脂類的生物合成

關(guān)于脂類的生物合成第1頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成需要三種化合物：乙酰CoA，丙二酰CoA，NADPH.來源？第2頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成因?yàn)橹舅岷铣稍诩?xì)胞溶膠中進(jìn)行，因此線粒體產(chǎn)生的乙酰CoA必需轉(zhuǎn)移到細(xì)胞溶膠中才能參與脂肪酸合成。然而，線粒體內(nèi)膜對乙酰CoA不能透過，必需使用檸檬酸作為乙?；妮d體，這稱為“三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系”。第3頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系MalateMalatedehydrogenaseNADH第4頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的起始：乙酰CoA的羧化丙二酸單酰CoA催化該反應(yīng)的酶稱為乙酰CoA羧化酶，該酶是３種蛋白質(zhì)的復(fù)合體，其一是生物素羧基載體蛋白BCCP，它是生物素的載體。生物素的羧基與BCCP的Lys的-氨基以共價鍵相連形成生物胞素（biocytin）。第5頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的起始：乙酰CoA的羧化BCCP-生物素123生物素羧化酶轉(zhuǎn)羧酶第6頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三乙酰CoA的羧化第7頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl-CoA

carboxylase，ACC）（EC

6.4.1.2）是催化脂肪酸合成代謝第一步反應(yīng)的限速酶，在ATP供能、Mg2+存在下，以HCO3-為羧基供體，將乙酰輔酶A羧化生成丙二酰單酰輔酶A，是生物素依賴性酶。在人類和其它哺乳動物中該酶屬于組織特異性酶，存在兩種基因形式ACC1和ACC2，ACC因具有阻斷治療肥胖癥、糖尿病和其它代謝病的活性位點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。在禾本科植物中ACC被發(fā)現(xiàn)是幾類化學(xué)除草劑作用于植物的靶蛋白，因此對植物ACC的研究大多數(shù)集中在除草劑篩選和作用機(jī)理研究方面。此外，ACC基因在逐漸興起的轉(zhuǎn)基因油料作物和生物柴油的研究中也處于重要地位，但由于ACC分布和基因組織形式的復(fù)雜性，目前這方面的研究仍處于瓶頸階段。第8頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三ACC存在于大多數(shù)生物組織中，包括細(xì)菌、古菌、真菌、酵母、植物、動物和人類。

ACC第一大類為多亞基型ACC，即異質(zhì)型，存在于細(xì)菌、雙子葉植物和非禾本科單子葉植物的質(zhì)體中。Escherichia

coli的ACC是第一類中的典型代表，由4個亞基組成，即生物素羧化酶（Biotin

carboxylase，BC）、生物素羧基載體蛋白（Biotin

carboxyl

carrier

protein，BCCP）以及羧基轉(zhuǎn)移酶（Carboxyltransferase，CT）的2個亞基α-CT

和β-CT。

這些亞基結(jié)合在一起形成ACC全酶，可能以(BC)2(BCCP)4(CTα,CTβ)2形式存在，但全酶很不穩(wěn)定，易解離成各種不同的形式。第9頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三

第二大類ACC為多功能型ACC，即同質(zhì)型，人類和大多數(shù)真核生物的ACC屬于這一類。此類ACC單體的相對分子質(zhì)量在200×103以上，BC、BCCP、CT

功能域依次存在于一條多肽鏈上，此外在各個功能域之間還存在一些真核生物特有的肽段，占總肽鏈長約1/3，功能尚不清楚。人類有兩類ACC：相對分子質(zhì)量為265×103的ACC1，存在于大多數(shù)脂肪組織（肝臟、脂肪質(zhì)）中，催化長鏈脂肪酸合成的限速反應(yīng)；相對分子質(zhì)量為280×103的ACC2，分布在心臟、肌肉組織中，對脂肪酸的氧化產(chǎn)生影響。兩類酶由獨(dú)立的基因編碼。

化合物CP-640186能抑制ACC活性，從而降低組織中丙二酰單酰輔酶A的水平，在抑制了脂肪酸的合成同時促進(jìn)了脂肪酸的氧化。在兔子、老鼠等被試的動物中CP-640186可以降低脂肪酸總量和體重，并提高胰島素的敏感性，因此這類抑制劑可以用來治療肥胖、糖尿病及其他代謝病。第10頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的Step2：脂肪酸合酶在原核生物(如大腸桿菌中)催化脂肪酸生成的酶是一個由7種不同功能的酶與一種?；d體蛋白(acylcarrierprotein，ACP)聚合成的復(fù)合體。在真核生物催化此反應(yīng)是一種含有雙亞基的酶，每個亞基有7個不同催化功能的結(jié)構(gòu)區(qū)和一個相當(dāng)于ACP的結(jié)構(gòu)區(qū)，因此這是一種具有多種功能的酶。不同的生物此酶的結(jié)構(gòu)有差異。第11頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的Step2：脂肪酸合酶?；d體蛋白ACP是相對分子量較低的蛋白質(zhì)，它在脂肪酸的合成中相當(dāng)于脂肪酸降解中乙酰輔酶A的作用。它的輔基是磷酸泛酰巰基乙胺，后者與ACP的Ser殘基相連，另一端的SH基與脂?；纬闪蝓ユI。第12頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的Step2：脂肪酸合酶ACP的輔基磷酸泛酰巰基乙胺也是輔酶A的組成部分。第13頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的Step2：脂肪酸合酶在動物體中脂肪酸合酶催化形成脂肪酸的反應(yīng)共有7步。分別為：

1、啟動：乙酰-CoA：ACP轉(zhuǎn)酰酶

2、裝載：丙二酸單酰CoA:ACP轉(zhuǎn)酰酶

3、縮合：-酮酰-ACP合酶

4、還原：-酮酰-ACP還原酶

5、脫水：-羥酰-ACP脫水酶

6、還原：烯酰-ACP還原酶

7、釋放：軟脂酰-ACP硫酯酶第14頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的Step2：脂肪酸合酶第15頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三軟脂酸的合成實(shí)際上是一個重復(fù)循環(huán)的過程，由1分子乙酰CoA與7分子丙二酰CoA經(jīng)轉(zhuǎn)移、縮合、加氫、脫水和再加氫重復(fù)過程，每一次使碳鏈延長兩個碳，共7次重復(fù)，最終生成含十六碳的軟脂酸第16頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成Step1:啟動催化該反應(yīng)的酶是乙酰CoA:ACP轉(zhuǎn)移酶催化下進(jìn)行的，該反應(yīng)分二步進(jìn)行，先將乙?；D(zhuǎn)到ACP上，隨后移到脂肪酸合酶（HS-合酶）上形成乙酰合酶。第17頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成Step2:裝載催化該反應(yīng)的酶是丙二酸單酰CoA轉(zhuǎn)酰酶催化下進(jìn)行的，此反應(yīng)中ACP的游離SH基向丙二酸單酰CoA的羧基進(jìn)攻，形成丙二酸單酰ACP。第18頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成Step3:縮合催化該反應(yīng)的酶是-酮酰-ACP合酶催化下進(jìn)行的，丙二酸單酰ACP的脫羧活化了它的次甲基，反應(yīng)產(chǎn)物是乙酰乙酰ACP。第19頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成Step4:還原催化該反應(yīng)的酶是-酮酰-ACP還原酶催化下進(jìn)行的，它是脂肪酸合成中的第一步還原反應(yīng)，NADPH作為還原劑參加反應(yīng)，最終生成D--羥丁酰ACP。第20頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三比較：脂肪酸的-氧化（3）3-L-羥脂酰-CoA還原酶3-L-羥脂酰-CoA-酮脂酰-CoA第21頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成Step5:脫水催化該反應(yīng)的酶是-羥酰-ACP脫水酶催化下進(jìn)行的，產(chǎn)物是,-不飽和化合物，即,-反式-丁烯酰-ACP。第22頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三比較：脂肪酸的-氧化（2）反式-△2-烯酰CoA烯酰-CoA水合酶3-L-羥脂酰-CoA第23頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成Step6:還原催化該反應(yīng)的酶是烯酰-ACP還原酶催化下進(jìn)行的，該反應(yīng)是脂肪酸合成第一循環(huán)的最后一步，反應(yīng)生成的丁酰ACP在下一步中充當(dāng)循環(huán)開始中的乙酰ACP的作用。第24頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三比較：脂肪酸的-氧化（2）第25頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成Step7:釋放在脂肪酸合成的每一循環(huán)中延長了二個碳原子，動物細(xì)胞中延伸到16個碳為止，最終產(chǎn)物是軟脂酰ACP，它在軟脂酰-ACP硫酯酶作用下，軟脂酸從脂肪酸合酶復(fù)合體中被釋放。8乙酰CoA+7ATP+14NADPH+6H+

軟脂酸+14NADP++8CoA~SH+6H2O+7ADP+7Pi其中的NADPH來自于三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系和戌糖磷酸途徑。第26頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成軟脂酸合成簡圖第27頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸的合成與降解比較生物合成氧化降解細(xì)胞溶膠cytosol線粒體Mitochondria

中間體載體蛋白ACP輔酶A

過程中需要的酶不一樣溝通體系為三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系肉堿載體體系需要丙二酸單酰CoA不需要需要NADPH產(chǎn)生NADH、FDAH2

合成中有D-構(gòu)型中間體全部是L-構(gòu)型第28頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸碳鏈的加長生物合成硫解酶3-L-羥酰CoA還原酶烯酰CoA脫水酶烯酰CoA還原酶脂酰CoA+乙酰CoA-酮酰CoAL--羥酰-CoA,-反式烯酰-CoA脂酰CoA（Cn+2）脂-CoASH硫解酶3-L-羥酰CoA脫氫酶烯酰CoA水合酶脂酰脫氫酶FADH2FAD氧化降解第29頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸碳鏈的去飽和動物體內(nèi)最常見的二個飽和脂肪酸軟脂酸和硬脂酸，是棕櫚油酸和油酸的前體。這二種不飽和脂肪酸的C9-10雙鍵是在脂酰-CoA去飽和酶的催化下經(jīng)氧化加入的。由于哺乳動物體內(nèi)不存在C9位以外引入雙鍵的酶，亞油酸(18:2△9,12)和亞麻酸（18:3△9,12）不能經(jīng)生物合成得到，只能從膳食中獲取，故稱必需脂肪酸(essentialfattyacid)。第30頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸碳鏈的去飽和C18-stearoly-CoA+O2+2H+C18

9-oleyl-CoA+2H2O2cytb5Fe2+2cytb5Fe3+2H++cytb5reductase FADcytb5reductaseFADH2NADH+H+NAD+Desaturase哺乳動物體內(nèi)脂肪酸去飽和酶的電子傳遞系統(tǒng)第31頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的調(diào)節(jié)當(dāng)機(jī)體能量足夠時，一般會把脂肪酸轉(zhuǎn)化為脂肪，即三酰甘油加以貯存。這個反應(yīng)是由乙酰輔酶A羧化酶催化生成丙二酸單酰輔酶A，這是脂肪酸合成的起始，也是合成的限速步驟，即是合成的調(diào)控關(guān)鍵所在。在脊椎動物中脂肪酸合成的主要產(chǎn)物軟脂酰CoA對該酶起反饋抑制的作用。第32頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的調(diào)節(jié)檸檬酸乙酰CoA丙二酸單酰CoA軟脂酰CoA檸檬酸裂解酶乙酰CoA羧化酶丙酮酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合體胰島素（磷酸化/活化）胰高血糖素、腎上腺素（磷酸化/活化）活化抑制第33頁，講稿共39頁，2023年5月2日，星期三脂肪酸的生物合成脂肪酸合成的調(diào)節(jié)無活性的單體和活性的多聚體之間乙酰CoA羧化酶的平衡