生物化學(xué)第九章脂代謝

生物化學(xué)第九章脂代謝第一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第九章：脂類的代謝

lipidmetabolism

§1脂類的酶促水解

§2脂肪的分解代謝

§3脂肪的合成代謝

§4磷脂的代謝

§5膽固醇的代謝第二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脂肪細(xì)胞主要部分是被一薄層細(xì)胞質(zhì)包圍的脂肪顆粒，主要成分是三脂酰甘油。§1脂類的酶促水解第三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三§1脂類的酶促水解脂肪大量存儲(chǔ)在動(dòng)物體內(nèi)和植物種子及果實(shí)中。每克脂肪分解氧化時(shí)可提供比每克糖和蛋白質(zhì)更多的能量。脂類首先在動(dòng)物小腸內(nèi)經(jīng)各種脂類水解酶消化水解，脂肪在各種脂酶的作用下降解生成甘油和脂肪酸，再進(jìn)入中間代謝。每克釋放能量:脂肪為37.66k每克糖為17.2kJ蛋白質(zhì)為23.4kJ。含能更高第四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三*脂肪酶:廣泛存在于動(dòng)植物和微生物體內(nèi),它催化脂肪逐步水解產(chǎn)生脂肪酸和甘油。磷脂酶對磷脂分子不同部位進(jìn)行水解?！?脂類的酶促水解第五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脂肪酶的作用第六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三§2脂肪的分解代謝

（一）甘油的氧化

（二）脂肪酸的β-氧化作用

（三）脂肪酸氧化的其它途徑

（四）酮體的生成

第八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（一）甘油的氧化

ATP

ADP甘油

磷酸甘油

甘油激酶磷酸二羥丙酮FADH2FAD磷酸甘油脫氫酶糖酵解第九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（實(shí)線為甘油的分解，虛線為甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脫氫酶異構(gòu)酶磷酸酶（一）甘油的氧化第十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（二）脂肪酸的β-氧化作用

β-氧化：

氧化發(fā)生在脂肪酸的羧基端的上，碳鏈逐次斷裂，每次斷下一個(gè)二碳單位,產(chǎn)生一個(gè)乙酰CoA。

試驗(yàn)證據(jù)

1904年F.Knoop根據(jù)用苯環(huán)標(biāo)記脂肪酸飼喂狗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推導(dǎo)出了β-氧化學(xué)說。

β-碳-CH2-(CH2)2n+1-COOH-CH2-(CH2)2n-COOH-COOH（苯甲酸）-CH2COOH（苯乙酸）奇數(shù)碳原子：偶數(shù)碳原子：第十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三

線粒體中脂肪酸的氧化包括三個(gè)階段:

一、β-氧化。每一輪切下兩個(gè)碳原子生成一個(gè)乙酰-CoA。二、乙酰-CoA進(jìn)入檸檬酸循環(huán)

三、呼吸鏈作用氧化過程產(chǎn)生的NADH和FADH2的氫、電子經(jīng)過呼吸鏈放能，并經(jīng)氧化磷酸化轉(zhuǎn)化為ATP（貯能）。第十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（二）脂肪酸的β-氧化作用脂肪酸的β-氧化將各步驟一并計(jì)算在內(nèi)，共有5步，即：

一般講，β-氧化是四個(gè)步，即不包括脂肪酸的活化這一步驟。產(chǎn)能最多

活化（activation）氧化(oxidation)水合(hydration)氧化(oxidation)斷裂(cleavage)第十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三活化油?；卵趸舅岬摩?氧化作用1、脂肪酸的激活2、脂肪酸的β氧化3、肉毒堿作用4、能量轉(zhuǎn)變5、不飽和脂肪酸的氧化第十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脂肪酸β-氧化時(shí)僅需活化一次，消耗1個(gè)ATP的兩個(gè)高能鍵1.脂肪酸的活化

OR-C-OH+CoA-SH脂酰CoA合成酶

OR-C-SCoAATPAMP+PPi第十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脂酰CoA脫氫酶β-酮脂酰CoA硫解酶L-β-羥脂酰CoA脫氫酶△2反烯脂酰CoA水合酶2.β-氧化的四步正式反應(yīng)第十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脫H水化再脫H硫解斷裂FADH2和NADH+H+輔酶特點(diǎn)輔酶特點(diǎn)第十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三油?；鵆oA（918：1）CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoAOHCH3(CH2)7CH2-C-CH2-CO-CoAH6CH3-CO-CoACH3(CH2)7CH2-C=CH-CO-CoAHH2-反-十二碳烯酰CoAβ-氧化,三次循環(huán)烯酯酰CoA異構(gòu)酶烯酯酰CoA水化酶再開始β-氧化CH3(CH2)7-C=C-CH2-

CO-CoA3-順-十二碳烯酯酰CoAHH油?；摩卵趸饔玫谑彭?，共五十六頁，編輯于2023年，星期三3.肉毒堿(carnitine)的作用N+(CH3)3CH2HO-CH2COO-肉毒堿

OR-CN+(CH3)3CH2-O-CH2COO-酯酰肉毒堿CoASH

OR-C-S-CoA

OR-C-OHATPCoASHAMP+PPiβ-氧化線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)外側(cè)載體酯酰肉毒堿CoASH肉毒堿

OR-C-S-CoA第二十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三肉毒堿的作用第二十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三

（以16C的軟脂酸為例）徹底氧化成CO2和H2O。

16C經(jīng)過7次?-氧化：

生成7個(gè)FADH2和7個(gè)NADH+H+7個(gè)FADH2經(jīng)呼吸鏈生成2×7=14ATP7個(gè)NADH+H+經(jīng)呼吸鏈生成3×7=21ATP

生成8個(gè)乙酰COA：

8個(gè)乙酰COA經(jīng)TCA生成12×8=96ATP

總計(jì)：14+21+96-2=129ATP

另有一種算法：

1個(gè)FADH2經(jīng)呼吸鏈生成1.5ATP

1個(gè)NADH+H+經(jīng)呼吸鏈生成2.5ATP4.脂肪酸β-氧化中的能量轉(zhuǎn)變第二十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三5.不飽和脂肪酸的氧化與脂肪酸的β-氧化相同，但需增加異構(gòu)酶

和還原酶:第二十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（三）脂肪酸氧化的其它途徑1.奇數(shù)碳原子脂肪酸的氧化如17個(gè)碳直鏈脂肪酸：先經(jīng)β-氧化至3碳的丙酰-CoA，產(chǎn)生7個(gè)乙酰-CoA和一個(gè)丙酰-CoA。丙酰-CoA經(jīng)3步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為琥珀酰-CoA然后進(jìn)入

三羧酸循環(huán)進(jìn)一步進(jìn)行代謝。第二十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三TCAC第二十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（三）脂肪酸氧化的其它途徑2.脂肪酸還可發(fā)生α-或ω-氧化α-氧化的第一步不是由脂酰-CoA脫氫酶實(shí)現(xiàn)，而是由脂肪酸α-羥化酶實(shí)現(xiàn)（在植物種子萌發(fā)時(shí)）。ω-氧化主要使中長鏈和長鏈脂肪酸通過末端甲基，即ω-位（末位）的氧化，轉(zhuǎn)變?yōu)槎然幔瑑啥唆然伎膳cCoA結(jié)合，并進(jìn)行β-氧化。第二十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（四）酮體的生成和利用酮體（Ketonebody）：乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮，這三種物質(zhì)的統(tǒng)稱。酮體在肝內(nèi)產(chǎn)生（脂肪氧化不徹底），在肝外組織（如心、腦等）被進(jìn)一步氧化分解氧化利用——（變廢為寶）。

第二十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三羥甲基戊二酸單酰CoA（HMGCoA）硫解酶2CH3COSCoACH3COCH2COSCoA乙酰乙酰CoAHOOCCH2-C-CH2COSCoA|CH3OH|HMGCoA裂解酶HMGCoA合成酶CH3COSCoACoASHCH3COCH2COOHCH3CHOHCH2COOH乙酰乙酸丙酮--羥丁酸脫氫酶CO2NADH+H+NAD+CH3COCOOH脫羧酶CoASH酮體的生成第二十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三乙酰乙酰CoA硫解酶轉(zhuǎn)移酶琥珀酰CoACoASH--氧化乙酰乙酸脫氫酶NADH+H+NAD+乙酰CoA2--羥丁酸琥珀酸酮體的分解TCAC

酮血癥？第二十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三§3脂肪的合成代謝（一）甘油-α-磷酸的生物合成（二）脂肪酸的生物合成（三）脂肪的合成第三十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（一）甘油-α-磷酸的生物合成合成脂肪所需的甘油-α-磷酸可由糖酵解產(chǎn)生的二羥丙酮磷酸還原而成，亦可由脂肪動(dòng)員產(chǎn)生的甘油經(jīng)脂肪組織外的甘油激酶催化與ATP作用而成。+ATPP+ADP甘油激酶甘油-α-磷酸脫氫酶P=OPCNADH+H+NAD甘油-α-磷酸甘油-α-磷酸二羥丙酮磷酸第三十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（二）脂肪酸的生物合成脂肪的合成主要在胞漿中進(jìn)行，在線粒體和微粒體中也可以進(jìn)行，前者與后者的機(jī)制有明顯不同。

1.從頭合成

2.線粒體中的合成

3.不飽和脂肪酸的合成

4.脂肪酸合成途徑與β-氧化的比較第三十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三1.從頭合成（1）脂肪酸合成酶復(fù)合體系和脂?；d體蛋白（2）乙酰CoA運(yùn)轉(zhuǎn)（3）乙酰CoA活化：丙二酸單酰ACP的形成（4）脂肪酸生物合成的反應(yīng)歷程第三十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脂肪酸合酶復(fù)合體系和脂?；d體蛋白

脂肪酸合成酶的特殊性：是由6種參與脂肪酸合成的酶圍繞一個(gè)酰基載體蛋白質(zhì)（ACP）形成的脂肪酸合酶復(fù)合體，它是一個(gè)典型的多酶復(fù)合體。

ACP的輔基磷酸泛酰巰基乙胺的磷酸基與ACP的絲氨酸殘基以磷酯鍵相接，另一端的-SH基與脂?；纬闪蝓ユI，這樣形成的分子可把脂?；鶑囊粋€(gè)酶反應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一酶反應(yīng)，由此得到“脂基載體蛋白”的名稱。第三十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脂肪酸合成酶系結(jié)構(gòu)模式①②③④⑤⑥中央巰基SH外圍巰基SH⑥①②③④⑤ACP①乙酰CoA:ACP轉(zhuǎn)移酶②丙二酸單酰CoA:ACP轉(zhuǎn)移酶③β-酮脂酰-ACP合酶④β-酮脂酰-ACP還原酶

⑤β-羥脂酰-ACP脫水酶⑥烯脂酰-ACP還原酶

第三十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三ACP第三十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三脂?；d體蛋白(ACP)的輔基結(jié)構(gòu)CH2-Ser-ACPHS輔基：4-磷酸泛酰巰基乙胺CoA分子中也有4-磷酸泛酰巰基乙胺AHS4-磷酸泛酰巰基乙胺第三十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三第三十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（2）乙酰CoA運(yùn)轉(zhuǎn)脂肪酸合成在細(xì)胞溶膠中，但原料乙酰-CoA在線粒體中，乙酰-CoA必須穿出線粒體。線粒體內(nèi)膜不允許乙酰-CoA自由透過，通過“丙酮酸-蘋果酸循環(huán)”穿梭機(jī)制運(yùn)送在有些條件下，穿梭機(jī)制產(chǎn)生出還原性NADPH可用于脂肪酸合成中的還原反應(yīng)。第三十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三乙酰CoA從線粒體內(nèi)至胞液的運(yùn)轉(zhuǎn)脂肪酸合成線粒體細(xì)胞溶膠檸檬酸檸檬酸蘋果酸蘋果酸丙酮酸乙酰-CoA草酰乙酸草酰乙酸乙酰-CoANADPH輔酶A+ATP丙酮酸羧化酶ATP+CO2ADP+Pi檸檬酸裂解酶檸檬酸合成酶丙酮酸蘋果酸酶蘋果酸脫氫酶第四十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三丙二酸單酰ACP的形成||

OHOOC-CH2-C-S-CoA丙二酸單酰CoA

OCH3C-S~CoA

乙酰CoA||+ATPHCO3-ADP+Pi||

OHOOC-CH2-C-S-ACP丙二酸單酰ACPACPCoA乙酰CoA羧化酶生物素合酶欲和乙?；s合的前體

第四十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三a、縮合b、加氫c、脫水

OCH3C~SACP（合酶）+||d、加氫

OOCH3-C-CH2-

C~SACP

ＯCH3-CH=CH-C-SACP

||

ＯCH3-CH2

-

CH2-

C-SACP||||

OHOOC-CH2-C-S-ACP丙二酸單酰ACP

OHOCH3-C-CH2-

C~SACPCO2H脂肪酸從頭合成的生化歷程第四十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三由脂肪酸合酶催化的各步反應(yīng)（1）啟動(dòng)

—乙酰-CoA:ACP轉(zhuǎn)酰酶催化（2）裝載

—丙二酸單酰-CoA:ACP轉(zhuǎn)酰酶催化（3）縮合

—β-酮酰-ACP合酶催化，產(chǎn)物是乙酰乙酰-ACP（4）還原

—β-酮酰-ACP還原酶催化，第一次還原反應(yīng)（5）脫水

—β-羥酰-ACP脫水酶催化（6）還原

—由烯酰-ACP還原酶催化，第一個(gè)循環(huán)的最后一步，第二次還原，。（7）釋放

—?jiǎng)游锛?xì)胞中延伸的程序在到達(dá)16個(gè)碳原子時(shí)停止，軟脂酸從脂肪酸合酶復(fù)合體中釋放出來，實(shí)際是水解反應(yīng)。第四十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三CH3CO-SHOOCCH2CO-SCH3CHCH2CO-SSHOHSHSHCH3CH=CHCO-SSHSHSH

OCH3C-S||SHNADP+NADPH⑥HSCoA乙酰S~CoA

①丙二單酰-SCoACoASH②NADP+NADPH④H2O⑤③CO2軟脂酸H2O進(jìn)位鏈的延伸水解

OCH3C-S||SHCH3COCH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH⑦四步循環(huán)軟

脂

酸

合

成

的

反

應(yīng)

流

程第四十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三2.線粒體中的合成碳鏈的延長發(fā)生在線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。與脂肪酸β-氧化的逆向過程相似，使得一些脂肪酸碳鏈（C16）加長。延長是獨(dú)立于脂肪酸合成之外的過程，是乙酰單元的加長和還原，恰恰是脂肪酸降解過程的逆反應(yīng)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的延長更為活躍。第四十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三3.不飽和脂肪酸的合成軟脂酸和硬脂酸是動(dòng)物組織中最常見的單雙鍵不飽和脂肪酸軟脂烯酸（16C）和油酸（18C）的前體。雙鍵通過脂酰輔酶A加氧酶所催化的氧化反應(yīng)引入脂肪酸鏈。軟脂酰輔酶A+NADPHH+O2軟脂烯酰輔酶A++NADP++2H2O+硬脂酰輔酶A+NADPHH+O2油酰輔酶A++NADP++2H2O+第四十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三C16:0(軟脂酸)-2H,去飽和C18:0(硬脂酸)△9-C18:1(油酸)△11-C20:1△6，9-C18:2△8，11-C20:2△5，8，11-C20:3△13-C22:1△15-C24:1△9-C18:1(棕櫚油酸)多烯脂酸的形成+C2延長-2H,去飽和+C2延長+C2延長+C2延長-2H去飽和+C2延長+C2延長-2H去飽和△11-C18:1（順-十八碳烯-11-酸）（二十碳三烯酸）（二十四碳烯酸）第四十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三4.脂肪酸合成途徑與β-氧化的比較脂肪酸合成脂肪酸分解發(fā)生場所細(xì)胞溶膠線粒體載體ACP輔酶-A4步可逆反應(yīng)縮合、還原、脫水、還原氧化、水合、氧化、裂解轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制運(yùn)送乙酰-CoA

肉毒堿載體系統(tǒng)運(yùn)送脂酰-CoA每一循環(huán)延伸2碳單元除去2碳單元開始與終止從甲基開始到羧基為止以羧基的離去開始羥酯基中間體D-構(gòu)型L-構(gòu)型途徑種類還原途徑需NADPH氧化途徑需FAD和NAD+酶的狀態(tài)設(shè)置于單一多肽鏈未知第四十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三（三）脂肪的合成

原料：（1）甘油-α-磷酸：磷酸二羥丙酮(糖酵解產(chǎn)物)還原甘油磷酸化(只有肝中才有甘油激酶)

（2）脂酰CoA：脂肪酸的活化

酶類：

（1）脂酰轉(zhuǎn)移酶（2）磷酸酶第四十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三三酰甘油的生物合成第五十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期三§4磷脂的代謝磷脂（phosphplipid)

在組織內(nèi)經(jīng)過磷脂酶的作用先水解生成其組成單位，再分別進(jìn)行分解代謝。磷脂酶C磷脂酶D磷脂酶