1、第八章普通生物化学第四版脂类代谢第八章 脂类代谢一、概述一、概述1、脂类的定义：、脂类的定义：。在化学上可定义为：。在化学上可定义为：“脂肪酸的衍生物及脂肪酸的衍生物及其密切相关的物质其密切相关的物质”。2、脂类与其组成之间的关系：、脂类与其组成之间的关系：见下页表见下页表脑苷脂脑苷脂神经磷脂神经磷脂磷脂磷脂缩醛磷脂缩醛磷脂己糖己糖神经氨基醇神经氨基醇固醇固醇脂肪酸脂肪酸脂肪醇脂肪醇磷酸氨基醇磷酸氨基醇脂肪醛脂肪醛固醇脂固醇脂甘油三酯甘油三酯(脂肪）脂肪）蜡蜡醚酯醚酯甘油醚甘油醚甘油甘油3、脂类物质的特征：、脂类物质的特征：不溶于水而易溶于乙醚、丙酮、氯仿等有机溶剂，也有例不溶于水而易溶于乙醚
2、、丙酮、氯仿等有机溶剂，也有例 外，卵磷脂由于有极性而溶于水但不溶于丙酮，短链脂肪外，卵磷脂由于有极性而溶于水但不溶于丙酮，短链脂肪 酸的单甘油酸溶于水胜过溶于有机溶剂。酸的单甘油酸溶于水胜过溶于有机溶剂。具有酯的结构或与脂肪酸有成脂的可能。具有酯的结构或与脂肪酸有成脂的可能。生物体产生，并能为生物体利用。生物体产生，并能为生物体利用。脂类脂类脂肪脂肪(真脂或中性脂真脂或中性脂)类脂类脂磷脂磷脂核脂核脂固醇及其酯固醇及其酯蜡、萜等蜡、萜等4、脂类分类：、脂类分类：习惯分类：习惯分类：按组成与结构分类：按组成与结构分类：主类主类亚亚 类类组组 成成简单简单脂类脂类酰基甘油酰基甘油甘油甘油+脂肪酸
3、脂肪酸蜡蜡长链醇长链醇+长链脂肪酸长链脂肪酸复合脂类复合脂类磷酸酰基甘油磷酸酰基甘油(或甘或甘油磷脂油磷脂)甘油甘油+脂肪酸脂肪酸+磷酸盐磷酸盐+其他含氮基团其他含氮基团鞘磷脂类鞘磷脂类鞘氨醇鞘氨醇+脂肪酸脂肪酸+磷酸盐磷酸盐+胆碱胆碱脑苷脂类脑苷脂类鞘氨醇鞘氨醇+脂肪酸脂肪酸+糖糖神经节苷脂类神经节苷脂类鞘氨醇鞘氨醇+脂肪酸脂肪酸+复合的碳水化合物部分复合的碳水化合物部分蛋白脂蛋白脂(脂蛋白脂蛋白)类类蛋白质蛋白质+脂类脂类衍生衍生脂类脂类符合脂定义的物质，符合脂定义的物质，但不是简单或复合但不是简单或复合的脂类的脂类实例：类胡罗卜素、类固醇实例：类胡罗卜素、类固醇 、脂溶、脂溶性维生素性维
4、生素5、脂类的功能、脂类的功能类脂的功能类脂的功能 主要是作为生物膜结构的基本原料，约占膜重量的一主要是作为生物膜结构的基本原料，约占膜重量的一半左右或更多，按重量计：磷脂占膜的半左右或更多，按重量计：磷脂占膜的50%70%，胆固，胆固醇占醇占20%30%。脂肪的主要功能脂肪的主要功能构成体质构成体质供能贮能供能贮能保温御寒保温御寒保护内脏保护内脏促进脂溶性维生素的吸收促进脂溶性维生素的吸收提供必需脂肪酸：提供人体必需，但自身不能合成的亚油酸提供必需脂肪酸：提供人体必需，但自身不能合成的亚油酸 (18碳二烯酸碳二烯酸)，亚麻酸，亚麻酸(18碳三烯酸碳三烯酸)。6、脂肪的消化和吸收、脂肪的消化和
5、吸收 人和动物从食物中摄入脂肪后，主要在小肠进行消化和人和动物从食物中摄入脂肪后，主要在小肠进行消化和吸收。在小肠，脂肪首先被胆汁酸乳化成微粒并均匀分散于吸收。在小肠，脂肪首先被胆汁酸乳化成微粒并均匀分散于水中，有利于胰脏分泌的脂肪酶对其水解，生成脂肪酸和甘水中，有利于胰脏分泌的脂肪酶对其水解，生成脂肪酸和甘油。油。游离脂肪酸和甘油被吸收后，通过门静脉进入肝脏进一游离脂肪酸和甘油被吸收后，通过门静脉进入肝脏进一步代谢。一小部分未被完全水解的甘油单酯与长链脂肪酸一步代谢。一小部分未被完全水解的甘油单酯与长链脂肪酸一起在肠粘膜细胞胞再合成甘油三酯，继而形成乳糜微粒经淋起在肠粘膜细胞胞再合成甘油三酯
6、，继而形成乳糜微粒经淋巴系统进入血液循环。巴系统进入血液循环。二、脂肪的中间代谢二、脂肪的中间代谢(一一)脂肪的分解代谢脂肪的分解代谢1、三酰甘油、三酰甘油(甘油三酯甘油三酯)的分解的分解体内脂肪的酶促水解体内脂肪的酶促水解 脂肪水解的第一步反应为限速反应，催化这步反应的脂肪酶脂肪水解的第一步反应为限速反应，催化这步反应的脂肪酶受激素调节受激素调节，所以也被称为激素敏感性脂肪酶。在某些生理或病，所以也被称为激素敏感性脂肪酶。在某些生理或病理条件下，脂肪酶磷酸化并被激活，从而促进脂肪水解。理条件下，脂肪酶磷酸化并被激活，从而促进脂肪水解。2、甘油的分解代谢、甘油的分解代谢产产ATP?3、脂肪酸的
7、分解代谢、脂肪酸的分解代谢脂肪酸的脂肪酸的-氧化氧化 1904年德国年德国F.Knoop提出提出 -氧化概念：脂氧化概念：脂肪酸在生物体内被肪酸在生物体内被 氧氧化的时候，总是在化的时候，总是在的化学键发生断裂，的化学键发生断裂，-碳原子被氧化成一个新的羧基，生成一个二碳化合物和一个比原碳原子被氧化成一个新的羧基，生成一个二碳化合物和一个比原来脂肪酸少两个碳原子的脂肪酸来脂肪酸少两个碳原子的脂肪酸,这个作用就称为这个作用就称为。反。反应中形成的脂应中形成的脂肪酸可以继续进行肪酸可以继续进行 -氧化，一直到整个脂氧化，一直到整个脂肪酸碳链都肪酸碳链都被氧化为止。被氧化为止。-氧化场所：氧化场所：
8、。试验证据 19041904年年F.KnoopF.Knoop根据根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验结果，推导出了结果，推导出了-氧化学说氧化学说。-CHCH2 2-(CH-(CH2 2)2n+12n+1-COOH-COOH-CHCH2 2-(CH-(CH2 2)2n2n-COOH-COOH-COOH-COOH（苯甲酸）（苯甲酸）-CH-CH2 2COOHCOOH（苯乙酸）（苯乙酸）奇数碳原子奇数碳原子偶数碳原子偶数碳原子马尿酸苯乙尿酸GlyGly脂肪酸的活化与转运脂肪酸的活化与转运 脂肪酸在进行氧化分解前要先经过活化成为脂肪酰脂肪酸在进行氧化分解前要先经过活化成为脂肪
9、酰CoA，才，才能进行能进行 -氧化。脂肪酰氧化。脂肪酰CoA的水溶性比脂肪酸大得多，且细胞内的水溶性比脂肪酸大得多，且细胞内的分解代谢的酶也是对脂肪酰的分解代谢的酶也是对脂肪酰CoA特异的，而不能直接催化脂肪特异的，而不能直接催化脂肪酸。脂肪酸的活化是由线粒体外的脂肪酸硫激酶酸。脂肪酸的活化是由线粒体外的脂肪酸硫激酶(又称脂肪酰又称脂肪酰 CoA合成酶合成酶)所催化。所催化。OR-C-OH+CoA-SH脂酰脂酰CoA合成酶合成酶 OR-C-SCoAATPAMP+PPi活化脂肪酸的特性活化脂肪酸的特性肉毒碱脂肪酰基转移酶肉毒碱脂肪酰基转移酶注：其中酶活性直接调控脂肪酰的转运速度，是脂肪酸氧化分
10、解的限速步骤。可决脂肪酸趋向分解或趋向合成。肉毒碱与脂酰肉毒碱与脂酰CoA的反应：的反应：(2)饱和脂肪酸的饱和脂肪酸的 -氧化氧化 -氧化过程：脱氢氧化过程：脱氢加水加水再脱氢再脱氢硫解硫解：脂酰：脂酰 CoA脱氢酶催化，以脱氢酶催化，以FAD为辅基。为辅基。该酶催化的反应是不可逆的。此反应的逆反应是在烯脂酰该酶催化的反应是不可逆的。此反应的逆反应是在烯脂酰CoA还还原酶催化下，以原酶催化下，以NADPH2为供氢体进行的。为供氢体进行的。反应式：反应式：烯脂酰：烯脂酰CoA水化酶催化，该酶能催化水化酶催化，该酶能催化2-反式烯脂酰反式烯脂酰CoA 生成生成L-羟脂酰羟脂酰CoA，也能催化，也
11、能催化2-顺式烯脂酰顺式烯脂酰CoA生成生成D-羟脂酰羟脂酰CoA.但在第一步脱氢得到但在第一步脱氢得到2-反式。故该步反应产物为反式。故该步反应产物为L-型。型。反应式：反应式：L-羟脂酰羟脂酰CoA脱氢酶催化，以脱氢酶催化，以NAD+为辅酶为辅酶，该，该酶具有高度立体异构专一性，只能催化酶具有高度立体异构专一性，只能催化L-羟脂酰脱氢，不能羟脂酰脱氢，不能催化催化D-羟脂酰羟脂酰CoA脱氢。脱氢。反应式：反应式：-酮脂酰酮脂酰CoA硫解酶（乙酰硫解酶（乙酰CoA脂酰转移酶）催化。脂酰转移酶）催化。反应式：反应式：注注：第步反应不可逆，但在烯脂酰CoA还原酶催化下，由NADPH+H+供氢，可
12、将该反应逆转。CoASH 以一分子以一分子十六碳的软脂酸十六碳的软脂酸为例：要经过为例：要经过7次次-氧化氧化产生产生8个分子乙酰个分子乙酰CoA均可进入均可进入TCA循环而循环而彻底氧化成彻底氧化成H2O和和CO2，并偶联产生并偶联产生ATP。=7=7(FADH(FADH2 2)2+7)2+7(NADH)3+12(NADH)3+12(TCA循环产生的循环产生的)8 87次次-氧化氧化7次次-氧化氧化共共8分子分子乙酰乙酰CoA每分子乙酰每分子乙酰CoA经经TCA循环所产生循环所产生ATP数数=14+21+96=131个分子个分子ATP(因为在脂肪酸活化时因为在脂肪酸活化时ATPAMP相当于消
13、耗了相当于消耗了2分子分子ATP。)脂肪酸彻底氧化后的脂肪酸彻底氧化后的ATP生成：生成：奇数碳原子脂肪酸的奇数碳原子脂肪酸的 -氧化：氧化：不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸油油酰酰基基的的氧氧化化作作用用油酰基油酰基CoACoA（9 9 18 18：1 1）CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoA OHCH3(CH2)7CH2-C-CH2-CO-CoA H6CH3-CO-CoACH3(CH2)7CH2-C=CH-CO-CoAHH 2 2-反反-十二碳烯脂酰十二碳烯脂酰CoACoA -氧化氧化,三次循环三次循环烯酯酰烯酯酰CoACoA异构酶异构酶烯酯酰烯酯酰CoACoA水化酶水化酶
14、再开始再开始-氧化氧化CH3(CH2)7-C=C-CH2-CO-CoA 3 3-顺顺-十二碳烯酯酰十二碳烯酯酰CoACoA H H脂肪酸的其它氧化方式-氧化和-氧化除了-氧化途径外，脂肪酸还有其它几种氧化方式。脂肪酸的-氧化 脂肪酸的-碳原子首先被氧化成二羧酸，然后两侧可同时进行-氧化，提高氧化效率。CH3(CH2)nCOOH HOOC(CH2)nCOOH -氧化脂肪酸的-氧化 -氧化是指每一次氧化只失去一个碳原子，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸和CO2。R-CH2CH2COOH R-CH2COOH+CO2这种氧化方式对降解支链脂肪酸具有重要作用。氧化-氧化酮体：是酮体：是丙酮、乙酰乙酸、丙酮、
15、乙酰乙酸、-羟丁酸羟丁酸三种物质的总称。三种物质的总称。注：乙酰CoA酰基转移酶 (乙酰乙酰CoA硫解酶)脱酰基酶 HMGCoA合成酶 HMGCoA裂合酶 -羟丁酸脱氢酶 自动进行 乙酰乙酰还原酶 羟丁酰CoA脱酰基酶酮体的生成：酮体的生成：在肝组织中生成。在肝组织中生成。酮体的生成途酮体的生成途 径：如图径：如图酮体的利用酮体的利用：在肝外组织中利用。：在肝外组织中利用。ATP（二）脂肪的合成代谢（二）脂肪的合成代谢 脂肪合成场所主要是在脂肪组织、其次是肝脏。脂肪合成场所主要是在脂肪组织、其次是肝脏。在细胞内主要在线粒体外在细胞内主要在线粒体外胞浆胞浆中进行的。中进行的。1、-磷酸甘油的生成
16、：磷酸甘油的生成：2、脂肪酸合成：、脂肪酸合成：在胞浆中进行在胞浆中进行直接原料为乙酰直接原料为乙酰CoA由一套酶系催化由一套酶系催化由由NADPH+H+供氢供氢需需ATP、CO2、Mg2+等参与等参与从头合成途径（胞浆酶系）合成饱和脂肪酸：从头合成途径（胞浆酶系）合成饱和脂肪酸：乙酰乙酰CoA转转运出线粒体的运出线粒体的机制：机制：丙二酸单酰丙二酸单酰 CoA的合成：的合成：HCO3-+H+ATPADP+Pi酶酶-生物素生物素酶酶 羧基生物素羧基生物素乙酰乙酰CoA（丙（丙二酰二酰CoA）COOH|CH2|COSCoA酶酶：乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶是变构酶，是脂肪酸合成的是变构酶，是脂肪酸
17、合成的限速酶限速酶！柠檬酸、柠檬酸、-酮戊二酸、异柠檬酸激活；酮戊二酸、异柠檬酸激活；被被 尼克酸、水杨酸和脂酰尼克酸、水杨酸和脂酰CoA抑制！抑制！（分步骤（分步骤）动画动画例例（整体）（整体）动画例动画例 线粒体酶系、内质网酶系与微粒体酶系都能使短链饱和脂酸的线粒体酶系、内质网酶系与微粒体酶系都能使短链饱和脂酸的碳链延长，每次延长两个碳原子。碳链延长，每次延长两个碳原子。线粒体酶系延长碳链的碳源不是加入丙二酸单酰线粒体酶系延长碳链的碳源不是加入丙二酸单酰-ACP，而是，而是加入乙酰加入乙酰CoA。除线粒体可延长脂酸碳链外，微粒体内质网酶系也可延除线粒体可延长脂酸碳链外，微粒体内质网酶系也可
18、延长长C16脂酸（包括饱和和不饱和的）的碳链。脂酸（包括饱和和不饱和的）的碳链。其总反应如下式：其总反应如下式：R-CO-CoA+丙二酸单酰丙二酸单酰-CoA+2NADPH+2H+R(CH2)2CO-CoA+2NADP+CO2+CoA 在植物则细胞溶质酶系可利用丙二酸单酰在植物则细胞溶质酶系可利用丙二酸单酰ACP延长脂酸延长脂酸碳链，例如：碳链，例如：丙二酸单酰丙二酸单酰-ACP棕榈酰棕榈酰ACP 硬脂酰硬脂酰ACPNADPH不饱和脂肪酸的合成不饱和脂肪酸的合成 许多生物体能使饱和脂酸的第许多生物体能使饱和脂酸的第9和第和第10碳位之间氢，形成碳位之间氢，形成一个双键成为不饱和脂酸，植物和某些
19、微生物才能使第一个双键成为不饱和脂酸，植物和某些微生物才能使第12和第和第13位碳位间脱氢形成双键，甚至更多双键的不饱和脂酸。位碳位间脱氢形成双键，甚至更多双键的不饱和脂酸。不饱和脂酸的生物合成途径有氧化脱氢和不饱和脂酸的生物合成途径有氧化脱氢和 -碳位氧化成碳位氧化成羟酸，再脱水两种途径。羟酸，再脱水两种途径。氧化脱氢途径：这个途径一般在脂酸的第氧化脱氢途径：这个途径一般在脂酸的第9和第和第10位碳位脱位碳位脱氢，例如硬脂酸由脂酰脱饱和酶（存在于微粒体内，肝脏和脂氢，例如硬脂酸由脂酰脱饱和酶（存在于微粒体内，肝脏和脂肪组织含此酶较多）催化即生成油酸：肪组织含此酶较多）催化即生成油酸：-氧化、
20、脱水途径：氧化、脱水途径：这一途径是先在饱和脂酸的这一途径是先在饱和脂酸的 -碳位氧化成羟酸，在碳位氧化成羟酸，在、-碳位间脱水形成双键。再经碳链延长作用即可得油酸。碳位间脱水形成双键。再经碳链延长作用即可得油酸。3、脂肪的合成：、脂肪的合成：并非游离的甘油与游离脂肪酸合成脂肪：并非游离的甘油与游离脂肪酸合成脂肪：直接合成脂肪的原料直接合成脂肪的原料-磷酸甘油或磷酸二羟丙酮磷酸甘油或磷酸二羟丙酮脂酰脂酰CoA合成过程：合成过程：见下一页图见下一页图脂肪代谢小结：脂肪代谢小结：脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸3-磷酸甘油磷酸甘油三羧酸三羧酸循环循环乙
21、醛酸乙醛酸循环循环甘油甘油乙酰乙酰 CoA三酰三酰甘油甘油脂肪酸脂肪酸 氧氧化化 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮PEP丙酮酸丙酮酸合合成成植物和植物和微生物微生物三、磷脂代谢三、磷脂代谢磷脂（广义）磷脂（广义）甘油醇磷脂（狭义的甘油醇磷脂（狭义的“磷脂磷脂”）：以甘油为基础）：以甘油为基础鞘氨醇磷脂：不含甘油，以鞘氨醇为基础。包鞘氨醇磷脂：不含甘油，以鞘氨醇为基础。包 括鞘磷脂、鞘糖脂。括鞘磷脂、鞘糖脂。本节主要介绍甘油醇磷脂类本节主要介绍甘油醇磷脂类 狭义的磷脂代谢。狭义的磷脂代谢。磷脂的结构通式：磷脂的结构通式：（脑磷脂）（脑磷脂）（一）磷
22、脂的分解代谢（一）磷脂的分解代谢、磷脂酶及其作用部位：、磷脂酶及其作用部位：2、磷脂酶的作用产物：、磷脂酶的作用产物：（二）磷脂的合成代谢：（二）磷脂的合成代谢：1、甘油二酯的来源、甘油二酯的来源脂肪合成过程中能生成甘油二酯脂肪合成过程中能生成甘油二酯脂肪经酶水解可产生甘油二酯脂肪经酶水解可产生甘油二酯2、胆碱和乙醇胺的来源、胆碱和乙醇胺的来源由食物中磷脂吸收后水解而来由食物中磷脂吸收后水解而来由丝氨酸代谢产生由丝氨酸代谢产生HO-CH2-CH-COOH HO-CH2CH2-NH2（乙醇胺）（乙醇胺）CO2|NH2丝氨酸脱羧酶丝氨酸脱羧酶HO-CH2CH2-N+(CH3)3（胆碱）（胆碱）甲基
23、化甲基化3、胞二磷乙醇胺（、胞二磷乙醇胺（CDP-乙醇胺）和胞二磷胆碱（乙醇胺）和胞二磷胆碱（CDP-胆碱）的生成胆碱）的生成 磷酸乙醇胺胞苷转移酶 磷酸胆碱胞苷转移酶4、磷脂的合成：、磷脂的合成：磷脂酰乙醇胺的合成（脑磷脂的合成）：磷脂酰乙醇胺的合成（脑磷脂的合成）：,甘油二酯甘油二酯CDP-乙醇胺乙醇胺 磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷酸乙醇胺转移酶磷酸乙醇胺转移酶（脑磷脂）（脑磷脂）磷脂酰胆碱的合成（卵磷脂的合成）：磷脂酰胆碱的合成（卵磷脂的合成）：,甘油二酯甘油二酯CDP-胆碱胆碱 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱+CMP 磷酸乙醇胺转移酶磷酸乙醇胺转移酶（卵磷脂）（卵磷脂）卵磷脂、脑磷脂合成小结：卵磷脂、脑磷脂合成小结：见下一页：见下一页：植物、微生物及动物肝脏存在有所不同的磷脂合成途径：植物、微生物及动物肝脏存在有所不同的磷脂合成途径：磷脂的合成及与糖、脂肪间关系：磷脂的合成及与糖、脂肪间关系：四、胆固醇代谢四、胆固醇代谢1、胆固醇代谢：2、固醇间的一些代谢关系：
