生物化學(xué)第28章脂肪酸的分解代謝.ppt

1、第28章脂肪酸分解代謝，1。脂質(zhì)消化、吸收和轉(zhuǎn)移。脂肪酸氧化3。不飽和脂肪酸氧化4。酮體5。磷脂代謝。鞘脂代謝7。甾醇代謝。脂肪酸代謝調(diào)節(jié)，脂質(zhì)定義。脂類，也稱為類脂或類脂，是一種水溶性低但高的物質(zhì)。對于大多數(shù)類脂來說，它們的化學(xué)本質(zhì)是由脂肪酸和醇及其衍生物形成的酯。參與脂質(zhì)組成的大多數(shù)脂肪酸是具有多于4個(gè)碳原子的長鏈單羧酸，并且醇的組分包括甘油、鞘氨醇、高級一元醇和甾醇。1.簡單脂質(zhì)簡單脂質(zhì)是由脂肪酸和醇形成的酯，包括甘油三酯和蠟，而蠟是由長鏈脂肪酸和長鏈醇或甾醇形成的酯。2.復(fù)合脂質(zhì)復(fù)合脂質(zhì)包括磷脂和糖脂。3.衍生的脂質(zhì)脂肪酸、高級醇、脂肪醛、脂肪胺和碳?xì)浠衔铮荤薮?、膽酸、?qiáng)心苷、性激素

2、、腎上腺皮質(zhì)激素、萜烯等，一些天然存在的脂肪酸，高等生物對脂肪的需求，脊椎動(dòng)物從食物中獲取脂肪，動(dòng)員脂肪組織中儲(chǔ)存的脂肪，并將食物中過量的碳水化合物轉(zhuǎn)化為肝臟中的脂肪并將其轉(zhuǎn)運(yùn)到其他組織。對某些器官來說，三酰甘油提供了一半以上的能量需求，尤其是在肝臟、心臟和靜止骨骼肌中。在冬眠動(dòng)物和候鳥中，儲(chǔ)存的脂肪實(shí)際上是唯一的能量來源。維管植物在種子發(fā)芽時(shí)動(dòng)員儲(chǔ)存的脂肪，但在其他時(shí)候不依靠脂肪提供能量。1.脂類的消化、吸收和傳遞。甘油三酯約占人類膳食脂肪的90%，是代謝能量的主要儲(chǔ)存形式。脂肪可以被完全氧化成二氧化碳和H2O。與葡萄糖相比，脂肪分子中的大多數(shù)碳原子處于較低的氧化狀態(tài)，因此脂肪氧化代謝產(chǎn)生的

3、能量比同等重量的糖和蛋白質(zhì)高2倍以上。甘油三酯的結(jié)構(gòu)，1軟脂肪酸2，3二酰基甘油當(dāng)三種脂肪酸都是相同的脂肪酸時(shí)，稱為簡單甘油三酯，當(dāng)三種脂肪酸中至少有一種不同時(shí)，稱為混合甘油三酯。各種脂肪酸的名稱和結(jié)構(gòu)如P 83表2-2所示，甘油三酯(甘油三酯)，脂肪酸結(jié)構(gòu)與熔點(diǎn)的關(guān)系，棕櫚酸，不飽和脂肪酸的順反結(jié)構(gòu)，棕櫚酸，硬脂酸，亞油酸-亞麻酸花生四烯酸，食物成分中所含的能量，H=U PV H=U PV=Qp(恒壓反應(yīng)熱)，脂肪乳化，為了快速消化，必須盡可能增加脂質(zhì)-水界面的面積。人體攝入的脂肪在肝臟分泌的膽鹽和磷脂酰膽堿的作用下，通過小腸蠕動(dòng)被乳化，大大增加了脂質(zhì)水的界面面積，促進(jìn)了脂肪的消化和吸收。膽

4、汁酸、膽酸、甘氨膽酸、?；悄懰岷陀糜谙镜拿傅慕Y(jié)構(gòu)包括由胃分泌的胃脂肪酶和由胰腺分泌的胰脂肪酶，它們可以水解甘油三酯的脂肪酸。胰脂肪酶和一種叫做共脂肪酶的小蛋白質(zhì)一起存在于脂質(zhì)-水界面。胰脂肪酶催化1和3位的脂肪酸水解產(chǎn)生2-單?；视汀ｕッ敢泊嬖谟谝纫褐?，對單?；视?、膽固醇酯和維生素A酯的水解進(jìn)行催化。此外，胰腺還分泌磷脂酶，對磷脂的兩個(gè)酰基水解進(jìn)行催化。脂肪消化和吸收，脂肪消化的產(chǎn)物脂肪酸和2-單酰基甘油被小腸上皮粘膜細(xì)胞吸收，然后轉(zhuǎn)化為三?；视停缓笈c蛋白質(zhì)一起包裝成乳糜顆粒，乳糜顆粒被釋放到淋巴管中，然后進(jìn)入血液并運(yùn)輸?shù)郊∪夂椭窘M織。短和中等長度的脂肪酸被吸收到門靜脈血液中，

5、并直接輸送到肝臟。脂肪消化和吸收圖，脂肪酸和單酯?；视驮诩?xì)胞中重新合成甘油三酯，乳糜顆粒，乳糜顆粒的結(jié)構(gòu)，載脂蛋白，膽固醇，磷脂，三?；视秃湍懝檀减ィ鞠臀?，在脂肪組織和骨骼肌毛細(xì)血管中，細(xì)胞外脂蛋白脂肪酶被載脂蛋白apoC-激活，其催化甘油三酯水解為脂肪酸和甘油，并且產(chǎn)生的脂肪酸被目標(biāo)組織的細(xì)胞吸收。在肌肉中，脂肪酸被氧化提供能量；在脂肪組織中，它們被合成為三酰甘油，并被這些組織儲(chǔ)存和吸收。甘油被運(yùn)輸?shù)礁闻K和腎臟，轉(zhuǎn)化為磷酸二羥丙酮(脫氫反應(yīng))，并進(jìn)入糖酵解途徑。隨著脂肪的消化和吸收，除去了大部分三酰甘油的乳糜微粒仍然含有膽固醇和載脂蛋白，它們隨血液被輸送到肝臟，通過載脂蛋白受體

6、被吞進(jìn)肝細(xì)胞，并釋放出膽固醇，殘余物在溶酶體中被降解。甘油三酯或者被氧化供能，或者被用作酮體合成的前體。當(dāng)食物提供的脂肪酸超過當(dāng)時(shí)氧化能量供應(yīng)和酮體合成的要求時(shí)，肝臟將它們轉(zhuǎn)化為三酰甘油，三酰甘油與特定的載脂蛋白組裝形成VLDL，VLDL通過血液運(yùn)輸?shù)街窘M織儲(chǔ)存。脂肪的動(dòng)員，中性脂質(zhì)以脂滴的形式儲(chǔ)存在脂肪細(xì)胞(以及合成甾醇的腎上腺皮質(zhì)、卵巢和睪丸細(xì)胞)中。脂滴的結(jié)構(gòu)是基于甾醇和三酰甘油，外面包裹著一層磷脂。脂滴的表面也覆蓋有磷脂(油滴包覆蛋白，磷脂)。脂滴周蛋白可以防止脂滴過早移動(dòng)。當(dāng)需要代謝能量的激素信號到達(dá)時(shí)，儲(chǔ)存在脂肪組織中的甘油三酯被動(dòng)員起來，并作為燃料輸送到所需的組織(骨骼肌、心臟

7、和腎皮質(zhì))。隨著脂肪的動(dòng)員，腎上腺素和胰高血糖素通過細(xì)胞膜上的受體、G蛋白、腺苷酸環(huán)化酶和蛋白激酶A途徑磷酸化脂滴蛋白和激素敏感型脂肪酶，磷酸化脂滴蛋白使磷酸化的脂肪酶移動(dòng)到脂滴表面，催化甘油三酯水解為游離脂肪酸和甘油。磷酸化后，激素敏感脂肪酶的活性提高了1-2倍，在磷酸化的脂質(zhì)周蛋白的作用下，活性提高了50倍。缺乏脂滴基因的細(xì)胞對環(huán)磷酸腺苷濃度的增加無反應(yīng)，激素敏感脂肪酶不能與脂滴結(jié)合。動(dòng)員脂肪酸的運(yùn)輸，脂肪細(xì)胞中的脂肪酸進(jìn)入血液，并與白蛋白非共價(jià)結(jié)合進(jìn)行運(yùn)輸。白蛋白的分子量為66，000，約占血清總蛋白的50%，每個(gè)白蛋白單體分子結(jié)合多達(dá)10個(gè)脂肪酸分子。通過與可溶性血清白蛋白結(jié)合，水不溶

8、性脂肪酸可以通過血液運(yùn)輸。到達(dá)目標(biāo)組織后，脂肪酸從白蛋白中解離出來，進(jìn)入目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行氧化和供能。脂肪動(dòng)員圖，豚鼠脂肪細(xì)胞的橫切，脂肪細(xì)胞的掃描電子顯微鏡照片，擬南芥子葉的橫切，蛋白質(zhì)體、油體和脂質(zhì)的運(yùn)輸形式，簡單的、未酯化的脂肪酸與血清白蛋白和血漿中的其它蛋白質(zhì)結(jié)合進(jìn)行運(yùn)輸。磷脂、甘油三酯、膽固醇和膽固醇酯以脂蛋白的形式運(yùn)輸。脂蛋白與特定的受體和酶相互作用，在身體的不同部位被吸收和利用。大多數(shù)蛋白質(zhì)的脂蛋白密度為1.31.4克/毫升，脂肪為0.8克/毫升。脂蛋白的密度取決于蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的比例。蛋白質(zhì)的比例越高，密度就越高。主要的人血漿脂蛋白的組成和性質(zhì)，以及一些書將低密度脂蛋白和高密度脂蛋白結(jié)

9、合成密度范圍從1.006到1.063的低密度脂蛋白。人血漿脂蛋白中的載脂蛋白，LCAT:卵磷脂膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶，人血漿脂蛋白中的載脂蛋白(續(xù))，各種脂蛋白的大小，主要人血漿脂蛋白的組成和性質(zhì)，VLDL的形成位置和功能，VLDL主要形成于肝的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，少量形成于腸。VLDL在靶位點(diǎn)被脂蛋白脂酶水解和利用。極低密度脂蛋白逐漸轉(zhuǎn)化為低密度脂蛋白和高密度脂蛋白，低密度脂蛋白返回肝臟進(jìn)行再加工，或者膽固醇被轉(zhuǎn)運(yùn)到脂肪組織和腎上腺。低密度脂蛋白似乎是膽固醇和膽固醇酯的主要運(yùn)輸形式，而乳糜微粒的主要任務(wù)是運(yùn)輸甘油三酯。低密度脂蛋白被受體ACAT:?；o酶A:膽固醇?；D(zhuǎn)移酶、細(xì)胞表面低密度脂蛋白受體的結(jié)構(gòu)以及

10、低密度脂蛋白受體的缺陷所吞噬，從而導(dǎo)致高膽固醇血癥、高密度脂蛋白的形成部位和功能。當(dāng)高密度脂蛋白剛在肝臟和小腸中形成時(shí)，它的體積很小，富含蛋白質(zhì)顆粒，含有少量膽固醇，不含膽固醇酯。它含有卵磷脂膽固醇?；D(zhuǎn)移酶(LCAT)，催化膽固醇酯的形成。存在于初級高密度脂蛋白表面的LCAT將乳糜微粒和極低密度脂蛋白殘余物中的膽固醇和卵磷脂轉(zhuǎn)化為膽固醇酯，并形成核心，使碟形初級高密度脂蛋白轉(zhuǎn)化為成熟的球形高密度脂蛋白顆粒。這種富含膽固醇的脂蛋白返回肝臟并去除膽固醇，其中一些轉(zhuǎn)化為膽酸鹽。高密度脂蛋白可以通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用被肝細(xì)胞吸收，但一些高密度脂蛋白膽固醇通過另一種機(jī)制被導(dǎo)入其他組織。高密度脂蛋白可與

11、肝臟和腎上腺等類固醇生成組織的質(zhì)膜受體蛋白結(jié)合。這些受體并不介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)吞作用，而是將高密度脂蛋白中的膽固醇和其他脂質(zhì)部分選擇性地轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中。耗盡的高密度脂蛋白隨后分解到血液中并再循環(huán)，從乳糜微粒和極低密度脂蛋白殘留物中吸收脂類。高密度脂蛋白的形成部位和功能，耗盡的高密度脂蛋白還可以吸收儲(chǔ)存在肝外組織中的膽固醇并將其攜帶至肝臟，從而導(dǎo)致膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)途徑的逆轉(zhuǎn)。逆向運(yùn)輸?shù)囊环N方式是新生的高密度脂蛋白與高膽固醇細(xì)胞的鍶鉍受體相互作用，觸發(fā)膽固醇從細(xì)胞表面向高密度脂蛋白的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，然后將其帶回肝臟。第二種方式是，高密度脂蛋白的貧載脂蛋白與富含膽固醇細(xì)胞的活性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABC1)相互作用，高密度脂蛋白被

12、內(nèi)吞作用吸收，負(fù)載的膽固醇被再次分泌并轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟。脂蛋白的循環(huán)、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白與心血管疾病的關(guān)系以及高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的相對量對于膽固醇在體內(nèi)的去向和動(dòng)脈斑塊的形成很重要。高密度脂蛋白可降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，而高密度脂蛋白可增加冠狀動(dòng)脈和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。脂蛋白的形成和分泌，脂肪酸的氧化、活化和分解發(fā)生在原核生物的胞質(zhì)溶膠和真核生物的線粒體基質(zhì)中。脂肪酸在進(jìn)入線粒體之前必須與CoA形成?；鵦oa，這一反應(yīng)由酰基CoA合成酶催化。RCOOH ATP HS-CoA RCO-S-CoA AMP PP i無機(jī)焦磷酸酶2Pi，?；鵆oA的合成過程，酰基CoA合成酶，酰基CoA合成酶，

13、進(jìn)入線粒體的脂肪酸，短鏈或中鏈(少于10個(gè)碳原子)?；鵆oA可以通過滲透容易地穿過線粒體內(nèi)膜，但長鏈?；鵆oA需要特殊的機(jī)制才能進(jìn)入線粒體。這個(gè)過程需要三種不同的酶。肉毒堿脂肪酰基轉(zhuǎn)移酶肉毒堿脂肪酸和肉毒堿結(jié)合到線粒體基質(zhì)中，肉毒堿脂肪酸和肉毒堿結(jié)合到線粒體基質(zhì)中，脂肪?；舛緣A在外膜或膜間空間形成后，通過在內(nèi)膜中的轉(zhuǎn)運(yùn)體促進(jìn)擴(kuò)散而進(jìn)入基質(zhì)中。在基質(zhì)中，酰基轉(zhuǎn)移到線粒體輔酶a，釋放肉堿通過相同的轉(zhuǎn)運(yùn)體返回膜間空間。Knoop的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)，Knoop發(fā)現(xiàn)在研究脂肪酸的降解時(shí)(1904)，用苯基示蹤劑將偶數(shù)編號的脂肪酸己酸喂給狗，并且尿液分析的結(jié)果顯示苯基以苯基乙?；?N-甘氨酸的形式出現(xiàn)；用奇

14、數(shù)個(gè)碳原子的脂肪酸戊酸進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，得到苯甲酰基-N-甘氨酸。他由此推斷，脂肪酸的氧化會(huì)一次降解下一個(gè)2個(gè)碳單位的片段。Knoop的苯基標(biāo)記脂肪酸降解實(shí)驗(yàn)，脂肪酸氧化途徑，脂肪酸氧化總反應(yīng)式，棕櫚酰CoA 7FAD 7CoA 7NAD 7H2O 8乙酰CoA 7FADH2 7NADH 7H，以16碳棕櫚酸為例，線粒體中脂肪酸的完全氧化主要有三個(gè)步驟，即存在于線粒體基質(zhì)中的棕櫚酰CoA脫氫酶和棕櫚酰CoA脫氫酶，催化短鏈的有三種：脂肪酸脫氫酶和脂肪酸脫氫酶。脫氫反應(yīng)的產(chǎn)物FADH2的一對電子首先被轉(zhuǎn)移到電子轉(zhuǎn)移黃素蛋白(ETF)，然后在ETF:泛醌氧化還原酶的催化下，電子被轉(zhuǎn)移到泛醌，并進(jìn)入呼

15、吸電子轉(zhuǎn)移鏈。脂肪酸CoA氧化產(chǎn)生的FADH2的電子轉(zhuǎn)移，脂肪酸氧化的總能量，以棕櫚酸為例，一分子棕櫚酸被氧化產(chǎn)生8個(gè)乙酰CoA、7個(gè)NADH、7個(gè)FADH2，每個(gè)乙酰CoA通過檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生3個(gè)NADH和1個(gè)FADH2，總共一個(gè)GTP(三磷酸腺苷)NADH 38 7=31 FADH2 18 7=15 GTP 18=8三磷酸腺苷312.5 151.5 8=77.5 22.5 8=100以棕櫚酸為例，這108個(gè)三磷酸腺苷減去棕櫚酸活化過程中消耗的兩個(gè)高能鍵，實(shí)際上產(chǎn)生106。106個(gè)三磷酸腺苷的儲(chǔ)能為10630.54=3237千焦，棕櫚酸釋放的自由能為9790千焦，能量轉(zhuǎn)化率為323797901

16、00%=33%。植物過氧化物酶乙醛酸循環(huán)中的氧化、動(dòng)物線粒體中的氧化和奇數(shù)脂肪酸的氧化。大多數(shù)哺乳動(dòng)物組織中奇數(shù)編號的脂肪酸很少，但在反芻動(dòng)物中，奇數(shù)編號的脂肪酸的氧化提供了它們所需能量的25%。奇數(shù)碳原子的直鏈脂肪酸可以通過正常氧化生成幾個(gè)乙酰輔酶a和一個(gè)丙酰輔酶a，丙酰輔酶a也是蛋氨酸、纈氨酸和異亮氨酸的降解產(chǎn)物。奇數(shù)碳脂肪酸的氧化、依賴于生物素的羧化、檸檬酸循環(huán)、甲基丙二酰CoA變位酶的作用機(jī)制、5-脫氧腺苷鈷胺Vit B12、單不飽和脂肪酸的氧化、水合、脫氫、硫解、循環(huán)、三重氧化、?；鵆oA異構(gòu)酶、雙鍵位置的改變、從順式到反式的構(gòu)型改變、多不飽和脂肪酸的氧化、三重氧化、三重氧化、多不飽和脂肪酸的氧化、將4個(gè)順式雙鍵和2個(gè)反