1、一 脂类的酶促降解,二 脂肪的分解代谢,三 脂肪的合成代谢,四 磷脂的代谢,五 胆固醇的代谢,脂 类 代 谢,第七章,本章主要介绍脂类（主要是脂肪）物质在生物体的分解及合成代谢。要求重点掌握脂肪酸在生物体内的氧化分解途径-氧化和从头合成途径；了解脂类物质的功能和其他的氧化分解途径。,脂 类 代 谢,脂类,脂肪：甘油三酯,类脂：磷脂、胆固醇、胆固醇酯、糖酯,分布: 脂肪组织，皮下、大网膜、肠系膜等处， 构成“脂库”。 含量: 受营养、体力活动情况影响可变脂，占成年男性体重的10-20% 。 生理功能：储能供能：完全氧化释放37.7 kJ/g (9.1千卡）能量（空腹时，供应50%以上能量；禁食3
2、天，供应85%的能量）；保护组织和器官；促进脂溶性维生素的吸收利用；提供必需脂肪酸（亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等）。,脂肪的分布与生理功能,类脂的分布与生理功能,分布：各种组织，神经系统最多。 含量：相对稳定固定脂，占体重的5%。 生理功能：作为生物膜的基本组成成分，维持生物膜的正常结构与功能；构成神经髓鞘，维持神经传导；参与脂蛋白合成,有利于脂肪的运输；胆固醇可转化成激素、维生素D等物质,第一节 脂类的酶促降解三种脂肪酶激素敏感脂酶,CH2OOCHCH2O,C R1,R2C,O,-C - R1,O,OPOOH,X,磷脂酶A2,磷脂酶A1,磷脂酶C,磷脂酶D,O,磷脂酶,磷脂酶B被认为是 磷脂
3、酶A1及A2的混合物,第二节 脂肪的分解代谢,一、甘油的氧化,储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸及甘油并释放入血以供其他组织氧化利用的过程，称为脂肪动员。,CH2OH （ 肝、肾、肠）甘油激酶 CH2OH HOCH HO CHCH2OH ATP ADP CH2O P甘油 甘油-3-磷酸,NAD+,NADH+ + H+,CH2OHC OCH2O P,二羟丙酮磷酸,糖酵解,甘油磷酸脱氢酶,糖,丙酮酸,三羧酸循环,CO2 + H2O（净生成22ATP）,二、脂肪酸的-氧化作用概念：脂肪酸的氧化分解是从羧基端的-碳原子开始，经系列反应以乙酰CoA形式移去二碳单位而逐步被降解，该过程称
4、作脂肪酸的-氧化。,试验证据：1904年Franz Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验结果，推导出了-氧化学说。,（一） 饱和偶碳脂肪酸的-氧化作用,1. 脂肪酸的活化胞液,在脂酰CoA合酶（脂肪酸硫激酶）催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA,脂酰CoA合酶是一个家族,至少有三种,据底物脂肪酸的链长而不同,与内质网或线粒体外膜相连.,硫激酶,-2ATP,以上全部反应是ATP的“放能”(G0= -32.5 kj /mol) 和形成脂酰-CoA的吸能反应(G0= 31.4 kj/mol)相偶联.,2、脂酰CoA由线粒体膜外至膜内的转运肉 毒碱的作用短或中长链的脂酰CoA（10
5、个碳原子以下）可容易地透过线粒体内膜，但长链脂酰CoA需一个特殊的运送机制方可进入内膜。 载体：肉毒碱 carnitine）, 植物和动物体内均有,肉毒碱 （L- -羟 - - 三甲氨基丁酸）,肉碱脂酰转移酶（内膜外侧）肉碱脂酰转移酶（内膜内侧）,功能：运载脂酰CoA进入线粒体( 线粒体膜 ),肉 毒 碱,3. 脂肪酸-氧化的反应过程 4步循环脂酰CoA RCH2CH2CO-SCoA2-反-烯脂酰CoA RCH CHCO-SCoAL(+)-羟脂酰CoA RCH CH2CO-SCoA-酮脂酰CoA RC CH2CO-SCoA RCO-SCoA CH3CO-SCoA 脂酰CoA （少2C） 乙酰C
6、oA, ,OH,脱氢 FADH2,水化 H2O,O,脱氢NADHH,硫解,（1）脱氢,2-反-烯脂酰CoA,脂酰CoA脱氢酶, FAD,脂酰CoA, R-CH2 - CH2C-SCoA,|, R-CH=CH-C-SCoA,|, FADH2,（2）水化,L-(+)-羟脂酰CoA,烯脂酰CoA水化酶：专一性强，只催化反式2 不饱和脂酰CoA加水，形成L-(+)-羟脂 酰CoA, R-CH=CH-C-SCoA,|, H2O,OH OR-CH-CH2CSCoA,烯脂酰CoA水化酶,2-反-烯脂酰CoA,（3） 再脱氢,-酮脂酰CoA,L-(+)- -羟脂酰CoA 脱氢酶,L-(+)-羟脂酰CoA,OH
7、 OR-CH-CH2CSCoA, NAD+,O OR-C-CH2CSCoA, NADH+H+,L-(+)- -羟脂酰CoA 脱氢酶：立体异构专一性酶，正常底物为L-(+)-羟脂酰CoA,（4）硫解,+ HSCoA,脂酰CoA 乙酰CoA,(少2C),-酮脂酰CoA硫解酶,-酮脂酰CoA,O OR-C-CH2CSCoA,O R-CScoA,O CH3CSCoA,|,|,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=C
8、H-CO-SCoA,+,CH3COSCoA,R-COScoA,乙酰CoA,脂酰CoA在线粒体的基质中进行氧化分解。每进行一次-氧化，需要经过脱氢、水化、再脱氢和硫解四步反应，同时释放出1分子乙酰CoA。反应产物是比原来的脂酰CoA减少了2个碳的新的脂酰CoA。如此反复进行，直至脂酰CoA全部变成乙酰CoA。,线粒体中脂肪酸彻底氧化的三大阶段,4、脂肪酸氧化的能量生成 (软脂酸 C15H31COOH为例)净生成ATP消耗 FA活化 产生 7 FADH2 7 NADH+H+8 乙酰CoA,129,- 2,2 7 = 14,3 7 = 21,12 8 = 96,按新的理论值计算-氧化过程中能量的释放
9、,净生成：108 2 = 106 ATP,例：软脂酸,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,（二）不饱和脂肪酸的氧化1. 方式：脂肪酸的-氧化2. 特点：几乎所有生物体的不饱和FA，双键一般在第9位及第9位后，两个双键间隔一个碳原子（即一个亚甲基-CH2-），形成非共轭系统，且其结构一般是顺式双键（饱和FA氧化产生的双键为反式 ）。多一个双键，氧化时就少生成 1分子FADH2,即少生成 2 分子（1.5分子）ATP。需2种酶参加：（1）烯脂酰CoA异构酶（2）-羟脂酰CoA差向
10、酶,3. 单烯和多烯脂肪酸的氧化 （1）需 烯脂酰CoA异构酶单烯酸 （2）需 烯脂酰CoA异构酶2，4二烯脂酰CoA还原酶,多烯酸,油酸：十八碳单不饱和脂肪酸（ 9 18：1） 亚油酸：十八碳双不饱和脂肪酸（ 9,12 18：1）,油酰基的氧化作用,油酰基CoA（ 9 18：1）,CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoA,6CH3-CO-CoA,-氧化,三次循环,烯酯酰CoA异构酶,烯酯酰CoA水化酶,再开始-氧化,单烯脂肪酸的氧化,多烯脂肪酸的氧化,（一）奇数碳脂肪酸的氧化1. 方式： -氧化2. 产物：乙酰CoA和丙酰CoA3. 丙酰CoA的去路,三、脂肪酸氧化的其他
11、途径,D-甲基丙二酰CoA,琥珀酰CoA,丙酰-CoA羧化酶,甲基丙二酰CoA变位酶,CO2 + ATP + H2O生物素,B12辅酶,丙酰-CoA,L-甲基丙二酰CoA,甲基丙二酰CoA表异构酶 （消旋酶）,（二）脂肪酸的-氧化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。 1. 特点：每次氧化少1个碳单位2. 酶：单加氧酶,（三）脂肪酸的-氧化脂肪酸的末端甲基（-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成，-二羧酸，再从两端同时进行-氧化，降解脂肪酸的方式。 酶:单加氧酶, 需NADPH、O2参与反应 底物：长链、中长链脂肪
12、酸,脂肪酸的氧化作用,四、酮体的生成和利用（一）酮体（ketone body）脂肪酸在肝脏中经 -氧化所生成的乙酰CoA，可在酶的催化下转变成乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮，这三种物质统称为酮体。,（二）酮体的生成1、部位：肝线粒体2、原料：乙酰CoA3、反应： 3分子乙酰CoA缩合、裂解出三种酮体物质4、限速酶： HMG-CoA合成酶（- 羟- 甲基戊二酰辅酶A合成酶）,酮体的生成肝脏,羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）,脂肪酸,硫解酶,2CH3COSCoA,CH3COCH2COSCoA,乙酰乙酰CoA,HMGCoA合成酶,CH3COSCoA,CoASH,-氧化,CoASH,FA 乙酰CoA
13、乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoAHMG-CoA乙酰乙酸 乙酰乙酸-羟丁酸 -羟丁酸丙酮,酮体生成,酮体利用,呼出,血,HMG-CoA 合成酶,（三）酮体的氧化利用1、肝外组织心、肾、脑、骨骼肌等(线粒体 )2、酶：琥珀酰辅酶A转硫酶乙酰乙酸硫激酶,酮体的氧化（肝外组织）,CH3COCH2COOH + -OOCCH2CH2COSCoA,琥珀酰辅酶A转硫酶,CH3COCH2COSCoA + -OOCCH2CH2COO-,CH3COCH2COOH+ CoASH +ATP,乙酰乙酸硫激酶,CH3COCH2COSCoA + AMP + PPi,CH3COCH2COSCoA + CoASH 2C
14、H3COSCoA,酮体的氧化肝外组织,乙酰乙酰CoA,硫解酶,转移酶,琥珀酰CoA,CoASH,-氧化,乙酰乙酸,脱氢酶,NADH+H+,NAD+,乙酰CoA,2,-羟丁酸,琥珀酸,FA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoAHMG-CoA乙酰乙酸 乙酰乙酸-羟丁酸 -羟丁酸丙酮,酮体生成,酮体利用,呼出,血,丙酮去路,（1）随尿排出,（2）直接从肺部呼出,（3）转变为丙酮酸或甲酰基及乙酰基，氧化或合成糖原,（四）生理意义 1. 肝脏向肝外组织提供可利用的能源（分子小，溶于水，可透过血脑屏障及毛细血管，血中含量少）。 2.长期饥饿或糖供应不足时,脂肪动员加强,糖异生加强，FA氧
15、化产生大量乙酰CoA，而糖异生消耗大量草酰乙酸，草酰乙酸是乙酰CoA进入三羧酸循环必需的，这样FA氧化产生的乙酰CoA不能进入三羧酸循环氧化分解，而转化成酮体,以代替葡萄糖而成为脑或肌肉的主要能源物质（脑组织一般只用葡萄糖作为燃料，饥饿时可以接受酮体）。 3.某些生理或病理情况下，如长期禁食或糖尿病时,酮血症、酮尿症、代谢性酸中毒。,一、甘油-磷酸的生物合成甘油 + ATP 甘油-磷酸 + ADP,二羟丙酮磷酸 + NADH + H+甘油-磷酸 + NAD+,第三节 脂肪的合成代谢,甘油激酶,甘油-磷酸脱氢酶,二、脂肪酸的生物合成,脂肪酸合成主要有两种方式：1）从头合成（“从无到有”）途径胞液
16、2）延伸合成线粒体和内质网（“微粒体”）,（一）脂肪酸的从头合成十六碳饱和脂肪酸合成,脂肪酸的生物合成是C2单位的缩合作用，但合成和降解是通过不同的途径，使用不同的酶，发生场所也是在细胞的不同部位，而且有 1 个重要的C3中间体丙二酰CoA参与脂肪酸合成，它与脂肪酸降解完全无关。,丙二酸单酰-CoA,1.丙二酰-CoA的形成,丙二酸单酰CoA,乙酰CoA,ATP,ADP + Pi,乙酰CoA羧化酶,脂肪酸合成的基本原料（包括起始物质或称引物）是乙酰CoA，其合成是二碳单位的延长过程，但逐加的二碳单位并非直接来源于乙酰CoA，而是乙酰CoA的羧化产物丙二酰CoA。,生物素, Mn2+,乙酰CoA
17、羧化酶是FA合成的限速酶该酶由3亚基组成，其单体形式无活性，多聚体形式有活性， 辅因子:生物素,Mn2+别构激活剂柠檬酸 抑制抑制剂长链脂酰CoA,2. 脂肪酸合成酶（系）, 脂酰基转移酶 丙二酰转移酶 -酮脂酰-ACP合成酶 -酮脂酰-ACP还原酶 -羟脂酰-ACP脱水酶 -烯脂酰-ACP还原酶,在大肠杆菌和植物中，FA合成酶是由 6 种酶和 1 种酰基载体蛋白(ACP)组成的多酶体系。,在动物中，FA合成酶含有 1 个ACP 和 7 个酶，所有这些酶均定位于一条多功能多肽链上，形成不同的酶活性和ACP功能区。该酶是二聚体，结构见下图。,1,1,SH,SH,Cys,亚基 划分,SH,SH,C
18、ys,功能划分,2,3,6,5,4,ACP,7,2,3,6,5,4,ACP,7,1.脂酰基转移酶, 2.丙二酰转移酶, 3. -酮脂酰-ACP合成酶 , 4.-酮脂酰-ACP还原酶 , 5. -羟脂酰-ACP脱水酶 , 6. -烯脂酰-ACP还原酶 , 7.软脂酰-ACP硫酯酶,脂肪酸合成酶二聚体,脂酰基载体蛋白ACPSH 结构：4-P-泛酸巯基乙胺 +肽链（E.coli 77AA 36-ser-OH） 作用：ACP共价结合脂酰基中间产物，靠摆臂摆动使之接近各酶的活性部位，从而使反应进行。ACP牢固结合在脂肪合成酶复合体上。,泛酰巯基乙胺4-磷酸,3. 脂肪酸合成过程,丙二酰ACP的形成：,乙
19、酰ACP的形成：,|,O HOOC-CH2-C-S-ACP,丙二酰ACP,ACP-SH,CoA-SH,|,O HOOC-CH2-C-S-CoA,丙二酰CoA,丙二酰转移酶,脂肪酸从头合成的生化历程,a、丙二酰ACP的形成,O R-CSACP,|,+,O OR-C-CH2 - CSACP,软脂酸合成的反应流程,进位,链的延伸,水解,脂肪酸生物合成的反应历程,-羟脂酰ACP脱水酶,-酮脂酰ACP还原酶,CO2 + ACP-SH,O O HO-C-CH2C-S-ACP,丙二酸单酰-ACP,|,|,-烯脂酰ACP还原酶,-酮脂酰-ACP合成酶,总反应,1乙酰CoA + 7 丙二酰CoA +7ATP +
20、,14NADPH+14H+,7CO2,+ 14NADP+,+ 棕榈酸 + 8CoA + 7ADP + 7Pi + 6H2O,或： 8乙酰CoA + 7ATP + 14NADPH + 14H+,棕榈酸 + 8 CoA +7ADP + 7Pi + 14NADP+ + 6H2O,4. 乙酰CoA从线粒体内至胞液的运转,丙酮酸苹果酸循环,FA合成小结： 部位： 胞液 原料； 乙酰CoA（直接原料：丙二酰CoA） 酶系： FA合成酶系 限速酶： 乙酰CoA羧化酶 酰基载体： ACP-SH 一次循环 ： 缩合、加氢、脱水、加氢延长2C 合成方向： CH3- -COOH 供氢体： NADPH+H+(主要来自
21、戊糖磷酸途径) 终产物： 软脂酸,（二）线粒体和内质网(微粒体)中脂肪酸的延长,1. 线粒体脂肪酸延长酶系,1. 线粒体脂肪酸延长酶系: 延长短链脂肪酸，其过程是-氧化逆过程。,2. 内质网脂肪酸延长酶系：延长饱和或不饱和长链脂肪酸，其中间过程与脂肪酸合成酶体系相似。,（二）线粒体和内质网(微粒体)中脂肪酸的延长,(三)不饱和脂肪酸的合成部位：内质网类型：可以合成单不饱和FA不能合成多不饱和FA 亚油酸 -6,9 花生四烯酸 -6,9,12,15亚麻酸 -3,6,9 ( -3族),动物组织,三、脂肪的生物合成 1.合成部位：肝、脂肪组织 2.原料：甘油-P 脂肪酸 3.前体：磷脂酸 4.过程：
22、,脂肪的合成,磷酸甘油酯酰转移酶,磷酸甘油酯酰转移酶,二酰甘油酯酰转移酶,磷酸酶,溶血磷脂酸,磷脂酸,甘油二脂,甘油三脂,第四节 磷脂的代谢,合成部位：全身各组织，尤其肝、肾、肠等（内质网）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）的合成CDP 乙醇胺是乙醇胺供体磷脂酰胆碱（卵磷脂）的合成CDP胆碱为胆碱供体,乙醇胺和胆碱的活化,HOCH2CH2NH2,HOCH2CH2N(CH3)3,OCH2CH2NH2,磷酸乙醇胺,CDP-OCH2CH2NH2,CDP-乙醇胺,乙醇胺激酶,CTP:磷酸乙醇胺胞苷转移酶,ATP ADP,CTP PPi,胆碱激酶,ATP ADP,OCH2CH2N(CH3)3,CDP-OCH2CH2
23、N(CH3)3,CDP-胆碱,CTP:磷酸胆碱胞苷转移酶,CTP PPi,P,P,磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱的合成,磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）,CDP-乙醇胺 CMP,磷脂酰胆碱（卵磷脂）,葡萄糖,3-磷酸甘油,磷脂酸,1，2-甘油二酯,脂酰CoA CoA,CDP-胆碱 CMP,甘油三酯,2 RCOCoA 2 CoA,Pi,转酰酶,磷酸酯酶,转移酶,第五节 胆固醇代谢,胆固醇,肝： 7080全身各组织（胞液、内质网） 小肠： 10,一、胆固醇的合成,（一）合成部位,脑及神经组织 分布 肝、肾、肠等内脏 （全身） 及皮肤、脂肪组织 肾上腺、卵巢等内分泌腺,（二）原料葡萄糖氨基酸脂肪酸 （三）过程（约
24、30 步酶反应）,乙 酰 CoA,HMG-CoA还原酶限速酶,头,头,鲨烯,羊毛固醇,胆固醇,-甲基戊二酸单酰埔酶A,NADPH+H+,CoA-SH,甲羟戊醛(MVA),2ATP,2ADP,P,P,P,P,ATP,ADP+Pi,P,P,P,P,P,P,(,),头,(3),(2),5-焦磷酸甲羟戊酸,异戊烯焦磷酸,二甲丙烯焦磷酸,焦磷酸,胆固醇的合成,2CH3COCoA,2CH3COCH2COCoA,硫解酶,HMG CoA合酶,CH3COCoA,HSCoA,HMG CoA还原酶,2NADPH+H+,2NADP,CoA,羟甲基戊二酸单酰CoA,甲羟戊酸(MVA,C6),二、胆固醇的转化,（一）转变为胆汁酸大约有80%的胆固醇被肝组织代谢而转变成胆汁酸（二）转变为 7脱氢胆固醇（三）转变为类固醇激素,胆汁酸,类固醇激素,胆固醇,Vit D3,食物体内合成（乙酰CoA）,胆固醇结构平面式,胆烷酸,胆固醇27C 皮质酮（盐皮质激素）（21C） 调节水盐代谢孕 皮质醇（糖皮质激素）酮 （21C） 调节糖、脂、21C 蛋白质代谢性激素（雌激素多 19C雄激素少 18C）,（四）参与血浆脂蛋白的形成（五）转变为胆固醇酯 三、胆固醇的排泄肝肠循环,胆固醇,肝,胆汁酸,胆囊,小肠,重吸收 绝大部分,乳化,10% 胆汁酸,粪固醇,体外,肝肠循环,
