第二节 脂肪酸的合成代谢(5-11-2)

第二节脂肪酸的合成代谢一.甘油的合成由糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮还原而成。甘油的合成在细胞质中进行。事实上，在甘油和脂肪酸缩合连结成脂肪时，所需要的是3-磷酸甘油，而不是游离的甘油。(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成原料：乙酰CoA产物：不超过16碳的饱和脂肪酸部位：动物体——细胞质植物体——叶绿体和前质体OverviewFattyacidsaresynthesizedbythecondensationoftwo-carbonunits.However,intermsoftheenzymicstepsinvolved,theprocessisnotthereversedof-oxidation.Fattyacidsynthesisinvolvesaseparateseriesofreactionstobuilduplong-chainhydrocarbonsfromacetylCoAunits.Thekeydifferencesbetweenfattyacidsynthesisandbreakdownare:(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成1.fattyacidsynthesisoccursinthecytosolofbothprokaryotesandeukaryoteswhereastheirdegradationoccursinthemitochondriaofeukaryotes;2.fattyacidsynthesisusesNADPHasthereductantwhereasNADHisproducedin-oxidation;3.duringtheirsynthesis,fattyacidsarecovalentlylinkedtoanacylcarrierprotein(ACP),asopposedtoCoAintheirdegradation;4.theenzymeactivitiesoffattyacidsynthesisinhigherorganismsarepresentinasinglepolypeptidechaincalledfattyacidsynthase,whereasin-oxidationtheindividualactivitiesarepresentonseparateenzymes.(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(1)乙酰CoA的来源和转运TransportintothecytosolFattyacidsaresynthesizedinthecytosol,butacetylCoAisproducedfrompyruvateinthemitochondria.ThustheacetylCoAmustbetransferredfromthemitochondriaintothecytosoltoallowfattyacidsynthesistooccur.However,theinnermitochondrialmembraneisnotreadilypermeabletothismolecule.ThisproblemisovercomebythecondensationofacetylCoAwithoxaloacetatetoformcitrate.1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(1)乙酰CoA的来源和转运因为乙酰CoA在线粒体产生，乙酰CoA不能直接穿过线粒体内膜，需要通过“柠檬酸穿梭”的方式从线粒体基质到达细胞质，才能用于合成脂肪酸。(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(1)乙酰CoA的来源和转运(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(1)乙酰CoA的来源和转运循环的净结果是将乙酰CoA从线粒体转运到了细胞质，同时也消耗了化学能ATP。在植物体中，线粒体内产生的乙酰CoA先脱去CoA以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒体外由脂酰CoA合成酶催化重新形成乙酰CoA。1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸单酰CoA的形成ThefirstcommittedstepinfattyacidbiosynthesisisthecarboxylationofacetylCoAtoformmalonylCoAusingCO2intheformofbicarbonateHCO3-.ThisreactioniscatalyzedbytheenzymeacetylCoAcarboxylasewhichhasbiotinasaprostheticgroup,acommonfeatureinCO2-bindingenzymes.1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸单酰CoA的形成在脂肪酸的从头合成过程中，参入脂肪酸链的二碳单位的直接提供者并不是乙酰CoA，而是乙酰CoA的羧化产物——丙二酸单酰CoA（malonyl-CoA）。1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸单酰CoA的形成(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成乙酰CoA羧化酶的组成在原核生物中，由两种酶和一种蛋白质组成三元多酶复合体—生物素羧基载体蛋白（biotincarboxyl-carrierprotein，BCCP）生物素羧化酶羧基转移酶在动物及高等植物体内，乙酰CoA羧化酶是由多个亚基组成的寡聚酶，每个亚基兼具上述的三种催化活性，但只有当它们聚合成完整的寡聚酶后才有活性。1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸单酰CoA的形成乙酰CoA的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤，故乙酰CoA羧化酶的活性高低控制着脂肪酸合成的速度。1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸单酰CoA的形成影响乙酰CoA羧化酶活性的因素：（在动物体中）柠檬酸：促进无活性的单体聚合成有活性的全酶，从而加速脂肪酸的合成；软脂酰CoA：促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合成。1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成脂肪酸合酶系统（fattyacidsynthasesystem，FAS）FA的组成①乙酰CoA-ACP转移酶②丙二酸单酰CoA-ACP转移酶③-酮脂酰-ACP合酶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硫酯酶ACP——脂酰基载体蛋白1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成脂肪酸合酶系统（fattyacidsynthasesystem，FAS）1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸链的合成ACP：不同生物体中的ACP十分相似：大肠杆菌中的ACP是一个由77个氨基酸残基组成的热稳定蛋白质，在它的第36位丝氨酸残基的侧链上，连有辅基4'-磷酸泛酰巯基乙胺。1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸链的合成ACP辅基犹如一个转动的手臂，以其末端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活性中心，从而发生各种反应，如下图所示。(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成FAS上的活性巯基：（用于运载脂酰基）中央巯基—ACP上的巯基；外围巯基—-酮脂酰-ACP合酶上的巯基，由该酶的一个Cys残基提供。1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成乙酰CoA:ACP转移酶丙二酸单酰CoA:ACP转移酶-酮脂酰ACP合酶-酮脂酰ACP还原酶-羟脂酰ACP脱水酶烯脂酰ACP还原酶1.脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸链的合成整个过程都是在脂肪酸合酶系统中进行。这一阶段包含有多轮酶促反应，每经历一轮可以使脂肪酸链在羧基端延长一个二碳单位，同时消耗2分子还原剂NADPH。从乙酰CoA的穿梭、丙二酸单酰CoA的生成，到脂肪酸链的形成，需要消耗化学能ATP及还原剂NADPH。整个合成的碳源来自乙酰CoA，尽管CO2参与了合成，但没有被消耗，其作用是乙酰CoA通过羧化将ATP的能量贮存在丙二酸单酰CoA中，从而在缩合反应中通过脱羧放能而使反应向正方向即合成的方向进行，这要比两分子的乙酰CoA进行的缩合反应更易进行。2.脂肪酸从头合成的化学计量(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成2.脂肪酸从头合成的化学计量(一)脂肪酸的从头合成二.脂肪酸的合成由此可见，由脂肪酸合酶系统形成1分子软脂酸需要消耗1分子乙酰CoA、7分子丙二酸单酰CoA以及14分子还原辅酶Ⅱ，同时释放出7分子CO2。1.延长发生的部位(二)脂肪酸碳链的延长二.脂肪酸的合成内质网动物体线粒体植物体叶绿体或前质体2.延长过程该过程是以脂酰CoA（不是脂肪酸）作为起点(引物)，通过与从头合成相似的步骤，即缩合→还原→脱水→再还原，逐步在羧基端增加二碳单位。至于延长的具体方式，在细胞的不同部位都不相同。(二)脂肪酸碳链的延长二.脂肪酸的合成线粒体中的延长过程：相当于脂肪酸-氧化过程的逆转，只是第二次还原反应由还原酶而不是脱氢酶催化，电子载体为NADPH而不是FADH2；内质网上的延长过程：与从头合成过程相似，只是脂酰基的载体为CoA而不是ACP。2.脂肪酸碳链的延长过程(二)脂肪酸碳链的延长二.脂肪酸的合成1)动物体中脂肪酸链的延长植物的脂肪酸延长系统有两个——叶绿体或前质体中的只负责将软脂酸转变为硬脂酸（18:0），这一过程类似于从头合成途径；碳链的进一步延长则由内质网上的延长系统完成。2.脂肪酸碳链的延长过程(二)脂肪酸碳链的延长二.脂肪酸的合成(2)植物体中脂肪酸链的延长细胞内进行部位动物植物线粒体叶绿体、前质体ACP内质网电子供体脂酰基的载体二碳单位的供体内质网NADPH丙二酸单酰CoA不明确NADHNADPHCoA乙酰CoA丙二酸单酰CoACoANADPH2.脂肪酸碳链的延长过程(二)脂肪酸碳链的延长二.脂肪酸的合成在生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸，如棕榈油酸（16:1D9）、油酸（18:1D9）、亚油酸（18:2D9,12）、亚麻酸（18:3D9,12,15）等，它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。去饱和作用有需氧和厌氧两条途径，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。(三)脂肪酸碳链的去饱和二.脂肪酸的合成1.需氧途径该途径由去饱和酶系催化，需要O2和NADPH的共同参与。去饱和酶系由去饱和酶（desaturase）及一系列的电子传递体组成。在该途径中，一分子氧接受来自去饱和酶的两对电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从NADPH获得，另一对则是从脂酰基获得，结果NADPH被氧化成NADP+，脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）(三)脂肪酸碳链的去饱和二.脂肪酸的合成去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的9、10位碳原子上，生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸）。接下来，对于动物，尤其是哺乳动物，从该双键向脂酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸。二.脂肪酸的合成1.需氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和而植物则是从该双键向脂酸的甲基端继续去饱和生成如亚油酸、亚麻酸等的多烯脂肪酸。此外，植物也可以不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和的，它也是一个需氧的过程。二.脂肪酸的合成1.需氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和由于动物不能合成亚油酸和亚麻酸，但对维持其生长十分重要，所以必须从食物中获得，这些脂肪酸对人类和哺乳动物是必需脂肪酸。但动物能通过去饱和作用和延长脂肪酸碳链的过程将它们转变为二十碳四烯酸。二.脂肪酸的合成1.需氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和厌氧途径是厌氧微生物合成单不饱和脂肪酸的方式。这一过程发生在脂肪酸从头合成的过程中。当FAS系统从头合成到10个碳的羟脂酰-ACP（-羟癸酰-A