生物化學(xué)chapter7

1、第七章 脂類(lèi)代謝,,脂類(lèi)概述 脂肪的分解代謝 脂肪的生物合成,Metabolism of Lipid,本章重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：脂類(lèi)生物合成中飽和脂肪酸從頭合成途徑、酶系、能量來(lái)源、原料；脂類(lèi)分解代謝中β–氧化作用途徑、酶類(lèi)、能量變化及油料種子萌發(fā)是乙醛酸循環(huán)特點(diǎn)；了解磷脂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及合成途徑、分解酶類(lèi)；膽固醇的代謝。難點(diǎn)：掌握飽和脂肪酸從頭合成與β–氧化分解途徑的異同點(diǎn)；脂類(lèi)代謝與糖代謝的關(guān)系。,第一節(jié) 概 述,類(lèi)脂l

2、ipoid,脂類(lèi)lipids,定義：脂肪及類(lèi)脂的總稱(chēng)，包括脂肪、脂肪酸、磷脂、鞘脂、膽固醇等，是生物體內(nèi)一大類(lèi)重要的有機(jī)化合物。雖然它們?cè)诨瘜W(xué)組成、理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及生物功能上差異很大，但它們都有一個(gè)共同的性質(zhì)，是不溶于水，溶于乙醚、氯仿等脂溶性溶劑。它是由脂肪酸與各種不同的醇類(lèi)形成的酯或其衍生物。,分類(lèi)：,一、脂類(lèi)的概念及分類(lèi),1. 儲(chǔ)能及氧化供能。量大、產(chǎn)能多2. 構(gòu)成生物膜，是生物膜的重要結(jié)構(gòu)組分3. 協(xié)助脂溶性維生素的吸收，

3、提供必需脂肪酸4. 識(shí)別、免疫、保護(hù)和保溫作用。5. 合成一些生物活性物質(zhì)，如類(lèi)固醇激素、腎上腺皮質(zhì) 激素、維生素及膽汁酸等。磷脂代謝中間物如甘油二 酯、磷酸肌醇等可作為信號(hào)分子參與細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié) 過(guò)程。,二、脂類(lèi)的主要功能,脂肪酸：飽和脂肪酸—14?20C 軟脂酸 16C 硬脂酸 18C 不飽和脂肪酸—油酸 18C 含1個(gè)不飽和鍵

4、 亞油酸 18C 含2個(gè)不飽和鍵 亞麻酸 18C 含3個(gè)不飽和鍵 花生四烯酸 20C 含4個(gè)不飽和鍵必需脂肪酸—哺乳動(dòng)物不能合成亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪酸，只能從食物中攝取，但是維持動(dòng)物正常生長(zhǎng)所必需的。植物中含有豐富的不飽和脂肪酸。,三、脂肪酸的分類(lèi)及命名,Structure and properties o

5、f Fatty acids,甘油三酯的消化與吸收,脂肪的酶促水解,四、脂類(lèi)的消化吸收,,乳化 脂肪的消化主要在腸中進(jìn)行，胰液和膽汁經(jīng)胰管和膽管分泌到十二指腸，胰液中含有胰脂肪酶，能水解部分脂肪成為甘油及游離脂肪酸，但大部分脂肪僅局部水解成甘油一酯，甘油一酯進(jìn)一步由另一種脂酶水解成甘油和脂肪酸。,,第二節(jié)脂肪的分解代謝,一、甘油的分解,脂肪細(xì)胞不具有甘油激酶，不能轉(zhuǎn)化脂肪分解產(chǎn)生的甘油，必須經(jīng)血液運(yùn)送肝臟代謝。去向有兩個(gè)： 進(jìn)

6、入糖酵解—TCA—徹底氧化供能 經(jīng)糖酵解逆轉(zhuǎn)異生為葡萄糖,二、脂肪酸的氧化分解（β-氧化）,,Early labeling experiments (1904): fatty acids are degraded by sequential removal of two-carbon units,When dogs were fed with odd-numbered fatty acids attached to a phenyl

7、 group, benzoate was excreted; and when fed with even-numbered, phenylacetate was excreted.Hypothesis: the ?-carbon is oxidized,with two-carbon units released by each round of oxidation.,Franz Knoop’s labelingExperimen

8、ts (1904): fatty acids are degraded by oxidation at the b carbon, i.e., b oxidation.,b,b,a,a,,,Fatty acid oxidation was found to occur in mitochondria,Enzymes of fatty acid oxidation in animal cells were localized in

9、the mitochondria matrix.Revealed by Eugene Kennedy and Albert Lehninger in 1948.,脂肪酸的氧化分解過(guò)程（β-氧化）脂肪酸的活化——脂酰CoA的生成 長(zhǎng)鏈脂肪酸氧化前必須進(jìn)行活化，活化在線(xiàn)粒體外進(jìn)行。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線(xiàn)粒體外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+存在條件下，催化脂肪酸活化，生成脂酰CoA。,穿膜（脂酰CoA進(jìn)入線(xiàn)粒體）

10、 脂肪酸活化在細(xì)胞液中進(jìn)行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在線(xiàn)粒體基質(zhì)內(nèi)，因此活化的脂酰CoA必須進(jìn)入線(xiàn)粒體內(nèi)才能代謝。,脂肪酸的β氧化 長(zhǎng)鏈脂酰CoA的β氧化是在線(xiàn)粒體脂肪酸氧化酶系作用下進(jìn)行的，從β-碳原子開(kāi)始，每次氧化斷去二碳單位的乙酰CoA進(jìn)行水解，這一過(guò)程叫β氧化。再經(jīng)TCA循環(huán)完全氧化成二氧化碳和水，并釋放大量能量。偶數(shù)碳原子的脂肪酸β氧化最終全部生成乙酰CoA。 脂酰CoA的β氧化反應(yīng)過(guò)程如下

11、：,（1）脫氫 脂酰CoA經(jīng)脂酰CoA脫氫酶催化，在其α和β碳原子上脫氫，生成△2反烯脂酰CoA，該脫氫反應(yīng)的輔基為FAD。（2）加水（水合反應(yīng)） △2反烯脂酰CoA在△2反烯脂酰CoA水合酶催化下，在雙鍵上加水生成L-β-羥脂酰CoA。,（3）脫氫 L-β-羥脂酰CoA在L-β-羥脂酰CoA脫氫酶催化下，脫去β碳原子與羥基上的氫原子生成β-酮脂酰CoA，該反應(yīng)的輔酶為NAD+。（4）硫解 在β-酮脂酰C

12、oA硫解酶催化下，β-酮脂酰CoA與CoA作用，硫解產(chǎn)生 1分子乙酰CoA和比原來(lái)少兩個(gè)碳原子的脂酰CoA。,總結(jié) 7 輪循環(huán)產(chǎn)物：8分子乙酰CoA 7分子NADH+H+ 7分子FADH2,能量計(jì)算： 生成ATP 8×10 + 7×2.5 + 7×1.5 = 108 凈生成ATP 108 – 2 = 106 公式總結(jié):[

13、(n/2)-1] ×(1.5+2.5)+ [(n/2) ×10-2 n為碳原子的數(shù)目,3. 脂肪酸的其它氧化分解方式奇數(shù)碳原子脂肪酸的分解 ① 羧化 ② 脫羧脂肪酸的α-氧化脂肪酸的-ω氧化不飽和脂肪酸的分解,,4.不飽和脂肪酸的分解,Oxidation of unsaturated fatty acids requires one or two auxi

14、liary enzymes, an isomerase and a reductase,The isomerase converts a cis-?3 double bond to a trans-?2 double bond.The reductase (2,4-dienoyl-CoA reductase) converts a trans-?2, cis-?4 structure to a trans-?3 structure,

15、 which will be further converted to a trans-?2 structure by the isomerase.NADPH is needed for the reduction (from two double bonds to one).,Oxidation of amonounsaturatedfatty acid: the enoyl-CoA isomerase helps to

16、reposition the double bond,Both an isomerase anda reductase are neededfor oxidizing polyunsaturated fatty acids.,The oxidation of odd-chain fatty acids forms C3 propionyl-CoA,Fatty acids having an odd number of carb

17、on atoms are also degraded by the ?–oxidation pathway in the same way as those with an even number of carbon atoms.The only difference is that in the final round the five carbon acyl CoA intermediate is cleaved into C3

18、propionyl CoA and acetyl CoA.,Fatty acid oxidation also occurs in peroxisomes (glyoxysomes),Peroxisome is now recognized as the principle organelle in which fatty acids are oxidized in most cell types.The acetyl-CoA pro

19、duced in animal peroxisomes is transported into cytosol, where it is used in the synthesis of cholesterol and other metabolites.,5. 乙酰CoA的去路進(jìn)入TCA循環(huán)最終氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP；生成酮體參與代謝（動(dòng)物體內(nèi)） 脂肪酸β氧化產(chǎn)生的乙酰CoA，在肌肉細(xì)胞中可進(jìn)入TC

20、A循環(huán)進(jìn)行徹底氧化分解；但在肝臟及腎臟細(xì)胞中還有另外一條去路，即形成乙酰乙酸、D-β-羥丁酸和丙酮，這三者統(tǒng)稱(chēng)為酮體；合成脂肪酸。,The acetyl-CoA produced in plant peroxisomes/ glyoxysomes (especially in germinating seeds) is converted to succinate via the glyoxylate cycle, and then

21、to glucose via gluconeogenesis.,?-oxidation of fatty acids also occurs inperoxisomes,Acetyl-CoA in liver can be converted to ketone bodies when carbohydrate supply is not optimal,Under diabetic conditions, oxaloacetate

22、 concentration in hepatocyte will be low: the rate of glycolysis is low (thus the supply of precursors for replenishing oxaloacetate is cut off) and oxaloacetate is siphoned off into gluconeogenesis (to maintain blood g

23、lucose level).,（1）酮體的生成，地點(diǎn)是肝臟 A. 2分子的乙酰CoA在肝臟線(xiàn)粒體乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下，縮合成乙酰乙酰CoA，并釋放1分子的CoASH。 B. 乙酰乙酰CoA與另一分子乙酰CoA縮合成羥甲基戊二酸單酰CoA（HMG CoA），并釋放1分子CoASH。 C. HMG CoA在HMG CoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在線(xiàn)粒體內(nèi)膜β-羥丁酸脫氫酶作用下，被還

24、原成β-羥丁酸。部分乙酰乙酸可在酶催化下脫羧而成為丙酮。,（2）酮體的分解 肝臟是生成酮體的器官，但不能使酮體進(jìn)一步氧化分解，而是采用酮體的形式將乙酰CoA經(jīng)血液運(yùn)送到肝外組織，作為它們的能源，尤其是腎、心肌、腦等組織中主要以酮體為燃料分子。在這些細(xì)胞中，酮體進(jìn)一步分解成乙酰CoA參加三羧酸循環(huán)。,乙酰乙酸在肌肉線(xiàn)粒體中經(jīng)3-酮脂酰CoA轉(zhuǎn)移酶催化，能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA。乙酰乙酰CoA被β氧化酶系中的硫解酶

25、裂解成乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)。 β-羥丁酸在β-羥丁酸脫氫酶作用下，脫氫生成乙酰乙酸，然后再轉(zhuǎn)變成乙酰CoA而被氧化。丙酮可在一系列酶作用下轉(zhuǎn)變成丙酮酸或乳酸，進(jìn)而異生成糖。,（3）酮體生成的生理意義,酮體是脂肪酸分解代謝的正常產(chǎn)物，是肝臟輸出能源的一種形式。酮體可通過(guò)血腦屏障，是腦組織的重要能源。酮體合成的場(chǎng)所是在肝臟和反芻動(dòng)物的瘤胃壁細(xì)胞中。酮體合成的關(guān)鍵酶是HMGCoA合成酶。酮體分解在肝臟以外的組織中進(jìn)行，這些組織有酮體

26、分解的關(guān)鍵酶。酮體利用的增加可減少糖的利用，有利于維持血糖水平恒定，節(jié)省蛋白質(zhì)的消耗。,第三節(jié)脂肪的生物合成,生物機(jī)體內(nèi)脂類(lèi)的合成是十分活躍的，特別是在高等動(dòng)物的肝臟、脂肪組織和乳腺中占優(yōu)勢(shì)。脂肪酸合成的碳源主要來(lái)自線(xiàn)粒體中的糖和氨基酸代謝產(chǎn)生的乙酰CoA。脂肪酸合成步驟與氧化降解步驟完全不同。脂肪酸的生物合成是在細(xì)胞液中進(jìn)行，而脂肪酸氧化降解是在線(xiàn)粒體中進(jìn)行的。,1. 飽和脂肪酸的生物合成,組 織：肝（主要） 、脂肪等組織

27、亞細(xì)胞：胞液：主要合成16碳的軟脂酸（棕櫚酸）肝線(xiàn)粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：碳鏈延長(zhǎng),合成部位,合成原料,乙酰CoA、ATP、HCO3﹣、NADPH、Mn2+,乙酰CoA的穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)： 檸檬酸穿梭系統(tǒng) 脂肪酸合成 肉毒堿轉(zhuǎn)運(yùn) 脂肪酸分解,,,,,線(xiàn)粒體膜,胞液,線(xiàn)粒體基質(zhì),丙酮酸,丙酮酸,蘋(píng)果酸,草酰乙酸,檸檬酸,檸檬酸,,,乙酰CoA,,,蘋(píng)果酸,,,,檸檬酸－丙酮酸穿梭,

28、合成過(guò)程可以分為三個(gè)階段：（1）原料的準(zhǔn)備——乙酰CoA羧化生成丙二酸單酰CoA（在細(xì)胞液中進(jìn)行），由乙酰CoA羧化酶催化，輔基為生物素，是一個(gè)不可逆反應(yīng)。 乙酰CoA羧化酶可分成三個(gè)不同的亞基：,生物素羧化酶（BC）生物素羧基載體蛋白（BCCP）羧基轉(zhuǎn)移酶（CT）,,,,,,biotin carboxylase,Trans-carboxylase,biotin carboxyl-carrier protein

29、 BCCP,（2）合成階段 ——— 以軟脂酸（16碳）的合成為例（在細(xì)胞液中進(jìn)行）。催化該合成反應(yīng)的是一個(gè)多酶體系，共有七種蛋白質(zhì)參與反應(yīng)，以沒(méi)有酶活性的脂?；d體蛋白（ACP）為中心，組成一簇。原初反應(yīng)（初始反應(yīng)）原初反應(yīng) 縮合反應(yīng) 還原反應(yīng) 脫水反應(yīng) 還原反應(yīng),,至此，生成的丁酰-ACP比開(kāi)始的乙酰-ACP多了兩個(gè)碳原子；然后丁酰基再?gòu)腁CP上轉(zhuǎn)移到β-酮脂酰合成酶的-SH上，再重復(fù)以上的縮合、還原、脫水、還原4步反

30、應(yīng)，每次重復(fù)增加兩個(gè)碳原子，釋放一分子CO2，消耗兩分子NADPH，經(jīng)過(guò)7次重復(fù)后合成軟脂酰-ACP，最后經(jīng)硫脂酶催化脫去ACP生成軟脂酸（16碳）。,（3）延長(zhǎng)階段（在線(xiàn)粒體和微粒體中進(jìn)行）生物體內(nèi)有兩種不同的酶系可以催化碳鏈的延長(zhǎng)，一是線(xiàn)粒體中的延長(zhǎng)酶系，另一個(gè)是粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的延長(zhǎng)酶系。線(xiàn)粒體脂肪酸延長(zhǎng)酶系 以乙酰CoA為C2供體，不需要?；d體，由脂酰CoA與乙酰CoA直接縮合。只到16C。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂肪酸延長(zhǎng)酶系

31、 用丙二酸單酰CoA作為C2的供體，NADPH作為H的供體，中間過(guò)程和脂肪酸合成酶系的催化過(guò)程相同。負(fù)責(zé)比16C更長(zhǎng)的脂肪酸延長(zhǎng)和不飽和脂肪酸的合成。,2.不飽和脂肪酸的合成 不飽和脂肪酸中的不飽和鍵由去飽和酶催化形成。人體內(nèi)含有的不飽和脂肪酸主要有棕櫚油酸（16C，一個(gè)不飽和鍵）、油酸（18C，一個(gè)不飽和鍵）、亞油酸（18C，兩個(gè)不飽和鍵）、亞麻酸（18C，三個(gè)不飽和鍵）以及花生四烯酸（20C，四個(gè)不飽和鍵）等，前

32、兩種單不飽和脂肪酸可由人體自己合成，后三種為多不飽和脂肪酸，必須從食物中攝取，因?yàn)椴溉閯?dòng)物體內(nèi)沒(méi)有△9以上的去飽和酶。,Newly synthesized fatty acids have mainly two alternative fates in cells,Fate I: be incorporated into triacylglycerols as a form to store metabolic energy in lo