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第七章 脂类与脂类代谢,本章内容,脂类 甘油三酯的分解代谢 脂肪的生物合成 磷脂的代谢 胆固醇的代谢,脂类(lipid)亦译为脂质或类脂,是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。 脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸 醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。 脂类的元素组成主要是C、 H 、O,有些尚含N 、 S、 P。,一、定义:,第一节 脂类,参见P124,构成脂类的脂肪酸:,参见表5-1,硬脂酸180 (脂),油酸 181(油),I 按化学组成分类 单纯脂类 复合脂类 衍生脂类,二、脂类的分类,单纯脂类,由脂肪酸和醇类所形成的酯,脂酰甘油酯(最丰富的为甘油三酯) 蜡(含14-36个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30个碳原子的一元醇所形成的酯),参见P124,单纯脂类的衍生物:除了含有脂肪酸和 醇外,还含有非脂分子的成分,包括:,复合脂类,磷脂(磷酸和含氮碱) 糖脂(糖) 硫脂(硫酸),参见P124,由单纯脂类或复合脂类衍生而来或与它们关系密切。,萜类:天然色素、香精油、天然橡胶 固醇类:固醇(甾醇、性激素、肾上腺皮质激素) 其他脂类:维生素A、D、E、K等。,衍生脂类,可皂化脂类:一类能被碱水解而产生皂(脂肪酸盐)的脂类。 不可皂化脂类:不能被碱水解而产生皂(脂肪酸盐)的脂类。 主要有不含脂肪酸的萜类和固醇类。,II 按能否被碱水解分类,甘油三酯的分子结构,三、重要脂类的结构,1.甘油三酯,n、m、k可以相同,也可以不全相同甚至完全不同, 其中n多是不饱和的。,X = 胆碱、乙醇胺、 丝氨酸、甘油,2.甘油磷脂,X= H 磷脂酸 (PA),参见表5-2,四、脂类的分布与生理功能,脂肪(甘油三酯,TG),脂类,类脂,磷酸甘油酯(PL),鞘磷脂,脑苷脂,神经节苷脂,磷脂,糖脂,胆固醇(Ch)及其酯(ChE),第二节 甘油三酯的分解代谢,参见P263,一、脂肪的酶促水解,脂肪,甘油+脂肪酸,限速酶,二、甘油的氧化分解与转化,思考: 1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量(形成ATP?) 18.5,动物的脂肪细胞中无甘油激酶,则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.,-氧化作用 -氧化作用,饱和脂肪酸的氧化分解,三 脂肪酸的氧化分解,不饱和脂肪酸的氧化分解,奇数C原子脂肪酸的氧化分解,概念 脂肪酸的-氧化作用 能量计算,(一) 饱和脂肪酸的-氧化作用,饱和脂肪酸在一系列酶的作用下,羧基端的位C原子发生氧化,碳链在位C原子与位C原子间发生断裂,每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸,这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化.,R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,1. 概念,2. 脂肪酸的-氧化作用,(1)脂肪酸的活化,脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA,然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。 在脂酰CoA合成酶(硫激酶) 催化下,由ATP提供能量,将脂肪酸转变成脂酰CoA:,在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解,此过程必须要由肉碱(肉毒碱, carnitine)来携带脂酰基。,(2)脂酰CoA转运入线粒体,参见P267,借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶(酶和酶)催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。 其中,肉碱脂酰转移酶(carnitine acyl transferase )是脂肪酸-氧化的关键酶。,脂酰CoA进入线粒体的过程,参见P267,关键酶,-氧化过程由四个连续的酶促反应组成: 脱氢 水化 再脱氢 硫解,(3) -氧化循环,-氧化循环的反应过程,(2反式烯脂酰COA),L- 羟脂酰COA, -氧化循环过程在线粒体基质内进行; -氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化,反应不可逆; 需要FAD,NAD+,CoA为辅助因子; 每循环一次,生成一分子FADH2,一分子NADH,一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,脂肪酸-氧化循环的特点,生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量,并生成ATP。,(4) 彻底氧化:,1分子FADH2可生成1.5分子ATP,1分子NADH可生成2.5分子ATP,故一次-氧化循环可生成4分子ATP。 1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成10分子ATP。,3、脂肪酸氧化分解时的能量释放,以16C的软脂酸为例来计算,则生成ATP的数目为:,7次-氧化分解产生47=28分子ATP;,8分子乙酰CoA可得108=80分子ATP;,共可得108分子ATP,减去活化时消耗的两分子ATP,故软脂酸彻底氧化分解可净生成106分子ATP。,对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸,其净生成的ATP数目可按下式计算:,4,10,3. 饱和脂肪酸的-氧化作用(自学),1.概念,脂肪酸在一些酶的催化下,其-C原子发生氧化,结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸,这种氧化作用称为-氧化。 RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2,参见P270,(少一个C原子),2. -氧化的可能反应历程,(二) 不饱和脂肪酸的氧化(自学),单不饱和脂肪酸的氧化 如油酸(18C:1),参见P268,多不饱和脂肪酸的氧化 如亚油酸(18C:2),3,D(-),L(+),(三) 奇数碳脂肪酸的氧化(自学),参见P269,脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone)三种中间代谢产物,统称为酮体(ketone bodies)。,四、酮体的生成及利用 (自学),参见P270-272,酮体的分子结构,酮体,酮体主要在肝细胞线粒体中生成。 酮体生成的原料为乙酰CoA。,1酮体的生成,(1) 两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶(thiolase)的催化下,缩合生成一分子乙酰乙酰CoA。,酮体生成的反应过程,(2) 乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合,生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶是酮体生成的关键酶。,限速酶,(3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。,(4)乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下,加氢还原为-羟丁酸。,(5) 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮。,CoASH,CoASH,NAD+,NADH+H+,-羟丁酸 脱氢酶,HMGCoA 合成酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,酮体的生成,-羟- -甲基戊二酸单酰CoA合成酶,利用酮体的酶有两种: 1.琥珀酰CoA转硫酶 (主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中) 2.乙酰乙酸硫激酶 (主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中)。,2酮体的利用,(1) -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢,生成乙酰乙酸。,酮体利用的基本过程,(2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA。,(3) 乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下,裂解为两分子乙酰CoA。,(4) 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解。,-,羟丁酸脱氢酶,当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时,乙酰乙酸可净生成24分子ATP,-羟丁酸可净生成27分子ATP; 而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时,乙酰乙酸则可净生成22分子ATP, -羟丁酸可净生成25分子ATP 。,(1) 在正常情况下,酮体是肝输出能源的一种重要的形式; (2) 在饥饿或疾病情况下,酮体可为心、脑等重要器官提供必要的能源。,3酮体生成及利用的生理意义,第三节 脂肪的生物合成,甘油的合成 脂肪酸的合成 二者分别转变为3磷酸甘油和脂酰CoA后的连接,参见P272,合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成: 1由糖代谢生成(脂肪细胞、肝):,一、3-磷酸甘油的生成,2由脂肪分解形成的甘油,二、饱和脂肪酸的从头合成 (在细胞质中),参见P272,来源 线粒体内的丙酮酸氧化脱羧(糖) 脂肪酸的-氧化 氨基酸的氧化 转运 柠檬酸穿梭(三羧酸转运体系),1. 乙酰CoA(碳源)的来源及转运,乙酰CoA转运出线粒体,参见P273,在关键酶乙酰CoA羧化酶的催化下,将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA。,2丙二酸单酰CoA的合成,参见P273,脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应,延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。 在低等生物中,脂肪酸合成酶系是一种由1分子脂酰基载体蛋白(acyl carrier protein, ACP)和7种酶单体所构成的多酶复合体。,3脂肪酸合成循环,脂酰基载体蛋白(ACP-SH) ACP-脂酰基转移酶 丙二酸单酰CoA- ACP转移酶 -酮脂酰- ACP合酶 -酮脂酰- ACP还原酶 -羟脂酰- ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶 硫酯酶,ACP,SH,原核生物的脂肪酸合成酶系,乙酰基转移反应,CH3-CSACP,=,O,ACP-SH,酮脂酰-ACP合酶,丙二酸单酰基转移反应,COA-SH,ACP-SH,ACP脂酰基转移酶,4.反应历程,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,-酮脂酰-ACP合酶,+合酶-SH+CO2,还原反应,+NADPH+ + H +,-酮脂酰-ACP还原酶,+NADP+,D-羟丁酰-ACP,脱水反应,=,-,C,-,-羟脂酰-ACP脱水酶,+H2O,(2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP),再还原反应,-,-,=,-,3 2,+NADPH+H+,-烯脂酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH-CSACP,O,=,+NADP+,(丁酰-ACP),丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程,直至生成软脂酰-ACP。,缩合反应,CH3-CS-合酶+,=,O,-酮脂酰-ACP合酶,+合酶-SH+CO2,由于缩合反应中, -酮脂酰-ACP合酶是对链长有专一性的酶,仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性,故从头合成只能合成16C及以下饱和脂酰-ACP。,软脂酰-ACP,硫酯酶水解,ACP+软脂酸(棕榈酸),释放,H2O,8CH3-CSCOA,=,O,+7ATP+14NADPH+14H +,CH3 ( CH2)14COOH,+14NADP+ +8CoASH + 7ADP +7Pi+ 6H2O,那么这个过程与糖代谢有一定关系:,原料(乙酰辅酶A )来源 羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供 还原力NADPH从哪来?,总反应式, 合成所需原料为乙酰CoA,直接生成的产物是软脂酸,合成一分子软脂酸,需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA; 在胞液中进行,关键酶是乙酰CoA羧化酶; 合成为一耗能过程,每合成一分子软脂酸,需消耗15分子ATP(8分子用于转运,7分子用于活化); 需NADPH作为供氢体,对糖的磷酸戊糖旁路有依赖性。,脂肪酸合成的特点:,5. 饱和脂肪酸的从头合成与-氧化的比较,区别要点 从头合成 -氧化,细胞内进行部位 胞液 线粒 体 酰基载体 ACP-SH COA-SH 二碳单位参与或断裂形式 丙二酸单酰ACP 乙酰COA 电子供体或受体 NADPH+H+ FAD,NAD -羟酰基中间物的立体构型不同 D型 L型 对HCO3-和柠檬酸的需求 需要 不需要 所需酶 7种 4种 能量需求或放出 消耗7ATP及14NADPH+H+ 产生106ATP(软脂酸),三、 甘油三酯的合成,参见P277-278,Section 4 Metabolism of Phospholipids,第四节 磷脂的代谢,参见P279,自学!,(一)甘油磷脂的基本结构:,一、甘油磷脂的代谢,体内几种重要的甘油磷脂,1甘油二酯合成途径: 磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成。 合成过程中所需胆碱及乙醇胺以CDP-胆碱和CDP-乙醇胺的形式提供。,(二)甘油磷脂的合成代谢,甘油二酯合成途径,磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸和心磷脂通过此途径合成。 合成过程所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供。,2CDP-甘油二酯合成途径:,CDP-甘油二酯合成途径,甘油磷脂的分解靠存在于体内的各种磷脂酶将其分解为脂肪酸、甘油、磷酸等,然后再进一步降解。,H,H,(三)甘油磷脂的分解代谢,第五节 胆固醇的代谢,Section 5 Metabolism of Cholesterol,参见P280,自学!,A,B,C,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,D,环戊烷 多氢菲,14,一、胆固醇的结构及其酯化,胆固醇(cholesterol)的酯化在C3位羟基上进行,由两种不同的酶催化。 存在于血浆中的是卵磷脂胆固醇酰基转移酶(LCAT)。,存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶(ACAT)。,胆固醇合成部位主要是在肝和小肠的胞液和微粒体。其合成所需原料为乙酰CoA。 乙酰CoA经柠檬酸-苹果酸穿梭转运出线粒体而进入胞液,此过程为耗能过程。 每合成一分子的胆固醇需18分子乙酰CoA,36分子ATP和16分子NADPH。,(一)胆固醇合成的部位和原料,二、胆固醇的合成,胆固醇合成的基本过程可分为下列三个阶段: 1乙酰CoA缩合生成甲羟戊酸(MVA): 此过程在胞液和微粒体进行。 HMG-CoA还原酶(HMG-CoA reductase)是胆固醇合成的关键酶。,(二)胆固醇合成的基本过程:,此过程在胞液和微粒体进行。,MVA5-焦磷酸甲羟戊酸异戊烯焦磷酸,二甲丙烯焦磷酸焦磷酸法呢酯鲨烯。,2甲羟戊酸缩合生成鲨烯,此过程在微粒体进行。 鲨烯结合在胞液的固醇载体蛋白(sterol carrier protein, SCP)上,由微粒体酶进行催化,经一系列反应环化为27碳胆固醇。,SCP,3鲨烯环化为胆固醇,(一)转化为胆汁酸,三、胆固醇的转化,(二)转化为类固醇激素,(三)转化为维生素D3,本章重点,概念:必需脂肪酸、三酯脂肪酶 脂肪酸-氧化的关键酶和能量计算 饱和脂肪酸的从头合成 酮体生成的过程,关键酶 胆固醇合成的关键酶 胆固醇的转化 磷脂的合成途径,磷脂酶作用部位,课外作业 P206思考题 :2、6、7,
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