生物学脂类的代谢

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,#,#,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,概念,脂类是脂肪和类脂的总称，它是有脂肪酸与醇作用生成的酯及其衍生物，统称为脂质或脂类，是动物和植物体的重要组成成分。脂类是广泛存在与自然界的一大类物质，它们的化学组成、结构理化性质以及生物功能存在着很大的差异，但它们都有一个共同的特性，即可用非极性有机溶剂从细胞和组织中提取出来。,分类,脂肪 真脂或中性脂肪（甘油三酯）,类脂,磷脂,糖脂,固醇,胆固醇,甘油磷脂,鞘氨醇磷脂,卵磷脂,脑磷脂,贮藏物质,/,能量物质 脂肪是机体内代谢燃料的贮存形式，它在体内氧化可释放大量能量以供机体利用。氧化,1g,脂肪放出的能量,37.66kJ,脂肪不仅含有较高热量，而且贮存在体内所占体积也小。,提供给机体必需脂成分,（,1,）必需脂肪酸,亚油酸,18,碳脂肪酸，含两个不饱和键；,亚麻酸,18,碳脂肪酸，含三个不饱和键；,花生四烯酸,20,碳脂肪酸，含四个不饱和键；,（,2,）生物活性物质,激素、胆固醇、维生素等。,脂类的功能,生物体结构物质,（,1,）作为细胞膜的主要成分 几乎细胞所含的磷脂都集中在生物膜中，是生物膜结构的基本组成成分。,（,2,）保护作用 脂肪组织较为柔软，存在于各重要的器官组织之间，使器官之间减少摩擦，对器官起保护作用。,用作药物,卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗等。,一、脂类的酶促水解,脂肪酶广泛存在于动物、植物和微生物中。它能催化脂肪逐步水解产生脂肪酸和甘油。,1.,脂肪的水解,乳化,脂肪的消化主要在肠中进行，胰液和胆汁经胰管和胆管分泌到十二指肠，胰液中含有胰脂肪酶，能水解部分脂肪成为甘油及游离脂肪酸，但大部分脂肪仅局部水解成甘油一酯，甘油一酯进一步由另一种脂酶水解成甘油和脂肪酸。,二、脂肪的分解代谢,生物体利用脂肪作为供能原料的第一个步骤是水解脂肪生成甘油和脂肪酸。脂肪酶催化此反应。以后甘油和脂肪酸在组织内氧化生成,CO2,和水，所放出的化学能被用于完成各种生理机能。,（一）甘油的氧化,糖酵解途径（,EMP,）三羧酸循环（,TCA,）,磷酸戊糖途径（,HMP,）,.,（二）脂肪酸的氧化分解（,-,氧化）,脂肪酸的活化,脂酰,CoA,的生成,长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化在线粒体外进行。内质网和线粒体外膜上的脂酰,CoA,合成酶在,ATP,、,CoASH,、,Mg2+,存在条件下，催化脂肪酸活化，生成脂酰,CoA,。,穿膜（脂酰,CoA,进入线粒体）,脂肪酸活化在细胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内，因此活化的脂酰,CoA,必须进入线粒体内才能代谢。,脂酰,CoA,需要借助一种特殊的载体肉毒碱,(3-,羟基,-4-,三甲氨基丁酸,),才能转运到线粒体内。脂酰,CoA,在肉毒碱脂酰转移酶催化下，与肉毒碱反应，生长脂酰肉毒碱，然后通过线粒体内膜。脂酰肉毒碱在线粒体内膜的移位酶帮助下穿过内膜，并与线粒体基质中的,CoA,作用，重新生成脂酰,CoA,释放出肉毒碱。肉毒碱再在移位酶帮助下，回到线粒体外的细胞质中。,脂肪酸的,氧化,脂酰,CoA,在线粒体的基质中通过脂肪酸氧化酶系作用进行氧化分解。每进行一次,-,氧化，需要经过脱氢、水化、再脱氢和硫解四步反应，同时释放出,1,分子乙酰,CoA,。反应产物是比原来的脂酰,CoA,减少了,2,个碳的新的脂酰,CoA,。如此反复进行，直至脂酰,CoA,全部变成乙酰,CoA,。,脂肪酸的,氧化,长链脂酰,CoA,的,氧化是在线粒体脂肪酸氧化酶系作用下通过五步反应，生成比原来少两个碳原子的脂肪酰辅酶,A,和一分子二碳单位的乙酰,CoA,，再经,TCA,循环完全氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量。偶数碳原子的脂肪酸,氧化最终全部生成乙酰,CoA,。,脂酰,CoA,的,氧化反应过程如下：,（,1,）脱氢 脂酰,CoA,经脂酰,CoA,脱氢酶催化，在其,和,碳原子上脱氢，生成,2,反烯脂酰,CoA,，该脱氢反应的辅基为,FAD,。,（,2,）加水（水合反应）,2,反烯脂酰,CoA,在,2,反烯脂酰,CoA,水合酶催化下，在双键上加水生成,L-,羟脂酰,CoA,。,（,3,）脱氢,L-,羟脂酰,CoA,在,L-,羟脂酰,CoA,脱氢酶催化下，脱去,碳原子与羟基上的氢原子生成,-,酮脂酰,CoA,，该反应的辅酶为,NAD,+,。,（,4,）硫解 在,-,酮脂酰,CoA,硫解酶催化下，,-,酮脂酰,CoA,与,CoA,作用，硫解产生,1,分子乙酰,CoA,和比原来少两个碳原子的脂酰,CoA,。,此碳链较短的脂酰辅酶,A,又经过脱氢、加水、脱氢及硫解等反应，生成乙酰辅酶,A,。如此重复进行，一分子脂肪酸最终变成许多分子乙酰辅酶,A,。乙酰辅酶,A,可以进入,TCA,循环氧化成,CO2,和水，也可以参与其他合成代谢。,脂肪酸,-,氧化产生的能量,脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能量。例如软脂酸（含,16,碳）经过,7,次,-,氧化，可以生成,8,个乙酰,CoA,，每一次,-,氧化，还将生成,1,分子,FADH,2,和,1,分子,NADH,。软脂酸完全氧化的反应式为：,C,16,H,31,CO-SCoA+7 CoA-SH+7 FAD+NAD,+,+7 H,2,O,8 CH,3,CO-SCoA+7 FADH,2,+7 NADH+7 H,+,按照一个,NADH,产生,2.5,个,ATP,，,1,个,FADH,2,产生,1.5,个,ATP,1,个乙酰,CoA,完全氧化产生,10,个,ATP,计算，,1,分子软脂酰,CoA,在分解代谢过程中共产生,108,个,ATP,。,由于软脂酸转化成软脂酰,CoA,时消耗了,1,分子,ATP,中的两个高能磷酸键的能量（,ATP,分解为,AMP,可视为消耗了,2,个,ATP,），因此，,1,分子软脂酸完全氧化净生成,108,2=106,个,ATP,。,总结：,脂肪酸,氧化最终的产物为乙酰,CoA,、,NADH,和,FADH,2,。假如碳原子数为,Cn,的脂肪酸进行,氧化，则需要作（,n/2,1,）次循环才能完全分解为,n/2,个乙酰,CoA,，产生,n/2,个,NADH,和,n/2,个,FADH,2,；生成的乙酰,CoA,通过,TCA,循环彻底氧化成二氧化碳和水并释放能量，而,NADH,和,FADH,2,则通过呼吸链传递电子生成,ATP,。至此可以生成的,ATP,数量为：,以软脂酸（,18C,）为例计算其完全氧化所生成的,ATP,分子数：,（三）脂肪酸的其它氧化分解方式,奇数碳原子脂肪酸的分解,羧化 脱羧,脂肪酸的,-,氧化,脂肪酸的,-,氧化,不饱和脂肪酸的分解,（四）酮体的生成和利用,1,酮体的生成,乙酰,CoA,在人及哺乳动物肝外组织中，大部分可迅速,进入,TCA,循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的,ATP,，或被某些合成反应所利用。,但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路，即形成乙酰乙酸、,-,羟丁酸和丙酮，这三者统称为,酮体,。,（,1,）酮体的生成,A.2,分子的乙酰,CoA,在肝脏线粒体乙酰乙酰,CoA,硫解酶的作用下，缩合成乙酰乙酰,CoA,，并释放,1,分子的,CoASH,。,B.,乙酰乙酰,CoA,与另一分子乙酰,CoA,缩合成羟甲基戊二酸单酰,CoA,（,HMG CoA,），并释放,1,分子,CoASH,。,C.HMG CoA,在,HMG CoA,裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰,CoA,。乙酰乙酸在线粒体内膜,-,羟丁酸脱氢酶作用下，被还原成,-,羟丁酸。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮。,（,2,）酮体的分解,肝脏是生成酮体的器官，但不能使酮体进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙酰,CoA,经血液运送到肝外组织，作为它们的能源，尤其是肾、心肌、脑等组织中主要以酮体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一步分解成乙酰,CoA,参加三羧酸循环。,A.,乙酰乙酸在肌肉线粒体中经,3-,酮脂酰,CoA,转移酶催化，能被琥珀酰,CoA,活化成乙酰乙酰,CoA,。,B.,乙酰乙酰,CoA,被,氧化酶系中的硫解酶裂解成乙酰,CoA,进入三羧酸循环。,C.-,羟丁酸在,-,羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰,CoA,而被氧化。,D.,丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸，进而异生成糖。,酮体在正常血液中少量存在，是人体利用脂的一种正常现象。正常情况下，血液中酮体浓度相对恒定，这是因为肝中产生的酮体可在肝外组织中迅速利用。,肾脏、心肌、大脑和肌肉组织是利用酮体的重要组织。特别是对于不能利用脂肪酸的脑组织来说，利用酮体做为能源具有重要意义。,但在某些生理或病理情况下，如膳食中糖供应不足时，或因患糖尿病而缺乏氧化糖的能力时，脂肪动员加速、肝脏中酮体生成增加，超过了肝外组织氧化的能力。使血液中酮体积累，造成酮血症。血中酮体过多，由尿排出，又形成酮尿。,酮体为酸性物质，若超过血液的缓冲能力，就可引起酸中毒。,1.,脂肪酸的生物合成,生物机体内脂类的合成是十分活跃的，特别是在高等动物的肝脏、脂肪组织和乳腺中占优势。脂肪酸合成的碳源主要来自糖酵解产生的乙酰,CoA,。脂肪酸合成步骤与氧化降解步骤完全不同。脂肪酸的生物合成是在细胞液中进行，需要,CO2,和柠檬酸参加；而氧化降解是在线粒体中进行的。,三、脂肪的生物合成,组 织：肝（主要）、脂肪、,乳腺,等组织,亚细胞：,胞液：主要合成,16,碳的软脂酸（棕榈酸）,肝线粒体、内质网：碳链延长,1.,合成部位,（一）软脂酸的合成,NADPH,的来源,磷酸戊糖途径（主要来源）,柠檬酸,-,丙酮酸循环,乙酰,CoA,、,ATP,、,HCO,3,、,NADPH,2.,合成原料,乙酰,CoA,的主要来源,乙酰,CoA,全部在线粒体内产生，通过,柠檬酸,-,丙酮酸循环,(citrate pyruvate cycle),出线粒体。,乙酰,CoA,氨基酸,Glc,（主要）,线,粒,体,膜,胞液,线粒体基质,丙酮酸,丙酮酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸,乙酰,CoA,NADPH+H,+,NADP,+,苹果酸酶,CoA,乙酰,CoA,ATP,AMP PPi,ATP,柠檬酸裂解酶,CoA,草酰乙酸,H,2,O,柠檬酸合成酶,苹果酸,CO,2,CO,2,NADH+H,+,NAD,+,合成过程可以分为三个阶段：,（,1,）原料的准备,乙酰,CoA,羧化生成丙二酸单酰,CoA,（在细胞液中进行），由乙酰,CoA,羧化酶催化，辅基为生物素，是一个不可逆反应。,乙酰,CoA,羧化酶可分成三个不同的亚基：,生物素羧化酶（,BC,）,生物素羧基载体蛋白（,BCCP,）,羧基转移酶（,CT,）,（,2,）合成阶段,以软脂酸（,16,碳）的合成为例（在细胞液中进行）。催化该合成反应的是一个多酶体系，共有七种蛋白质参与反应，以没有酶活性的脂酰基载体蛋白（,ACP,）为中心，组成一簇。,原初反应（初始反应）,原初反应,缩合反应,还原反应,脱水反应,还原反应,至此，生成的丁酰,-ACP,比开始的乙酰,-ACP,多了两个碳原子；然后丁酰基再从,ACP,上转移到,-,酮脂酰合成酶的,-SH,上，再重复以上的缩合、还原、脱水、还原,4,步反应，每次重复增加两个碳原子，释放一分子,CO2,，消耗两分子,NADPH,，经过,7,次重复后合成软脂酰,-ACP,，最后经硫脂酶催化脱去,ACP,生成软脂酸（,16,碳）。,（,3,）延长阶段（在线粒体和微粒体中进行）,生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链的延长，一是线粒体中的,延长酶系,，另一个是粗糙内质网中的,延长酶系,。,线粒体脂肪酸延长酶系,以乙酰,CoA,为,C2,供体，不需要酰基载体，由软脂酰,CoA,与乙酰,CoA,直接缩合。,内质网脂肪酸延长酶系,用丙二酸单酰,CoA,作为,C2,的供体，,NADPH,作为,H,的供体,，中间过程和脂肪酸合成酶系的催化过程相同。,（,4,）不