1、第七章 脂类代谢(Lipid Metabolism),脂类分子也含C、H、O 3种元素,但H:O远大于2,有些脂含P和N,各种脂类分子的结构可以差异很大 脂类不溶于水,可溶于非极性溶剂,脂类,脂肪:甘油三酯(脂肪酸与甘油),类脂,固醇类,磷脂,糖脂,脂 类 (Lipid Classes),脂肪酸有饱和脂肪酸(硬、软脂酸)和不饱和脂肪酸(亚油酸、亚麻酸、油酸),功能,脂肪是氧化供能和储存能量的物质,脂肪氧化时产生的能量大约是糖氧化时的二倍 类脂是组成生物细胞膜的必要成分 生物表面的保护层/保持体温/生物活性物质 许多脂类还是合成体内某些活性物质的原料,如胆固醇胆汁酸、VitD3、肾上腺皮质激素、
2、性激素;高度不饱和脂肪酸磷脂、前列腺素。,第一节、脂肪(Fat)的分解代谢,一.脂肪的水解,第一步为限速步骤,磷酸化的脂肪酶有活性; 酶:脂肪细胞(动物);脂体、油体、乙醛酸循环体(植物),甘油,二、甘油的氧化,磷酸二羟丙酮就是联系甘油代谢与糖代谢的关键物质 动物的甘油需要运到肝细胞中进行氧化分解,甘油彻底氧化分解的能量计算,甘油 - ATP 3-磷酸甘油 + NADH 磷酸二羟丙酮EMP + NADH + 2ATP丙酮酸 + NADH乙酰CoATCA + 3NADH + FADH2 + GTPCO2 + H2O合计:20(或22) ATP,三、脂肪酸的氧化分解,饱和脂肪酸,-氧化-氧化-氧化
3、,单不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸,奇数C原子脂肪酸,1、-氧化概念:在一系列酶的作用下,脂肪酸的,碳原子上脱氢氧化并断裂,使碳原子成双成对地断裂下来,这一过程称为-氧化。脂肪酸最后被完全氧化生成乙酰CoA。,(一)、脂肪酸的-氧化,. 脂肪酸-氧化实验证据,苯乙酸,苯甲酸,1904年 F.Knoop 前提:已知动物体内不能降解苯环 方案:苯基标记的饱和脂肪酸饲喂动物,活化,水化,脱氢,硫解,乙酰CoA,脱氢,转运,细胞质,线粒体基质,产物,3. -氧化的反应历程:,+,+,ATP,脂酰CoA,中间产物,(1)脂肪酸的活化-脂酰CoA的形成细胞定位:胞液(细胞质),C4 C10脂肪酸
4、 直接穿越 线粒体内活化 C12脂肪酸 细胞质中活化 转运入线粒体,(2)脂酰CoA进入线粒体,肉毒碱 CPTI CPTII 移位酶,在线粒体中,脂酰CoA每进行一次-氧化要经过脱氢、加水、再脱氢 、硫解四步,生成一分子比原来少两个碳原子的脂酰CoA及一分子乙酰CoA。,(3)脂酰CoA进行氧化、裂解(线粒体),脱氢(以下反应在线粒体基质中),水化,再脱氢,硫解,、关于-氧化的几个问题,细胞定位:线粒体基质 脂酰CoA线粒体膜的穿过载体:肉毒碱,乙酰CoA脂肪酸乙醛酸循环(植、微)琥珀酸OAAPEP糖(糖异生)Asp,乙酰CoA的去路: 进入TCA循环彻底氧化;或进入乙醛酸循环;也可作为合成脂
5、肪,糖和某些氨基酸的原料,脂肪酸氧化的能量生成(软脂酸),C15H31COSCoA形成: -2ATP -氧化阶段:7次-氧化 每次-氧化生成 1(NADHH+ )+1FADH 7(NADH+H+)3 7FADH2 2 = 35ATP 8个CH3COSCoATCA 1个乙酰CoACO2+H2O,可生成3(NADH+H+) +FADH2+底物水平磷酸化 ATP8(3 3+2+1) = 96ATP -2ATP +35ATP+96ATP = 129ATP,计算公式:12 +5 ( -1) 2 =8.5n-7,O2,+ CO2,(二)脂肪酸的-氧化(1956,Stnmpf,P.K),底物:带支链的脂肪酸
6、、奇数脂肪酸、过长的脂肪酸, 植物种子和叶子中、动物脑和肝细胞,定义:以游离脂肪酸为底物,在分子氧的参与下生成D羟脂肪酸或氢过氧化脂肪酸,然后进一步氧化脱羧,生成少一个碳原子的脂肪酸。,(三)脂肪酸的-氧化(动物,12个碳以上),定义:脂肪酸 碳原子被氧化成羟甲基,继而再氧化成羧基,从而形成,二羧酸的过程。 生成的,二羧酸可同时从两端进行氧化。,动物体内12C的脂肪酸(微粒体)(非主导) 植物体内端具有含氧官能团(羟基、醛基或羧基)的脂肪酸 微生物,(四)、不饱和脂肪酸的氧化,酶:烯脂酰CoA 异构酶、烯脂酰CoA 还原酶每多一个双键,就少一步脱氢反应,少产生一个FADH2,少产生2个ATP。
7、 如亚油酸(C18)比同碳原子数饱和脂肪酸硬脂酸少生成4个ATP。,3HSCoA 3CH3COSCoA,-烯脂酰CoA,异构酶,-烯脂酰CoA,氧化,单不饱和脂肪酸的氧化需附加烯脂酰CoA 异构酶 如油酸(C18),多不饱和脂肪酸的氧化需附加: 烯脂酰CoA异构酶 烯脂酰CoA还原酶,(五)奇数碳脂肪酸的-氧化,脂肪酸(奇数碳)丙酰CoA 琥珀酰CoATCA,四、酮体(Ketone body)的代谢,1. 酮体的生成,酮体是-羟丁酸、乙酰乙酸和丙酮三种物质的统称。,2、酮体的利用,酮体:肝内合成肝外用,酮体是在肝细胞线粒体中合成的。 酮体的降解是在肝外组织的线粒体中进行的。,3、酮体生成的生理
8、意义,正常:缺糖时,肝为肝外组织(脑、心、肾、骨骼肌)提供的能源物质;异常:在饥饿、胰岛素水平过低(糖尿病)时,酮体生成过多,可引起血、尿中酮体含量过高或导致酸中毒。,第二节 乙醛酸循环途径( glyoxylate cycle),细胞定位:存在于植物细胞的乙醛酸循环体动物细胞不存在乙醛酸循环体,故无此循环 一、乙醛酸循环(GAC)的化学过程 1、 乙醛酸循环共有五个反应 2、 乙醛酸循环中二个两键性酶: 异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶,异柠檬酸裂解为琥珀酸和乙醛酸,乙醛酸和乙酰CoA合成苹果酸,二、与TCA循环的比较,24,乙醛酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径(省6步),乙醛酸循环的总反应
9、如下:2乙酰CoA+2H2O + NAD+ 琥珀酸+2CoASH + NADH + H+联系:由乙醛酸循环合成的琥珀酸可进入TCA环作为TCA环中间产物的补充方式。,CO2+H2O,TCA循环,2乙酰COA,琥珀酸,乙酰CoA,乙醛酸循环,三、乙醛酸循环的生物学意义,以二碳物为起始物合成TCA环中的二羧酸和三羧酸,作为三羧酸循环上化合物的补充回补反应(不是主要的) 某些以乙酸、乙醇为营养物质的微生物可利用乙酸、乙醇作为唯一碳源通过乙醛酸循环合成机体所需的能源和碳源;植物体可利用脂肪降解的产物乙酰CoA通过乙醛酸循环转变成糖。,原始细菌生存,乙酸菌,生存,一.甘油-磷酸的合成,甘油,二羟丙酮磷酸
10、,第三节、脂肪的生物合成,二.脂肪酸的生物合成,1、定义:以乙酰辅酶A为原料,在乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸合成酶系的作用下逐步延长碳链合成脂肪酸的过程。,(一)、饱和脂肪酸的从头合成,2、反应体系原料:乙酰CoA酶系:乙酰CoA羧化酶系、脂肪酸合成酶系体系:ACPSH、ATP、CO2、Mn2+、NADPH+H+产物:软脂酸(16C、饱和、一元),3、化学历程:,(1)乙酰CoA从线粒体转运到细胞质:柠檬酸丙酮酸穿梭作用(植物体不存在) (2)乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA:乙酰CoA羧化酶 (3)脂肪酸的合成:脂肪酸合成酶系,(1)、乙酰CoA从线粒体转运到细胞质,线粒体中乙酰CoA是通过柠檬
11、酸穿梭作用运送到细胞质中参加反应。,柠檬酸穿梭作用,苹果酸,苹果酸脱氢酶,NADH,NAD,丙二酸单酰CoA,(2)乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA,CH3COSCoA+CO2 CH2,乙酰辅酶A羧化酶,ATP 生物素 Mn2+,COOH,COSCoA,乙酰CoA,乙酰CoA的羧化为不可逆反应 乙酰CoA羧化酶包括:生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白(BCCP)和羧基转移酶三个亚单位。是脂肪酸合成的限速酶,(3) 脂肪酸的合成,合成酶复合体,酶,ACP,产物脂肪酸,脂肪酸合成酶系包括: 乙酰CoAACP转移酶、丙二酸单酰CoA-ACP转移酶、 -酮脂酰ACP合成酶、-酮脂酰ACP还原酶 -羟脂酰
12、ACP脱水酶、-烯脂酰ACP还原酶,作用:“吊运”中间产物在各酶活性中心间传递,HSACP(中央巯基),4磷酸泛酰巯基乙胺, 酰基转移反应(进位),CH3COSCoA+HSACP CH3COSACP+HSCoA,CH2 + HSACP CH2 + HSCoA,乙酰CoA-ACP,转酰酶,丙二酰CoA-ACP,转酰酶,COOH,COSCoA,COOH,COSACP,乙酰CoA,乙酰ACP,丙二酰CoA,丙二酰ACP,缩合反应:,CH3COSACP,COOH,CH2,COSACP,+,酮脂酰ACP,合成酶,CH3COCH2COSACP,乙酰乙酰ACP,+,CO2 + HSACP,第一次还原,CH3
13、COCH2COSACP,CH3CHOHCH2COSACP,NADPH+H+,NADP,酮脂酰ACP还原酶,乙酰乙酰ACP,羟丁酰ACP,脱水,CH3CHOHCH2COSACP,羟丁酰ACP,CH3CH=CHCOSACP,,羟丁酰ACP,H2O,羟酯酰ACP脱水酶,再还原,CH3CH=CHCOSACP,, 羟丁酰ACP,CH3CH2CH2COSACP,丁酰ACP,NADPH+H+,NADPH,烯脂酰ACP还原酶,4C6C,6C8C,16C,硫酯酶,软脂酸 + ACP,中央巯基,外围巯基,2,1,进位 缩合 还原 脱水 再还原 脂酰基水解,反复,6,4、讨论,脂肪酸生物合成的原料是乙酰辅酶A,二碳
14、单位的直接供体是丙二酰CoA,除端二个碳原子来源于乙酰CoA,其他均来自丙二酰CoA; 产物:偶数碳脂肪酸,终止于16碳;,6-P-G,6-P-G酸,5-P-核酮糖,细胞定位:细胞质(动物),叶绿体和前质体(植物) 脂肪酸合成过程以ACP为载体 还原力直接来自于PPP途径或柠檬酸穿梭过程形成的NADPH,线粒体内膜,线粒体基质,三羧酸载体,乙酰CoA,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸,草酰乙酸,ATP,CoASH,柠檬酸裂解酶,ADP+Pi,NADH,苹果酸脱氢酶,NAD+,苹果酸,丙酮酸,NADP+,NADPH,CO2,乙酰CoA,脂肪酸合成,丙酮酸,糖异生,三羧酸循环,腔+外膜+细胞质,提问:为什
15、么糖吃多了会发胖呢?,软脂酸的从头合成是否是-氧化的简单逆转?,软脂酸的从头合成不是-氧化的简单逆转。,(二)脂肪酸碳链的延长途径,比软脂酸碳链更长的脂肪酸在动物线粒体或内质网中完成,硬脂酸等的合成,通过肉毒碱载运。,软脂酰CoA,乙酰CoA,HSCoA,缩合酶,C18酮脂酰CoA,还原酶脱水酶还原酶,C18脂酰CoA,硬脂酸,同样方式延长至C22、C24等,?,动物细胞,脂肪酸碳链延长的不同方式,脂肪酸碳链延长以脂酰coA为起点,通过缩合, 还原,脱水,再还原,逐步在羧基端加二碳单位。,(三) 不饱和脂肪酸的合成,饱和脂肪酸,在脂酰CoA去饱和酶作用下引入双键; 动物易在 9 引入双键,但不
16、能再引入第二个双键; 植物和微生物能合成多双键不饱和脂肪酸; 不饱和脂肪酸:油酸(189)、亚油酸(189,12)、亚麻酸(189,12,15)、花生四烯酸(205,8,11,14) 必需脂肪酸:维持哺乳动物正常生长所需而体内又不能合成的脂肪酸,包括亚油酸、亚麻酸。花生四烯酸为半必需脂肪酸,+,ATP,甘油激酶,+,ADP,甘油,3-磷酸甘油,脂肪酸,+ HSCoA,脂肪酸硫激酶,RCOSCoA 脂酰CoA,三、脂肪的合成,1、活化,溶血磷脂酸,2、合成,四、脂肪酸代谢的调控 1、脂肪酸-氧化的限速步骤: 脂酰CoA的转运,其中关键酶是肉毒碱脂酰基转移酶I(CAT I),该酶受丙二酰CoA的抑
17、制。 -羟脂酰CoA脱氢酶,受NADH的抑制; 硫解酶,受乙酰CoA抑制。 2、脂肪酸从头合成的限速酶:乙酰CoA羧化酶,该酶受柠檬酸的激活,软脂酰CoA的抑制。,脂肪,五、脂肪代谢与糖代谢的关系,1、脂肪分解和糖分解最后都生成乙酰CoA,通过TCA循环分解为CO2和H2O并放出能量,因此在糖供给和利用有障碍时,脂肪动员加强。,糖 脂肪,乙酰CoA,CO2+ H2O + 能量,TCA,分解,2、当糖供给充足时,糖转化为脂肪。 3、脂肪能否变为糖?,脂肪,甘油 糖(少量),脂肪酸 乙酰辅酶A 糖,乙醛酸循环,植物、微生物,美国“丑男大翻身” 2年狂减200公斤变靓仔,2009年09月28日13:59 来源:中国新闻网,科学的减肥方法: 合理控制饮食 坚持体育锻炼,学习要求,掌握甘油代谢(降解,异生为糖)的基本反应和能量计算。 掌握饱和脂肪酸-氧化概念,化学过程,细胞定位,能量计算。 熟悉不饱和脂肪酸氧化特点和能量计算。 了解酮体的形成及其利用 掌握脂肪酸从头合成的概念,原料,酶系组成,化学过程,细胞定位;比较从头合成和-氧化异同点。 了解脂肪酸碳链延长途径和脂肪的合成反应。 名词解释: 脂肪酸-氧化、酮体、脂肪酸从头合成、必需脂肪酸,