第九章脂类代谢的合成与分解.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物体内的脂类物质,脂肪的合成代谢,脂肪的分解代谢与转化,类脂代谢,第九章 脂类物质的合成与分解,1,脂类,（,lipids,，或称脂质），是一类不溶于水而溶于非极性溶剂的生物有机分子。,2,脂类按化学组成分类,单纯脂类,（,simple lipid,）：由脂肪酸和醇（甘油或高级一元醇）形成的酯，如酰基甘油、蜡；,复合脂类,（,complex lipid,）：除脂肪酸与醇所组成的酯外，还含有其他成分，如磷脂、糖脂、硫脂等；,异戊二烯脂,：不含脂肪酸，如萜类、甾醇类（固醇类）化合物。,FA,FA,FA,甘油,FA,FA,Pi,X,甘油,X,=,胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇等,甘油三酯,甘油磷脂,3,贮存脂质,（,storage lipid,）：如脂酰甘油和蜡，是生物体的重要能源，且能量高度集中，所占体积最小；在机体表面的脂类还有防止机械损伤和热量散发的保护作用；,结构脂质,（,structural lipid,）：主要是磷脂，构成生物膜的骨架；,活性脂质,（,active lipid,）：包括甾醇类和萜类化合物，是生物体内某些生理活性物质（如类固醇激素、脂溶性维生素）的前体。,脂类物质按生物学功能分类,4,第一节 生物体内的脂类物质,(,了解）,脂肪酸,单纯脂类,复合脂类,异戊二烯脂,5,一、脂肪酸,脂肪酸（,fatty acid,，,FA,）是由一条线性长的碳氢链（疏水尾）和一个末端羧基（亲水头）组成的羧酸。,1.,分类,6,脂肪酸的共性,1.,一般为,偶数碳原子,；,2.,绝大多数不饱和脂肪酸中的双键为,顺式,；,3.,不饱和脂肪酸双键位置有一定的规律性：单烯酸的双键位置一般在第,9-10 C,之间；而多烯酸通常间隔,3,个,C,出现,1,个双键；,4.,动物的脂肪酸是直链的，所含双键可多达,6,个；细菌中还含有支链的、羟基的和环丙基的脂肪酸；植物脂肪酸中有含炔基、环氧基、酮基等；,5.,脂肪酸分子的碳链越长，熔点越高；不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。,7,饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而整齐有序；,不饱和脂肪酸存在双键，可以产生刚性弯曲，因而存在扭曲的空间结构。,8,习惯命名法：,以脂肪酸的碳原子数、来源、性质命名,简写符号：,碳原子数：双键数（双键的位置）,饱和脂肪酸：如软脂酸（棕榈酸），,16,：,0,；,不饱和脂肪酸：如亚油酸，,18,：,2,（,9,，,12,）。,硬脂酸 十八烷酸,花生酸 二十烷酸,油酸,9-,十八碳烯酸（顺）,2.,命名,系统命名法：,以脂肪酸的碳原子数、双键的位置命名,9,系统命名法：,需标示脂肪酸的,碳原子数,和,双键的位置,。,编码体系：,从脂肪酸的碳氢链的,甲基碳,起计算其碳原子顺序。,编码体系：,从脂肪酸的,羧基碳,起计算碳原子的顺序。,CH,3,-(CH,2,),5,-CH=CH-(CH,2,),7,-COOH,系编码,系编码,十六碳,-,7,-,烯酸,十六碳,-,9,-,烯酸,不饱和脂肪酸的命名,10,常见的不饱和脂肪酸,11,哺乳类动物体内的多不饱和脂肪酸均由相应的母体脂肪酸衍生而来。,哺乳类动物不能合成,-6,及,-3,系多不饱和脂肪酸，因此，,-6,及,-3,系多不饱和脂肪酸为必需脂肪酸,（,essential fatty acid,）。,必需脂肪酸是指机体需要，但自身不能合成，必须要靠食物提供的多不饱和脂肪酸。如亚油酸（,18,：,2,），,-,亚麻酸（,18,：,3,）。,12,二、单纯脂类,酰基甘油,是甘油与脂肪酸所形成的酯。,甘油三酯是（,triglyceride,）脂类中最丰富的一类，通常称为脂肪或中性脂。,其中不饱和脂肪酸较多时，在室温下为液态，称为油（,oil,）；若饱和脂肪酸较多时，在室温下为固态，称为脂（,fat,）。,甘油三酯的结构示意图,甘油,13,磷酸甘油的生物合成,脂肪酸的生物合成,脂肪的生物合成,第二节 脂肪的生物合成,14,一、磷酸甘油的生物合成,15,二、脂肪酸的生物合成,饱和脂肪酸的从头合成,脂肪酸碳链延长,去饱和生成不饱和脂肪酸,16,（一）饱和脂肪酸的从头合成,脂肪酸合成的原料：,乙酰,CoA,（主要来自线粒体内的丙酮酸氧化脱羧、脂肪酸,-,氧化和氨基酸氧化等反应）；,细胞定位：,细胞液,中；,线粒体中的乙酰,CoA,需通过,柠檬酸,-,丙酮酸循环（或称拧檬酸穿梭系统）,运到胞液中，才能供脂肪酸合成所需。,酶：,脂肪酸合成酶系,催化。,脂肪酸合成的直接产物：,软脂酸（,16C,）或,16C,以下的饱和脂肪酸,。,17,1.,乙酰,CoA,的转运,从线粒体到胞液,酵解 丙酮酸脱氢酶系 柠檬酸合酶 柠檬酸裂解酶 苹果酸脱氢酶,苹果酸酶,(,以,NADP,+,为辅酶的苹果酸脱氢酶,),丙酮酸羧化酶 乙酰,CoA,羧化酶,柠檬酸,-,丙酮酸循环,18,2.,丙二酸单酰,CoA,的合成：,在关键酶,乙酰,CoA,羧化酶,的催化下，将乙酰,CoA,羧化为,丙二酸单酰,CoA,。,反应不可逆，是合成脂肪酸的限速步骤,19,乙酰,CoA,羧化酶,大肠杆菌中，乙酰,CoA,羧化酶由三个亚基组成：,生物素羧化酶,（,biotin carboxylase,，,BC,）,羧基转移酶,（,carboxyl transferase,，,CT,）,生物素羧基载体蛋白,（,biotin carboxyl carrier protein,，,BCCP,）,生物素在羧化反应中起固定,CO,2,（以,HCO,3,-,形式）和转移羧基的作用。,20,3.,脂肪酸合成循环,脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次,循环反应,（缩合、还原、脱水、再还原），,延长两个碳原子,。合成反应由,脂肪酸合成酶系,催化。,21,脂肪酸合成酶系结构模式,乙酰,CoA-ACP,脂酰基转移酶 ,-,酮脂酰,ACP,合成酶,丙二酸单酰,CoA-ACP,转移酶 ,-,酮脂酰,ACP,还原酶,-,羟脂酰,ACP,脱水酶,-,烯脂酰,ACP,还原酶,在低等生物中，,脂肪酸合成酶系,是一种由,1,分子,酰基载体蛋白,（,acyl carrier protein,ACP,）和,6,种酶,单体所构成的多酶复合体。,22,两个阶段：,（,1,）酰基转移阶段；,（,2,）循环阶段：缩合、还原、脱水和再还原。,23,24,7,乙酰,CoA,7CO,2,7ATP 7,丙二酸单酰,CoA+7ADP+7Pi,8,乙酰,CoA,14NADPH,14H,+,+7ATP,软脂酸,14NADP,+,7CO,2,7H,2,O,8CoA-SH+7ADP+7 Pi,软脂酸合成的总反应：,7,次循环,乙酰,CoA,7,丙二酸单酰,CoA,14NADPH,14H,+,软脂酸,7CO,2,8CoA-SH+14NADP,+,6H,2,O,25,合成起始物为乙酰,CoA,，与丙二酸单酰,CoA,（,3C,单位）提供的乙酰基,缩合,（同时释,CO,2,），使其烃链延长,2,个碳原子，经过,还原,-,脱水,-,再还原,的循环往复，脂肪酸的烃链不断延长。,大多数生物合成,终产物为软脂酸,，这是由,-,酮脂酰,-ACP,合成酶,对链长专一性所定的，该酶对,C,2,-C,14,脂酰基具有催化活性。,脂肪酸从头合成需要短的脂酰,CoA,作为引物，主要引物为乙酰,CoA,；逐渐增加的二碳单位来自丙二酸单酰,CoA,。,还原剂,NADPH+H,+,由柠檬酸穿梭（乙酰,CoA,自线粒体运送到细胞液的过程）及磷酸戊糖途径提供。,小结,26,1.,脂肪酸碳链的延长,(,了解,),（二）饱和脂酸酸的碳链延长和不饱和脂肪酸的生成,软脂酰,CoA,生成后，可在滑面内质网及线粒体经,脂肪酸碳链延长酶系,的催化作用下，形成更长碳链的饱和脂肪酸。,27,2.,不饱和脂肪酸的合成（了解）,在,去饱和酶系,的作用下，在已合成的饱和脂肪酸中引入双键的过程。,28,肝脏和脂肪组织是合成甘油三酯最活跃的组织。,高等植物细胞中油体是合成和贮存甘油三酯的重要场所。,微生物含甘油三酯较少。,高等动植物合成甘油三酯需要两种主要前体，即,3-,磷酸甘油,和,脂酰,CoA,。,三、脂肪（甘油三酯）的生物合成,29,脂肪酸的活化,30,甘油三酯（脂肪）的合成途径,31,第三节 脂肪的分解代谢与转化,甘油三酯的分子结构,脂肪的水解,甘油的分解与转化,脂肪酸的降解与转化,32,一、脂肪的水解（了解）,在动物消化道内有脂肪酶，分解食物中的脂肪，在被吸收之前约,95%,脂肪被水解。,植物的脂肪酶存在于脂体、油体及乙醛酸循环体中，油料种子发芽时，贮藏在种子内的脂肪在脂肪酶作用下发生分解，供幼苗生长之需。,33,二、甘油的分解与转化,上述反应过程中，实线为甘油的分解，,虚线为甘油的合成。,34,脂肪酸的,-,氧化,-,氧化,-,氧化,三、脂肪酸的降解与转化,35,（一）脂肪酸的,-,氧化,概念：,脂肪酸在体内氧化时在羧基端的,-,碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，即乙酰,CoA,，该过程称作,-,氧化,。,组织：除脑组织外，大多数组织均可进 行，其中,肝,、,肌肉,最活跃。,36,实验证据：,1904,年,F.Knoop,用苯环标记脂肪酸饲喂狗，根据尿中产物,，推导出了,-,氧化学说,。,-CH,2,-(CH,2,),2n+1,-COOH,-CH,2,-(CH,2,),2n,-COOH,-COOH,（苯甲酸）,-CH,2,COOH,（苯乙酸）,奇数碳原子：,偶数碳原子：,37,b,a,脂肪酸的分解氧化是从羧基端,-,碳原子，碳链逐次断裂下一个,2C,单位,38,1.,脂肪酸的活化：,线粒体外的,脂酰,CoA,合成酶（硫激酶）,催化脂肪酸与,CoA-SH,生成,活化的脂酰,CoA,。,反应不可逆,注意：消耗了一个,ATP,分子中的,2,个高能键,39,2.,脂酰,CoA,进入线粒体,脂肪酸氧化的酶系存在,线粒体基质,内，但胞浆中活化的长链脂酰,CoA,（,12C,以上）却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱（肉毒碱，,carnitine,）结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。,反应由两种,肉碱脂酰转移酶,同工酶（酶,和酶,）催化。,RCO-SCoA,CoA-SH,肉碱脂酰,转移酶,(CH,3,),3,N,+,CH,2,CH,CH,2,COOH,OH,肉碱,(CH,3,),3,N,+,CH,2,CH,CH,2,COOH,RCO-O,脂酰肉碱,40,此过程为脂肪酸,-,氧化,的限速步骤,肉碱转运脂酰辅酶,A,进入线粒体,41,3.,-,氧化途径：,由四个连续的酶促反应组成：,脱氢,；,水化,；,再脱氢,；,硫解,。,42,-,氧化循环的反应过程,43,脂肪酸的,-,氧化过程,44,4.,脂肪酸,-,氧化的能量生成,1,分子软脂酸（,16C,）活化生成的软脂酰,CoA,经,7,次,-,氧化，总反应式如下,:,软脂酸,+8CoA-SH+7FAD+7NAD,+,+7H,2,O,8,乙酰,CoA+7FADH,2,+7NADH+7H,+,1,分子软脂酸彻底氧化共生成,:,(1.57)+(2.57)+(108)=108,分子,ATP,减去脂肪酸活化时消耗,ATP,的,2,个高能磷酸键净生成,106,分子,ATP,。,45,-,氧化小结,1.,脂肪酸的,-,氧化主要在线粒体中进行。,2.,脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗,2,分子,ATP,。（活化在线粒体外）,3.,除脂酰,CoA,合成酶外，其余所有酶都属于线粒体酶（即,-,氧化的酶系存在于线粒体）。,4.-,氧化起始于脂酰,CoA,，包括氧化（脱氢）、水化、氧化（脱氢）、硫解等重要步骤。,5.,每循环一次，生成,一分子,FADH,2,，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,。,46,脂肪酸合成与,-,氧化比较,区别点,合成,-,氧化,细胞中发生部位,细胞液,线粒体,酰基载体,ACP-SH,CoA-SH,二碳片段的加入与裂解方式,丙二酸单酰,CoA,乙酰,CoA,电子供体或受体,NADPH+H,+,FAD,、,NAD,+,参与酶类,六种酶和一个蛋白质组成的复合物,四种酶,原料转运方式,柠檬酸,-,丙酮酸循环,肉碱穿梭系统,对二氧化碳和柠檬酸的需求,要求,不要求,能量变化,消耗,7,个,ATP,和,14 NADPH+H,+,产生,106,个,ATP,反应历程,缩合还原,脱水再还原,脱氢,水化再脱氢,硫解,47,奇数碳脂肪酸,CH,3,CH,2,COCoA,羧化酶,（,ATP,、生物素）,CO,2,D-,甲基丙二酰,CoA,L-,甲基丙二酰,CoA,消旋酶,变位酶,5,-,脱氧腺苷钴胺素,琥珀酰,CoA,TCA,5.,奇数碳脂肪酸的氧化,脂酰,CoA,脱氢酶对丙酰,CoA,不起作用,48,6.,不饱和脂肪酸的氧化,体内约有,1/2,以上的脂肪酸是不饱和脂肪酸，食物中也含有不饱和脂肪酸。这些不饱和脂肪酸的双键都是顺式的，它们活化后进入,-,氧化时，生成,3,-,顺,-,烯脂酰,CoA,。烯脂酰,CoA,水合酶不能作用于该底物，此时需要,烯脂酰,coA,异构酶,催化使其生成,2,-,反烯脂酰,CoA,以便进一步反应。,49,（二）脂肪酸的,-,氧化作用,脂肪酸氧化作用发生在,-,碳原子上，分解出,CO,2,，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为,-,氧化作用。,50,（三）脂肪酸的,-,氧化作用,脂肪酸的,-,氧化指脂肪酸的末端甲基（,-,端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成,-,二羧酸的过程,。,51,（四）脂肪酸氧化产物,乙酰,CoA,的转化,1.,乙醛酸循环：植物、微生物中有乙醛酸循环使脂肪酸能转化为糖,52,2.,酮体的生成及利用（了解）,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（,ketone bodies,）,。,酮体在肝中生成，在肝外组织被利用。若酮体生成超过肝外组织利用能力，引起血中酮体升高，可导致酮症酸中毒，并随尿排出，引起酮尿。,53,第四节 类脂代谢（自学）,54,习题,按下述几方面，比较软脂酸氧化和合成的差异：发生部位、酰基载体、二碳片段供体、电子供体（受体）、底物穿梭机制、合成方向。,（）脂肪酸,从头,合成的最终产物是棕榈酸（,C,15,H,31,COOH,）。,（）,脂肪酸合成所需的碳源完全来自乙酰,CoA,，它可以通过酰基载体蛋白穿过线粒体内膜而进入胞浆。,（）脂肪酸合成与脂肪酸分解都是由多酶体系催化完成的。,酮体是指,、,、,。,完成下列反应,：,55,