第十一章-脂类代谢.ppt

第九章第九章 脂类代谢脂类代谢 l脂脂肪肪（脂脂肪肪酸酸）是是生生物物体体的的重重要要能能源源，由由它它组组成成的的甘甘油油三三酯酯可可在在动动物物的的脂脂肪肪组组织织、植植物物种种子子或或果果实实中中大大量量贮贮藏藏，并并具具有有贮贮藏藏量量大大、热热值值高高等等优优点点；磷磷脂脂、鞘鞘脂脂是是构构成成生生物物膜膜的的主主要要成成分分，由由于于是是兼兼性性分分子子，构构成成膜膜外外表表面面亲亲水水、内内表表面面疏疏水水的的特特性性，保保护护细细胞胞内内环环境境相相对对稳稳定定；脂脂类类代代谢谢的的某某些些中中间间产产物物可可转转变变成成脂脂溶溶性性维维生生素素及及植植物物次次生生物物质质；许许多多类类脂脂及及其其衍衍生生物物具具有有重重要要的的生生理理作作用用，如如胆胆汁汁酸酸（胆胆固固醇醇衍衍生生物物）促促进进食食物物油油脂脂乳乳化化，帮帮助助脂脂类消化、吸收。类消化、吸收。l许许多多天天然然的的油油脂脂中中含含有有动动物物体体（包包括括人人体体）自自身身不不能能合合成成的的而而又又是是营营养养上上必必需需的的多多不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸（又又称称必必需需脂脂肪肪酸酸，essential essential fatty fatty acidsacids），如如亚亚油油酸酸和和亚亚麻麻酸酸。此此外外人人类类许许多多疾疾病病都都与与脂脂肪肪代代谢谢紊紊乱乱有有关关，如如动动脉脉粥粥样样硬硬化化、肥肥胖胖症症、糖糖尿尿病病、胰胰腺腺炎炎等等。现现代代研研究究还还表表明明，磷磷脂脂酰酰肌肌醇醇的的一一系系列列中中间间代代谢谢物物具具有有信信息息传传递递作作用用，构构成成了了一一条条非非核核苷苷酸酸类类信信号号通通路路，糖糖脂脂与与细细胞胞的的识识别别和和免免疫疫方方面面也也有着密切关系。有着密切关系。第一节第一节 脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢 l一、脂肪酶（一、脂肪酶（lipase）l当当动动物物体体动动用用体体内内贮贮存存脂脂肪肪或或从从食食物物中中摄摄取取脂脂肪肪时时，大大都都需需要要对对其其进进行行酶酶促促水水解解，生生成成脂脂肪肪酸酸和和甘甘油油，才才能能被被细细胞胞吸吸收收利利用用。催催化化脂脂肪肪水水解解的的酶酶称称作作脂脂肪肪酶酶。脂脂肪肪酶酶是是一一个个酶酶系系，其其中中包包括括脂脂肪肪酶酶、甘甘油油二二酯酯脂脂肪肪酶酶和和甘甘油油单单酯酯脂脂肪肪酶酶。该该酶系催化的反应分三步进行。酶系催化的反应分三步进行。l二、二、脂肪酸的脂肪酸的b-b-氧化氧化 l被被脂脂肪肪酶酶水水解解的的脂脂肪肪酸酸和和体体内内游游离离的的脂脂肪肪酸酸通通过过质质膜膜扩扩散散进进入入血血液液，由由于于脂脂肪肪酸酸难难溶溶于于水水，其其主主要要是是与与血血清清清清蛋蛋白白结结合合后后通通过过血血液液转转运运到到其其它它组组织织中中，其其中中包包括括心心脏脏、骨骨骼骼肌肌和和肝肝脏脏等等组组织织。在在这这些些组组织织的的线线粒粒体体内内，脂脂肪肪酸酸被被氧氧化化同同时时释放出大量能量。释放出大量能量。l（一）偶数碳饱和脂肪酸的氧化（一）偶数碳饱和脂肪酸的氧化lb-b-氧氧化化是是指指在在进进入入线线粒粒体体的的脂脂酰酰oAoA在在酶酶的的作作用用下下，从从脂脂肪肪酸酸的的b-b-碳碳原原子子开开始始，依依次次两两个个碳碳原原子子进进行行水水解解的的过过程程。每每次次裂裂解解产生的二碳单位为乙酰产生的二碳单位为乙酰CoA。l脂脂肪肪酸酸的的活活化化被被吸吸收收进进入入细细胞胞的的脂脂肪肪酸酸首首先先在在脂脂酰酰辅辅酶酶A合合成成酶酶（硫硫激激酶酶）的的催催化化下下，由由ATP提提供供能能量量，活活化化形形成成脂脂酰酰辅酶辅酶A。l脂酰脂酰CoA的氧化脱氢作用的氧化脱氢作用l脂脂酰酰CoA在在脂脂酰酰CoA脱脱氢氢酶酶（acylCoAdehydrogenase）的的作作用用下下，在在C-2和和C-3之之间间脱脱氢氢，生生成成2-反反式式烯烯脂脂酰酰CoA。脱脱氢酶的辅基是氢酶的辅基是FAD。l2-反式烯脂酰反式烯脂酰CoA的水化的水化l2-反反 式式 烯烯 脂脂 酰酰 CoA在在 烯烯 脂脂 酰酰 CoA水水 化化 酶酶（enoylCoAhydratase）的的作作用用下下水水化化，生生成成L-b-b-羟羟脂脂酰酰CoA。烯烯脂脂酰酰CoA水水化化酶酶具具有有立立体体异异构构专专一一性性，专专一一催催化化2-不不饱饱和和脂脂酰酰CoA的的水水化化，催催化化反反式式双双键键生生成成L-b-b-羟羟脂脂酰酰CoA，催催化顺式双键生成化顺式双键生成D-b-b-羟脂酰羟脂酰CoA。lL L-b-b-羟脂酰羟脂酰CoACoA的氧化脱氢的氧化脱氢lL L-b-b-羟羟脂脂酰酰CoACoA在在L L-b-b-羟羟脂脂酰酰CoACoA脱脱氢氢酶酶(L L-b-b-hydroxyacylCoA hydroxyacylCoA dehydrogenasedehydrogenase）的的作作用用下下，C-3C-3位位脱脱氢氢生生成成L L-b-b-酮酮脂脂酰酰CoACoA。L L-b-b-羟羟脂脂酰酰CoACoA脱脱氢氢酶酶的的辅辅酶酶NADNAD+，具具有有高高度度立立体体异异构构专专一一性性，只只催催化化L-L-型型羟羟脂脂酰酰CoACoA的的脱脱氢氢反应。反应。lL-b-b-酮脂酰酮脂酰CoA的硫解的硫解lL L-b-b-酮酮脂脂酰酰CoACoA在在b-b-酮酮硫硫解解酶酶（thiolasethiolase）的的催催化化作作用用下下发发生生断断裂裂式式硫硫解解，形形成成乙乙酰酰CoACoA和和一一个个缩缩短短了了2 2个个碳碳原原子子的的脂脂酰酰CoACoA。由由于于该该反反应应是是高高度度放放能能反反应应，使使反反应应趋趋于于裂裂解解方方向向进进行行。少少了了2 2个个碳碳原原子子的的脂脂酰酰CoACoA继继续续重重复复上上述述b-b-氧氧化化的的四四步步反反应应，循循环环往往复复直直到到全全部部氧氧化化成成乙乙酰酰CoACoA。l（二二）偶偶数数碳碳不不饱饱和和脂脂肪酸的氧化肪酸的氧化l（1 1）单单不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的氧化的氧化 l烯烯脂脂酰酰CoACoA异构酶异构酶 l（2）多不饱和脂肪酸的氧化）多不饱和脂肪酸的氧化l 多多不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的氧氧化化与与单单不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的氧氧化化相相比比较较，还还需需要要另另外外一一个个特特殊殊的的还还原原酶酶。亚亚油油酸酸是是十十八八碳碳二二烯烯酸酸，具具有有ciscis-9 9和和ciscis-1212的的构构型型，其其氧氧化化过过程程是是首首先先进进行行三三轮轮b-b-氧氧化化，生生成成3 3分分子子乙乙酰酰CoACoA和和ciscis-3 3，ciscis-6 6-十十二二烯烯脂脂酰酰CoACoA，后后者者在在烯烯脂脂酰酰CoACoA异异构构酶酶和和2 2，4-4-二二烯烯脂脂酰酰CoACoA还还原原酶酶的的联联合合作作用用下下异异构构化化和和还还原原，产产物物进进行行彻彻底底b-b-氧氧化化生生成成6 6分分子子乙乙酰酰CoACoA。即即一一分分子子亚亚油油酰酰CoACoA经氧化生成经氧化生成9 9分子乙酰分子乙酰CoACoA。l 三、三、脂肪酸脂肪酸b-b-氧化的能量产生氧化的能量产生l 脂脂肪肪酸酸在在b-b-氧氧化化中中，每每形形成成一一分分子子乙乙酰酰CoACoA就就使使一一分分子子FADFAD还还原原为为FADHFADH2 2，并并使使一一分分子子NADNAD+还还原原为为NADH+HNADH+H+，FADHFADH2 2进进入入呼呼吸吸链链，生生成成1.51.5分分子子ATPATP，NADH+HNADH+H+进进入入呼呼吸吸链链，生生成成2.52.5分分子子ATPATP。因因此此，每每生生成成一一分分子子乙乙酰酰CoACoA，就就产产生生4 4分子分子ATPATP。l脂脂肪肪酸酸经经b-b-氧氧化化后后形形成成乙乙酰酰CoACoA进进入入三三羧羧酸酸循循环环彻彻底底氧氧化化，生生成成COCO2 2和和H H2 2O O。每每分分子子乙乙酰酰CoACoA彻彻底氧化产生底氧化产生1010分子分子ATPATP。l以软脂肪酸以软脂肪酸b-b-氧化为例氧化为例，软脂酰，软脂酰CoA须须经经7次次b-b-氧化循环氧化循环，可将软脂酰，可将软脂酰CoA转变转变成成8个分子的乙酰个分子的乙酰CoA。其反应如下：其反应如下：l有氧条件下7FADH2 和7（NADH+H+）进入呼吸链进一步氧化生成：l71.5 ATP+72.5 ATP=28ATPl8分子的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化生成：l 810 ATP=80ATPl因此，软脂酸经b-氧化完全氧化生成CO2和H2O生成108个ATP。由于软脂酸转化为软脂酰CoA时消耗1分子ATP中的两个高能磷酸键的能量，因此净生成ATP的数量为108-2=106个。l四、甘油的降解四、甘油的降解l由由于于脂脂肪肪组组织织缺缺少少甘甘油油激激酶酶，所所以以其其利利用用甘甘油油的的能能力力很很弱弱，甘甘油油三三酯酯脂脂解解产产生生的的甘甘油油必必须须通通过过血血液液运运至至肝肝脏脏进进行行代代谢谢。在在肝肝细细胞胞中中，甘甘油油在在甘甘油油激激酶酶的的催催化化下下被被磷磷酸酸化化，形形成成3-3-磷磷酸酸甘甘油油，进进而而在在磷磷酸酸甘甘油油脱脱氢氢酶酶的的作作用用下下被被氧氧化化生生成成磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮，磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮异异构构化化生生成成3-3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛。磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮还还可可被被还还原原成成3-3-磷磷酸酸甘甘油油，再再被被磷磷酸酸酶酶水水解解又又生生成成甘油。甘油。l甘油在肝细胞中的甘油在肝细胞中的代谢有两种途径：代谢有两种途径：一种途径是进入糖一种途径是进入糖酵解途径转变成丙酵解途径转变成丙酮酸，然后进入三酮酸，然后进入三羧酸循环彻底氧化；羧酸循环彻底氧化；另一种途径是进入另一种途径是进入糖异生途径合成葡糖异生途径合成葡萄糖。萄糖。3.脂肪酸的其它氧化分解方式脂肪酸的其它氧化分解方式l奇数碳原子脂肪酸的分解奇数碳原子脂肪酸的分解 羧化羧化 脱羧脱羧l脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化l脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化4.乙酰乙酰CoA的去路的去路l进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP。l生成酮体参与代谢（动物体内）脂肪酸氧化产生的乙酰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-羟丁酸和羟丁酸和丙酮，这三者统称为丙酮，这三者统称为酮体酮体。第二节第二节脂肪的合成代谢脂肪的合成代谢 l人体内脂肪可以来自食物，也能在体内人体内脂肪可以来自食物，也能在体内合成。体内脂肪合成的原料是乙酰合成。体内脂肪合成的原料是乙酰CoA，动物、植物和微生物都可利用乙酰动物、植物和微生物都可利用乙酰CoA合成自身所需要的脂肪，因此凡是合成自身所需要的脂肪，因此凡是在体内代谢能够生成乙酰在体内代谢能够生成乙酰CoA的物质的物质（例如糖、蛋白质等）都是脂肪合成的（例如糖、蛋白质等）都是脂肪合成的碳源。糖是脂肪合成的最主要碳源，糖碳源。糖是脂肪合成的最主要碳源，糖转变成脂肪酸进而合成脂肪，这是体内转变成脂肪酸进而合成脂肪，这是体内贮存能源的一个过程，具有重要的生理贮存能源的一个过程，具有重要的生理意义。意义。l一、磷酸甘油的生物合成一、磷酸甘油的生物合成l脂脂肪肪是是甘甘油油和和脂脂肪肪酸酸形形成成的的甘甘油油酯酯，脂脂肪肪合合成成直直接接使使用用的的是是磷磷酸酸甘甘油油而而不不是是甘甘油油。生生物物体体内内磷磷酸酸甘甘油油主主要要来来源源于于磷磷酸酸二羟丙酮或甘油。二羟丙酮或甘油。组组 织：肝（主要）织：肝（主要）、脂肪等组织、脂肪等组织 亚细胞：亚细胞：胞液：主要合成胞液：主要合成1616碳的软脂酸（棕榈酸）碳的软脂酸（棕榈酸）肝线粒体、内质网：碳链延长肝线粒体、内质网：碳链延长 合成部位合成部位合成原料合成原料乙酰乙酰CoA、ATP、HCO3、NADPH、Mn2+线线粒粒体体膜膜胞液胞液 线粒体基质线粒体基质 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 柠檬酸柠檬酸 乙酰乙酰CoA NADPH+H+NADP+苹果酸酶苹果酸酶 CoA 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA CoA ATP AMP PPi ATP柠檬酸裂解酶柠檬酸裂解酶 CoA 草酰乙酸草酰乙酸 H2O 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 苹果酸苹果酸 CO2CO2乙酰乙酰CoACoA的穿膜转运的穿膜转运：柠檬酸转运体系柠檬酸转运体系l二、饱和脂肪酸的生物合成二、饱和脂肪酸的生物合成 l（一）（一）胞液合成途径：胞液合成途径：分为三个阶段分为三个阶段（1 1）原料的准备）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。（2 2）合成阶段）合成阶段 以软脂酸为例以软脂酸为例催化该合成反应的是一个多酶体系，共有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，以没有酶活性的七种蛋白质参与反应，以没有酶活性的脂酰基载体蛋白（脂酰基载体蛋白（ACPACP）为中心，组成一为中心，组成一簇。簇。l1 1）乙乙酰酰-ACPACP和和丙丙二二酸酸单单酰酰-ACPACP在在酰酰基基-丙丙二二酸酸单单酰酰-ACPACP缩缩合合酶酶的的催催化化下下，缩缩合合形形成成乙乙酰酰乙乙酰酰-ACPACP，释放出游离的释放出游离的ACPACP和和COCO2 2。l2 2）乙乙酰酰乙乙酰酰-ACPACP在在b b-酮酮脂脂酰酰-ACPACP还还原原酶酶的的作作用用下下，还还原原生生成成D-D-b b-羟羟脂脂酰酰-ACPACP，NADPHNADPH作还原剂。作还原剂。l3 3）D D-b-b-羟羟脂脂酰酰-ACPACP在在羟羟脂脂酰酰-ACPACP脱脱水水酶酶的的作用下形成烯脂酰作用下形成烯脂酰-ACPACP。l4 4）在在烯烯脂脂酰酰-ACPACP还还原原酶酶的的作作用用下下，烯烯脂脂酰酰-ACPACP被被还还原原成成丁丁酰酰-ACPACP，反反应应中中NADPHNADPH作作还还原剂。原剂。l此此时时，软软脂脂酰酰-ACPACP分分子子不不再再接接受受酰酰基基-丙丙二二酸酸单单酰酰-ACPACP缩缩合合酶酶的的催催化化作作用用，而而受受到到硫硫脂脂酶酶的的作作用用，水水解解为为软软脂脂酸酸和和ACPACP。因此，不再依此程序进一步延伸。因此，不再依此程序进一步延伸。l软脂酸合成的反应式为软脂酸合成的反应式为 l（二）线粒体增链途径（二）线粒体增链途径l在在大大多多数数情情况况下下仅仅限限于于合合成成软软脂脂酸酸。此此外外软软脂脂酰酰CoA对对脂脂肪肪酸酸的的合合成成具具有有反反馈馈抑抑制制作作用用。C16以以上上的的饱饱和和脂脂肪肪酸酸和和不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的合合成成是是在在线线粒粒体体或或内内质质网网膜膜的的胞胞质质一一侧侧进进行行的的，其其合合成成酶酶系系存存在在于于线粒体和内质网中。线粒体和内质网中。三、不饱和脂肪酸的生物合成三、不饱和脂肪酸的生物合成 l不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的生生物物合合成成是是在在去去饱饱和和酶酶系系的的作作用用下下，在在原原有有饱饱和和脂脂肪肪酸酸中中引引入入双双键键的的过过程程。去去饱饱和和作作用用也也是是在在内内质质网网膜上进行的。膜上进行的。l动动物物细细胞胞中中含含有有很很多多催催化化双双键键形形成成的的去去饱饱和和酶酶，但但只只能能催催化化远远离离脂脂肪肪酸酸羧羧基基端端的的第第九九个个碳碳的的去去饱饱和和，九九碳碳以以上上的的去去饱饱和只有植物中的去饱和酶能催化。和只有植物中的去饱和酶能催化。四、脂肪的合成四、脂肪的合成la a-磷酸甘油磷酸甘油l脂酰脂酰CoAl脂脂肪肪酸酸的的合合成成代代谢谢是是由由二二碳碳单单元元缩缩合合的的一一系系列列反反应应组组成成，脂脂肪肪酸酸的的合合成成代代谢谢不不是是分分解解代代谢谢的的逆逆反反应应，二者之间的主要差异在于：二者之间的主要差异在于：l1 1）脂脂肪肪酸酸的的合合成成代代谢谢发发生生在在胞胞质质溶溶胶胶中中，而而分分解解代代谢是在线粒体基质中进行。谢是在线粒体基质中进行。l2 2）脂脂肪肪酸酸的的合合成成代代谢谢使使用用NADPHNADPH作作为为还还原原剂剂，而而b-b-氧化作用产生氧化作用产生NADHNADH。l3 3）脂脂肪肪酸酸在在其其合合成成过过程程中中是是以以共共价价键键连连接接到到酰酰基基载载体体蛋蛋白白（acyl acyl carrierproteincarrierprotein，ACPACP）的的巯巯基基上上，而而分解代谢的中间产物是与分解代谢的中间产物是与CoACoA相接的。相接的。l4 4）较较高高级级生生物物脂脂肪肪酸酸合合成成的的酶酶活活性性存存在在于于一一条条单单一一的的多多肽肽链链内内，称称为为脂脂肪肪酸酸合合成成酶酶系系，而而在在b-b-氧氧化化作作用中各个酶的活性是由分离的酶实现的。用中各个酶的活性是由分离的酶实现的。思考题思考题l1.1.计计算算一一分分子子硬硬脂脂酸酸彻彻底底氧氧化化生生成成COCO2 2和和H H2 2O O，产产生生的的ATPATP分分子子数数，并并计计算算每每克克硬硬脂脂酸酸彻彻底底氧氧化化产产生生的的自自由能。由能。l2.2.b-b-氧氧化化降降解解过过程程如如何何？试试比比较较脂脂肪肪酸酸合合成成与与脂脂肪肪酸酸b-b-氧化的异同。氧化的异同。l3.3.乙乙酰酰辅辅酶酶A A羧羧化化酶酶在在脂脂肪肪酸酸合合成成中中起起着着调调控控作作用用，试述这个调控机制。试述这个调控机制。l4.4.说明生物素为什么会影响生物膜的通透性？说明生物素为什么会影响生物膜的通透性？l5.5.什么是人体必需脂肪酸？有哪些？什么是人体必需脂肪酸？有哪些？l6.6.乙乙酰酰辅辅酶酶A A在在参参与与脂脂肪肪酸酸合合成成之之前前需需发发生生哪哪些些转转化化反应？反应？l7.7.不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸经经b-b-氧氧化化分分解解与与饱饱和和脂脂肪肪酸酸有有何何不不同同？l8.8.为为什什么么贮贮存存的的脂脂肪肪酸酸氧氧化化得得到到的的能能量量多多于于同同质质量量糖糖原氧化产生的能量？原氧化产生的能量？l9.9.骆骆驼驼的的驼驼峰峰并并没没有有贮贮存存水水，而而是是贮贮存存着着大大量量的的脂脂肪肪，这这些些脂脂肪肪是是如如何何作作为为水水源源的的？假假设设驼驼峰峰中中的的脂脂肪肪都都是是三三硬硬脂脂酰酰甘甘油油酯酯（相相对对分分子子质质量量为为892892）。试试计计算算骆骆驼驼能能从从1 1kgkg脂脂肪肪中中含含有有的的硬硬酯酯酸酸的的b-b-氧氧化化中中获获得得多多少少升升水水？（忽忽略略b-b-氧氧化化过过程程所所需需要要的的水水，水水的的密密度度为为1.01.0g/g/mLmL。）。）l10.10.黑黑熊熊在在冬冬眠眠期期间间，每每天天大大约约消消耗耗2525106106J J，冬冬眠眠最最长长达达7 7个个月月，维维持持生生命命的的能能量量主主要要来来源源于于体体内内脂脂肪肪酸的氧化。酸的氧化。7 7个月以后，黑熊大约要失去多少体重？个月以后，黑熊大约要失去多少体重？