生物化学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十三章、脂类代谢,脂类,(lipids),脂肪,(fat):,甘油三酯,(,t,riacyl,g,lycerols,TG,),类脂,(lipoids):,胆固醇,(,ch,olesterol,Ch),胆固醇酯,(,c,holesteryl,e,ster,CE,),磷脂,(,phospholipids,PL),糖脂,(,g,luco,l,ipids,GL,),脂类,(Lipid Classes),Triacylglycerols ,TG,R,2,COOH,多为花生四烯酸,(arachidonic acid),Phospholipids,PL,Cholesterol (Ch),Cholesteryl Ester(CE),第一节 脂类的消化和吸收,一、消化（,digestion,）,：,小肠,(small intestine),：,胆汁酸盐、胰脂酶、辅酯酶、胰磷脂酶,A,2,、胆固醇酯酶,消化产物,：甘油一酯、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂等,胆汁盐,(bile),：,作用：是较强的,乳化剂,，可增加消化酶对脂类的接触面积，有利于脂类的消化和吸收。,二、吸收：,1,、脂肪消化产物,脂肪酸,、,2-,单酰甘油,由小肠上皮粘膜细胞吸收后又转化为,三酯酰甘油,，随后和蛋白质一起形成,乳糜微粒,释放到血液，经淋巴系统送到各种组织。,2,、在脂肪组织、骨骼肌毛细血管中，脂肪消化产物为,游离脂肪酸,和,甘油,，游离脂肪酸被吸收，甘油被运到肝脏和肾脏。,（图）,脂类吸收途径,第二节、脂肪的分解代谢,一、脂肪的分解,首先分解为,甘油,和,脂肪酸,；,甘油,通过磷酸化、氧化（甘油甘油-3-磷酸二羟丙酮磷酸）进入糖酵解；,脂肪酸,经,-,氧化（脂酸乙酰,CoA）,进入三羧酸循环。,二、甘油的降解,三、脂肪酸的氧化,脂肪酸氧化的化学步骤,1、长链脂肪酸降解为乙酰-,CoA；,2、乙酰-,CoA,经过柠檬酸循环氧化成,CO,2,；,3、,从还原的电子载体到线粒体呼吸链的电子传递。,（一）脂肪酸的活化,脂肪酸必须先在胞液中活化为脂酰,CoA,，,位于内质网和线粒体外膜的,脂酰,CoA,合成酶催化该反应,。,（二）脂酰,CoA,进入线粒体,1,、原因,脂肪酸分解发生于,原核生物的细胞溶胶及,真核生物的线粒体基质,中。,2,、方法,（1）短或中长链的脂酰-,CoA（10,个碳原子以下）可容易地渗透通过线粒体内膜。,（2）,长链脂酰-,CoA,（12C,以上）,要与极性的肉（毒）碱分子结合，才能穿过线粒体内膜,。,（图）,肉碱(,carnitine,)：,L-,羟基-,-,三甲氨基丁酸,脂酰,CoA,进入线粒体,载体蛋白,3、肉碱转运脂酰,CoA,进入线粒体,反应由,肉碱脂酰转移酶,(,CAT-1,和,CAT-ll,),催化。,此过程为脂肪酸, -,氧化的,限速步骤,，,CAT-l,是限速酶,，,丙二酸单酰,CoA,是强烈的竞争性抑制剂。,（图）,CoASH,CoASH,Carnitine acyltransferase ,Carnitine acyltransferase ,限速酶,（三）,-,氧化,1、,-,氧化,：,脂肪酸的降解始发于羧基端的第二位（,-,位）的碳原子，在此处切掉两个碳原子单元（乙酰-,CoA）。,脂肪酸的,-,氧化为,Knoop,的发现。,生物体内脂酸的分解途径主要为,氧化,。,2,、亚细胞部位：线粒体基质,在脂酰基,-,碳原子上依次进行,脱氢,、,加水,、,再脱氢,及,硫解,4步连续反应,，使脂酰基在,与,-,碳原子间断裂，生成1分子乙酰,CoA,和少2个碳原子的脂酰,CoA。,3,、,-,氧化过程,(1) 脱氢,(2) 加水,(3) 再脱氢,(4) 硫解,全部反应过程：,4,、脂肪酸,-,氧化特点：,1,、脂肪酸仅需,活化一次,（,cytosol,），,消耗一个,ATP,的,两个,高能键；,2,、,Acyl-CoA,由,肉碱,运入线粒体；,限速酶,：,CAT-,；,3,、,-,氧化： 包括脱氢,、加水、再脱氢、硫解四个重复步骤。,4,、,-,氧化是一个高效的放能过程：,-,氧化每一轮产生,1个,NADH,，,1,个,FADH2,和,1个乙酰-,CoA,；,乙酰-,CoA,进入柠檬酸循环又生成3个,NADH， 1,个,FADH2,和一分子,GTP（,总计,10个,ATP,）；,脂肪酸活化为脂酰-,CoA,时,消耗了2个,高能磷酸键。,以,软脂酸,（,C16,）,为例：,8个乙酰,CoA：8x10=80ATP,7,个,FADH,2,：7,7,个,NADH：,7,起始活化消耗：2,ATP,总计产能：80+10.5+17.5-2=106,（四）不饱和脂肪酸的氧化,1、体内,不饱和脂肪酸,约占脂肪酸总量的一半以上，在未遇双键前，,反应过程与饱和脂肪酸的,氧化基本相同,。,2、,需要12种特殊的酶,：,天然脂肪酸的顺式双键需经线粒体特异,3,-,顺,2,-,反,烯酰,CoA,异构酶,催化：(如油酸=18:1,9,),多不饱和脂肪酸的另外双键还需,2,4-二烯酰,CoA,还原酶,。,（五）奇数碳脂肪酸的,-,氧化,1、在大多数哺乳动物中，奇数碳原子的脂肪酸是罕见的，但在反刍动物中，奇数碳原子的脂肪酸有一定的数量。,2、,氧化的产物为,若干个乙酰,CoA,和,一个丙酰,CoA,。,3、丙酰,CoA,的去路,、丙酰,CoA+HCO,3,-,+ATP,甲基丙二酰单酰,CoA+AMP+PPi,、甲基丙二酰单酰,CoA ,琥珀酰,CoA,琥珀酰,CoA,可以进入柠檬酸循环。,丙酰,CoA,羧化酶,变位酶,（六）脂肪酸代谢的调节,1、脂类的代谢也受神经和激素控制。,2、激素控制,、胰岛素可,抑制,脂肪分解,、,肾上腺素、生长激素、促肾上腺皮质激素、甲状腺素和性激素有,促进,储脂动员和氧化的作用,。,、激素代谢反常会导致脂代谢障碍。,四、酮体,酮体,（,ketone body）：,乙酰乙酸,、,D-,羟丁酸,和,丙酮,这三个化合物统称为酮体。,（一）乙酰-,CoA,的代谢结局,1、进入,柠檬酸循环,及电子传递系统，最终完全氧化为,CO,2,和,H,2,O。,2、生成胆固醇，即,胆固醇生物合成的起始化合物,。,3、作为,脂肪酸合成的前体,。,4、转化为,酮体,。,（二）肝脏中酮体的形成,1,、,酮体的合成主要是肝脏的功能,（1）肝细胞线粒体中含有活性较强的酮体合成的酶系。,（,2,）,-,羟丁酸,约70，,乙酰乙酸,约30，,丙酮,含量极微。,（3）肝脏缺乏利用酮体的酶，因此不能利用酮体。,2,、,酮体的生成途径,乙酰乙酸,脱羧酶,（三）酮体生成的生理意义,1,、有利的一面,（1） 酮体具有,水溶性,，生成后进入血液，输送到肝外组织利用；,（2）作为燃料，经柠檬酸循环提供能量。,因此，,酮体是输出脂肪能源的一种形式,。,如：禁食、应急及糖尿病时，,心、肾、骨骼肌摄取酮体代替葡萄糖供能,，节省葡萄糖以供脑和红细胞所需，并可防止肌肉蛋白的过多消耗。,长期饥饿时，酮体供给脑组织5070%的能量。,2,、不利的一面,（1）,丙酮,是,有毒,的。,乙酰乙酸,、,-,羟丁酸皆为酸性,，使血液,pH,值降低，常有酸中毒的危险。,（2）,酮尿症/酮血症,长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，草酰乙酸耗尽，酮体生成增多,。当肝内产生酮体超过肝外组织氧化酮体的能力时，血中酮体蓄积，称为酮血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。,第四节、脂类的生物合成,一、脂肪酸的生物合成,脂酸合成的前体：,乙酰,CoA,。,合成部位：,（细胞溶胶）,胞液中,均含有从乙酰,CoA,合成脂肪酸的酶系，称为脂肪酸合成酶系。,合成原料,：,Acetyl-CoA、NADPH、ATP、HCO,3-,(CO,2,),及,Mn,2+,1,、脂肪酸合成所需的碳源,实质均来自乙酰,-CoA,，但形式上只有,1,个乙酰,-CoA,参与合成，其余均以,丙二酸单酰,-CoA,的形式参与合成。,2,、乙酰,-CoA,主要存在于线粒体中，必须在,三羧酸转运体系,的帮助下（乙酰,-CoA,转化为柠檬酸）跨过线粒体。,（一）乙酰,CoA,（1）乙酰,CoA,的转运,三羧酸转运体系,（二）丙二酸单酰,CoA,的形成,1、脂肪酸合成起始于乙酰-,CoA,转化成丙二酸单酰-,CoA，,该反应是在,乙酰-,CoA,羧化酶,作用下实现的。,2、,乙酰-,CoA,羧化酶催化,的反应是脂肪酸合成中的限速步骤。,3、乙酰,CoA,羧化酶的组成,包括,生物素羧基载体蛋白（,BCCP）、,生物素羧化酶、羧基转移酶,3个亚基，辅基为,生物素,。,丙二酸单酰,CoA,的合成,关键酶,（三）,脂肪酸合成酶,1、组成,在动物细胞中，,脂肪酸合成酶复合体,包含,7种酶活性,和,1个,酰基载体蛋白,(,acyl carrier protein,ACP,),。,（1） 乙酰,CoAACP,转酰基酶,（2）丙二酰,CoAACP,转酰基酶,（3）,-,酮脂酰,ACP,合酶,（4）,-,酮脂酰,ACP,还原酶,（5）,-,羟脂酰,ACP,脱水酶,（6） 烯脂酰,ACP,还原酶,（,7,）软脂酰,ACP,硫脂酶,转酰基酶,CO,2,-,酮脂酰-,ACP,合酶,3,CoASH,HOOCCH,2,CO-SCoA,丙二酰,CoA-ACP,转酰基酶,2,1,b,-,酮脂酰-,ACP,还原酶,NADP,+,NADPH+H,+,4,5,HO H,-,羟脂酰-,ACP,脱水酶,NADP,+,NADPH+H,+,烯脂酰-,ACP,还酶,6,加氢,启动,脱水,加氢,装载,缩合,HSCoA,乙酰,CoA-ACP,转酰基酶,CH,3,COSCoA,1,a,（四）由脂肪酸合酶催化的各步反应,1,、启动,SH,ACP,SH,E,CH,3,COSCoA,CoASH,乙酰-,CoA： ACP,转酰酶,SH,ACP,S,COCH,3,E,2,、装载,启动和装载两步反应为下一步缩合准备了两个底物。,3,、缩合,1、反应由,-,酮酰-,ACP,合酶催化。,2、,反应产物为乙酰乙酰-,ACP。,SCOCH,3,ACPSCOCH,2,*COOH,E,*,CO,2,SH,ACPSCOCH,2,COCH,3,E,4,、还原,NADPH,作为还原剂参与此反应,。,脂酸生物合成中所需的,NADPH,大部分是,戊糖磷酸途径,供给的，有些来自,苹果酸酶反应,。,SH,ACPS,COCH,2,CHCH,3,E,OH,SH,ACPS,COCH,2,COCH,3,E,NADPH+H,+,NADP,+,-,酮酰,-,ACP,还原酶,5,、脱水,脱水酶,SH,ACPS,COC=C-CH,3,E,H,H,SH,ACPS,COCH,2,CHCH,3,E,OH,H,2,O,6,、还原,1、,还原剂是,NADPH,。,2、,乙酰基是接受了丙二酸衍生物的二碳原子的片段而增长碳链的,。,3、每一循环延伸两个碳原子，,每一轮反应经,缩合,、,还原,、,脱水,、,还原,4个步骤完成。,7,、释放,1、动物细胞中延伸的程序在到达,16个碳原子时,即行停止，这是正常的脂肪酸合酶作用的终点。,SH,ACPS,CO(CH,2,),13,CH,2,CH,3,E,CH,3,CH,2,(CH,2,),13,COOH,+,SH,ACPSH,E,H,2,O,硫酯酶,软脂酸,软脂酸（16,C）,合成的总反应式：,（五）脂肪酸合成途径与脂肪酸降解（,-,氧化）的比较,、场所不同。,脂肪酸合成,发生于,细胞溶胶,中；,降解,发生于,线粒体,。,、载体不同。,脂肪酸合成,中载体为,ACP,；,降解,中载体为,CoA,。,、酶和辅助因子不同,、反应不同。,脂肪酸合成,中的4步反应是：,缩合、还原、脱水、还原,，,降解,中4步反应是：,氧化、水合、氧化、裂解,。,转运机制不同。,在,脂肪酸合成,中，,有三羧酸/柠檬酸转运机制,，运送,乙酰-,CoA,；,在,降解,中，有,肉碱载体系统,，运送,脂酰-,CoA,。,、反应单位不同。,在,脂肪酸合成,中，脂肪链获取2碳单元得自于与,丙二酸单酰-,CoA,缩合；,在,降解,中，以,乙酰-,CoA,形式的2碳单元离去。,脂肪酸合成时，羧基是最后形成的；降解时，羧基的离去开始于第一步。,、羟酯基中间体在脂肪酸合成中有着,D-,构型；降解中则为,L-,构型。,性质不同。,脂肪酸合成,由,还原途径,构成，需要有,NADPH,参与；,降解,则由,氧化途径,构成，需要,FAD,和,NAD,+,参与。,（六）脂肪酸碳链的延长,1、,场所,：软脂酰,CoA,或软脂酸生成后， 可在,滑面内质网,及,线粒体,经脂肪酸碳链延长酶系的催化作用下，形成更长碳链的饱和脂肪酸。,2、,载体,：碳链延长的碳源不是 丙二酸单酰,ACP，,而是乙酰,CoA（,线粒体）或丙二酸单酰,CoA,（内质网酶系）。,（七）不饱和脂肪酸的合成,人体内有,4,，,5,，,8,及,9,去饱和酶，催化饱和脂肪酸引入双键，使之转变为不饱和脂肪酸。,至今在体内尚未发现有,9,以上的去饱和酶，即在第10,C,与甲基末端间再引入第二个双键。,只有植物和某些微生物才能使第12和第13位碳之间脱氢，形成第二个双键。,某些微生物能合成含3个、4个甚至更多双键的不饱和脂酸。,（八）脂肪酸合成的调节,1,、,乙酰,-CoA,羧化酶是限速酶,。,在动物体内，,柠檬酸别构激活,乙酰,-CoA,羧化酶，,软脂酰,-CoA,反馈抑制,乙酰,-CoA,羧化酶活性；,乙酰,CoA,羧化酶的别构调节和激素调节,真核生物:,2,、代谢物的调节,进食糖类，有利于脂酸的合成,3,、激素的调节,胰岛素,，“储存激素”，可,增加,脂肪的合成,胰高血糖素,，“释放激素”，,抑制,脂酸合成,二、脂酰甘油的生物合成,、合成部位,以,肝、脂肪组织,及,小肠,为主,，其中,肝,的合成能力最强。,、前体分子,脂酰,CoA,和,甘油-3-磷酸,，,其中：,脂酰,CoA,来自脂肪酸的活化,；,甘油-3-磷酸,来自糖酵解和甘油降解,。,甘油-3-磷酸,生成,：糖酵解,和,甘油降解,磷酸甘油脱氢酶,甘油激酶,、合成步骤,磷脂酸磷酸酶,