第七章脂類代謝

1、一、概述一、概述P P115115 1.1.種類種類n脂肪：脂肪酸與甘油形成的酯脂肪：脂肪酸與甘油形成的酯n類脂：磷脂、糖脂、固醇等類脂：磷脂、糖脂、固醇等n脂肪酸有飽和脂肪酸脂肪酸有飽和脂肪酸( (硬、軟脂酸硬、軟脂酸) )和不和不飽和脂肪酸飽和脂肪酸( (亞油酸、亞麻酸、油酸亞油酸、亞麻酸、油酸) )第七章第七章 脂類代謝脂類代謝 ( (Lipid Metabolism)Lipid Metabolism) 2.2.功能功能 n脂肪是氧化供能和儲存能量的物質(zhì)脂肪是氧化供能和儲存能量的物質(zhì) n脂肪可為機體提供物理保護脂肪可為機體提供物理保護n類脂是組成生物細胞膜的必要成分類脂是組成生物細胞膜的

2、必要成分 n許多脂類還是合成體內(nèi)某些活性物質(zhì)的許多脂類還是合成體內(nèi)某些活性物質(zhì)的原料。原料。二、脂肪二、脂肪( (Fat)Fat)的酶促水解的酶促水解 甘油三酯脂肪酶甘油三酯脂肪酶1.1.脂肪的水解脂肪的水解甘油二酯脂肪酶甘油二酯脂肪酶甘油一酯脂肪酶甘油一酯脂肪酶2.2.甘油甘油( (Glycerol)Glycerol)的分解的分解 糖異生糖異生n磷酸二羥丙酮是聯(lián)系甘油代謝與糖代謝的關(guān)鍵物質(zhì)磷酸二羥丙酮是聯(lián)系甘油代謝與糖代謝的關(guān)鍵物質(zhì)n動物的甘油需要運到肝細胞中進行氧化分解動物的甘油需要運到肝細胞中進行氧化分解甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoATCA2ATPNADH2CO2N

3、ADH22CO23NADH2 FADH2 ATPC3H6O36NADH2 FADH2 2ATP3CO220或或22ATP3-磷酸甘油磷酸甘油甘油甘油-ATP磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮NADH2EMP甘甘油油徹徹底底氧氧化化分分解解的的能能量量計計算算3.3.脂肪酸的分解脂肪酸的分解( (-氧化氧化) )n-氧化概念：在一系列酶的作用氧化概念：在一系列酶的作用下下, ,脂肪酸的脂肪酸的,碳原子上脫氫氧碳原子上脫氫氧化并斷裂化并斷裂, ,生成一分子乙酰生成一分子乙酰CoACoA和少和少二個碳原子的脂酰二個碳原子的脂酰CoACoA的過程的過程。COO1234 fatty acid with a cis

4、-9 double bond KnoopKnoop實驗（苯環(huán)標記）實驗（苯環(huán)標記） CH2CH2CH2COOHCH2COOHCH2CH2CH2CH2CH2COOHCH2CH2CH2CH2COOHCH2CH2COOHCOOHCH2CONHCH2COOHCONHCH2COOH偶 碳 苯 脂 酸奇 碳 苯 脂 酸 苯 乙 尿 酸(苯 乙 酸 衍 生 物 ) 馬 尿 酸(苯 甲 酸 衍 生 物 )NH2CH2COOHNH2CH2COOH-氧化化學歷程氧化化學歷程(1)(1)脂肪酸的活化脂肪酸的活化( (細胞質(zhì)中細胞質(zhì)中) ) PPi 2 Pi脂酰脂酰CoA合成酶合成酶(Acyl-CoA Synthas

5、es)脂酰磷酸腺苷脂酰磷酸腺苷(2)(2)脫氫脫氫( (以下反應(yīng)在線粒體基質(zhì)中以下反應(yīng)在線粒體基質(zhì)中) )2-反反-烯脂酰烯脂酰CoAAcyl CoA dehydrogenase脂酰脂酰CoA脫氫酶脫氫酶(3)(3)水化水化 Enoyl CoA hydratase烯脂酰烯脂酰CoA水化酶水化酶L(+)-羥脂酰羥脂酰CoA(4)(4)再脫氫再脫氫 Hydroxyacyl CoA dehydrogenase羥脂酰羥脂酰CoA脫氫酶脫氫酶-酮脂酰酮脂酰CoA(5)(5)硫解硫解 Thiolase -酮脂酰酮脂酰CoA硫解酶硫解酶脂酰脂酰-CoA + FAD + NAD+ + HS-CoA 脂酰脂酰-

6、CoA (少2C) + FADH2 + NADH + H+ + 乙酰乙酰-CoA關(guān)于關(guān)于-氧化的幾個問題氧化的幾個問題n-氧化的細胞定位氧化的細胞定位: :線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)n脂酰脂酰CoACoA經(jīng)線粒體膜外至膜內(nèi)的經(jīng)線粒體膜外至膜內(nèi)的轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運: :肉毒堿肉毒堿( (carnitine)carnitine)的作用的作用H3CN+CH3CH3CH2CHOHCH2COOH肉堿(L- 羥- -三甲氨基丁酸)RCOSCoA+脂酰CoAH3CN+CH3CH3CH2CHOCH2COOHC OR脂酰肉堿n-氧化產(chǎn)生的能量（氧化產(chǎn)生的能量（C C1515H H3131COOHCOOH） C C1515H H

7、3131COOH COOH C C1515H H3131COSCoA COSCoA -2-2ATPATP活活化化脂 酰 C oA合 成 酶肉 堿 脂 酰轉(zhuǎn) 移 酶 肉 堿 脂 酰轉(zhuǎn) 移 酶 FFAATPC oAAM PPPi脂 酰 C oA脂 酰 C oACoA肉 堿脂 酰 肉 堿肉 堿 脂 酰肉 堿 轉(zhuǎn) 位 酶脂 酰 肉 堿肉 堿CoA脂 酰 肉 堿脂 酰 C oA基 質(zhì)線 粒 體 外 膜線 粒 體 內(nèi) 膜 -氧 化C C1515H H3131COSCoACOSCoA經(jīng)過經(jīng)過7 7次次-氧化，生氧化，生成成8 8CHCH3 3COSCoACOSCoA、7FADH7FADH2 2和和7 7NA

8、DHNADHC C1515H H3131COSCoACOSCoA形成形成： -2ATP-氧化階段：氧化階段： 7(NADH+H+)3 = 21ATP 7FADH2 2 = 14ATP8個個CH3COSCoATCA 83(NADH+H+)3 = 72ATP 8 FADH2 2 = 16ATP 12 8 8 8次底物水平磷酸化次底物水平磷酸化 8ATP =96 129ATPn-氧化的產(chǎn)物為氧化的產(chǎn)物為CHCH3 3CO-SCoACO-SCoA，除除可氧化供能外，還可作為合成脂肪、可氧化供能外，還可作為合成脂肪、糖和某些糖和某些AaAa的原料。的原料。 乙酰乙酰CoACoA脂肪酸脂肪酸 GAC( G

9、AC(植、微植、微) ) 琥珀酸琥珀酸 OAAPEP OAAPEP糖糖( (糖異生糖異生) ) Asp Asp不飽和脂肪酸的氧化不飽和脂肪酸的氧化 n單雙鍵脂肪酸如油酸單雙鍵脂肪酸如油酸(C18)的氧化需要一種附的氧化需要一種附加的酶，即異構(gòu)酶（順、反異構(gòu)酶）。加的酶，即異構(gòu)酶（順、反異構(gòu)酶）。P217SCoACO26811131541710 9 3HSCoA 3CH3COSCoA -烯脂酰烯脂酰CoA異構(gòu)化酶異構(gòu)化酶-烯脂酰烯脂酰CoA -氧化氧化 -氧化氧化 CHOSCoASCoACOCHO將將順式雙鍵轉(zhuǎn)變順式雙鍵轉(zhuǎn)變成成反式雙鍵反式雙鍵3順順- 2反烯脂酰反烯脂酰CoA 異構(gòu)酶異構(gòu)酶n多

10、雙鍵脂肪多雙鍵脂肪酸如亞油酸酸如亞油酸(C18)的氧化的氧化需要兩種附需要兩種附加的酶，即加的酶，即異構(gòu)酶和烯異構(gòu)酶和烯脂酰脂酰CoA還還原酶。原酶。n不飽和脂肪酸所含的氫原子少，氧化產(chǎn)不飽和脂肪酸所含的氫原子少，氧化產(chǎn)生的生的ATPATP數(shù)目比同碳數(shù)的飽和脂肪酸產(chǎn)生數(shù)目比同碳數(shù)的飽和脂肪酸產(chǎn)生的的ATPATP數(shù)目少數(shù)目少; ;n每多一個雙鍵，每多一個雙鍵，-氧化就少一步以氧化就少一步以FADFAD為輔酶的脫氫反應(yīng)，少產(chǎn)生為輔酶的脫氫反應(yīng)，少產(chǎn)生2 2個個ATP;ATP;n所以亞油酸所以亞油酸C C1818比同碳原子數(shù)飽和脂肪酸比同碳原子數(shù)飽和脂肪酸硬脂酸硬脂酸C C1818少生成少生成4 4

11、個個ATPATP。4.其他氧化途徑其他氧化途徑(1)(1)奇數(shù)碳脂肪酸的奇數(shù)碳脂肪酸的-氧化氧化P P217217 脂肪酸脂肪酸( (奇數(shù)碳奇數(shù)碳) ) 丙酰丙酰CoACoA 琥珀酰琥珀酰CoA -CoA -羥丙酸羥丙酸 TCA TCA 乙酰乙酰CoACoA羧化羧化脫氫脫氫(2)-(2)-氧化氧化P P217217 RCH RCH2 2COOHRCH(OH)COOHRCOCOOH COOHRCH(OH)COOHRCOCOOH RCOOHRCOOH（少少1 1個個C C）+CO+CO2 2(3)-(3)-氧化氧化(12(12碳以下碳以下) P) P218218 CH CH3 3(CH(CH2 2

12、) )n nCOOHHOCHCOOHHOCH2 2(CH(CH2 2) )n nCOOH COOH HOOC(CHHOOC(CH2 2) )n nCOOHCOOH兩邊兩邊-氧化氧化5.5.酮體酮體( (Ketone body)的代謝的代謝P P219219 動物肝臟動物肝臟 乙酰乙酸乙酰乙酸乙酰乙酰CoA CoA 酮體酮體 -羥丁酸羥丁酸 丙酮丙酮和隨血液到肝外組織氧化，可和隨血液到肝外組織氧化，可隨尿排出，也可從肺部呼出，或在體隨尿排出，也可從肺部呼出，或在體內(nèi)氧化成乙酰內(nèi)氧化成乙酰CoACoA進入進入TCATCA循環(huán)，也可循環(huán)，也可合成糖原合成糖原脂肪酸 -氧化2CH3COSCoA乙酰乙酰

13、CoA 硫解酶HSCoACH3COCH2COSCoA乙酰乙酰CoACH3COSCoAHSCoAHMGCoA 合成酶HOOCCH2COHCH2COSCoACH3羥甲基戊二酸單酰CoA （HMGCoA）CH3COSCoAHMGCoA 裂解酶CH2COCH2COOH乙酰乙酸CH3CHOHCH2COOHCH3COCH3 -羥丁酸丙酮NADH+H+NAD+ -羥丁酸脫氫酶CO2三、脂肪的生物合成三、脂肪的生物合成P P224224 n部位部位: :肝、脂肪組織、小腸等肝、脂肪組織、小腸等n原料原料: :甘油甘油-磷酸、脂酰磷酸、脂酰CoACoA1.甘油甘油- -磷酸的合成磷酸的合成2.2.脂肪酸的合成脂

14、肪酸的合成n定義：定義：指以指以CHCH3 3CO-SCoACO-SCoA為原料，在乙酰為原料，在乙酰CoACoA羧化酶和脂肪酸合成酶系的作用下逐羧化酶和脂肪酸合成酶系的作用下逐步延長碳鏈合成脂肪酸的過程。步延長碳鏈合成脂肪酸的過程。n原料：乙酰原料：乙酰CoACoA、?；d體蛋白?；d體蛋白( (ACPACP) )、ATPATP、COCO2 2、MnMn2+2+和和NADPHNADPH2 2n產(chǎn)物：產(chǎn)物：1616C C的軟脂酸的軟脂酸( (棕櫚酸棕櫚酸) )n乙酰乙酰CoACoA羧化酶包括生物素羧化酶、生物羧化酶包括生物素羧化酶、生物素羧基載體蛋白素羧基載體蛋白( (BCCP)BCCP)和羧

15、基轉(zhuǎn)移酶三和羧基轉(zhuǎn)移酶三個亞單位。個亞單位。P P226226(1)(1)從頭合成從頭合成( (細胞質(zhì)細胞質(zhì)) )n脂肪酸合成酶系包括：脂肪酸合成酶系包括：ACPACP?；D(zhuǎn)?；D(zhuǎn)移酶、移酶、ACP-ACP-丙二酰轉(zhuǎn)移酶、丙二酰轉(zhuǎn)移酶、-酮酮脂酰脂酰ACPACP合成酶、合成酶、-酮脂酰酮脂酰ACPACP還還原酶、原酶、-羥脂酰羥脂酰ACPACP脫水酶、脫水酶、-烯脂酰烯脂酰ACPACP還原酶。還原酶。P P227227nACPACP是一種對熱穩(wěn)定的小分子蛋白是一種對熱穩(wěn)定的小分子蛋白質(zhì)，是脂肪酸合成酶系的核心部質(zhì)，是脂肪酸合成酶系的核心部分，起攜帶和轉(zhuǎn)移酰基的作用。分，起攜帶和轉(zhuǎn)移?；淖饔谩?/p>

16、(2)(2)化學歷程化學歷程( (以以E.coliE.coli為例為例) )丙二酰丙二酰CoACoA的形成的形成( (乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶) ) a.a.生物素羧基載體蛋白生物素羧基載體蛋白(BCCP)(BCCP) 生物素生物素+BCCP BCCP-+BCCP BCCP-生物素生物素b.b.生物素羧化酶生物素羧化酶 BCCP- BCCP-生物素生物素+HCO+HCO3 3- - BCCP- BCCP-生物素生物素-CO-CO2 2c.c.羧基轉(zhuǎn)移酶羧基轉(zhuǎn)移酶 BCCP- BCCP-生物素生物素-CO-CO2 2+ +乙酰乙酰CoACoA BCCP- BCCP-生物素生物素+ +丙二

17、酰丙二酰CoACoAATP ADP + PiCOCH2 CSCoAOCO2 CSCoAOCH3HO生物素丙二酸單酰CoAATPADP+ Pi乙酰CoA羧化酶乙酰CoA+?；D(zhuǎn)移反應(yīng)?；D(zhuǎn)移反應(yīng) CH3COSCoA CH3CO-S-ACP-OOCCH2COSCoA -OOCCH2CO-S-ACP乙酰-ACP轉(zhuǎn)移酶丙二酰-ACP轉(zhuǎn)移酶縮合反應(yīng)縮合反應(yīng) -ketoacyl-ACP synthase-酮脂酰酮脂酰- -ACPACP合成酶合成酶乙酰乙酰乙酰乙酰ACP(-ACP(-酮脂酰酮脂酰ACP)ACP)-酮脂酰酮脂酰- -ACPACP合成合成酶酶乙酰乙酰乙酰乙酰ACP(-ACP(-酮脂酰酮脂酰ACP

18、)ACP)第一次還原第一次還原 -ketoacyl-ACP reductase-酮脂酰酮脂酰- -ACPACP還原酶還原酶D-D-羥丁酰羥丁酰ACPACP脫水脫水 - hydroxyacyl-ACP dehydrase -羥脂酰羥脂酰- -ACPACP脫水酶脫水酶丁烯酰丁烯酰ACPACP再還原再還原-enoyl-ACP reductase-烯脂酰烯脂酰- -ACPACP還原酶還原酶丁酰丁酰ACPACP乙酰乙酰CoA + 7 丙二酰丙二酰CoA + 14NADPH 軟脂酸軟脂酸 + 7CO2 + 14NADP+ + 8CoA(3)(3) 討論討論n細胞定位：細胞質(zhì)；細胞定位：細胞質(zhì)；n合成合成1

19、616碳的飽和脂肪酸；碳的飽和脂肪酸；n除末端二個碳原子來源于乙酰除末端二個碳原子來源于乙酰CoACoA，其他其他均來自丙二酰均來自丙二酰CoACoA；n中間過程以中間過程以ACPACP為載體，還原反應(yīng)以為載體，還原反應(yīng)以NADPHNADPH2 2為輔酶，它來自于為輔酶，它來自于HMPHMP；n線粒體中形成的乙酰線粒體中形成的乙酰CoACoA是通過檸檬酸是通過檸檬酸- -丙丙酮酸穿梭作用運送到細胞質(zhì)中參加反應(yīng)。酮酸穿梭作用運送到細胞質(zhì)中參加反應(yīng)。檸檬酸檸檬酸丙酮酸穿梭作用丙酮酸穿梭作用檸檬酸合成酶檸檬酸裂解酶丙酮酸羧化酶蘋果酸脫氫酶蘋果酸酶丙酮酸脫羧 從頭合成從頭合成 -氧化氧化場所不同：場所

20、不同： 細胞質(zhì)細胞質(zhì) 線粒體線粒體原料穿梭原料穿梭： 檸檬酸檸檬酸-丙酮酸丙酮酸 肉毒堿運載系統(tǒng)肉毒堿運載系統(tǒng)?；d體：?；d體： ACP CoASH二碳單位：二碳單位： 丙二酰丙二酰CoA 乙酰乙酰CoAe供體供體(受體受體)： NADPH2 NAD+ 、 FAD酶：酶： 7種種 4種種酶系反應(yīng)：酶系反應(yīng)： 縮合、還原、縮合、還原、 氧化、水合、氧化、水合、 脫水、還原；脫水、還原； 氧化、裂解；氧化、裂解；能量變化：能量變化： 消耗消耗7個個ATP及及 產(chǎn)生產(chǎn)生129個個ATP 14個個NADPH相同：相同： 都要活化都要活化n 從頭合成與從頭合成與-氧化的比較氧化的比較P230乙酰乙酰C

21、oACoA羧化酶羧化酶是脂肪酸合成的是脂肪酸合成的限速因子，受到限速因子，受到檸檬酸的調(diào)節(jié)檸檬酸的調(diào)節(jié)檸檬酸軟脂酰CoA胰高血糖素腎上腺素胰島素蛋白質(zhì)磷酸酶cAMP-依賴蛋白質(zhì)激酶(4)(4)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中脂肪酸的延長線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中脂肪酸的延長P P230230線粒體脂肪酸延長酶系（延長至線粒體脂肪酸延長酶系（延長至C C2424） 基本為基本為-氧化的逆轉(zhuǎn)，氧化的逆轉(zhuǎn)，NADPH+HNADPH+H+ +為氫的供體，二碳片為氫的供體，二碳片段供體為乙酰段供體為乙酰CoACoA，只是烯脂酰只是烯脂酰CoACoA還原酶代替了脂酰還原酶代替了脂酰CoACoA脫氫酶。脫氫酶。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂肪酸延長酶系內(nèi)

22、質(zhì)網(wǎng)脂肪酸延長酶系 NADPH+H NADPH+H+ +為氫的供體，丙二酰為氫的供體，丙二酰CoACoA為碳的供體，為碳的供體，CoACoA代代替替ACPACP為脂?；d體，從羧基末端延長，中間過程與脂為脂酰基載體，從羧基末端延長，中間過程與脂肪合成酶體系相似。肪合成酶體系相似。3.3.不飽和脂肪酸的合成不飽和脂肪酸的合成P P231231n合成飽和脂肪酸合成飽和脂肪酸n脂酰脂酰CoACoA加氧酶將雙鍵引入碳鏈加氧酶將雙鍵引入碳鏈軟脂酰軟脂酰CoA+NADPH+HCoA+NADPH+H+ +O+O2 2 軟脂烯酰軟脂烯酰CoA+NADPCoA+NADP+ +2H+2H2 2O O硬脂酰硬脂酰CoA+ NADPH+HCoA+ NADPH+H+ + +O+O2 2 油酰油酰CoA+ NADPCoA+ NADP+ + +2H+2H2 2O On動物易在動物易在9 9引入雙鍵，但不能再引入第二引入雙鍵，但不能再引入第二個雙鍵，但植物、微生物能合成多雙鍵不飽個雙鍵，但植物、微生物能合成多雙鍵不飽和脂肪酸，所以亞油酸和脂肪酸，所以亞油酸( (C C18189,129,12) )、亞麻酸亞麻酸( (C C18189,12,159,12,15) )、花生四烯酸花生四烯酸(C(C20206,9,12,156,9,12,15) )