生物化学-脂类与脂代谢

第七章脂类与脂类代谢本章内容脂类甘油三酯的分解代谢脂肪的生物合成磷脂的代谢胆固醇的代谢脂类（lipid）亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。脂类的元素组成主要是C、H、O,有些尚含N、S、P。一、定义:第一节脂类参见P124构成脂类的脂肪酸：参见表5-1硬脂酸18∶0（脂）油酸18∶1（油）I按化学组成分类单纯脂类复合脂类衍生脂类二、脂类的分类单纯脂类由脂肪酸和醇类所形成的酯脂酰甘油酯（最丰富的为甘油三酯三酰甘油)蜡（含14-36个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30个碳原子的一元醇所形成的酯）参见P124单纯脂类的衍生物：除了含有脂肪酸和醇外，还含有非脂分子的成分，包括：复合脂类磷脂（磷酸和含氮碱）糖脂（糖）硫脂（硫酸）参见P124由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。萜类：天然色素、香精油、天然橡胶固醇类：固醇（甾醇、性激素、肾上腺皮质激素）其他脂类：维生素A、D、E、K等。衍生脂类可皂化脂类：一类能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。不可皂化脂类：不能被碱水解而产生皂（脂肪酸盐）的脂类。主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类。II按能否被碱水解分类甘油三酯的分子结构三、重要脂类的结构1.甘油三酯CH2CHCH2OOOCO(CH2)mCH3CO(CH2)kCH3CO(CH2)nCH3n、m、k可以相同，也可以不全相同甚至完全不同，其中n多是不饱和的。CH2CHCH2OOOCO(CH2)mCH3CO(CH2)nCH3POOXOHX=胆碱、乙醇胺、丝氨酸、甘油2.甘油磷脂X=H磷脂酸（PA）参见表5-2分类含量分布生理功能脂肪甘油三酯（贮脂）95﹪，（随机体营养状况而变动）脂肪组织、皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、肾脏周围（脂库）、血浆1.储脂供能2.提供必需脂肪酸3.促进脂溶性维生素吸收4.热垫作用5.保护垫作用6.构成血浆脂蛋白类脂糖酯、胆固醇及其酯、磷脂(组织脂）5﹪（含量相当稳定）动物所有细胞的生物膜、神经、血浆1.维持生物膜的结构和功能2.胆固醇可转变成类固醇激素、维生素、胆汁酸等3.构成血浆脂蛋白四、脂类的分布与生理功能脂肪（甘油三酯，TG）脂类类脂磷酸甘油酯（PL）鞘磷脂脑苷脂神经节苷脂磷脂糖脂胆固醇（Ch）及其酯（ChE）第二节甘油三酯的分解代谢参见P263一、脂肪的酶促水解脂肪脂肪酶甘油+脂肪酸CH2OHHCOHCH2OHCH2OHR2-C-O-CHCH2OHO=--H2OR1COOH二酰甘油脂肪酶H2OR2COOH单酰甘油脂肪酶----CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2-O-C-R3O=O=O=H2OR3COOH三酰甘油脂肪酶O=O=---CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2OH限速酶二、甘油的氧化分解与转化CH2OHCHOHCH2OHATPADP甘油激酶(肝、肾、肠)CH2OHCHOHCH2OPNAD+NADH+H+磷酸甘油脱氢酶CH2OHCCH2OPO3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮糖酵解糖异生丙酮酸糖或糖原思考：1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量（形成ATP?)22动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.β-氧化作用α-氧化作用饱和脂肪酸的氧化分解三脂肪酸的氧化分解不饱和脂肪酸的氧化分解奇数C原子脂肪酸的氧化分解概念脂肪酸的β-氧化作用能量计算(一)饱和脂肪酸的β-氧化作用饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，碳链在α位C原子与β位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为β-氧化.R1CH2CH2CH2CH2CH2COOH1.概念2.脂肪酸的β-氧化作用（1）脂肪酸的活化脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。在脂酰CoA合成酶(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合成酶R-COOHAMP+PPiHSCoA+ATPR-CO～SCoA在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱,carnitine）来携带脂酰基。（2）脂酰CoA转运入线粒体HOOC-CH2-CH-CH2-N+-CH3OHCH3CH3β-羟基-γ-三甲基铵基丁酸参见P267借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。其中，肉碱脂酰转移酶Ⅰ(carnitineacyltransferaseⅠ)是脂肪酸-氧化的关键酶。脂酰CoA进入线粒体的过程胞液外膜内膜基质*脂酰转移酶ⅠRCO~SCoAHSCoA肉碱RCO-肉碱转位酶RCO-肉碱脂酰转移酶ⅡRCO~SCoA肉碱HSCoA参见P267关键酶-氧化过程由四个连续的酶促反应组成：①脱氢②水化③再脱氢④硫解(3)-氧化循环①脱氢脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CH2-CH2-CO~SCoAFADFADH2R-CH2-CH=CH-CO~SCoA④硫解硫解酶-2CCH3-CO~SCoAHSCoA②水化水化酶H2OR-CH2-CH(OH)-CH2-CO~SCoA-氧化循环的反应过程（△2反式烯脂酰COA）L-β-羟脂酰COA③再脱氢L-β-羟脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CO-CH2-CO~SCoANADH+H+NAD+β-酮脂酰COA①-氧化循环过程在线粒体基质内进行；②-氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆；③需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子；④每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。脂肪酸-氧化循环的特点生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。(4)彻底氧化：肉碱转运载体线粒体膜脂酰CoA脱氢酶L(+)-β羟脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+反2-烯酰CoA水化酶H2OFADFADH2β酮脂酰CoA硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶ATPCoASHAMPPPiH2O呼吸链1.5ATPH2O呼吸链2.5ATPTCA脂肪酸RCHRCH22CHCH22CC--OHOHOO=OO=RCH=CHC~SCoAβαO=RCH=CHC~SCoAβαO=O=RCH2CH2C~SCoAO=O=RCHOHCH2C~SCoAβαO=O=RCOCH2C~SCoAβαO=O=RC~SCoA+CH3CO~SCoAO=O=RCH2CH2C~SCoAO=O=1分子FADH2可生成1.5分子ATP，1分子NADH可生成2.5分子ATP，故一次-氧化循环可生成4分子ATP。1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成10分子ATP。3、脂肪酸氧化分解时的能量释放以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为：7次-氧化分解产生4×7=28分子ATP；8分子乙酰CoA可得10×8=80分子ATP；共可得108分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP。对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：4103.饱和脂肪酸的α-氧化作用(自学)1.概念脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化。RCH2CH2COOHRCH2COOH+CO2参见P270RCH2COOHO2，NADPH+H+单加氧酶Fe2+，抗坏血酸R-CH-COOHOH-（L-α-羟脂肪酸）NAD+NADH+H+脱氢酶R-C-COOHO=（α-酮脂酸）ATP，NAD+，抗坏血酸脱羧酶RCOOH+CO2（少一个C原子）2.α-氧化的可能反应历程不饱和脂酸3次β氧化顺3-烯酰CoA顺2-烯酰CoA反2-烯酰CoA3顺-2反烯酰CoA异构酶β氧化L(+)-β羟脂酰CoAD(-)-β羟脂酰CoAD(-)-β羟脂酰CoA表构酶H2O(二)不饱和脂肪酸的氧化单不饱和脂肪酸的氧化如油酸(18C:1)参见P268多不饱和脂肪酸的氧化如亚油酸(18C:2)3D(-)L(+)L-甲基丙二酸单酰CoA消旋酶变位酶5-脱氧腺苷钴胺素琥珀酰CoA奇数碳脂肪酸CH3CH2CO~CoA-氧化丙酰CoA羧化酶（生物素）ADP+PiD-甲基丙二酸单酰CoAATP+CO2经三羧酸循环途径→丙酮酸羧化支路→糖有氧氧化途径彻底氧化分解(三)奇数碳脂肪酸的氧化参见P269脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三种中间代谢产物，统称为酮体(ketonebodies)。四、酮体的生成及利用(自学)参见P270-272酮体的分子结构CHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OO==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸CHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OO==OO==OO==OOCHCH3CHCOOHOH2D(-)-β-羟丁酸CHCH33CCHCCH33丙酮丙酮==OOCHCH33CCHCCH33丙酮丙酮CHCH33CCHCCH33丙酮丙酮==OO==OO酮体酮体主要在肝细胞线粒体中生成。酮体生成的原料为乙酰CoA。1．酮体的生成(1)两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶(thiolase)的催化下，缩合生成一分子乙酰乙酰CoA。乙酰乙酰CoA硫解酶CHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OOCHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OO==OO==OOCHCH33CSCoACSCoA==OOCHCH33CSCoACSCoA==OO==OO2×(乙酰CoA)酮体生成的反应过程(2)乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合，生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶是酮体生成的关键酶。HMG-CoA合酶*CHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OOCHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OO==OO==OOHOCCHHOCCH22CCHCCH22CSCoACSCoA((HMGCoAHMGCoA))CHCH33OHOH羟甲基戊二酸单酰羟甲基戊二酸单酰CoACoA==OO==OOHOCCHHOCCH22CCHCCH22CSCoACSCoA((HMGCoAHMGCoA))CHCH33OHOH羟甲基戊二酸单酰羟甲基戊二酸单酰CoACoA==OO==OO==OO==OOCHCH33CSCoACSCoA==OOCHCH33CSCoACSCoA==OO==OOCoASH限速酶(3)HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。HMG-CoA裂解酶HOCCHHOCCH22CCHCCH22CSCoACSCoA((HMGCoAHMGCoA))CHCH33OHOH羟甲基戊二酸单酰羟甲基戊二酸单酰CoACoA==OO==OOHOCCHHOCCH22CCHCCH22CSCoACSCoA((HMGCoAHMGCoA))CHCH33OHOH羟甲基戊二酸单酰羟甲基戊二酸单酰CoACoA==OO==OO==OO==OOCHCH33CSCoACSCoA==OOCHCH33CSCoACSCoA==OO==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OO==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸CH