脂类代谢

第10章脂代谢MetabolismofLipids本章主要内容：脂类的生理功能脂肪的分解代谢脂肪的合成代谢脂肪代谢的调节类脂的代谢脂类在体内的转运1、脂类的生理功能动物机体的脂类（lipids）分为脂肪和类脂两大类脂肪指甘油三酯（Triglyceride,TG)，主要是储脂类脂是指除脂肪以外的其他脂类，包括磷脂、糖脂、胆固醇及其酯（是组织脂的主要成分），还有其他的脂溶性分子脂肪的氧化分解为动物机体提供能量来源，脂肪也是动物的贮能方式，其储量与营养状况有关.脂肪还有抵御寒冷和固定保护内脏的作用类脂是细胞膜的组成成分，也称组织脂，其组成与营养状况无关一些脂类分子是重要的生理活性分子如必需脂肪酸（essentialfattyacids）为多不饱和脂肪酸，动物机体自身不能合成，须从食物中摄取，如亚油酸（18：2），亚麻油酸（18：3）和花生四烯酸（20：4）等。可以转变为细胞膜的成分，以及前列腺素，白三烯和血栓素等活性分子。肌醇磷脂、甘油二酯等又是第二信使。2、脂肪的分解代谢2.1脂肪的动员(adipokineticaction）脂肪组织中的脂肪在激素敏感脂酶作用下水解为脂肪酸和甘油并释放入血液供其他组织利用的过程。激素敏感脂酶受多种激素调控，胰岛素下调，肾上腺素与胰高血糖素上调激素敏感脂酶的活性。RCCHCH2CH2OCROOCOROHOCHCH2CH2OHOHRCOHOO3+激素敏感脂肪酶H2O3+脂肪甘油脂肪酸2.2甘油的分解按糖代谢途径进行分解注意，甘油必须从脂肪组织中转运到肝脏分解，因为催化甘油磷酸化的甘油激酶为肝脏、肾中特有上述反应过程中，实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成。babaFA的分解氧化是从羧基端β-碳原子，碳链逐次断裂下一个2C单位2.3、脂肪酸的分解代谢Knoop实验用苯环标记末端的偶数或奇数脂肪酸饲喂狗，然后分析其尿中的代谢产物2.3.1脂肪酸的β-氧化脂肪酸的分解氧化发生在β-碳原子上，每次降解生成一个乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA,如此循环往复。乙酰CoA经过三羧酸循环彻底氧化分解并释放能量。脂肪酸的β氧化在线粒体的基质中进行。脂肪酸的活化——生成脂酰CoA以16个碳原子的偶数饱和脂肪酸——软脂酸（又称棕榈酸）为例RCH2CH2CH2COOH（16：0）+HSCoA+ATPRCH2CH2CH2CO-ScoA+AMP+PPi催化该反应的酶为脂酰CoA合成酶（硫激酶），注意消耗了一个ATP分子中的2个高能键转移——从胞液到线粒体脱氢、加水、脱氢、硫解循环往复RCH2CH2COHO脂肪酸脂酰CoA脂酰CoA脱氢酶脂酰CoA合成酶脂酰CoA2△FADCoASHPPiAMPATP,,~SCoARCH2CH2CO线粒体内膜C肉碱转运载体~SCoARCH2CH2COFADH2呼吸链H2O2~P~CαβCHSCoAORCH~CαβSCoAO反烯脂酰CoA硫解酶CoA脱氢酶水合酶烯脂酰CoA2△H2ORCHOHCH2~CαβSCoAOL()β+羟脂酰L()β+羟脂酰CoANADH+HNAD++呼吸链H2O~P3RCOCH2~SCoA酮脂酰CoAβCoASH酮脂酰CoAβ乙酰CoACH3CO~RCSCoAO+脂酰CoA循环三羧酸再脱氢脱氢加水呼吸链12ATPCO22,4H2O,脂肪酸β氧化硫解以软脂酸为例的能量计算软脂酸（16：0）+8HSCoA+7NAD+7FAD+7H2O8乙酰CoA+7NADH2+7FADH28乙酰CoA80ATP7NADH217.5ATP7FADH210.5ATP总计=108-2=106ATP（注意：-2）-氧化：在动物体中，C10或C11脂肪酸的碳链末端碳原子（-碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行b-氧化，最后生成的琥珀酰CoA可直接进入TCA。如海洋微生物降解污染的石油。a-氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的a-碳被氧化成羟基，生成a-羟基酸。a-羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂肪酸。上述反应由单氧化酶催化，需要有O2、Fe2+和抗坏血酸等参加。2.3.2其他氧化方式2.4、不饱和脂肪酸的分解有两个酶是必需的：烯脂酰CoA异构酶催化双键从顺式转变为反式羟脂酰CoA差向酶催化羟基从D（-）转变为L（+）2.5、奇数脂肪酸的代谢——在反刍动物一半以上的血糖来自丙酸的异生作用.CH3CH2COOH丙酰CoA合成酶(硫激酶)ATPAMP+PPiCH3CH2CO~SCoACO2丙酰CoA羧化酶ATP,生物素CCHCO~SCoACH3OHO甲基丙二酸单酰CoA变位酶VB12CH2CO~SCoACH2COOH琥珀酰CoA三羧酸循环丙酸丙酰CoA+HSCoA酮体（ketonebody）是一类小分子有机酸，是脂肪酸在肝中分解氧化时产生的特有的中间代谢物，有乙酰乙酸（也有称β-酮丁酸）、β-羟丁酸和丙酮。在肝脏中由乙酰CoA缩合生成，在肝外组织，如脑、心、骨骼肌中利用。乙酰乙酸，30%丙酮，微量ß-羟丁酸,70%2.6、酮体的生成与利用生酮作用（ketogenesis）场所：肝脏线粒体原料：乙酰COA关键酶：β-羟-β-甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）合成酶（肝中）乙酰CoA硫解酶乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA合成酶HMGCoA羟甲基戊二酸单酰CoAHMGCoA裂解酶脂肪酸β氧化CH3COSCoACH3COCH2COSCoACH2COSCoAHOOCCH2CH3OHCH3COSCoA2CoASHCH3COSCoACoASHCHMGCoA()CH3COCH2COOH乙酰乙酸CH3CHOHCH2COOHCH3COCH3酮体NADH+H+NAD+脱氢酶羟丁酸β羟丁酸βD()-丙酮酮体的生成解酮作用（ketolysis）由于肝内缺乏分解酮体所需要的硫激酶，酮体的分解须在肝外组织中进行（转硫酶的作用相当于硫激酶），最终转变成乙酰CoA进入三羧酸循环途径氧化供能。脱氢酶琥珀酰CoA转硫酶硫解酶β-羟丁酸乙酰乙酸乙酰CoA酮体的生理意义与酮病（ketosis）肌肉组织对脂肪酸的利用是有限的，而酮体分子小，水溶性，是易于利用的能源分子。如心肌、肾皮质、长时间运动中的骨骼肌都可以利用酮体。大脑不能直接利用脂肪酸。饥饿引起血糖水平降低时，大脑转而利用酮体以减少对葡萄糖的依赖。过多的脂肪摄入，长期饥饿，葡萄糖供应短缺（常见于高产乳牛，妊娠期的母畜等），导致脂肪大量动员，产生过量的乙酰CoA，可缩合成酮体。在糖尿病人，一方面糖的大量损失，另一方面由于草酰乙酸转入异生途径而使三羧酸循环不畅，糖不能有效氧化，促进乙酰CoA累积和酮体的合成。其结果是酮体在血液中的浓度增加，当超过肝外组织的利用能力时，引起酮血、酮尿等，以至酸中毒。甘油的来源糖代谢的中间产物磷酸二羟丙酮可以还原成3-磷酸甘油脂肪酸的来源由乙酰CoA为原料，在胞液中进行，乙酰CoA首先应从线粒体转运到胞液，由脂肪酸合成酶系催化合成。3、脂肪的合成代谢乙酰CoA的转运——从线粒体到胞液①酵解②丙酮酸脱氢酶系③柠檬酸合酶④柠檬酸裂解酶⑤苹果酸脱氢酶⑥苹果酸酶(以NADP+为辅酶的苹果酸脱氢酶)⑦丙酮酸羧化酶⑧乙酰CoA羧化酶“柠檬酸-丙酮酸途径”(准备原料)合成丙二酸单酰CoA在脂肪酸的合成过程中，原料乙酰CoA要羧化转变为丙二酸单酰CoA（3C单位），这需要CO2参与。反应如下：这个反应是脂肪酸合成途径的限速反应，乙酰CoA羧化酶需柠檬酸激活，可被长链脂酰CoA抑制,生物素作为辅酶,消耗ATP乙酰CoA羧化酶生物素ATPADP+PiCCH2CO~SCoAC~SCoAOCH3CO2+OHO乙酰CoA丙二酸单酰CoA(2C的供体是个3C单位)脂肪酸合成的多酶复合体系(包括7个酶和一个脂酰基载体蛋ACP)1脂酰基转移酶2丙二酸单酰-ACP酰基转移酶3酮脂酰-ACP合成酶（-SH）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硫酯酶脂酰基载体蛋白ACP（-SH）ACP的活性臂结构与CoA相似CCH2CH2NCOCCOHHCH3CH3CH2OCH2SerACPHPOOHSCH2CH2NHO4′-磷酸泛酰巯基乙胺①乙酰CoA-ACP酰基转移酶②丙二酸单酰CoA-ACP酰基转移酶③β-酮脂酰-ACP合成酶(缩合酶)④β-酮脂酰-ACP还原酶⑤β-羟脂酰-ACP脱水酶⑥烯脂酰-ACP还原酶脂肪酸合成过程乙酰CoA作起始物丙二酸单酰CoA作为2C供体脂肪酸的合成可以简述如下：合成起始物为乙酰CoA，与丙二酸单酰CoA（3C单位）提供的乙酰基缩合（同时释CO2），使其烃链延长2个碳原子，经过还原-脱水-还原的循环往复，脂肪酸的烃链不断延长。在这个过程中，脂酰基主要与ACP的巯基相连，最后在硫酯酶作用下水解生成脂肪酸或者在硫解酶作用下生成脂酰CoA。软脂酸合成的总反应注意：反应所需要的大量NADPH有两个来源，8个来自乙酰CoA转运时的转氢反应，6个来自磷酸戊糖途径8乙酰CoA+14NADPH+H+7ATP+H2O棕榈酸+8HSCoA+14NADP++7ATP+7Pi注意比较脂肪酸合成过程与β-氧化过程在酶、辅酶、脂酰基载体、激活剂和抑制剂，细胞定位等的异同在哺乳动物，脂肪酸合成酶复合体系是具有７种酶活性和ACP功能并由一个基因编码的肽链，分子量250kD,两条相同肽链形成二聚体。合成脂肪酸的反应由两条肽链协同进行。不饱和脂肪酸的形成动物细胞脂肪酸的去饱和在微粒体系统，有脂肪酸的△4，△5，△8，△9脱饱和酶，但缺乏△9以上的脱饱和酶。动物体内主要的不饱和脂肪酸是油酸（18：1）和棕榈油酸（16：1）硬脂酸的脱饱和脂肪酸烃链的延长微粒体系统（内质网系）类似于软脂酸合成以软脂酸为基础,以丙二酸单酰CoA为２C供体,以CoA为酰基载体,NADPH供氢,经缩合、还原、脱水、再还原,循环往复，延长C18-C24的脂肪酸线粒体类似于β－氧化的逆过程以软脂酰CoA为基础,以乙酰CoA为２C供体,以CoA为酰基载体,NADPH供氢,经缩合、还原、脱水、再还原,循环往复，延长C24-C26的脂肪酸在脂肪组织合成内源TG甘油二脂途径脂肪合成的两条途径注意:脂肪中的甘油来源于糖的分解代谢在小肠黏膜中合成外源TG甘油一脂途径葡萄糖/脂肪酸循环(肌肉)甘油三酯/脂肪酸循环(脂肪组织)4、脂肪的调节脂肪酸在肝中的重要代谢途径磷脂包括甘油磷脂，鞘磷脂等，其功能主要是细胞膜的组成成分，参与脂类在体内的运输，磷脂的一些代谢物是细胞信号传导的第二信使。在动物的各种组织中都有磷脂的合成和分解代谢，肝中尤其活跃。代表性的甘油磷脂有：卵磷脂（胆碱磷脂）、脑磷脂（胆胺磷脂），代表性的鞘磷脂有神经鞘磷脂5、类脂的代谢5.1、磷脂的代谢主要的甘油磷脂脑磷脂卵磷脂甘油磷脂的合成注意:磷脂酸是合成甘油磷脂的重要中间体活性胆胺活性胆碱甘油磷脂的分解胆固醇的分子结构胆固醇胆固醇酯5.1、胆固醇的生物合成与代谢转变胆固醇的生物合成HMGCoA还原酶27C4C2C6C5C15C30C70%-80%的胆固醇由肝脏合成，少量由小肠合成。合成胆固醇的场所是胞液的微粒体部分，原料是乙酰CoA。合成一个分子的胆固醇需要18分子的乙酰CoA，并由柠檬酸-丙酮酸循环和磷酸戊糖途径提供10分子的NADPH，期间形成焦磷酸酯中间物和脱去二氧化碳。HMGCoA还原酶是途径的关键酶，受胆固醇的反馈抑制。胆固醇在动物体内的转化胆固醇的母核-环戊烷多氢菲难以分解，但可其侧链可以氧化、还原和降解转变为生理活性分子。转变为胆汁酸是胆固醇代谢的主要去路有胆酸、脱氧胆酸、鹅胆酸、牛黄胆酸、甘氨胆酸等，作为表面活性剂，促进脂类的消化吸收。转变成类固醇激素在肾上腺皮质球状带、束状带和网状带细胞合成睾丸酮、皮质醇和雄激素；睾丸间质细胞合成睾丸酮；卵巢卵泡内膜细胞及黄体合成雌二醇和孕酮。转化为7-脱氢胆固醇经紫外线照射转变为维生素D36.1、血脂甘油三酯，卵磷脂，胆固醇及其酯自由脂肪酸（FFA）6.2、血脂的运输方式——脂蛋白（lipoprotein）