三节 脂肪的合成,第一节 脂类的酶促水解1,能量来源:氧化1克脂肪放出能量约9千卡,是蛋白质或糖的近2.0倍 结构物质:如磷脂、糖脂、固醇等是构成生物膜的重要结构物质 功能物质:如脂肪能够帮助食物中脂溶性维生素的吸收,脂类的作用,第一节 脂类的酶促水解2,一、脂肪的分解 二、磷脂的分解 三、胆固醇酯的分解,一、脂肪的分解,脂肪,R1COO,R3COO,R2COO,甘油一酯,甘油,甘油二酯,+,+,+,三酰甘油脂肪 酶,二酰甘油脂肪 酶,单酰甘油脂肪 酶,第一步的脂肪酶对激素敏感,是限制酯解速度的限速酶,磷脂酶A1(B
2、1),磷脂酶A2(B2),磷脂酶C,磷脂酶D,参加磷脂分解的酶主要有磷脂酶A1、A2、B1、B2、C和D等。它们对磷脂分子的不同部位进行水解,2,(南大P361),三、胆固醇酯的分解,胆固醇酯,可由胆固醇酯酶水解为胆固醇和脂肪酸。,第二节 脂肪的分解代谢,一、甘油的氧化 二、脂肪酸的氧化 三、脂肪酸氧化的其他途径四、酮体的生成和利用,一、甘油的氧化,NADH +H+,NAD+,ATP,ADP,甘油激酶,磷酸酶,磷酸甘油脱氢酶,EMP逆行,EMP顺行,6P葡萄糖,葡萄糖,糖原,丙酮酸,乙酰COA,CO2 H2O 能量,甘油,磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,3磷酸甘油醛,二、脂肪酸的氧化1(实验1),kn
3、oop于1904年开始用苯环作为标记,追踪脂肪酸在动物体内的转变过程。 实验前提:已知动物体缺乏降解苯环的能力。 实验方案:用五种含碳原子数目不同(1、2、3、4、5)的苯脂酸饲养动物,收集尿液分析。 实验结果:动物食进的苯脂酸含有奇数碳原子(苯基的碳原子不计)排出马尿酸;而食进的苯脂酸含有偶数碳原子则排出苯乙尿酸。,-氧化的实验证据1,二、脂肪酸的氧化1(实验2),-氧化的实验证据2,马尿酸,苯乙尿酸,二、脂肪酸的氧化2(实验3),实验结论:动物体在进行脂肪酸降解时,是从羧基端的 位碳原子开始,逐步将碳原子成对地从脂肪酸链上切下,而不是一个个地拆除。在这些实验的基础上,他提出了脂肪酸的 氧化
4、学说。,-氧化的实验证据3,二、脂肪酸的氧化3(概念),R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,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。,二、脂肪酸的氧化4,1944年Leloir证实脂肪酸可以在无细胞体系中氧化。 Lehniger指出肝脏细胞线粒体中脂肪酸的氧化包含有“活化的乙酸”参与。 1951年Lynen利用酵母进行研究,证实“活化的乙酸”是乙酰COA。 1954年脂肪酸氧化作用的基本过程已完全搞清。,关于-氧化的研究的经历:,二、脂肪
5、酸的氧化5(目录),(一)氧化的反应过程 (二)氧化作用的要点 (三)氧化过程中的能量转变,(一)氧化的反应过程,1脂肪酸的活化2脂肪酸经线粒体膜外至膜内的转运3脂肪酸氧化作用的步骤,1脂肪酸的活化1(反应1),脂肪酸进入细胞后,首先被活化,形成脂酰COA衍生物。,脂酰COA合成酶,脂肪酸,脂酰磷酸腺苷,ATP,AMP,1脂肪酸的活化1(反应2),脂酰磷酸腺苷,脂酰COA,1脂肪酸的活化2(酶),内质网脂酰辅酶A合成酶(acyl-COA synthetase),也称硫激酶,可活化具有12个碳原子以上的长链脂肪酸。 线粒体脂酰辅酶A合成酶,可活化具有4-10个碳原子的中链或短链脂肪酸,催化的反应
6、需ATP参加 。,细胞内有两种活化脂肪酸的酶:,2脂肪酸经过线粒体膜1(总),脂肪酸的氧化作用是在肝脏及其他组织的线粒体中进行的。 中短碳链脂肪酸可以直接穿过线粒体膜进入线粒体内膜。 长链脂肪酸在肉碱的协助下进入线粒体内氧化。 肉碱是一种载体,可将脂肪酸以脂酰基形式从线粒体膜外转运到膜内。,2脂肪酸经过线粒体膜2(肉碱),肉碱,L羟基三甲基铵基丁酸,2脂肪酸经过线粒体膜3(机制),肉碱,脂酰COA,COA,脂酰肉碱,载 体(移位酶),细胞质一侧,线粒体基质一侧,线粒体内膜,脂酰COA,COA,肉碱,脂酰肉碱,脂肪酸透过线粒体膜的机制,2脂肪酸经过线粒体膜4(反应),肉碱,脂酰COA,脂酰肉碱,
7、=0,3脂肪酸氧化作用的步骤1,反式烯脂酰CoA,1,脱氢,脂酰CoA,-和-碳原子上各脱去一个氢原子,3脂肪酸氧化作用的步骤2,L(+)-羟脂酰CoA,2,水化,反式烯脂酰CoA,3脂肪酸氧化作用的步骤3,3,再脱氢,-酮脂酰CoA,L(+)-羟脂酰CoA,3脂肪酸氧化作用的步骤4,-酮脂酰CoA与CoA作用,生成1分子乙酰CoA和1分子比原来少两个碳原子的脂酰CoA 少了两个碳原子的脂酰CoA ,可以重复上述反应过程,一直到完全分解成乙酰CoA。,4,硫解,(二)氧化作用的要点,(1)脂肪酸仅需一次活化,其代价是消耗1个ATP分子的二个高能键,其活化的脂酰COA合成酶在线粒体外。 (2)脂
8、酰COA合成酶在线粒体外活化的长链脂酰COA需经肉碱携带,在肉碱转移酶I催化下进入线粒体氧化。 (3)所有脂肪酸氧化的酶都是线粒体酶。 (4)氧化包括脱氢水化脱氢硫解4个复重步骤。,第(1)步氢转递FADFADH2 H2O+2ATP,(三)氧化过程的能量转变1,第(2)步氢转递 NAD+NAD+H+ H2O+3ATP,呼吸链,生成的乙酰辅酶A 12ATP,呼吸链,三羧酸循环,(三)氧化过程的能量转变2,氧化经过7次,生成:7个FADH2 = 27个ATP7个NADH = 37个ATP8个乙酰COA=128个ATP共计131个ATP 软脂酸开始氧化生成软脂酰COA时消耗2个ATP,所以,产生12
9、9个ATP,以软脂酸(C15H31COOH)为例,三、脂肪酸氧化的其他途径,(1)不饱和脂肪酸的氧化 (2)奇数碳链脂肪酸的氧化 (3)氧化和氧化(南大P380381自学),四、酮体的生成和利用1,脂肪酸氧化所生成的乙酰COA在肝脏中可有两条途径: (1)通过三羧酸循环氧化成CO2、H20,同时产生能量 (2)生成酮体,四、酮体的生成和利用2,1酮体的生成2酮体的氧化(分解),1酮体的生成1,在肝脏中脂肪酸的氧化不很完全,二分子乙酰辅酶A可以缩合成乙酰乙酰COA;乙酰乙酰COA再与一分子乙酰COA缩合成羟甲基戊二酰COA;后者裂解成乙酰乙酸。乙酰乙酸还可以脱羧生成酮体(丙酮、 羟丁酸) 。,1
10、酮体的生成2,酮体,2酮体的氧化(分解),1,在肝脏中形成的乙酰乙酸和羟丁酸入血液循环到心、胃、脑及肌肉中通过三羧酸循环氧化。羟丁酸首先氧化成酮酸,然后酮酸在琥珀酰COA转硫酶(心肌、骨骼肌、肾、肾上腺组织中)或乙酰乙酸硫激酶(骨骼肌、心及肾等组织中)的作用下,生成乙酰乙酰COA,再与第二个分子COA作用形成两分子乙酰COA。乙酰COA进入三羧酸循环而氧化。 2,酮体的另一化合物丙酮除随尿排出外,有一部分直接从肺部呼出。丙酮在体内也可转变成丙酮酸或甲酰及乙酰基。丙酮酸可以氧化,也可以合成糖原。,(南大P383图1014),2酮体的氧化(图解1),CH3COCH2COO OOCCH2CH2COS
11、COA,琥珀酰辅酶A转硫酶,CH3COCH2COSCOA OOCCH2CH2COO ,乙酰乙酸,琥珀酰辅酶A,乙酰乙酰辅酶A,琥珀酸,2酮体的氧化(图解2),CH3COCH2COO COASHATP,乙酰乙酸硫激酶,CH3COCH2COSCOA AMP PPi,乙酰乙酸,乙酰乙酰辅酶A,CH3COCH2COSCOA COASH,2CH3COASH,乙酰乙酰辅酶A,辅酶A,乙酰辅酶A,辅酶A,脂肪的分解代谢总结,脂肪代谢主要途径(南大P366图103),第三节 脂肪的合成,一,甘油的生物合成 二,脂肪酸的生物合成 三,脂肪的生物合成,第三节 脂肪的合成,1由糖酵解产生的磷酸二羟丙酮还原而成 2脂
12、肪水解产生的甘油与ATP作用而成,一、甘油的生物合成 磷酸甘油的合成,一、甘油的生物合成(方式1),1由糖酵解产生的磷酸二羟丙酮还原而成,NADH+H+,NAD +,CH2O- P,OHC=O,CH2OH,磷酸二羟丙酮,甘油磷酸脱氢酶,L- 磷酸甘油,一、甘油的生物合成2(方式2),2脂肪水解产生的甘油与ATP作用而成,ATP,ADP,CH2O- P,OHC=O,CH2OH,甘油磷酸激酶,L- 磷酸甘油,CH2OH,OHCH,CH2OH,甘油,二、脂肪酸的生物合成,(一)饱和脂肪酸的生物合成(二)不饱和脂肪酸的生物合成,(一)饱和脂肪酸的生物合成,1由非线粒体酶系(细胞浆酶)合成从头合成2饱和
13、脂酸碳链延长的合成途径,1由非线粒体酶系从头合成1(1),生物机体脂类合成是十分活跃的,特别在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。 脂肪酸合成的碳源主要来自糖酵解产生的乙酰辅酶A,其合成与氧化降解步骤完全不同,合成是在胞液中进行,需CO2和柠檬酸参加。,乙酰辅酶A的来源1,1由非线粒体酶系从头合成1(2),乙酰辅酶A的来源2,柠檬酸,草酰乙酸,丙酮酸,H2O ATP CO2,乙酰辅酶A,丙酮酸羧化酶,线粒体内膜,线粒体基质,胞液,三羧酸载体,柠檬酸,草酰乙酸,乙酰CoA,ATP,CoASH,柠檬酸裂解酶,苹果酸,丙酮酸,NADH+H+,NAD+,NADP+,NADPH+H+,CO2,丙酮酸
14、氧化脂肪酸氧化氨基酸氧化,苹果酸,脂肪酸合成,苹果酸酶,1由非线粒体酶系从头合成2(总),即丙二酰COA(C3片段)与乙酰COA(C2片段)缩合,然后脱羧生成乙酰乙酰基(C4片段),即延长了2个碳原子,为脂肪酸合成的第一轮产物。 依此过程合成,就延长了许多碳。但在丙二酰基及乙酰基合成前均在转酰酶作用下从辅酶A转移到一种蛋白质,即酰基载体蛋白(ACP)上。,1由非线粒体酶系从头合成(1),第一阶段:乙酰COA 丙二酸单酰ACP的生成 (南大P368图104) 第二阶段:丙二酸单酰 ACP丁酰SACP (南大P370图106),1由非线粒体酶系从头合成(1),+ADP+PiH+,乙酰CoA羧化酶,
15、乙酰CoA,丙二酸单酰COA,第一阶段1丙二酸单酰COA的生成,1由非线粒体酶系从头合成(2),=,O,COA-SH,ACP-SH,ACP乙酰基转移酶,第一阶段2乙酰基转移反应,CH3-CSACPCOA,乙酰COA,乙酰COAS-ACP,1由非线粒体酶系从头合成(3),第一阶段3丙二酸单酰基转移反应,HOOC-CH2-CSCOA,+ACP-SH,丙二酸单酰转移酶,+COA-SH,丙二酸单酰COA,丙二酸单酰-S-ACP,1由非线粒体酶系从头合成(1),第二阶段1缩合反应,CH3-CS-ACP+,=,O,+ACP+CO2,丙二酸单酰-S-ACP,乙酰-S-ACP,脂酰丙二酰ACP缩合酶,乙酰乙酰
16、-S-ACP,1由非线粒体酶系从头合成(2),+NADPH+ + H +,-酮脂酰-ACP还原酶,CH3-CH-CH2-CSACP + NADP+,O,-,OH,=,-羟丁酰-S-ACP,第二阶段2还原反应,乙酰乙酰-S-ACP,1由非线粒体酶系从头合成(3),第二阶段3脱水反应,CH3-CH-CH2-CSACP,O,-,OH,=,-羟丁酰-S-ACP,=,-,C,-,-羟脂酰-ACP脱水酶,烯丁酰-S-ACP,+H2O,1由非线粒体酶系从头合成(4),第二阶段4再还原反应,+NADPH+H+,烯酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH2-CSACP,O,=,+NADP+,=,-,C,-,烯丁酰
17、-S-ACP,丁酰-S-ACP,1由非线粒体酶系从头合成4,因此软脂酸的从头合成的总反应式为,CH3-CSCOA+,=,O,+7ATP+14NADPH+14H +,C15H31 COO ,+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+6H2O +7CO2,7CH2-COSCOA,COO,2饱和脂肪酸碳链延长的途径,(南大P372,工科P183184),(二)不饱和脂肪酸的生物合成,1氧化脱氢途径2氧化、脱水途径(南大P373374),1氧化脱氢途径1,NADH+H+,NAD+,CH3(CH2)16COOH,CH3(CH2)7CH=CH (CH2)7 COOH,O2,H2O,硬脂酸,
18、油酸,1氧化脱氢途径2,NADH+H+,NAD+,FAD,FADH2,NADHCytb5还原酶,2Fe2+,2Fe3+,Cytb5,2Fe3+,2Fe2+,去饱和酶,不饱和脂酰CoA,饱和脂酰CoA,2H+ +O2,2H2O,2氧化、脱水途径,CH3(CH2) 6CH2 CH2- COOH,CH3(CH2)7CH=CH (CH2)7 COOH,油酸,-氧化,CH3(CH2) 6CH=CHCOOH,脱水,碳链延长,十碳脂酸, 羟十碳脂酸,烯十碳脂酸,三、脂肪的生物合成1(三酰甘油 ),原料: 3- p 甘油+脂酰-CoA,三、脂肪的生物合成2(甘油来源 ),磷酸二羟丙酮,3磷酸甘油,甘油磷酸脱氢
19、酶,NAD+,NADH+H+,甘油激酶,EMP,脂肪降解,3- p 甘油的来源,甘油,ADP,ATP,3磷酸甘油,三、脂肪的生物合成3(脂酰CoA 来源),脂酰-CoA 的来源,RCOOH CoASH,RCOSCoA PPi,脂酸硫激酶,Mg2,AMP,ATP,三、脂肪的生物合成4(合成过程1),CH2OH,HO-CH,CH2O-P,-,-,=,COA-SH,R1-CSCOA,O,磷酸甘油脂酰转移酶,CH2O-C-R1,HO-CH,CH2O-P,-,-,O,=,溶血磷脂酸,磷脂酸,CH2O-C-R1,R2-C-OCH,CH2O-P,-,-,O,=,R1-CSCOA,O,=,COA-SH,3磷酸甘油,三、脂肪的生物合成4(合成过程2),二酰甘油的生成,-,Pi,H2O,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2OH,-,O,=,O,=,磷酸酶,磷脂酸,CH2O-C-R1,R2-C-OCH,CH2O-P,-,-,O,=,二酰甘油,COA-SH,R3-CSCOA,三、脂肪的生物合成4(合成过程3),-,CH2O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2OH,-,O,=,O,=,二酰甘油,三酰甘油的生成,二酰甘油脂酰转移酶,=,O,三酰甘油,三、脂肪的生物合成5(与糖分解关系),南大P376图109,