第八章+脂代謝

第九章脂類代謝第一節(jié)概述第二節(jié)脂肪的代謝第三節(jié)磷脂代謝和固醇代謝第四節(jié)脂肪的合成代謝第五節(jié)類脂的合成代謝第六節(jié)脂代謝的調(diào)節(jié)第七節(jié)脂代謝在工業(yè)上的應(yīng)用第一節(jié)概述脂類（lipids）是高級脂肪酸的酯及與這些酯相關(guān)衍生物的總稱，包括脂肪和類脂兩類脂肪由甘油的三個羥基與三個脂肪酸縮合而成，也稱甘油三酯(triglyceride，TG)或三酰甘油類脂則包括磷脂(phospho’lipid)、糖脂、固醇及其酯和脂肪酸，它們廣泛存在于動物體內(nèi)根據(jù)脂類在體內(nèi)的分布，又可將其分為貯脂和組織脂貯脂主要為中性脂肪，分布在動物皮下結(jié)締組織、大網(wǎng)膜、腸系膜、腎臟周圍等組織中。這些貯存脂肪的組織叫脂庫。貯脂的含量隨機體營養(yǎng)狀況變動組織脂的成分主要由類脂組成，分布于動物體內(nèi)所有的細胞中，是構(gòu)成細胞的膜系統(tǒng)的成分，其含量一般不受營養(yǎng)等條件的影響，因此相當穩(wěn)定脂類的生理功能脂肪是動物機體用以貯存能量的主要形式脂肪可以為機體提供物理保護磷脂、糖脂和膽固醇是構(gòu)成組織細胞的膜系統(tǒng)的主要成分類脂還能轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N生理活性分子脂類代謝的中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變動物可以從糖和氨基酸合成絕大部分的脂類分子由于動物機體缺乏脫飽和酶，不能合成對其生理活動十分重要的多不飽和脂肪酸（主要有亞油酸、亞麻油酸和花生四烯酸）而必須從食物中獲得，這類不飽和脂肪酸稱為必需脂肪酸必需脂肪酸是組成細胞膜磷脂、膽固醇酯和血漿脂蛋白的重要成分近年來發(fā)現(xiàn)，前列腺素、血栓素和白三烯等生物活性物質(zhì)是由廿碳多烯酸，如花生四烯酸衍生而來的，這些物質(zhì)幾乎參與了所有的細胞代謝調(diào)節(jié)活動，與炎癥、過敏反應(yīng)、免疫、心血管疾病等病理過程有關(guān)一脂肪的降解1胰脂肪酶—在人和動物體消化道中的降解酯酶：主要水解脂肪酸和一元醇構(gòu)成的酯脂酶脂肪酶：水解甘油三酯，產(chǎn)生甘油(glycerol)和脂肪酸磷脂酶：水解磷脂，產(chǎn)生甘油、脂肪酸、磷酸、膽堿、膽胺2微生物脂肪酶—具有雙向催化特性可將脂肪分解為甘油和脂肪酸也可催化醇與酸縮合成酯二脂肪的吸收與轉(zhuǎn)運1脂肪的吸收—吸收形態(tài)的多樣性完全水解：甘油、脂肪酸不完全水解：脂肪酸、單酰甘油、二酰甘油完全不水解：乳化成脂肪微粒2血脂—油脂的轉(zhuǎn)運血脂與蛋白結(jié)合形成脂蛋白，其具有較強的親水性，是脂類的運輸形式分為高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL)低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein,LDL)極低密度脂蛋白(verylowdensitylipoprotein,VLDL)乳糜微粒(chylomicron,CM)三油脂中間代謝概況第二節(jié)脂肪的代謝一甘油的代謝1甘油的分解代謝脂肪組織中缺乏甘油激酶活性，不能使甘油分解，因此溶于水的甘油直接經(jīng)血液運送至肝、腎、腸等組織，主要在肝中甘油激酶的催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)棣?磷酸甘油，然后脫氫生成磷酸二羥丙酮，后者沿著糖的分解途徑進一步代謝或者進入糖的異生途徑轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃▽嵕€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)酶磷酸酶葡萄糖氧化和糖異生的關(guān)系A(chǔ)BC1C2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶（胞液）（線粒體）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛

-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸三羧酸循環(huán)乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油回顧甘油分解產(chǎn)能計算產(chǎn)生CO2+H2O=？產(chǎn)生乳酸=？葡萄糖磷酸果糖激酶ATPADP葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖異構(gòu)酶果糖-6-磷酸己糖激酶ATPADP果糖-1，6-磷酸糖原糖原磷酸化酶葡萄糖-1-磷酸磷酸葡萄糖變位酶糖酵解產(chǎn)生乳酸的全部反應(yīng)過程回顧磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸二羥丙酮3－磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油醛脫氫酶NAD++PiNADH+H+磷酸甘油酸激酶ADPATPADPATP丙酮酸激酶丙酮酸乳酸脫氫酶NAD+NADH+H+乳酸a.丙酮酸的無氧降解及葡萄糖的無氧分解

葡萄糖EMP

NADH+H+

NAD+CH2OHCH3乙醇

NADH+H+

NAD+CO2

乳酸COOHCH(OH)CH3乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸

葡萄糖的無氧分解b.丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解

（EPM）葡萄糖COOHC==OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰CoA三羧酸循環(huán)

NAD+

NADH+H+CO2CoASH

葡萄糖的有氧分解

丙酮酸脫氫酶系葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP酵解階段：2ATP

2

1NADH兌換率1：3(或2)2ATP2

(3ATP或2ATP)三羧酸循環(huán)：2

1GTP

2

3NADH

2

1FADH22

1ATP2

9ATP2

4ATP兌換率1：3兌換率1：3丙酮酸氧化：2

1NADH兌換率1：32

3ATP總計：38ATP或36ATP

磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸二羥丙酮3－磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油醛脫氫酶NAD++PiNADH+H+磷酸甘油酸激酶ADPATPADPATP丙酮酸激酶丙酮酸乳酸脫氫酶NAD+NADH+H+乳酸甘油分解產(chǎn)能計算產(chǎn)生CO2+H2O=？ATP15(丙酮酸→CO2+H2O)+(3or2)×2(2個NADH)+2(糖酵解中2個ATP)-1？=22or20產(chǎn)生乳酸=？ATP

3or2(1個NADH)-1+2=4or32甘油的合成代謝甘油的合成可以糖原、氨基酸、丙酮酸等為原料，經(jīng)甘油分解代謝的逆途徑合成甘油的分解與合成和葡萄糖/糖原、蛋白質(zhì)、氨基酸代謝之間聯(lián)系密切（實線為甘油的分解，虛線為甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脫氫酶異構(gòu)酶磷酸酶二脂肪酸的分解代謝1β-氧化—分解代謝的主要途徑（飽和、偶數(shù)碳脂肪酸的氧化，在線粒體中進行）概念：脂肪酸在體內(nèi)氧化時在羧基端的β-碳原子上進行氧化，碳鏈逐次斷裂，每次斷下一個二碳單位，即乙酰CoA，該過程稱作β-氧化實驗證據(jù)1904年F.Knoop根據(jù)用苯環(huán)標記的不同長短的直鏈脂肪酸飼喂狗或家兔的實驗結(jié)果，推導(dǎo)出了β-氧化學說CH3-(CH2)n-

CH2-

CH2-COOH

如喂苯環(huán)標記的偶數(shù)碳原子脂肪酸，動物尿中的代謝物為苯乙酸衍生物苯乙尿酸；如喂苯環(huán)標記的奇數(shù)碳原子脂肪酸，則尿中發(fā)現(xiàn)的代謝物是苯甲酸衍生物馬尿酸-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：（1）脂肪酸的活化-胞漿中進行β-氧化前必須活化，生成脂酰CoA（Acyl-CoA），才能進一步分解脂肪酸活化后不僅含有高能鍵，而且增加了水溶性，提高了反應(yīng)活性產(chǎn)生的焦磷酸（PPi）立即被細胞中焦磷酸酶水解，阻止了逆向反應(yīng)的進行活化1分子脂肪酸，消耗了1分子ATP中的兩個高能鍵（2）脂酰CoA進入線粒體-肉毒堿的作用參與物質(zhì)肉毒堿(carnitine)脂酰肉毒堿肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅱ酯酰CoA進入線粒體基質(zhì)示意圖

N+(CH3)3CH2HO-CH2COO-肉毒堿

OR-C

N+(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（3）脂酰CoA的β-氧化過程β-氧化的過程

a、脫氫b、水化c、再脫氫

ＯR-CH=CH-C-SCoA

ＯR-CH2

-

CH2C-SCoA

OHOR-CH-CH2C~SCoA

OOR-C-CH2C~SCoA

OR-C~ScoA

OCH3C~SCoA||+||

d、硫解||||β-氧化的主要生化反應(yīng)酯酰CoA脫氫酶脂酰CoA

ＯRCH2CH2C-SCoAＯRCH=CH-C-SCoAβ-烯脂酰CoA

OR-C~ScoA脂酰CoA

OCH3C~SCoA乙酰CoA||||+△2-烯酰CoA水化酶

β-羥脂酰CoA脫氫酶

硫解酶H2OCoASHNAD+NADHFADFADH2

OHORCHCH2C~ScoAβ-羥脂酰CoA||

OORCCH2C-SCoAβ-酮酯酰CoA||

氧化的生化歷程

乙酰CoAFADFADH2

NAD+NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA脫氫酶脂酰CoA

β-烯脂酰CoA水化酶

β-羥脂酰CoA脫氫酶

β-酮酯酰CoA硫解酶RCHOHCH2CO~ScoARCOCH2CO-SCoARCH=CH-CO-SCoA+CH3CO~SCoAR-CO~ScoAH2O

CoASHTCA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoAATPH20呼吸鏈H20呼吸鏈

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoA

乙酰CoAβ-氧化過程中能量的釋放及轉(zhuǎn)換效率凈生成：131–2=129ATP例：軟脂酸（棕櫚酸）7次β-氧化8乙酰CoACH3(CH2)14COOH7

NADH7FADH212ATP

3ATP

2ATP

96ATP21ATP14ATP131ATP能量轉(zhuǎn)換率

=30.54KJ1299790KJ

100%=40.2脂蛋白分為高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL)低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein,LDL)極低密度脂蛋白(verylowdensitylipoprotein,VLDL)乳糜微粒(chylomicron,CM)脂肪酸β-氧化作用的要點總結(jié)1

脂肪酸僅需一次活化，其代價是消耗1個ATP分子的2個高能鍵，其活化所需脂酰-CoA

合成酶在線粒體外2脂酰-CoA

合成酶在線粒體外活化的長鏈脂酰-CoA

需經(jīng)肉毒堿攜帶，在肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶催化下進入線粒體氧化3脂肪酸β-氧化的酶都在線粒體內(nèi)4β-氧化包括脫氫、水化、再脫氫、硫解4個重復(fù)步驟

2脂肪酸的α-氧化作用概念：脂肪酸氧化作用發(fā)生在α-碳原子上，分解出CO2，生成比原來少一個碳原子的脂肪酸，這種氧化作用稱為α-氧化作用首先發(fā)現(xiàn)于植物種子和植物葉子組織中，但后來也在腦和肝細胞中發(fā)現(xiàn)在這個系統(tǒng)中，僅游離脂肪酸能作為底物，而且直接涉及到分子氧CH3-(CH2)n-

CH2-

CH2-COOH

脂肪酸的α氧化作用RCH2COOHRCH(OH)COOHRCOCOOHRCOOHCO2ONAD+NADH+H+NAD+NADH+H+RCH(OOH)COOHCO2RCHOO2NAD+NADH+H+過氧化羥化H2O加單氧酶α-羥酯酸α-酮酯酸脫氫酶脫羧酶α-氧化對降解支鏈脂肪酸、奇數(shù)碳脂肪酸或過分長鏈脂肪酸有重要作用3脂肪酸的ω-氧化作用概念：脂肪酸的末端甲基（ω-端）經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變成羥基，繼而再氧化成羧基，從而形成α,ω-二羧酸的過程生成的α,ω-二羧酸可以從兩端進行β-氧化CH3-(CH2)n-

CH2-

CH2-COOH

脂肪酸的ω氧化作用CH3(CH2)nCOO-HOCH2(CH2)nCOO-OHC(CH2)nCOO--OOC(CH2)nCOO-O2NAD(P)+NAD(P)H+H+NAPD+NADPH+H+NAD(P)+NAD(P)H+H+混合功能氧化酶醇酸脫氫酶醛酸脫氫酶從土壤中分離出許多細菌及某些海面浮游生物具有ω-氧化途徑，能將烴類和脂肪酸迅速降解成水溶性產(chǎn)物，對清除海洋中的石油污染具有重大意義，因此ω-氧化作用的研究日益受到重視4丙酸的代謝丙酸及丙酰CoA的來源纖維素在反芻動物瘤胃中發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性低級脂肪酸，主要是乙酸(70％)，其次是丙酸(20％)和丁酸(10％)許多氨基酸脫氨后也生成奇數(shù)碳原子脂肪酸，長鏈奇數(shù)碳原子脂肪酸每經(jīng)過一次β-氧化切下來2個碳原子。但當分解進行到丙酰CoA時，就不再進行β-氧化，而是被羧化生成甲基丙二酸單酰CoA，繼續(xù)進行代謝ATP、CoASH丙酸/丙酰CoA的代謝甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoA硫激酶羧化酶變位酶三羧酸循環(huán)ATP、CO2

生物素B12丙酰CoA丙酸代謝的意義反芻動物體內(nèi)的葡萄糖，約有50％來自丙酸的異生作用，其余的大部分來自氨基酸?？梢姳岽x對于反芻動物是非常重要的丙酸代謝中還需要維生素B12，因此反芻動物對這種維生素的需要量比其他動物大，不過瘤胃中的微生物能夠合成并提供足量的維生素B125不飽和脂肪酸的分解代謝需有更多的酶的參與，才能經(jīng)β-氧化實現(xiàn)完全的降解如：油酸、亞油酸油?；摩卵趸饔糜王；鵆oA（

918：1）CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoA6CH3-CO-CoACH3(CH2)7CH2-C=CH-CO-CoAHH

2-反-十二碳烯酰CoA

三次β-氧化,烯酯酰CoA異構(gòu)酶烯酯酰CoA水化酶五次β-氧化CH3(CH2)7-C=C-CH2-

CO-CoA

3-順-十二碳烯酯酰CoA

HH

OHCH3(CH2)7CH2-C-CH2-CO-CoAHβ-羥脂酰CoA三酮體的代謝1概念：在正常情況下，脂肪酸在心肌，腎臟，骨骼肌等組織中能徹底氧化生成CO2和H2O。但脂肪酸在肝細胞中的氧化則不很完全，經(jīng)常出現(xiàn)一些脂肪酸氧化的中間產(chǎn)物，即乙酰乙酸（acetoacetate）、β-羥丁酸（D-β-hydroxybutyrate）和丙酮（acetone），統(tǒng)稱為酮體(ketonebody)2酮體的生成酮體主要是在肝細胞線粒體中由乙酰CoA縮合而成，并以β-羥-β-甲基戊二酸單酰CoA(HMGCoA)為重要的中間產(chǎn)物酮體生成的全套酶系位于肝細胞線粒體的內(nèi)膜或基質(zhì)中，其中HMGCoA合成酶是此途徑的限速酶除肝臟外，腎臟也能生成少量酮體酮體生成條件脂肪供給過多脂代謝紊亂酮體的生成羥甲基戊二酸單酰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+CH3COCH3脫羧酶CoASH3酮體的利用在肝外組織(包括心肌、骨骼肌及大腦等)中有活性很強的利用酮體的酶，當酮體隨著血液流經(jīng)這些組織時，它們能夠氧化酮體供能酮體的分解乙酰乙酰CoA硫解酶轉(zhuǎn)移酶琥珀酰CoACoASH乙酰乙酸脫氫酶NADH+H+NAD+乙酰CoA2

--羥丁酸琥珀酸4酮體的生理意義得到當動物機體缺少葡萄糖時，須動員脂肪供應(yīng)能量，但肌肉組織對脂肪酸只有有限的利用能力，于是可以優(yōu)先利用酮體以節(jié)約葡萄糖，從而滿足如大腦等組織對葡萄糖的需要大腦不能利用脂肪酸，但能利用顯著量的酮體。特別在饑餓時，人的大腦可利用酮體代替其所需葡萄糖量的約25％左右。酮體是小分子，溶于水，能通過肌肉毛細血管壁和血腦屏障，因此可以成為適合于肌肉和腦組織利用的能源物質(zhì)第三節(jié)磷脂代謝和固醇代謝一磷脂代謝磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺1磷脂降解-四種磷脂酶的協(xié)同作用磷脂酶（4種）磷脂酶A1磷脂酶A2磷脂酶C磷脂酶D磷脂酶的作用部位磷脂酶C磷脂酶D磷脂酶A2磷脂酶A1磷脂酶作用后的產(chǎn)物甘油→磷酸二羥丙酮脂肪酸→β-氧化膽堿→氨基酸（實線為甘油的分解，虛線為甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脫氫酶異構(gòu)酶磷酸酶回顧

氧化的生化歷程

乙酰CoAFADFADH2

NAD+NADHRCH2CH2