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第十章 脂类代谢 脂类概述 脂类概述 脂肪的分解代谢 脂肪的分解代谢 脂肪的生物合成 脂肪的生物合成.

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1 第十章 脂类代谢 脂类概述 脂类概述 脂肪的分解代谢 脂肪的分解代谢 脂肪的生物合成 脂肪的生物合成

2 一、脂类概述 1. 概念 脂类是脂肪和类脂的总称,它是有脂肪酸与醇 作用生成的酯及其衍生物,统称为脂质或脂类, 是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛存 在与自然界的一大类物质,它们的化学组成、结 构理化性质以及生物功能存在着很大的差异,但 它们都有一个共同的特性,即可用非极性有机溶 剂从细胞和组织中提取出来。

3 2. 分类 脂肪 真脂或中性脂肪(甘油三酯) 类脂 磷脂 糖脂 异戊二烯酯 甾醇 萜类 甘油磷脂 鞘氨醇磷脂 卵磷脂 脑磷脂

4 ① 贮藏物质 / 能量物质 : 脂肪是机体内代谢燃料的贮 存形式,它在体内氧化可释 存形式,它在体内氧化可释 放大量能量以供机体利用。 放大量能量以供机体利用。 ② 提供给机体必需脂成分 : ( 1 )必需脂肪酸 ( 1 )必需脂肪酸 亚油酸 18 碳脂肪酸,含两个不饱和键; 亚油酸 18 碳脂肪酸,含两个不饱和键; 亚麻酸 18 碳脂肪酸,含三个不饱和键; 亚麻酸 18 碳脂肪酸,含三个不饱和键; 花生四烯酸 20 碳脂肪酸,含四个不饱和键; 花生四烯酸 20 碳脂肪酸,含四个不饱和键; ( 2 )生物活性物质 ( 2 )生物活性物质 激素、胆固醇、维生素等。 激素、胆固醇、维生素等。 3. 脂类的功能 1g 脂肪在体内彻底氧化供能约 38KJ ,而 1g 糖彻底氧化仅供 销能 16.7KJ 。

5 ③生物体结构物质 ( 1 ) 作为细胞膜的主要成分 : 几乎细胞所含的磷 ( 1 ) 作为细胞膜的主要成分 : 几乎细胞所含的磷 脂都集中在生物膜中,是生物膜 脂都集中在生物膜中,是生物膜 结构的基本组成成分。 结构的基本组成成分。 ( 2 ) 保护作用 : 脂肪组织较为柔软,存在于各重 ( 2 ) 保护作用 : 脂肪组织较为柔软,存在于各重 要的器官组织之间,使器官之间 要的器官组织之间,使器官之间 减少摩擦,对器官起保护作用。 减少摩擦,对器官起保护作用。④用作药物:卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰 弱及动脉粥样硬化的治疗等。 弱及动脉粥样硬化的治疗等。

6 二、脂肪的分解代谢

7 1. 脂肪的水解 酯酶为限速酶 ! 脂肪动员 脂肪动员:储存在脂肪细胞中的脂肪,被脂肪酶 逐步水解为游离的脂肪酸及甘油,并释入血以供 其他组织氧化利用的过程。

8 2. 甘油的分解 磷酸酯酶

9 3. 脂肪酸的氧化分解( β- 氧化) ① 脂肪酸的活化 —— 脂酰 CoA 的生成 长链脂肪酸氧化前必须进行活化,活化在 线粒体外进行。内质网和线粒体外膜上的脂 酰 CoA 合成酶在 ATP 、 CoASH 、 Mg2+ 存在 条件下,催化脂肪酸活化,生成脂酰 CoA 。 长链脂肪酸氧化前必须进行活化,活化在 线粒体外进行。内质网和线粒体外膜上的脂 酰 CoA 合成酶在 ATP 、 CoASH 、 Mg2+ 存在 条件下,催化脂肪酸活化,生成脂酰 CoA 。

10 ②脂酰 CoA 的穿膜(脂酰 CoA 进入线粒体) 脂肪酸活化在细胞液中进行,而催化脂肪酸 氧化的酶系是在线粒体基质内,因此活化的 脂酰 CoA 必须进入线粒体内才能代谢。 脂肪酸活化在细胞液中进行,而催化脂肪酸 氧化的酶系是在线粒体基质内,因此活化的 脂酰 CoA 必须进入线粒体内才能代谢。 酯酰肉碱穿梭系统酯酰肉碱穿梭系统 肉毒碱脂酰 CoA 转移酶Ⅱ 肉毒碱脂酰 CoA 转移酶Ⅰ ( 限速酶 ) 移位酶

11 ③ 脂肪酸的 β 氧化 长链脂酰 CoA 的 β 氧化是在线粒体脂肪酸 氧化酶系作用下进行的,每次氧化断去二 碳单位的乙酰 CoA ,再经 TCA 循环完全氧化 成二氧化碳和水,并释放大量能量。偶数 碳原子的脂肪酸 β 氧化最终全部生成乙酰 CoA 。 长链脂酰 CoA 的 β 氧化是在线粒体脂肪酸 氧化酶系作用下进行的,每次氧化断去二 碳单位的乙酰 CoA ,再经 TCA 循环完全氧化 成二氧化碳和水,并释放大量能量。偶数 碳原子的脂肪酸 β 氧化最终全部生成乙酰 CoA 。 脂酰 CoA 的 β 氧化反应过程如下: 脂酰 CoA 的 β 氧化反应过程如下:

12 ( 1 )脱氢 脂酰 CoA 经脂酰 CoA 脱氢酶催化,在其 α 和 β 碳原子上脱氢,生成△ 2 反烯脂酰 CoA ,该脱 氢反应的辅基为 FAD 。 ( 2 )加水(水合反应) △ 2 反烯脂酰 CoA 在△ 2 反 烯脂酰 CoA 水合酶催化下,在双键上加水生成 L- β- 羟脂酰 CoA 。

13 ( 3 )脱氢 L-β- 羟脂酰 CoA 在 L-β- 羟脂酰 CoA 脱氢 酶催化下,脱去 β 碳原子与羟基上的氢原子生成 β- 酮脂酰 CoA ,该反应的辅酶为 NAD + 。 ( 4 )硫解 在 β- 酮脂酰 CoA 硫解酶催化下, β- 酮脂 酰 CoA 与 CoA 作用,硫解产生 1 分子乙酰 CoA 和 比原来少两个碳原子的脂酰 CoA 。

14 氧化的生化历程氧化的生化历程氧化的生化历程氧化的生化历程 乙酰 CoA FAD FADH 2 NAD + NADH RCH 2 CH 2 CO-SCoA 脂酰 CoA 脱氢酶 脂酰 CoA β- 烯脂酰 CoA 水化酶 β- 羟脂酰 CoA 脱氢酶 β- 酮酯酰 CoA 硫解酶 RCHOHCH 2 CO~ScoA RCOCH 2 CO-SCoA RCH=CH-CO-SCoA + CH 3 CO~SCoA R-CO~ScoA H2OH2O CoASH TCA 乙酰 CoA ATP H20H20 呼吸链 H20H20 乙酰 CoA

15 脂肪酸 β- 氧化作用小结 : ( 1 )脂肪酸 β- 氧化时仅需活化一次,消耗 1 个 ATP 的 两个高能键,生成脂酰 CoA 。 两个高能键,生成脂酰 CoA 。 ( 2 )长链脂肪酸由线粒体外的脂酰 CoA 合成酶活化, 经肉碱运到线粒内;中、短链脂肪酸直接进入线 经肉碱运到线粒内;中、短链脂肪酸直接进入线 粒体,由线粒体内的脂酰 CoA 合成酶活化。 粒体,由线粒体内的脂酰 CoA 合成酶活化。 ( 3 ) β- 氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解 4 个重复步 骤。

16 (4) 脂肪酸 β 氧化最终的产物为乙酰 CoA 、 NADH 和 FADH 2 。假如碳原子数为 Cn 的脂肪酸进行 β 氧化, 则需要作( n/2 - 1 )次循环才能完全分解为 n/2 个 乙酰 CoA ,产生 n/2-1 个 NADH 和 n/2-1 个 FADH 2 ; 生成的乙酰 CoA 通过 TCA 循环彻底氧化成二氧化 碳和水并释放能量,而 NADH 和 FADH 2 则通过呼 吸链传递电子生成 ATP 。至此可以生成的 ATP 数 量为: 以软脂酸( 16C )为例计算其完全氧化所生成的 ATP 分子数: 以软脂酸( 16C )为例计算其完全氧化所生成的 ATP 分子数:

17 4. 脂肪酸的其它氧化分解方式 1) 奇数碳原子脂肪酸的分解 丙酰 CoA 有两条代谢途径 : 丙酰 CoA 有两条代谢途径 : ① 羧化 : 丙酰 CoA 转化成琥珀酰 CoA ,进入 TCA 。 ① 羧化 : 丙酰 CoA 转化成琥珀酰 CoA ,进入 TCA 。 动物体内存在这条途径,因此,在动物肝脏中奇数碳 脂肪酸最终能够异生为糖。 动物体内存在这条途径,因此,在动物肝脏中奇数碳 脂肪酸最终能够异生为糖。 ② 脱羧 : 丙酰 CoA 转化成乙酰 CoA ,进入 TCA 。 ② 脱羧 : 丙酰 CoA 转化成乙酰 CoA ,进入 TCA 。 植物、微生物中较普遍。 植物、微生物中较普遍。

18 2 )脂肪酸的 α- 氧化 (不需活化,直接氧化游离脂 肪酸) 肪酸) RCH 2 COOH→RCOOH+CO 2 RCH 2 COOH→RCOOH+CO 2 对于降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸、过分长链脂 肪酸(如脑中 C 22 、 C 24 )有重要作用。 对于降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸、过分长链脂 肪酸(如脑中 C 22 、 C 24 )有重要作用。 3 )脂肪酸的 -ω 氧化 ( ω 端的甲基羟基化,氧化成 醛,再氧化成酸) 醛,再氧化成酸) 少数的 12C 以下的脂酸可通过 ω- 氧化途径,产生二 羧酸。 少数的 12C 以下的脂酸可通过 ω- 氧化途径,产生二 羧酸。

19 4 )不饱和脂肪酸的分解 ① 单不饱和脂肪酸的氧化 ① 单不饱和脂肪酸的氧化 油酸的 β 氧化 : 油酸的 β 氧化 : △ 3 顺 — △ 2 反烯脂酰 CoA 异构酶(改变双键位置和顺反构型) △ 3 顺 — △ 2 反烯脂酰 CoA 异构酶(改变双键位置和顺反构型) ② 多不饱和脂肪酸的氧化 ② 多不饱和脂肪酸的氧化 亚油酸的 β 氧化 : 亚油酸的 β 氧化 : △ 3 顺 — △ 2 反烯脂酰 CoA 异构酶(改变双键位置和顺反构 型) β- 羟脂酰 CoA 差向酶(改变 β- 羟基构型: D→L 型) △ 3 顺 — △ 2 反烯脂酰 CoA 异构酶(改变双键位置和顺反构 型) β- 羟脂酰 CoA 差向酶(改变 β- 羟基构型: D→L 型)

20 5. 乙酰 CoA 的去路 ①进入 TCA 循环最终氧化生成二氧化碳和水 以及大量的 ATP 。 ①进入 TCA 循环最终氧化生成二氧化碳和水 以及大量的 ATP 。 ②生成酮体参与代谢(动物体内) ②生成酮体参与代谢(动物体内) 脂肪酸 β 氧化产生的乙酰 CoA ,在肌肉细 胞中可进入 TCA 循环进行彻底氧化分解; 但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路, 即形成乙酰乙酸、 D-β- 羟丁酸和丙酮,这 三者统称为酮体。 脂肪酸 β 氧化产生的乙酰 CoA ,在肌肉细 胞中可进入 TCA 循环进行彻底氧化分解; 但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路, 即形成乙酰乙酸、 D-β- 羟丁酸和丙酮,这 三者统称为酮体。

21 ( 1 )酮体的生成(肝细胞的线粒体内) 肝脏线粒体中的乙酰 CoA 走哪一条途径(生成酮 体或进入 TCA ),主要取决于草酰乙酸的可利用性。 饥饿状态下,草酰乙酸离开 TCA ,用于异生合成 葡萄糖。只有少量乙酰 CoA 进入 TCA ,大多数乙酰 CoA 用于合成酮体。 酮体的生成过程: 6. 酮体的代谢

22 图 酮体的生成 -1 ① 2 分子的乙酰 CoA 在肝脏线粒体 β- 酮酯酰硫解酶 的作用下,缩合成乙酰乙酰 CoA ,并释放 1 分子的 CoASH 。

23 图 酮体的生成 -2 ②乙酰乙酰 CoA 与另一分子乙酰 CoA 缩合成羟甲基戊二 酰 CoA ( HMG CoA ),并释放 1 分子 CoASH 。

24 图 酮体的生成 -3 ③ HMG CoA 在 HMG CoA 裂解酶催化下裂解生成 乙酰乙酸和乙酰 CoA 。

25 图 酮体的生成 -4 ④ 乙酰乙酸在线粒体内膜 β- 羟丁酸脱氢酶作 用下,被还原成 β- 羟丁酸。

26 图 酮体的生成 -5 ⑤ 部分乙酰乙酸可自动脱羧而成为丙酮。

27 CH 3 COCH 2 CO~SCoA 乙酰乙酰 CoA CH 3 CO~SCoA 乙酰 CoA CH 3 —C—CH 2 CO~SCoA OH CH 2 COOH β- 羟 β- 甲基戊二酸单酰 CoA CH 3 —C—CH 2 COOH OH β- 羟丁酸 CH 3 COCH 2 COOH 乙酰乙酸 CH 3 COCH 3 丙酮 CH 3 CO~SCoA 乙酰 CoA CoA-SH 乙酰乙酰 硫解酶 CoA-SH HMG-CoA 合酶 HMG-CoA 裂解酶 NADH+H + NAD + β - 羟丁酸 脱氢酶 CO 2 乙酰乙酸 脱羧酶 关键酶酮体的生成途径

28 ( 2 )酮体的分解 ( 肝外) 肝脏是生成酮体的器官,但不能使酮体进一 步氧化分解,而是采用酮体的形式将乙酰 CoA 经血液运送到肝外组织,作为它们的能源, 尤其是肾、心肌、脑等组织中主要以酮体为 燃料分子。在这些细胞中,酮体进一步分解 成乙酰 CoA 参加三羧酸循环。 肝脏是生成酮体的器官,但不能使酮体进一 步氧化分解,而是采用酮体的形式将乙酰 CoA 经血液运送到肝外组织,作为它们的能源, 尤其是肾、心肌、脑等组织中主要以酮体为 燃料分子。在这些细胞中,酮体进一步分解 成乙酰 CoA 参加三羧酸循环。

29 A. 乙酰乙酸在肌肉线粒体中经 β- 酮脂酰 CoA 转移 酶催化,能被琥珀酰 CoA 活化成乙酰乙酰 CoA 。 A. 乙酰乙酸在肌肉线粒体中经 β- 酮脂酰 CoA 转移 酶催化,能被琥珀酰 CoA 活化成乙酰乙酰 CoA 。 B. 乙酰乙酰 CoA 被 β 氧化酶系中的硫解酶裂解成 乙酰 CoA 进入三羧酸循环。 B. 乙酰乙酰 CoA 被 β 氧化酶系中的硫解酶裂解成 乙酰 CoA 进入三羧酸循环。 C. β- 羟丁酸在 β- 羟丁酸脱氢酶作用下,脱氢生成 乙酰乙酸,然后再转变成乙酰 CoA 而被氧化。 C. β- 羟丁酸在 β- 羟丁酸脱氢酶作用下,脱氢生成 乙酰乙酸,然后再转变成乙酰 CoA 而被氧化。 D. 丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸, 进而异生成糖。 D. 丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸, 进而异生成糖。

30 心、肾、脑、 骨骼肌细胞 心、肾、 脑细胞 酮体的氧化过程

31 ( 3 )酮体生成的生理意义 ( 3 )酮体生成的生理意义 酮体是肝输出能量的一种形式, 为肝外组织提供可 利用的能源。 酮体是肝输出能量的一种形式, 为肝外组织提供可 利用的能源。 酮体溶于水,分子小,能通过血脑屏障及肌肉毛 细管壁。脑组织细胞不能氧化脂肪酸,但能利用酮 体。长期饥饿,糖供应不足时,酮体可以代替葡萄 糖,成为脑组织及肌肉的重要能源。 酮体溶于水,分子小,能通过血脑屏障及肌肉毛 细管壁。脑组织细胞不能氧化脂肪酸,但能利用酮 体。长期饥饿,糖供应不足时,酮体可以代替葡萄 糖,成为脑组织及肌肉的重要能源。

32 饥饿、糖供给不足或糖尿病: 饥饿、糖供给不足或糖尿病: 脂肪动员加强,酮体生成增加,超过肝外组织氧化 能力, “ 酮血症 ” 、 “ 酮尿症 ” 。可引起酸中毒。 脂肪动员加强,酮体生成增加,超过肝外组织氧化 能力, “ 酮血症 ” 、 “ 酮尿症 ” 。可引起酸中毒。

33 1. 脂肪酸的生物合成 生物机体内脂类的合成是十分活跃的, 特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳 腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要来自 糖酵解产生的乙酰 CoA 。脂肪酸合成步骤 与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的生物 合成是在细胞液中进行,需要 CO2 和柠檬 酸参加;而氧化降解是在线粒体中进行的。 生物机体内脂类的合成是十分活跃的, 特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳 腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要来自 糖酵解产生的乙酰 CoA 。脂肪酸合成步骤 与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的生物 合成是在细胞液中进行,需要 CO2 和柠檬 酸参加;而氧化降解是在线粒体中进行的。 三、脂肪的生物合成

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35 合成过程可以分为三个阶段: ( 1 )原料的准备 —— 乙酰 CoA 羧化生成丙二 酸单酰 CoA (在细胞液中进行),由乙酰 CoA 羧化酶催化,辅基为生物素,是一个不 可逆反应。 乙酰 CoA 羧化酶可分成三个不同的亚基: 乙酰 CoA 羧化酶可分成三个不同的亚基: 生物素羧化酶( BC ) 生物素羧基载体蛋白( BCCP ) 羧基转移酶( CT )

36 乙酰 CoA 的穿膜转运: 柠檬酸穿梭系统 柠檬酸穿梭系统 肉毒碱转运 肉毒碱转运

37 ( 2 )合成阶段 ——— 以软脂酸( 16 碳)的合成为 例(在细胞液中进行)。催化该合成反应的是一 个多酶体系,共有七种蛋白质参与反应,以没有 酶活性的脂酰基载体蛋白( ACP )为中心,组成 一簇。 原初反应(初始反应) 原初反应(初始反应) 原初反应 原初反应 缩合反应 缩合反应 还原反应 还原反应 脱水反应 脱水反应 还原反应 还原反应

38 至此,生成的丁酰 -ACP 比开始的乙酰 - ACP 多了两个碳原子;然后丁酰基再从 ACP 上转移到 β- 酮脂酰合成酶的 -SH 上,再 重复以上的缩合、还原、脱水、还原 4 步反 应,每次重复增加两个碳原子,释放一分 子 CO2 ,消耗两分子 NADPH ,经过 7 次重 复后合成软脂酰 -ACP ,最后经硫脂酶催化 脱去 ACP 生成软脂酸( 16 碳)。 至此,生成的丁酰 -ACP 比开始的乙酰 - ACP 多了两个碳原子;然后丁酰基再从 ACP 上转移到 β- 酮脂酰合成酶的 -SH 上,再 重复以上的缩合、还原、脱水、还原 4 步反 应,每次重复增加两个碳原子,释放一分 子 CO2 ,消耗两分子 NADPH ,经过 7 次重 复后合成软脂酰 -ACP ,最后经硫脂酶催化 脱去 ACP 生成软脂酸( 16 碳)。

39 ( 3 )延长阶段(在线粒体和微粒体中进行) 生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链 的延长,一是线粒体中的延长酶系,另一 个是粗糙内质网中的延长酶系。 线粒体脂肪酸延长酶系 线粒体脂肪酸延长酶系 以乙酰 CoA 为 C2 供体,不需要酰基载体, 由软脂酰 CoA 与乙酰 CoA 直接缩合。 以乙酰 CoA 为 C2 供体,不需要酰基载体, 由软脂酰 CoA 与乙酰 CoA 直接缩合。 内质网脂肪酸延长酶系 内质网脂肪酸延长酶系 用丙二酸单酰 CoA 作为 C2 的供体, NADPH 作为 H 的供体,中间过程和脂肪酸合成酶系 的催化过程相同。 用丙二酸单酰 CoA 作为 C2 的供体, NADPH 作为 H 的供体,中间过程和脂肪酸合成酶系 的催化过程相同。

40 2. 不饱和脂肪酸的合成 不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化形 成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油酸 ( 16C ,一个不饱和键)、油酸( 18C ,一个不 饱和键)、亚油酸( 18C ,两个不饱和键)、亚 麻酸( 18C ,三个不饱和键)以及花生四烯酸 ( 20C ,四个不饱和键)等,前两种单不饱和脂 肪酸可由人体自己合成,后三种为多不饱和脂肪 酸,必须从食物中摄取,因为哺乳动物体内没有 △ 9 以上的去饱和酶。 不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化形 成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油酸 ( 16C ,一个不饱和键)、油酸( 18C ,一个不 饱和键)、亚油酸( 18C ,两个不饱和键)、亚 麻酸( 18C ,三个不饱和键)以及花生四烯酸 ( 20C ,四个不饱和键)等,前两种单不饱和脂 肪酸可由人体自己合成,后三种为多不饱和脂肪 酸,必须从食物中摄取,因为哺乳动物体内没有 △ 9 以上的去饱和酶。

41 本章重点 : 1. 脂类概述 2. 脂肪的分解 3. 脂肪的合成 脂肪与类脂,功能 脂肪酸的 β -氧化,酮体 乙酰 CoA 羧化生成丙二酸单酰 CoA 脂肪酸的从头合成


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