生物化学08第八章脂类代谢

第八章脂类代谢一、概述二、脂肪的中间代谢三、磷脂代谢四、胆固醇代谢(一)脂肪的分解代谢1、脂肪的酶促水解2、甘油的分解代谢3、脂肪酸的分解代谢——脂肪酸的-氧化（二）脂肪的合成代谢1、-磷酸甘油的生成2、脂肪酸合成3、脂肪的合成第八章脂类代谢一、概述1、脂类的定义：脂类(脂质)是单脂类、复合脂类及衍生脂类的总称。在化学上可定义为：“脂肪酸的衍生物及其密切相关的物质”。2、脂类与其组成之间的关系：见下页表脑苷脂神经磷脂磷脂缩醛磷脂己糖神经氨基醇固醇脂肪酸脂肪醇磷酸氨基醇脂肪醛固醇脂甘油三酯(脂肪）蜡醚酯甘油醚甘油3、脂类物质的特征：⑴不溶于水而易溶于乙醚、丙酮、氯仿等有机溶剂，也有例外，卵磷脂由于有极性而溶于水但不溶于丙酮，短链脂肪酸的单甘油酸溶于水胜过溶于有机溶剂。⑵具有酯的结构或与脂肪酸有成脂的可能。⑶生物体产生，并能为生物体利用。脂类脂肪(真脂或中性脂)类脂磷脂核脂固醇及其酯蜡、萜等4、脂类分类：⑴习惯分类：⑵按组成与结构分类：主类亚类组成简单脂类酰基甘油甘油+脂肪酸蜡长链醇+长链脂肪酸复合脂类磷酸酰基甘油(或甘油磷脂)甘油+脂肪酸+磷酸盐+其他含氮基团鞘磷脂类鞘氨醇+脂肪酸+磷酸盐+胆碱脑苷脂类鞘氨醇+脂肪酸+糖神经节苷脂类鞘氨醇+脂肪酸+复合的碳水化合物部分蛋白脂(脂蛋白)类蛋白质+脂类衍生脂类符合脂定义的物质，但不是简单或复合的脂类实例：类胡罗卜素、类固醇、脂溶性维生素5、脂类的功能⑵类脂的功能主要是作为生物膜结构的基本原料，约占膜重量的一半左右或更多，按重量计：磷脂占膜的50%~70%，胆固醇占20%~30%。⑴脂肪的主要功能构成体质供能贮能保温御寒保护内脏促进脂溶性维生素的吸收提供必需脂肪酸：提供人体必需，但自身不能合成的亚油酸(18碳二烯酸)，亚麻酸(18碳三烯酸)。6、脂肪的消化和吸收人和动物从食物中摄入脂肪后，主要在小肠进行消化和吸收。在小肠，脂肪首先被胆汁酸乳化成微粒并均匀分散于水中，有利于胰脏分泌的脂肪酶对其水解，生成脂肪酸和甘油。游离脂肪酸和甘油被吸收后，通过门静脉进入肝脏进一步代谢。一小部分未被完全水解的甘油单酯与长链脂肪酸一起在肠粘膜细胞胞再合成甘油三酯，继而形成乳糜微粒经淋巴系统进入血液循环。二、脂肪的中间代谢(一)脂肪的分解代谢1、三酰甘油(甘油三酯)的分解——体内脂肪的酶促水解脂肪水解的第一步反应为限速反应，催化这步反应的脂肪酶受激素调节，所以也被称为激素敏感性脂肪酶。在某些生理或病理条件下，脂肪酶磷酸化并被激活，从而促进脂肪水解。2、甘油的分解代谢产ATP?3、脂肪酸的分解代谢——脂肪酸的-氧化1904年德国F.Knoop提出-氧化概念：脂肪酸在生物体内被氧化的时候，总是在羧基端的和两个碳原子之间的化学键发生断裂，-碳原子被氧化成一个新的羧基，生成一个二碳化合物和一个比原来脂肪酸少两个碳原子的脂肪酸,这个作用就称为-氧化作用。反应中形成的脂肪酸可以继续进行-氧化，一直到整个脂肪酸碳链都被氧化为止。β-氧化场所：线粒体中进行。试验证据1904年F.Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验结果，推导出了β-氧化学说。-CH2-(CH2)2n+1-COOH-CH2-(CH2)2n-COOH-COOH（苯甲酸）-CH2COOH（苯乙酸）奇数碳原子偶数碳原子马尿酸苯乙尿酸GlyGly⑴脂肪酸的活化与转运脂肪酸在进行氧化分解前要先经过活化成为脂肪酰CoA，才能进行-氧化。脂肪酰CoA的水溶性比脂肪酸大得多，且细胞内的分解代谢的酶也是对脂肪酰CoA特异的，而不能直接催化脂肪酸。脂肪酸的活化是由线粒体外的脂肪酸硫激酶(又称脂肪酰CoA合成酶)所催化。OR-C-OH+CoA-SH脂酰CoA合成酶OR-C-SCoAATPAMP+PPi②活化脂肪酸的特性①肉毒碱脂肪酰基转移酶Ⅰ②肉毒碱脂肪酰基转移酶Ⅱ注：其中酶Ⅰ活性直接调控脂肪酰的转运速度，是脂肪酸氧化分解的限速步骤。可决脂肪酸趋向分解或趋向合成。肉毒碱与脂酰CoA的反应：(2)饱和脂肪酸的-氧化-氧化过程：脱氢加水再脱氢硫解①脱氢：脂酰CoA脱氢酶催化，以FAD为辅基。该酶催化的反应是不可逆的。此反应的逆反应是在烯脂酰CoA还原酶催化下，以NADPH2为供氢体进行的。反应式：②加水：烯脂酰CoA水化酶催化，该酶能催化△2-反式烯脂酰CoA生成L--羟脂酰CoA，也能催化△2-顺式烯脂酰CoA生成D--羟脂酰CoA.但在第一步脱氢得到△2-反式。故该步反应产物为L-型。反应式：③再脱氢：L--羟脂酰CoA脱氢酶催化，以NAD+为辅酶，该酶具有高度立体异构专一性，只能催化L--羟脂酰脱氢，不能催化D--羟脂酰CoA脱氢。反应式：④硫解：-酮脂酰CoA硫解酶（乙酰CoA脂酰转移酶）催化。反应式：★-氧化过程小结：注：第①步反应不可逆，但在烯脂酰CoA还原酶催化下，由NADPH+H+供氢，可将该反应逆转。①脱氢②加水③再脱氢④硫解CoASH①②③④以一分子十六碳的软脂酸为例：要经过7次-氧化产生8个分子乙酰CoA均可进入TCA循环而彻底氧化成H2O和CO2，并偶联产生ATP。产生ATP数为=7×(FADH2)2+7×(NADH)3+12(TCA循环产生的)×87次-氧化7次-氧化共8分子乙酰CoA每分子乙酰CoA经TCA循环所产生ATP数=14+21+96=131个分子ATP净得ATP数：131-2=129分子ATP(因为在脂肪酸活化时ATPAMP相当于消耗了2分子ATP。)★脂肪酸彻底氧化后的ATP生成：★奇数碳原子脂肪酸的-氧化：不饱和脂肪酸油酰基的β氧化作用油酰基CoA（918：1）CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoAOHCH3(CH2)7CH2-C-CH2-CO-CoAH6CH3-CO-CoACH3(CH2)7CH2-C=CH-CO-CoAHH2-反-十二碳烯脂酰CoAβ-氧化,三次循环烯酯酰CoA异构酶烯酯酰CoA水化酶再开始β-氧化CH3(CH2)7-C=C-CH2-CO-CoA3-顺-十二碳烯酯酰CoAHH⑷脂肪酸的其它氧化方式——-氧化和-氧化除了-氧化途径外，脂肪酸还有其它几种氧化方式。①脂肪酸的-氧化脂肪酸的-碳原子首先被氧化成二羧酸，然后两侧可同时进行-氧化，提高氧化效率。CH3(CH2)nCOOHHOOC(CH2)nCOOH-氧化②脂肪酸的-氧化-氧化是指每一次氧化只失去一个碳原子，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸和CO2。R-CH2CH2COOHR-CH2COOH+CO2这种氧化方式对降解支链脂肪酸具有重要作用。－氧化-氧化酮体：是丙酮、乙酰乙酸、-羟丁酸三种物质的总称。(5)酮体的生成和利用注：①乙酰CoA酰基转移酶(乙酰乙酰CoA硫解酶)②脱酰基酶③HMGCoA合成酶④HMGCoA裂合酶⑤β-羟丁酸脱氢酶⑥自动进行⑦乙酰乙酰还原酶⑧羟丁酰CoA脱酰基酶①酮体的生成：在肝组织中生成。酮体的生成途径：如图②酮体的利用：在肝外组织中利用。ATP（二）脂肪的合成代谢脂肪合成场所主要是在脂肪组织、其次是肝脏。在细胞内主要在线粒体外——胞浆中进行的。1、-磷酸甘油的生成：2、脂肪酸合成：在胞浆中进行直接原料为乙酰CoA由一套酶系催化由NADPH+H+供氢需ATP、CO2、Mg2+等参与⑴从头合成途径（胞浆酶系）合成饱和脂肪酸：①乙酰CoA转运出线粒体的机制：②丙二酸单酰CoA的合成：HCO3-+H++ATPADP+Pi酶-生物素酶–羧基生物素乙酰CoA（丙二酰CoA）COOH|CH2|CO~SCoA酶：乙酰CoA羧化酶是变构酶，是脂肪酸合成的限速酶！柠檬酸、-酮戊二酸、异柠檬酸激活；被尼克酸、水杨酸和脂酰CoA抑制！③脂肪酸合成的多酶复合体系④饱和脂肪酸的合成过程：⑵脂肪酸的碳链延长途径线粒体酶系、内质网酶系与微粒体酶系都能使短链饱和脂酸的碳链延长，每次延长两个碳原子。线粒体酶系延长碳链的碳源不是加入丙二酸单酰-ACP，而是加入乙酰CoA。除线粒体可延长脂酸碳链外，微粒体内质网酶系也可延长C16脂酸（包括饱和和不饱和的）的碳链。其总反应如下式：R-CO-CoA+丙二酸单酰-CoA+2NADPH+2H+——R(CH2)2CO-CoA+2NADP++CO2+CoA在植物则细胞溶质酶系可利用丙二酸单酰ACP延长脂酸碳链，例如：丙二酸单酰-ACP棕榈酰ACP硬脂酰ACPNADPH⑶不饱和脂肪酸的合成许多生物体能使饱和脂酸的第9和第10碳位之间氢，形成一个双键成为不饱和脂酸，植物和某些微生物才能使第12和第13位碳位间脱氢形成双键，甚至更多双键的不饱和脂酸。不饱和脂酸的生物合成途径有氧化脱氢和-碳位氧化成羟酸，再脱水两种途径。①氧化脱氢途径：这个途径一般在脂酸的第9和第10位碳位脱氢，例如硬脂酸由脂酰脱饱和酶（存在于微粒体内，肝脏和脂肪组织含此酶较多）催化即生成油酸：②-氧化、脱水途径：这一途径是先在饱和脂酸的-碳位氧化成羟酸，在、-碳位间脱水形成双键。再经碳链延长作用即可得油酸。3、脂肪的合成：⑴并非游离的甘油与游离脂肪酸合成脂肪：直接合成脂肪的原料-磷酸甘油或磷酸二羟丙酮脂酰CoA⑵合成过程：见下一页图脂肪代谢小结：脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油三羧酸循环乙醛酸循环甘油乙酰CoA三酰甘油脂肪酸氧化糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖磷酸二羟丙酮PEP丙酮酸合成植物和微生物三、磷脂代谢磷脂（广义）甘油醇磷脂（狭义的“磷脂”）：以甘油为基础鞘氨醇磷脂：不含甘油，以鞘氨醇为基础。包括鞘磷脂、鞘糖脂。本节主要介绍甘油醇磷脂类——狭义的磷脂代谢。磷脂的结构通式：（一）磷脂的分解代谢１、磷脂酶及其作用部位：2、磷脂酶的作用产物：（二）磷脂的合成代谢：1、甘油二酯的来源①脂肪合成过程中能生成甘油二酯②脂肪经酶水解可产生甘油二酯2、胆碱和乙醇胺的来源①由食物中磷脂吸收后水解而来②由丝氨酸代谢产生HO-CH2-CH-COOHHO-CH2CH2-NH2（乙醇胺）CO2|NH2丝氨酸脱羧酶HO-CH2CH2-N+(CH3)3（胆碱）甲基化3、胞二磷乙醇胺（CDP-乙醇胺）和胞二磷胆碱（CDP-胆碱）的生成磷酸乙醇胺胞苷转移酶磷酸胆碱胞苷转移酶4、磷脂的合成：①磷脂酰乙醇胺的合成（脑磷脂的合成）：,－甘油二酯＋CDP-乙醇胺磷脂酰乙醇胺＋ＣＭＰ磷酸乙醇胺转移酶（脑磷脂）②磷脂酰胆碱的合成（卵磷脂的合成）：,－甘油二酯＋CDP-胆碱磷脂酰胆碱+CMP磷酸乙醇胺转移酶（卵磷脂）卵磷脂、脑磷脂合成小结：见下一页：③植物、微生物及动物肝脏存在有所不同的磷脂合成途径：磷脂的合成及与糖、脂肪间关系：四、胆固醇代谢1、胆固醇代谢：2、固醇间的一些代谢关系：