华南理工大学生物化学课件 第11章 脂类代谢

第十一章脂类代谢本章主要内容脂类在机体内的消化、吸收和储存脂类的生物合成—甘油的生物合成，脂肪酸的生物合成，三酰甘油的生物合成，磷脂的生物合成，胆固醇的生物合成脂类的降解—脂肪的水解，脂肪酸的氧化分解，磷脂的降解，胆固醇的降解和转变脂代谢的调节第一节脂类在机体内的消化、吸收和储存脂类在动物体内的消化和吸收主要是在小肠内进行的。脂肪在脂肪组织中，经-脂蛋白酶水解成游离的脂肪酸和甘油，然后再合成脂肪而储存起来。第二节脂类的生物合成甘油的生物合成脂肪酸的生物合成三酰甘油的生物合成磷脂的生物合成胆固醇的生物合成一、甘油的生物合成在生物体内，甘油来自糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮：酵母生产甘油：CCH2OHCH2ONADH+H+OPHOCHCH2OHCH2OPNAD+磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油二、脂肪酸的生物合成饱和脂肪酸的从头合成脂肪酸链的延长不饱和脂肪酸的合成(一)饱和脂肪酸的从头合成脂肪酸的合成过程是比较复杂的，有两个系统参加1、乙酰-CoA羧化酶乙酰-CoA羧化酶是含生物素的酶，大肠杆菌的乙酰-CoA羧化酶含有三种成分：生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白(BCCP)、转羧基酶。2、脂肪酸合成酶系统脂肪酸合成酶系统是一个多酶复合物。包括下列多种酶：乙酰转酰酶、丙二酸单酰转酰酶、缩合酶(-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；此外在复合物中还含有酰基载体蛋白(ACP)。由乙酰-CoA起，经缩合、还原、脱水、再还原几个反应步骤，便生成含4个碳原子的丁酰基。总反应是：上述反应系列使碳链延长2个碳原子。如果以丁酰-ACP代替乙酰-ACP作为起始反应物，重复上述反应系列，又可以使碳链延长2个碳原子而生成已酰-ACP。如此重复下去，直至生成含16个碳的棕榈酸为止。2乙酰-CoA+ATP+ACP+2NADPH+2H+丁酰-ACP+2CoA+ADP+Pi+2NADP++H2O(二)脂肪酸链的延长在生物细胞内还含有碳链长度在C16以上的脂肪酸，这些脂肪酸是在延长系统催化下，以棕榈酸为基础，进一步延长碳链形成的。RCO~SCoA+CH3CO~SCoACoASHNADPH+H+NADP+NADP+NADPH+H+H2O硫解酶L-β-羟脂酰-CoA脱羟酶烯脂酰-CoA还原酶RCOCH2COSCoARCHOHRCHCHRCH2CH2~CH2COSCoA~COSCoA~COSCoA~烯脂酰-CoA水合酶图11-1脂肪酸链的延长(三)不饱和脂肪酸的合成不饱和脂肪酸的生物合成途径有二：1、氧化脱氢途径2、厌氧途径CoACH3(CH2)7CHCH(CH2)7CO~SCH3(CH2)7CH2CH2(CH2)7COS~CoAO21/2H2ONAD(P)H+H+NAD(P)+CH2CHCH2COOHOHCH3(CH2)5CHCHCH2COOHCH3(CH2)6CHCHCOOHαγγβααβ(用于合成饱和脂肪酸)CH3(CH2)5(用于合成不饱和脂肪酸)β,γ-脱水α,β-脱水三、三酰甘油的生物合成三酰甘油是由3-磷酸甘油和脂肪酰-CoA缩合形成的，合成过程如下：HOCHCH2OHCH2O+R1CO+2CoA3-磷酸甘油磷脂酸CoAPOS~R2COCoAS~磷酸甘油转酰酶R2COCHCH2OPCH2OCR1SHOR2COCHH2COPH2COCR1OOOR3磷酸酶二脂酰甘油转酰酶磷脂酸二脂酰甘油三脂酰甘油H2OPiR3COCoASHR2COCHH2COHH2COCR1OOSCoA~R2COCHH2COCH2COCR1OO四、磷脂的生物合成在生物细胞内的磷脂有多种，其合成途径也不一样，仅以卵磷脂(磷脂酰胆碱)的合成过程为例说明如下：N+(CH3)3+ATP胆碱激酶OCH2CH2N+(CH3)3+ADP磷酸胆碱胆碱PHOCH2CH2CTP+磷酸胆碱CDP-胆碱+PPi磷酸胆碱胞苷转移酶CDP-胆碱+1,2-二脂酰甘油磷脂酰胆碱+CMP五、胆固醇的生物合成细胞内胆固醇的合成过程可概括为三大步骤：1、二羟甲基戊酸(MVA)的生成2CH3COHOOCCH2CH3(CH3)2COHCH2COOHCH3H2OCoASHCH3COCoASH2NADPH+2H+2NADP++CoASH硫解酶HMG合成酶CO2HMG-CoAMVACH2COSCoASCoACH3COCH2COSCoASCoACOSCoA亮氨酸等~~~~HMG-CoA还原酶亮氨酸途径：乙酰-CoA聚合途径：COHCH2~HOCH2CH2COH图11-2二羟甲基戊酸(MVA)的生物合成2、鲨烯的合成3、胆固醇的形成固醇载体蛋白将在胞液中形成的鲨烯转运至内质网的微粒体中，在其中环化成羊毛脂固醇，再转变成胆固醇，而后通过血液送入其它组织。MVACCH3CH2H2COP3ATP3ADP+Pi+CO2Mg2+CH2P缩合鲨烯PPi异戊烯醇焦磷酸酯(IPP)第三节脂类的降解脂肪的水解脂肪酸的氧化分解磷脂的降解胆固醇的降解和转变一、脂肪的水解脂肪在脂肪酶、二脂酰甘油脂肪酶、一脂酰甘油脂肪酶的作用下逐步水解成甘油和脂肪酸：COCHH2CH2CR1OCOR3OC一脂酰甘油脂肪酶三脂酰甘油H2OR3COOHR1COOHR2COOHR2OCHOHCH2OH甘油CH2OH脂肪酶H2OH2OO二脂酰甘油脂肪酶CHOHCH2OH甘油CH2OHCHOHCH2O3-磷酸甘油CH2OHCCH2O磷酸二羟丙酮CH2OHO磷酸甘油脱氢酶ATPADPNAD+NADH+H+甘油激酶PP二、脂肪酸的氧化分解(一)脂肪酸的β-氧化作用脂肪酸的β-氧化是在线粒体中进行，主要在肝细胞线粒体中进行。这种氧化是在脂肪酸的β-碳位发生。天然不饱和脂肪酸的氧化途径同饱和脂肪酸的氧化途径基本相同。脂肪酸脂肪ATP(活化)AMP+PPiFADFADH2(α,β烯脂酰-CoA)(水化)H2O烯脂酰-CoA水化酶(β-羟脂酰-CoA)(脱氢)NAD+L·β-羟脂酰～CoA脱氢酶NADH2RCH2COCH2(β-酮脂酰-CoA)(硫解)CoASHCH3COβ-酮硫解酶重复β-氧化三羧酸循环CO2+H2O图11-3脂肪酸β-氧化途径示意图②③④⑤CoASH,Mg2+，脂酰-CoA合成酶，即硫激酶SCoA~①RCH2CH2CH2CO~SCoA(脂酰-CoA)脂酰-CoA脱氢酶RCH2CHCH~SCoACORCH2CHOHCH2CO~SCoACO~SCoARCH2CO~SCoACH3CO~SCoA(脱氢)(二)脂肪酸的α-氧化作用在动物组织内，脂肪酸主要是通过β-氧化分解的。在植物的发芽种子和叶子内及动物肝、脑和神经细胞的微体中还存在一特殊的氧化途径，即α-氧化途径。RCH2COOHO2+NADPH+H+RCHCOOHOHNAD+NADH+H+COOHATP+NAD++VOOHRCHORCOOHRCH2OH脂肪酸单加氧酶L-α-羟脂肪酸D-α-氢过氧脂酸脱氢酶脱羧酶脂肪醛(少一个碳)醛脱氢酶醇(醛)脱氢酶脂肪酸脂肪醇RCOCCO2RCHCOOHCO2NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+(少一个碳)(少一个碳)H2O2过氧化物酶(三)脂肪酸的ω-氧化作用NADP+Fp氧化型黄素蛋白还原型细菌NHI+Fe2+一种特殊的NHI蛋白NHI+Fe3+NHI+Fe2+O2ω-羟化酶H2OHOCH2RCytPHOCH2RRCH3ORCHONAD+醇脱氢酶NADH+H+脱氢酶RCOOH动物微粒体FpNHI蛋白NHI+Fe3+CytP4502+CytP450O2NHI:非正铁血红素铁蛋白图11-4细菌和动物中的链烷ω-氧化过程NAD+4503+CH3RNADPH+H+NADH+H+三、磷脂的降解磷脂能被不同的磷脂酶分解。例如作用于卵磷脂的酶有四种，这四种酶分别命名为磷脂酶A1、磷脂酶A2、磷脂酶C、磷脂酶D，各作用于磷脂分子的不同位置：R2COCHCH2R1POHCH2CH2N+(CH3)3①④③②OCH2OOCOOO①磷脂酶A1②磷脂酶A2③磷脂酶C④磷脂酶D四、胆固醇的降解和转变人体每日合成胆固醇量为1～1.5g，其中约0.3g转变为胆酸和脱氧胆酸。胆固醇代谢对人类来说极为重要，因为除可变为许多重要的生理活性物质外，某些疾病如心血管硬化及胆结石疾病，亦可能由于胆固醇代谢失常而引起。胆固醇的环核结构不在动物体内彻底分解为最简单化合物排出体外，但其支链可被氧化。更重要的是胆固醇可转变成许多具有重要生理意义的化合物。肾上腺皮质激素7-脱氢胆固醇维生素D胆固醇性激素雄性激素雌性激素胆固醇脂胆固醇脂蛋白胆酸等其它固醇类固醇二氢胆固醇其它羊毛脂固醇图11-5胆固醇的转变第四节脂代谢的调节脂代谢调节方式有：1、神经调节2、体液调节3、变构酶系统调节4、胆汁酸的生成量的影响1、神经调节2、体液调节对脂类代谢影响较大的激素有胰岛素、肾上腺素、生长激素、高血糖素、促肾上腺皮质激素(ACTH)、甲状腺素、甲状腺刺激激素(TSH)、前列腺素等。上述各种激素的作用概括如下图：肝脏TGα-磷酸甘油血浆脂蛋白FFA清蛋白脂肪组织胸管肠管食物性脂质胰岛素前列腺素激素敏感性脂酶促进肾上腺素高血糖素ACTH糖皮质类固醇甲状腺刺激激素TG:三酯酰甘油FFA:游离脂肪酸图11-6各种激素对三酯酰甘油代谢的作用TGTGFFATG抑制糖3、机体也可以通过变构酶系统来调节脂类代谢如从肠管吸收(外源性)进入肝脏的胆固醇量多，则肝脏内合成胆固醇的量就少。其作用机制是：外源性胆固醇以脂蛋白的形式作用于HMG-还原酶的别构部位，从而使β-羟基-β-甲基戊二酸(HMG)不能还原成β,δ-二羟-β-甲基戊酸(MVA)而转向酮体生成。4、胆汁酸的生成量对胆固醇合成也有影响。