脂类代谢PPT课件.pptx

第九章第九章 脂类代谢脂类代谢 脂类概述脂类概述 脂肪的代谢脂肪的代谢 磷脂代谢和固醇代谢磷脂代谢和固醇代谢 脂质代谢在工业上的应用脂质代谢在工业上的应用一、脂类概述一、脂类概述1.1.概念概念 脂类是脂肪和类脂的总称，它是由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。2.分类分类脂肪脂肪 真脂或中性脂肪（甘油三酯）真脂或中性脂肪（甘油三酯）类脂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脂质脂质3.脂类的功能脂类的功能贮藏物质/能量物质 脂肪是机体内代谢燃料的贮存形式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用。脂肪组织储存脂肪,约占体重10-20%、1g脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ，而1g糖彻底氧化仅供能16.7KJ.合理饮食 脂肪氧化供能占20-30%空腹 脂肪氧化供能占50%以上禁食1-3天 脂肪氧化供能占85%饱食、少动 脂肪堆积，发胖3.脂类的功能脂类的功能提供给机体必需脂成分（1）必需脂肪酸 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；（2）生物活性物质 激素、胆固醇等。生物体结构物质 （1）作为细胞膜的主要成分 几乎细胞所含的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜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。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。1 1）、）、脂类的消化脂类的消化小肠上段小肠上段是主要的消化场所是主要的消化场所 脂类脂类微团微团胆汁酸盐乳化胆汁酸盐乳化胰脂肪酶、辅脂酶等水解胰脂肪酶、辅脂酶等水解甘油一脂、溶血磷脂、甘油一脂、溶血磷脂、长链脂肪酸、胆固醇等长链脂肪酸、胆固醇等混合微团混合微团乳化乳化4 脂类的消化吸收在在十二指肠下段十二指肠下段及及空肠上段空肠上段吸收吸收混合混合微团微团扩散扩散小肠粘膜小肠粘膜细胞内细胞内重新酯化重新酯化载脂蛋白结合载脂蛋白结合乳糜微粒乳糜微粒门静脉门静脉肝脏肝脏2）、脂类的吸收二、脂肪的代谢二、脂肪的代谢1、脂肪的分解代谢、脂肪的分解代谢1 1）甘油的分解）甘油的分解 2 2）脂肪酸的氧化分解（）脂肪酸的氧化分解（-氧化）氧化）饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的位位C C原子发生氧化原子发生氧化，碳链在，碳链在位位C C原子与原子与位位C C原原子间子间发生断裂，每次生成一个乙酰发生断裂，每次生成一个乙酰COACOA和较原来和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的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脂肪酸氧化过程称为-氧化氧化.R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH饱和脂肪酸饱和脂肪酸-氧化氧化的实验证据：的实验证据：19041904年，年，F.KnoopF.Knoop的的标记标记实验：实验：实验前提：实验前提：已知动物体内不能降解苯环已知动物体内不能降解苯环实验方案：实验方案：用用苯基苯基标记的饱和脂肪酸饲喂动物标记的饱和脂肪酸饲喂动物 2）脂肪酸的氧化分解（）脂肪酸的氧化分解（-氧化）氧化）(1)脂肪酸的活化脂肪酸的活化 (2)(2)脂肪酸的转运脂肪酸的转运 (3)(3)-氧化氧化脂肪酸的活化脂肪酸的活化脂酰脂酰CoACoA的生成的生成 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。反应不可逆反应不可逆H2O2Pi穿膜（脂酰穿膜（脂酰CoACoA进入线粒体）进入线粒体）(限速酶限速酶)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。脂肪酸的氧化 长链脂酰CoA的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氧化最终全部生成乙酰CoA。脂酰CoA的氧化反应过程如下：（1）脱氢脱氢 脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化，在其和碳原子上脱氢，生成2反烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FADFAD。（2）加水（水合反应）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-羟脂酰CoA。（3）脱氢脱氢 L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA脱氢酶催化下，脱去碳原子与羟基上的氢原子生成-酮脂酰CoA，该反应的辅酶为NADNAD+。（4）硫解硫解 在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，-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。软软脂脂酸酸（棕棕榈榈酸酸 C C1515H H3131COOHCOOH）的的-氧氧化化过过程程，它它需需经历七轮经历七轮-氧化作用而生成氧化作用而生成8 8分子分子乙酰乙酰CoACoA。在在油油料料种种子子萌萌发发时时乙乙醛醛酸酸体体中中通通过过-氧氧化化产产生生的的乙乙酰酰CoACoA一一般般不不用用作作产产能能形形成成ATPATP，而而是是通通过过乙乙醛醛酸酸循循环环转转变成琥珀酸，再经糖的异生作用转化成糖。变成琥珀酸，再经糖的异生作用转化成糖。1 1分子软脂酸彻底氧化分子软脂酸彻底氧化生成生成ATPATP的分子数的分子数一次活化作用一次活化作用-2-27 7轮轮-氧化作用氧化作用+57=+35+57=+358 8分子乙酰分子乙酰CoACoA的氧化的氧化+128=+96+128=+96总总 计计+129+129 当软脂酸氧化时，产生-9790.56KJ，ATP水解生 成 ADP+Pi时，自由能变化为-30.54KJmol。30.54 1299790.56 100%40%所以软脂酸在-氧化时能量转化率,约为40%.(1)(1)脂肪酸仅须一次活化脂肪酸仅须一次活化,其代价是消耗其代价是消耗1 1个分子个分子ATPATP分子的二个高能键分子的二个高能键,其活化的脂酰其活化的脂酰CoACoA合成酶在线粒体外合成酶在线粒体外;(2)(2)脂酰脂酰CoACoA合成酶在线粒体外活化的长链脂酰合成酶在线粒体外活化的长链脂酰CoACoA需经肉毒碱携带需经肉毒碱携带,在肉毒碱转移酶在肉毒碱转移酶催化下进入线粒体催化下进入线粒体氧化氧化;(3)(3)所有脂肪酸所有脂肪酸-氧化的酶都是线粒体酶氧化的酶都是线粒体酶;(4)-(4)-氧化包括脱氢氧化包括脱氢 水化水化 再脱氢再脱氢 硫解硫解 4 4个重要个重要步骤步骤,每氧化一次产生每氧化一次产生1 1分子分子FADHFADH2 2和和NADHNADH-氧化的要点氧化的要点乙酸乙酸+氢气氢气产物产物好氧情况好氧情况 COCO2 2+H H2 2O O厌氧情况（厌氧微生物）厌氧情况（厌氧微生物）水解水解H2O？+乙酸乙酸 FADH2+NADH+H+？2H2+辅酶辅酶氢气氢气 甲烷甲烷甲烷菌甲烷菌全球变暖全球变暖3）不饱和脂）不饱和脂肪肪酸的酸的氧化氧化单不饱和脂肪酸的氧化单不饱和脂肪酸的氧化油酸的氧化3顺-2反烯脂酰CoA异构酶（改变双键位置和顺反构型）少了一次脂酰-CoA脱氢酶的作用，少了1个FADH2多不饱和脂酸的氧化多不饱和脂酸的氧化亚油酸的氧化（18碳脂肪酸，含两个不饱和键）3顺2反烯脂酰CoA异构酶（改变双键位置和顺反构型）-羟脂酰CoA差向酶（改变-羟基构型：DL型）（14622）ATP4）奇数碳脂肪酸的氧化奇数碳脂肪酸经过反复的氧化可以产生丙酰CoA，丙酰CoA有两条代谢途径：（1 1）丙酰丙酰CoACoA转化成琥珀酰转化成琥珀酰CoACoA，进入，进入TCATCA。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 2）丙酰丙酰CoACoA转化成乙酰转化成乙酰CoACoA，进入，进入TCA TCA 这条途径在植物、微生物中较普遍。脂脂肪肪酸酸在在一一些些酶酶的的催催化化下下，在在-碳碳原原子子上上发发生生氧氧化化作作用用，分分解解出出一一个个一一碳碳单单位位COCO2 2，生生成成缩缩短短了了一一个个碳碳原原子子的的脂脂肪肪酸酸。这这种种氧氧化化作作用用称称为为脂脂肪肪酸酸的的-氧化作用氧化作用。-氧氧化化作作用用是是19561956年年由由P.K.StumpfP.K.Stumpf首首先先在在植植物物种种子子和和叶叶片片中中发发现现的的，后后来来在在动动物物脑脑和和肝肝细细胞胞中中也也发现了脂肪酸的这种氧化作用。发现了脂肪酸的这种氧化作用。5）脂肪酸的其它氧化途径）脂肪酸的其它氧化途径-氧化该该途途径径以以游游离离脂脂肪肪酸酸作作为为底底物物，在在-碳碳原原子子上上发发生生羟羟化化（-OH-OH）或或氢氢过过氧氧化化（-OOH-OOH），然然后后进进一一步步氧氧化化脱脱羧羧，其其可可能能的的机机理理下下图图所示。所示。羟羟化化过氧化过氧化-氧化作用对于生物体内氧化作用对于生物体内 奇数碳脂肪酸的形成；奇数碳脂肪酸的形成；含甲基的支链脂肪酸的降解；含甲基的支链脂肪酸的降解；过长的脂肪酸（如过长的脂肪酸（如C C2222、C C2424）的降解）的降解起着重要的作用起着重要的作用哺哺乳乳动动物物将将绿绿色色蔬蔬菜菜中中植植醇醇降降解解就就是是通通过过这这种途径而实现的种途径而实现的脂脂肪肪酸酸的的-氧氧化化是是指指脂脂肪肪酸酸在在混混合合功功能能氧氧化化酶酶等等酶酶催催化化下下，其其末末端端（-端端）甲甲基基发发生生氧氧化化，先先转转变变成成-羟羟脂脂酸酸，继继而而再再氧氧化化成成羧羧基基，从从而而形形成成,-二羧酸的过程。二羧酸的过程。脂肪酸的脂肪酸的-氧化作用氧化作用生生成成的的,-二二羧羧酸酸可可从从两两端端进进行行b-b-氧氧化化作作用用而而降解。降解。动动物物体体内内的的十十二二碳碳以以下下的的脂脂肪肪酸酸常常常常通通过过-氧氧化化途途径径进行降解。进行降解。植植物物体体内内的的在在-端端具具有有含含氧氧基基团团（羟羟基基、醛醛基基或或羧羧基基）的的脂脂肪肪酸酸大大多多也也是是通通过过-氧氧化化作作用用生生成成的的，这这些些脂脂肪肪酸酸常常常是常是角质层或细胞壁角质层或细胞壁的组成成分。的组成成分。一一些些需需氧氧微微生生物物能能将将烃烃或或脂脂肪肪酸酸迅迅速速降降解解成成水水溶溶性性产产物物，这这种种降降解解过过程程首首先先要要进进行行-氧氧化化作作用用，生生成成二二羧羧基基脂脂肪肪酸酸后后再再通通过过-氧氧化化作作用用降降解解，如如海海洋洋中中的的某某些些浮浮游游细细菌菌可可降降解解海海面面上上的的浮浮油油，其其氧氧化化速速率率可可高高达达0.50.5克克/天天/平平方方米米。6)6)乙乙 酰酰 COA COA 的的 可可 能能 去去 路路TCA COTCA CO2 2+H+H2 2O+O+能量能量乙醛酸循环乙醛酸循环 糖异生糖异生 糖糖脂肪酸、固醇等合成的原料脂肪酸、固醇等合成的原料在动物肝、肾脏中有可能产生乙酰乙酸、在动物肝、肾脏中有可能产生乙酰乙酸、D-D-羟丁酸和丙酮（酮体）。羟丁酸和丙酮（酮体）。7）酮体的生成与代谢A、生酮作用：脂肪酸-氧化产生过量的乙酰CoA在肝脏中生成酮体的过程。B、酮体代谢1）酮体：D-羟丁酸、乙酰乙酸、丙酮合称酮体。2）病理：糖尿病人，乙酰乙酸形成速度分解，血中出现大量酮体。C）肝的作用：肝细胞线粒体中有生酮作用的所有酶，乙酰CoA时，酮体为肝的正常代谢产物；肝中氧化酮体的酶活低，故酮体入血到肝外组织。D）酮体的利用：在心、肾、脑、骨骼肌在心、肾、脑、骨骼肌中进行。中进行。乙酰乙酸乙酰乙酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoA CoA 乙酰乙酰CoACoA -羟丁酸羟丁酸乙酰乙酸乙酰乙酸 乙酰乙酰CoACoA 丙酮丙酮 丙酮酸或乳酸丙酮酸或乳酸糖异生糖异生在这些细胞中，酮体进一步分解成在这些细胞中，酮体进一步分解成 乙酰乙酰CoATCACoATCA，产生，产生ATPATP。E）酮体的作用1）是肝输出能源的一种形式；2）酮体是小分子，溶于水，可通过血脑屏 障和毛细血管，是肌肉、脑、心、肾的 能源分子；3）正常血液中0.3-5mg/dl，体内可分解之；饥饿、糖尿病时，脂肪动员，酮体，引 起酮症酸中毒。脂肪酸的生物合成为多步酶促反应，有二种方式：(1）从无到有途径：全合成途径，在胞质(植:叶绿体和前质体)进行；(2）碳链延长途径：在已有脂肪酸链上加2碳物，酶系在线 粒体和微粒体中2 2、脂肪的生物合成、脂肪的生物合成a）概述：碳源：乙酰CoA部位：动物体 细胞质 植物体 叶绿体和前质体酶：脂肪酸合成酶系(多功能酶系统)在胞质；NADPH为还原剂产物：不超过16碳的饱和脂肪酸脂酰载体蛋白（acyl carrier protein,ACP-SH）：脂肪酸合成时以共价键连接其上。(1)、从无到有途径脂肪酸合成酶系统（脂肪酸合成酶系统（fatty acid synthase system，FAS）乙酰乙酰-ACP转移酶转移酶（AT）丙二酸单酰丙二酸单酰CoA-ACP转移酶转移酶（MT）-酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶（KS）-酮脂酰酮脂酰-ACP还原酶还原酶（KR）-羟脂酰羟脂酰-ACP脱水酶脱水酶（HD）烯脂酰烯脂酰-ACP还原酶还原酶（ER）硫酯酶硫酯酶ACP 脂酰基载体蛋白脂酰基载体蛋白（ACP）脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）ACPACP：不不同同生生物物体体中中的的ACPACP十十分分相相似似：大大肠肠杆杆菌菌中中的的ACPACP是是一一个个由由7777个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成的的热热稳稳定定蛋蛋白白质质，在在它它的的第第3636位位丝丝氨氨酸酸残残基基的的侧侧链链上上，连连有有辅辅基基4-4-磷酸泛酰巯基乙胺。磷酸泛酰巯基乙胺。ACP以磷酸泛酰巯基乙胺为辅基，通过辅基上SH基的酯化，携带脂肪酸合成的中间物从一酶到另一酶的活性中心上。ACPACP辅辅基基犹犹如如一一个个转转动动的的手手臂臂，以以其其末末端端的的巯巯基基携携带带着着脂脂酰酰基基依依次次转转到到各各酶酶的的活活性性中中心心，从从而而发发生生各各种反应，如下图所示。种反应，如下图所示。FASFAS上的活性巯基：（用于运载脂酰基）上的活性巯基：（用于运载脂酰基）中央巯基中央巯基 ACP ACP上的巯基；上的巯基；外外围围巯巯基基 -酮酮脂脂酰酰-ACP-ACP合合酶酶上上的的巯巯基基，由由该该酶酶的的一一个个CysCys残基提供。残基提供。中央巯基中央巯基SHSH外围巯基外围巯基SHSH(b）乙酰CoA进入细胞质：乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸，进入胞质后再经裂解酶裂解。消耗了化学能消耗了化学能ATP(c）乙酰-丙二酰ACP的合成(d）合成过程：缩合：丙二酰ACP缩合酶催化还原：-酮脂酰ACP还原酶，NADPH为还原剂脱水：3-羟基酰基-ACP脱水酶催化还原烯脂酰ACP还原酶催化四步反应产生一4C分子，每重复一轮，延长2C；经7轮反应可产生1分子软脂酸。硫脂酶硫脂酶水解得水解得脂肪酸脂肪酸(2)、碳链延长：动物在动物在线粒体、线粒体、内质网内质网中进行中进行(植:叶绿体、内质网、内质网和前质体)；在在16C16C基础上以乙基础上以乙酰酰CoACoA、丙二酰、丙二酰CoACoA为为2C2C供体；供体；反应可看作反应可看作-氧氧化逆反应。化逆反应。每次加每次加2C2C，可至，可至2222、24C24C，多为多为18C18C。脱氢 还原水合 脱水脱氢 还原硫解分裂 缩合丙二酰-（3 3）不饱和脂肪酸的合成）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。生物体内含有的不饱和脂肪酸主要棕榈油酸（16:1D9）、油酸（18:1D9）、亚油酸（18:2D9,12）、亚麻酸（18:3D9,12,15）等前两种单不饱和脂肪酸可由人体自己合成，后两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。原料：原料：磷酸甘油、脂酰磷酸甘油、脂酰CoACoA（3 3分子）分子）（4）脂肪合成）脂肪合成3 磷脂代谢和固醇代谢1)磷脂的降解(P185)2)磷脂的合成代谢3)胆固醇合成(P204)3-羟基-3-甲基戊二酸CoA还原酶胆固醇的合成 4)4)胆固醇的转化和排泄胆固醇的转化和排泄转化为胆酸及其衍生物转化为胆酸及其衍生物转化为类固醇激素转化为类固醇激素转化为转化为V VD D 7-7-脱氢胆固醇脱氢胆固醇麦角固醇麦角固醇紫外线VD3紫外线VD24 脂质代谢在工业上的应用在食品工业中的应用1)脂酶水解食品中的脂肪-影响食品风味2)脂酶催化的酯交换-生产新产品的一种方法脂肪酸发酵共轭亚油酸制备技术1)概念2)生理功能:具有抗癌作用，具有抗氧化作用，降低胆固醇、甘油具有抗癌作用，具有抗氧化作用，降低胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白，抗动脉粥样硬化，提高免疫力，提高骨质三酯和低密度脂蛋白，抗动脉粥样硬化，提高免疫力，提高骨质密度，调节血糖等密度，调节血糖等10余种重要的生理功能。余种重要的生理功能。3)共轭亚油酸的化学合成4)共轭亚油酸的生物合成5)共轭亚油酸的检测技术6)共轭亚油酸的应用前景-亚麻酸的制备技术-亚麻酸的应用:具有明显的抗脂质过氧化、降低总胆具有明显的抗脂质过氧化、降低总胆固醇、提高高密度脂蛋白、降低血压、抑制溃疡及胃出血、增固醇、提高高密度脂蛋白、降低血压、抑制溃疡及胃出血、增加胰岛素分泌、减肥等作用。临床上用于某些老年性疾病如糖加胰岛素分泌、减肥等作用。临床上用于某些老年性疾病如糖尿病、高血脂病、动脉粥样硬化、血栓性心脑血管疾病、癌症尿病、高血脂病、动脉粥样硬化、血栓性心脑血管疾病、癌症以及胃溃疡、肥胖症、精神分裂症、特应性湿疹、风湿性关节以及胃溃疡、肥胖症、精神分裂症、特应性湿疹、风湿性关节炎、脉管炎等。炎、脉管炎等。-亚麻酸的生物来源-亚麻酸的分子蒸馏提纯技术-亚麻酸的检测方法石油开釆和处理石油污染本章小结本章小结1.脂类概述脂类概述2.脂肪的分解脂肪的分解3.脂肪的合成脂肪的合成脂肪与类脂，脂肪酸（饱和，不饱和，必需）脂肪酸的氧化，酮体乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA脂肪酸的从头合成