脂类代谢课件2.ppt

1、l脂肪（脂肪酸）是生物体的重要能源，由它组成的甘油三脂肪（脂肪酸）是生物体的重要能源，由它组成的甘油三酯可在动物的脂肪组织、植物种子或果实中大量贮藏，并酯可在动物的脂肪组织、植物种子或果实中大量贮藏，并具有贮藏量大、热值高等优点；磷脂、鞘脂是构成生物膜具有贮藏量大、热值高等优点；磷脂、鞘脂是构成生物膜的主要成分，由于是兼性分子，构成膜外表面亲水、内表的主要成分，由于是兼性分子，构成膜外表面亲水、内表面疏水的特性，保护细胞内环境相对稳定；脂类代谢的某面疏水的特性，保护细胞内环境相对稳定；脂类代谢的某些中间产物可转变成脂溶性维生素及植物次生物质；许多些中间产物可转变成脂溶性维生素及植物次生物质；许

2、多类脂及其衍生物具有重要的生理作用，如胆汁酸（胆固醇类脂及其衍生物具有重要的生理作用，如胆汁酸（胆固醇衍生物）促进食物油脂乳化，帮助脂类消化、吸收。衍生物）促进食物油脂乳化，帮助脂类消化、吸收。第1页，共40页。l许多天然的油脂中含有动物体（包括人许多天然的油脂中含有动物体（包括人体）自身不能合成的而又是营养上必需体）自身不能合成的而又是营养上必需的多不饱和脂肪酸（又称必需脂肪酸，的多不饱和脂肪酸（又称必需脂肪酸，essential fatty acidsessential fatty acids），如亚油酸和亚麻），如亚油酸和亚麻酸。此外人类许多疾病都与脂肪代谢紊酸。此外人类许多疾病都与脂肪

3、代谢紊乱有关，如动脉粥样硬化、肥胖症、糖乱有关，如动脉粥样硬化、肥胖症、糖尿病、胰腺炎等。现代研究还表明，磷尿病、胰腺炎等。现代研究还表明，磷脂酰肌醇的一系列中间代谢物具有信息脂酰肌醇的一系列中间代谢物具有信息传递作用，构成了一条非核苷酸类信号传递作用，构成了一条非核苷酸类信号通路，糖脂与细胞的识别和免疫方面也通路，糖脂与细胞的识别和免疫方面也有着密切关系。有着密切关系。第2页，共40页。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当动物体动用体内贮存脂肪或从食物中当动物体动用体内贮存脂肪或从食物中摄取脂肪时，大都需要对其进行酶促水摄取脂肪时，大都需要对

4、其进行酶促水解，生成脂肪酸和甘油，才能被细胞吸解，生成脂肪酸和甘油，才能被细胞吸收利用。催化脂肪水解的酶称作脂肪酶。收利用。催化脂肪水解的酶称作脂肪酶。脂肪酶是一个酶系，其中包括脂肪酶、脂肪酶是一个酶系，其中包括脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶。该甘油二酯脂肪酶和甘油单酯脂肪酶。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。第3页，共40页。第4页，共40页。l二、脂肪酸的二、脂肪酸的b-b-氧化氧化 l被脂肪酶水解的脂肪酸和体内游离的脂被脂肪酶水解的脂肪酸和体内游离的脂肪酸通过质膜扩散进入血液，由于脂肪肪酸通过质膜扩散进入血液，由于脂肪酸难溶于水，其主要是与血清清蛋白结酸难溶于

5、水，其主要是与血清清蛋白结合后通过血液转运到其它组织中，其中合后通过血液转运到其它组织中，其中包括心脏、骨骼肌和肝脏等组织。在这包括心脏、骨骼肌和肝脏等组织。在这些组织的些组织的线粒体线粒体内，脂肪酸被氧化同时内，脂肪酸被氧化同时释放出大量能量。释放出大量能量。第5页，共40页。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-氧化是指在进入线粒体的脂酰氧化是指在进入线粒体的脂酰oAoA在酶在酶的作用下，从脂肪酸的的作用下，从脂肪酸的b-b-碳原子开始碳原子开始，依，依次两个碳原子进行水解的过程。每次裂解次两个碳原子进行水解的过程。每次裂解产生的二碳单位为乙酰产生的二碳单位为

6、乙酰CoA。第6页，共40页。l脂肪酸的活化脂肪酸的活化 被吸收进入细胞的脂肪酸被吸收进入细胞的脂肪酸首先在脂酰辅酶首先在脂酰辅酶A合成酶（硫激酶）的催合成酶（硫激酶）的催化下，由化下，由ATP提供能量，活化形成脂酰提供能量，活化形成脂酰辅酶辅酶A。第7页，共40页。l脂酰脂酰CoA的氧化脱氢作用的氧化脱氢作用 l脂酰脂酰CoA在脂酰在脂酰CoA脱氢酶（脱氢酶（acyl CoA dehydrogenase）的作用下，在）的作用下，在C-2和和C-3之间脱氢，生成之间脱氢，生成2-反式烯脂酰反式烯脂酰CoA。脱。脱氢酶的辅基是氢酶的辅基是FAD。第8页，共40页。l2-反式烯脂酰反式烯脂酰CoA

7、的水化的水化l2-反式烯脂酰反式烯脂酰CoA在烯脂酰在烯脂酰CoA水化酶（水化酶（enoyl CoA hydratase）的作用下水化，生成）的作用下水化，生成L-b-b-羟脂羟脂酰酰CoA。烯脂酰。烯脂酰CoA水化酶具有立体异构专一性，水化酶具有立体异构专一性，专一催化专一催化2-不饱和脂酰不饱和脂酰CoA的水化，催化反式双的水化，催化反式双键生成键生成L-b-b-羟脂酰羟脂酰CoA，催化顺式双键生成，催化顺式双键生成D-b-b-羟羟脂酰脂酰CoA。第9页，共40页。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-羟脂酰羟脂酰CoACoA在在L L-b-b-羟

8、脂酰羟脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶(L L-b-b-hydroxyacylCoA dehydrogenasehydroxyacylCoA dehydrogenase）的）的作用下，作用下，C-3C-3位脱氢生成位脱氢生成L L-b-b-酮脂酰酮脂酰CoACoA。L L-b-b-羟脂酰羟脂酰CoACoA脱氢酶的辅酶脱氢酶的辅酶NADNAD+，具有，具有高度立体异构专一性，只催化高度立体异构专一性，只催化L-L-型羟脂酰型羟脂酰CoACoA的脱氢反应。的脱氢反应。第10页，共40页。lL-b-b-酮脂酰酮脂酰CoA的硫解的硫解 lL L-b-b-酮脂酰酮脂酰CoACoA在在b-b-酮硫解酶（酮硫解

9、酶（thiolasethiolase）的催化）的催化作用下发生断裂式硫解，形成乙酰作用下发生断裂式硫解，形成乙酰CoACoA和一个缩和一个缩短了短了2 2个碳原子的脂酰个碳原子的脂酰CoACoA。由于该反应是高度放。由于该反应是高度放能反应，使反应趋于裂解方向进行。少了能反应，使反应趋于裂解方向进行。少了2 2个碳原子个碳原子的脂酰的脂酰CoACoA继续重复上述继续重复上述b-b-氧化的四步反应，循环氧化的四步反应，循环往复直到全部氧化成乙酰往复直到全部氧化成乙酰CoACoA。第11页，共40页。第12页，共40页。l（二）偶数（二）偶数碳不饱和脂碳不饱和脂肪酸的氧化肪酸的氧化l（1 1）单不

10、）单不饱和脂肪酸饱和脂肪酸的氧化的氧化 l烯脂酰烯脂酰CoACoA异构酶异构酶 第13页，共40页。l（2）多不饱和脂肪酸的氧化）多不饱和脂肪酸的氧化 l 多不饱和脂肪酸的氧化与单不饱和脂多不饱和脂肪酸的氧化与单不饱和脂肪酸的氧化相比较，还需要另外一个特肪酸的氧化相比较，还需要另外一个特殊的殊的还原酶还原酶。亚油酸是十八碳二烯酸，。亚油酸是十八碳二烯酸，具有具有ciscis-9 9和和ciscis-1212的构型，其氧化过的构型，其氧化过程是首先进行三轮程是首先进行三轮b-b-氧化，生成氧化，生成3 3分子分子乙酰乙酰CoACoA和和ciscis-3 3，ciscis-6 6-十二烯脂酰十二烯

11、脂酰CoACoA，后者在烯脂酰，后者在烯脂酰CoACoA异构酶和异构酶和2 2，4-4-二烯脂酰二烯脂酰CoACoA还原酶的联合作用下异还原酶的联合作用下异构化和还原，产物进行彻底构化和还原，产物进行彻底b-b-氧化生成氧化生成6 6分子乙酰分子乙酰CoACoA。即一分子亚油酰。即一分子亚油酰CoACoA经氧化生成经氧化生成9 9分子乙酰分子乙酰CoACoA。第14页，共40页。第15页，共40页。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 脂肪酸在脂肪酸在b-b-氧化中，每形成一分子乙酰氧化中，每形成一分子乙酰CoACoA就使一分就使一分子子FADFAD还原为还原为FAD

12、HFADH2 2，并使一分子，并使一分子NADNAD+还原为还原为NADH+HNADH+H+，FADHFADH2 2进入呼吸链，生成进入呼吸链，生成1.51.5分子分子ATPATP，NADH+HNADH+H+进入呼吸链，生成进入呼吸链，生成2.52.5分子分子ATPATP。因此，每。因此，每生成一分子乙酰生成一分子乙酰CoACoA，就产生，就产生4 4分子分子ATPATP。l脂肪酸经脂肪酸经b-b-氧化后形成乙酰氧化后形成乙酰CoACoA进入三羧酸循环彻底进入三羧酸循环彻底氧化，生成氧化，生成COCO2 2和和H H2 2O O。每分子乙酰。每分子乙酰CoACoA彻底氧化产彻底氧化产生生101

13、0分子分子ATPATP。第16页，共40页。l以软脂肪酸以软脂肪酸b-b-氧化为例，软脂酰氧化为例，软脂酰CoA须须经经7次次b-b-氧化循环，可将软脂酰氧化循环，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：第17页，共40页。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

14、磷酸键的能量，因此净生成ATP的数量为108-2=106个。第18页，共40页。l四、甘油的降解四、甘油的降解l由于脂肪组织缺少甘油激酶，所以其利由于脂肪组织缺少甘油激酶，所以其利用甘油的能力很弱，甘油三酯脂解产生用甘油的能力很弱，甘油三酯脂解产生的甘油必须通过血液运至肝脏进行代谢。的甘油必须通过血液运至肝脏进行代谢。在肝细胞中，甘油在甘油激酶的催化下在肝细胞中，甘油在甘油激酶的催化下被磷酸化，形成被磷酸化，形成3-3-磷酸甘油，进而在磷磷酸甘油，进而在磷酸甘油脱氢酶的作用下被氧化生成磷酸酸甘油脱氢酶的作用下被氧化生成磷酸二羟丙酮，磷酸二羟丙酮异构化生成二羟丙酮，磷酸二羟丙酮异构化生成3-3-

15、磷酸甘油醛。磷酸二羟丙酮还可被还原磷酸甘油醛。磷酸二羟丙酮还可被还原成成3-3-磷酸甘油，再被磷酸酶水解又生成磷酸甘油，再被磷酸酶水解又生成甘油。甘油。第19页，共40页。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。第20页，共40页。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

16、的-氧化氧化l脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化第21页，共40页。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22页，共40页。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

17、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，因此凡是在体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内代谢能够生成乙酰CoA的物质（例如的物质（例如糖、蛋白质等）都是脂肪合成的碳源。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，糖转变成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，这是体内贮存能脂肪酸进而合成脂肪，这是体内贮存能源的一个过程，具有重要的生理意义。源的一个过程，具有重要的生理意义。第23页，共40页。l一、磷酸甘油的生物合成一、磷酸甘油的生物合成l脂肪是甘油和脂肪酸形成的甘油酯，脂脂肪是甘油和脂肪酸形成的甘油酯，脂肪合成直接使用的是磷酸

18、甘油而不是甘肪合成直接使用的是磷酸甘油而不是甘油。生物体内磷酸甘油主要来源于磷酸油。生物体内磷酸甘油主要来源于磷酸二羟丙酮或甘油。二羟丙酮或甘油。第24页，共40页。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+第25页，共40页。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

19、柠檬酸柠檬酸 乙酰乙酰CoA NADPH+H+NADP+苹果酸酶苹果酸酶 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第26页，共40页。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。第27页，共40页。（2 2）合

20、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。第28页，共40页。l1 1）乙酰）乙酰-ACP-ACP和丙二酸单酰和丙二酸单酰-ACP-ACP在酰基在酰基-丙二酸单丙二酸单酰酰-ACP-ACP缩合酶的催化下，缩合形成乙酰乙酰缩合酶的催化下，缩合形成乙酰乙酰-ACP-ACP，释放出游离的释放出游离的ACPACP和和COCO2 2。l2 2）乙酰乙酰）乙酰乙酰-ACP-ACP在在b

21、 b-酮脂酰酮脂酰-ACP-ACP还原酶的作用还原酶的作用下，还原生成下，还原生成D-D-b b-羟脂酰羟脂酰-ACP-ACP，NADPHNADPH作还原剂。作还原剂。l3 3）D D-b-b-羟脂酰羟脂酰-ACP-ACP在羟脂酰在羟脂酰-ACP-ACP脱水酶的作用下脱水酶的作用下形成烯脂酰形成烯脂酰-ACP-ACP。l4 4）在烯脂酰）在烯脂酰-ACP-ACP还原酶的作用下，烯脂酰还原酶的作用下，烯脂酰-ACP-ACP被还原成丁酰被还原成丁酰-ACP-ACP，反应中，反应中NADPHNADPH作还原剂。作还原剂。第29页，共40页。第30页，共40页。l此时，软脂酰此时，软脂酰-ACP-AC

22、P分子不再接受酰基分子不再接受酰基-丙丙二酸单酰二酸单酰-ACP-ACP缩合酶的催化作用，而受缩合酶的催化作用，而受到硫脂酶的作用，水解为软脂酸和到硫脂酶的作用，水解为软脂酸和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。第31页，共40页。l软脂酸合成的反应式为软脂酸合成的反应式为 第32页，共40页。l（二）线粒体增链途径（二）线粒体增链途径 l在大多数情况下仅限于合成软脂酸。此在大多数情况下仅限于合成软脂酸。此外软脂酰外软脂酰CoA对脂肪酸的合成具有反馈对脂肪酸的合成具有反馈抑制作用。抑制作用。C16以上的饱和脂肪酸和不饱以上的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的合成是

23、在线粒体或内质网膜和脂肪酸的合成是在线粒体或内质网膜的胞质一侧进行的，其合成酶系存在于的胞质一侧进行的，其合成酶系存在于线粒体和内质网中。线粒体和内质网中。第33页，共40页。第34页，共40页。l不饱和脂肪酸的生物合成是在去饱和酶不饱和脂肪酸的生物合成是在去饱和酶系的作用下，在原有饱和脂肪酸中引入系的作用下，在原有饱和脂肪酸中引入双键的过程。去饱和作用也是在内质网双键的过程。去饱和作用也是在内质网膜上进行的。膜上进行的。l动物细胞中含有很多催化双键形成的去动物细胞中含有很多催化双键形成的去饱和酶，但只能催化远离脂肪酸羧基端饱和酶，但只能催化远离脂肪酸羧基端的第九个碳的去饱和，九碳以上的去饱的

24、第九个碳的去饱和，九碳以上的去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。第35页，共40页。la a-磷酸甘油磷酸甘油 l脂酰脂酰CoA 第36页，共40页。l脂肪酸的合成代谢是由二碳单元缩合的一系列反应组成，脂肪酸的合成代谢是由二碳单元缩合的一系列反应组成，脂肪酸的合成代谢不是分解代谢的逆反应，二者之间的脂肪酸的合成代谢不是分解代谢的逆反应，二者之间的主要差异在于：主要差异在于：l1 1）脂肪酸的合成代谢发生在胞质溶胶中，而分解代谢）脂肪酸的合成代谢发生在胞质溶胶中，而分解代谢是在线粒体基质中进行。是在线粒体基质中进行。l2 2）脂肪酸的合成代谢使用）脂肪酸的合成代谢使用

25、NADPHNADPH作为还原剂，而作为还原剂，而b-b-氧氧化作用产生化作用产生NADHNADH。l3 3）脂肪酸在其合成过程中是以共价键连接到酰基载）脂肪酸在其合成过程中是以共价键连接到酰基载体蛋白（体蛋白（acyl carrierproteinacyl carrierprotein，ACPACP）的巯基上，而分）的巯基上，而分解代谢的中间产物是与解代谢的中间产物是与CoACoA相接的。相接的。l4 4）较高级生物脂肪酸合成的酶活性存在于一条单一的多）较高级生物脂肪酸合成的酶活性存在于一条单一的多肽链内，称为脂肪酸合成酶系，而在肽链内，称为脂肪酸合成酶系，而在b-b-氧化作用中各个氧化作用中

26、各个酶的活性是由分离的酶实现的。酶的活性是由分离的酶实现的。第37页，共40页。第38页，共40页。l1.1.计算一分子硬脂酸彻底氧化生成计算一分子硬脂酸彻底氧化生成COCO2 2和和H H2 2O O，产生的，产生的ATPATP分子数，并计算每克硬脂酸彻底氧化产生的自由分子数，并计算每克硬脂酸彻底氧化产生的自由能。能。l2.2.b-b-氧化降解过程如何？试比较脂肪酸合成与脂肪酸氧化降解过程如何？试比较脂肪酸合成与脂肪酸b-b-氧化的异同。氧化的异同。l3.3.乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶在脂肪酸合成中起着调控作用，试述羧化酶在脂肪酸合成中起着调控作用，试述这个调控机制。这个调控机制。l4.4

27、.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.乙酰辅酶乙酰辅酶A A在参与脂肪酸合成之前需发生哪些转化反应？在参与脂肪酸合成之前需发生哪些转化反应？第39页，共40页。l7.7.不饱和脂肪酸经不饱和脂肪酸经b-b-氧化分解与饱和脂肪酸有何不同？氧化分解与饱和脂肪酸有何不同？l8.8.为什么贮存的脂肪酸氧化得到的能量多于同质量糖原为什么贮存的脂肪酸氧化得到的能量多于同质量糖原氧化产生的能量？氧化产生的能量？l9.9.骆驼的驼峰并没有贮存水，而是贮存着大量的脂肪，这骆驼的驼峰并没有贮存水

28、，而是贮存着大量的脂肪，这些脂肪是如何作为水源的？假设驼峰中的脂肪都是三硬脂些脂肪是如何作为水源的？假设驼峰中的脂肪都是三硬脂酰甘油酯（相对分子质量为酰甘油酯（相对分子质量为892892）。试计算骆驼能从）。试计算骆驼能从1kg1kg脂肪中含有的硬酯酸的脂肪中含有的硬酯酸的b-b-氧化中获得多少升水？（忽略氧化中获得多少升水？（忽略b-b-氧化过程所需要的水，水的密度为氧化过程所需要的水，水的密度为1.0g/mL1.0g/mL。）。）l10.10.黑熊在冬眠期间，每天大约消耗黑熊在冬眠期间，每天大约消耗2525106J106J，冬眠最，冬眠最长达长达7 7个月，维持生命的能量主要来源于体内脂肪酸的氧化。个月，维持生命的能量主要来源于体内脂肪酸的氧化。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？第40页，共40页。