生化專題脂代謝第1頁/共38頁一、飽和脂肪酸的氧化

1、脂肪酸轉運進入線粒體膜間隙(外)肉毒堿肉毒堿肉毒堿肉毒堿基質(內)肉堿脂酰轉移酶Ⅰ肉堿脂酰轉移酶Ⅱ線粒體肉毒堿第2頁/共38頁2、脂肪酸β-氧化過程第3頁/共38頁二、奇數(shù)碳脂肪酸氧化第4頁/共38頁三、不飽和脂肪酸的氧化

1、油酸的氧化第5頁/共38頁2、多不飽和脂肪酸的氧化第6頁/共38頁第二節(jié)、脂肪酸從頭合成與調節(jié)一、從頭合成乙酰CoA羧化酶是FA合成的限速酶該酶由3亞基組成，其單體形式無活性，

多聚體形式有活性，

輔因子:生物素,Mn2+

別構激活劑－－檸檬酸

抑制抑制劑－－長鏈脂酰CoA第7頁/共38頁線粒體細胞溶膠三羧酸轉運體系乙酰-CoA乙酰-CoA脂肪酸合成檸檬酸草酰乙酸檸檬酸草酰乙酸蘋果酸蘋果酸丙酮酸丙酮酸檸檬酸列解酶蘋果酸酶蘋果酸脫氫酶CO2丙酮酸羧化酶輔酶AATPADP+PiADP+PiATP+CO2NADH，H+NADNADP+NADPH，H+NADH，H+NAD第8頁/共38頁第9頁/共38頁第10頁/共38頁

在動物中，F(xiàn)A合成酶含有1個ACP和7個酶，所有這些酶均定位于一條多功能多肽鏈上，形成不同的酶活性和ACP功能區(qū)。該酶是二聚體，結構見下圖。第11頁/共38頁第12頁/共38頁第13頁/共38頁二、脂肪酸氧化與合成的比較1、地點不同：氧化在線粒體內，合成在細胞溶膠。2、載體不同：前者為CoA，后者為ACP。3、過程不同：前者為脫氫、加水、再脫氫、硫解，后者為縮合、還原、脫水、還原。4、轉運機制不同：前者為肉堿載體系統(tǒng)，后者為檸檬酸-丙酮酸循環(huán)。5、方向不同：前者為從羧基端到甲基端，后者為從甲基端到羧基端。6、中間體構型不同：前者為L-β-羥脂酰CoA，后者為D-β-羥脂酰ACP。7、氫的載體不同：前者為FAD、NAD，后者為NADPH。8、分解與合成都要經過七個輪回反應。第14頁/共38頁軟脂酸[C16]棕櫚油酸[16,△9]硬脂酸[C18]油酸[C18,△9]亞油酸α-亞麻酸[C18,△9,12,15]γ-亞麻酸[C18,△6,9,12]其它不飽和酸高飽和脂肪酸二十碳三稀酸[C20,△8,11,14]花生四稀酸[C20,△5,8,11,14]前列腺素G1前列腺素E2F2d前列腺素G2脂肪酸碳鏈的延長去飽和去飽和去飽和去飽和延長延長延長脊椎動物中不發(fā)生；植物中發(fā)生植物第15頁/共38頁檸檬酸乙酰-CoA丙二酸單酰-CoA軟脂酰-CoA丙酮酸脂肪酸合成的調節(jié)胰高血糖素，腎上腺素（引發(fā)磷酸化/抑制）+++--胰島素（引發(fā)去磷酸化/活化）檸檬酸裂解酶乙酰-CoA羧化酶第16頁/共38頁第三節(jié)、磷脂與膽固醇代謝一、磷脂代謝第17頁/共38頁第18頁/共38頁二羥丙酮磷酸甘油-3-磷酸磷脂酸CDP-二脂酰甘油磷脂酰Ser磷脂酰乙醇胺磷脂酰膽堿（從頭合成）二脂酰甘油磷脂酰膽堿三酰甘油磷酸膽堿膽堿（補救合成）晡乳動物體內磷脂酰膽堿合成的兩條途徑PPiCTPSerCMP3SAM←Met3-S-腺苷同型MetCO2CDP-膽堿CMPPPiCTP脂酰CoACoAH2OPi第19頁/共38頁二、膽固醇代謝第20頁/共38頁膽固醇的合成調節(jié)HMGCoA還原酶是膽固醇合成的限速酶，各種因素對膽固醇合成的調節(jié)主要通過對該酶活性的影響來實現(xiàn)的。HMGCoA還原酶受三個方面的調節(jié)其一屬于基因表達的范疇。mRNA的生成量受食物膽固醇供給情況的調節(jié)。當膽固醇過量時，HMGCoA還原酶的mRNA量降低，反之膽固醇的缺乏將增強該酶的mRNA的合成。其二，HMGCoA還原酶降解速度的調節(jié)。HMGCoA還原酶在肝中的半壽期約4hr，禁食或饑餓時，該酶降解速度加快，活性降低，另外乙酰CoA、ATP、NADPH的不足也是膽固醇合成減少的重要原因。相反，攝取高糖、高飽和脂肪膳食后，肝中HMGCoA還原酶活性增加，膽固醇合成增加。其三，激素調節(jié)。胰島素、甲狀腺素能誘導HMGCoA還原酶的合成，從而增加膽固醇的合成。胰高血糖素及皮質醇則能抑制并降低HMGCoA還原酶的活性，因而減少膽固醇合成。甲狀腺素除能促進HMGCoA還原酶的合成外，同時又促進膽固醇在肝中轉變?yōu)槟懼?，且后一作用較強，甲狀腺功能亢進患者血清膽固醇含量反而下降。第21頁/共38頁第22頁/共38頁第四節(jié)、血漿脂蛋白代謝第23頁/共38頁第24頁/共38頁VLDLLDLHDLHDL自由脂肪酸、甘油、甘油一酯APoC膽固醇膽固醇酯與細胞膜LDL結合自由膽固醇酯化后貯存于細胞內構成細胞膜等細胞溶酶體系統(tǒng)血漿脂蛋白間的相互關系第25頁/共38頁血漿脂蛋白代謝1、乳糜微粒CM是運輸外源性甘油三酯及膽固醇的主要形式。脂肪消化吸收時，小腸粘膜細胞再合成的甘油三酯，連同合成及吸收的磷脂及膽固醇，加上載脂蛋白B48、AI、AIV、AII等形成新生的CM。新生的CM經淋巴管進入血液，從HDL獲得apoC及E，并將部分apoAI、AIV、AII轉移給HDL，形成成熟的CM。新生CM獲得apoC后，其中的apoCII激活肌、心及脂肪等組織毛細血管內皮細胞表面的脂蛋白脂肪酶（LPL），LPL使CM中的甘油三酯及磷脂逐步水解，產生甘油、脂酸及溶血磷脂等。apoCII是LPL不可缺少的激活劑。無apoCII時，LPL活性甚低，加入apoCII后，其活性可增加10~50倍。在LPL反復作用下，CM內核的甘油三酯90%以上被水解，釋出脂酸為心、肌、脂肪組織及肝組織所攝取利用，同時其表面的apoAI、AIV、AII、C等連同表面的磷脂及膽固醇離開CM顆粒，形成新生的HDL；CM顆粒逐漸變小，最后轉變成富含膽固醇脂、apoB48及apoE的CM殘粒，后者為肝細胞膜LDL受體相關蛋白結合并被肝細胞攝取代謝。LRP的組成和結構與LDL受體很相似，故名，LRP由4256個氨基酸構成。正常人CM在血漿中代謝迅速，半壽期為5~15分鐘，因此空腹12~14小時后血漿中不含CM。第26頁/共38頁2、極低密度脂蛋白VLDL是運輸內源性甘油三酯的主要形式。肝細胞可以葡萄糖為原料合成甘油三酯，也可利用食物及脂肪組織動員的脂酸合成脂肪，然后加上apoB100、E以及磷脂、膽固醇等即形成VLDL。此外，小腸粘摸細胞亦可合成少量VLDL。VLDL分泌入血后，從HDL獲得apoC，其中apoCII激活肝外組織毛細血管內皮細胞表面的LPL。和CM一樣，VLDL的甘油三酯在LPL的作用下，逐步水解，同時其表面的apoC、磷脂及膽固醇向HDL轉移，而HDL的膽固醇酯又轉移到VLDL。VLDL本身顆粒逐漸變小，其密度逐漸增加，apoB100及E含量相對增加，轉變?yōu)橹虚g密度脂蛋白（IDL）。IDL中膽固醇及甘油三酯含量大致相等，載脂蛋白則主要是apoB100及E。肝細胞膜LRP與IDL結合，因此部分IDL為肝細胞攝取代謝。未被肝細胞攝取的IDL、甘油三酯被LPL及肝脂肪酶進一步水解，最后只剩下膽固醇酯，同時其表面的apoE轉移至HDL，僅剩下apoB100，IDL即轉變?yōu)長DL。VLDL在血中的半壽期為6~12小時。第27頁/共38頁3、低密度脂蛋白（LDL）如上述，人血漿中的LDL由VLDL轉變而來的。它是轉運肝合成的內源性膽固醇的主要形式，利用14C-蔗糖-LDL證明，肝是降解LDL的主要器官，約50%的LDL在肝降解。腎上腺皮質、卵巢、睪丸等組織及降解LDL的能力亦強。1974年Brown和Goldstein發(fā)現(xiàn)人成纖維細胞膜表面有特異性LDL的LDL受體。它們已將LDL受體純化，證明是由839個氨基構成的糖蛋白，分子量160000。LDL受體廣泛分布于肝、動脈壁細胞等全身個各組織的細胞膜表面，能特異識別與結合含apoE或apoB100的脂蛋白，故又稱apoB，E受體。當血漿中的LDL與LDL受體結合后，則受體集合成蔟，內吞入細胞與溶酶體結合。在溶酶體中蛋白水解酶作用下，LDL中的apoB100水解為氨基酸，其中膽固醇酯被膽固醇酯酶水解為游離膽固醇及脂酸。游離膽固醇為細胞膜攝取，可用以構成細胞膜的重要成分；在腎上腺、卵巢及睪丸等細胞中則用以合成類固醇激素。上述血漿中LDL與細胞LDL受體結合后一系列過程稱為LDL受體代謝途徑。LDL被細胞攝取量的多少，取決于細胞膜上受體的多少。肝、腎上腺皮質、性腺等組織LDL受體數(shù)目較多，故攝取的LDL亦較多。第28頁/共38頁4、高密度脂蛋白HDL主要由肝合成，小腸亦可合成部分。此外，當CM及VLDL中的甘油三酯水解時，其表面的apoAI、AIV、AII、C以及磷脂，膽固醇等脫離CM及VLDL亦可形成新生HDL。HDL按密度大小又可分為HDL1、HDL2及HDL3。HDL1又稱HDLC，僅在攝取高膽固醇膳食才在血中出現(xiàn)，正常人血漿中主要含HDL2及HDL3。HDL的主要功能是參與膽固醇的逆向轉運，即將肝外組織細胞內的膽固醇，通過血循環(huán)轉運到肝，在肝中轉化為膽汁酸后排出體外。RCT的第一步是膽固醇自肝外細胞包括動脈平滑肌細胞及巨噬細胞等移出。大量研究證明，HDL是膽固醇從細胞內移出不可缺少的接受體。膽固醇逆向轉運的第二步是HDL載運膽固醇的酯化及膽固醇酯（CE）的轉運。剛從肝與小腸分泌出來的HDL呈盤狀，為新生HDL。新生HDL進入血液后，在血漿卵磷脂膽固醇脂酰轉移酶（LCAT）的催化下，HDL表面卵磷脂的2位脂?；D移至膽固醇3位羥基生成溶血卵磷脂及膽固醇酯此過程消耗的卵磷脂及游離膽固醇不斷從肝外細胞得到補充。LCAT由肝實質細胞合成，分泌入血，在血漿中發(fā)揮作用。HDL表面的apoAI是LCAT的激活劑，它可能是游離膽固醇的接受體，能增加LCAT的催化活性。在LCAT的作用下，生成的膽固醇酯轉運入HDL核心。新生HDL的FC在LCAT的反復作用下，生成的CE增多，因此進入HDL內核的CE逐漸增多，使雙脂層盤狀HDL被逐步膨脹為單脂層球狀HDL，同時表面的apoC及apoE又轉移到CM及VLDL上，最后新生HDL轉變?yōu)槌墒霩DL。第29頁/共38頁膽固醇逆向轉運的最終步驟在肝臟進行。肝臟是機體清除膽固醇的主要器官。肝細胞膜存在HDL受體。LDL受體及特異apoE受體。最近研究表明，血漿中的CE90%以上來自HDL，其中約70%的CE在CETP作用下由HDL轉移至VLDL及LDL后由肝LDL受體結合清除。20%則通過肝臟的HDL受體清除，10%由特異的apoE受體清除。被肝攝取的膽固醇可用以合成膽汁或直接通過膽汁排出體外。HDL在血漿中的半壽期為3~5天。由此可見，HDL在LCAT、apoAI及CETP等的作用下，可將膽固醇從肝外組織轉運到肝進行代謝。這種將膽固醇從肝外組織向肝轉運的過程稱為膽固醇的逆向轉運。機體可通過這種機制，將外周組織中衰老細胞膜中的膽固醇轉運至肝代謝并排出體外。HDL也是apoCII的貯存庫。CM及VLDL形成進入血液后，需從HDL獲得apoCII激活LPL，CM及VLDL中的甘油三酯才能水解。一旦其甘油三酯完全水解后，apoCII又回到HDL。第30頁/共38頁生化習題1、試比較硬脂酸、油酸、亞油酸以及亞麻酸完全氧化產生的ATP數(shù)。解答：硬脂酸為18碳飽和脂肪酸，經8次β-氧化產生8分子NADH、8分子FADH2和9分子的乙酰CoA，故硬脂酸完全氧化產生的ATP數(shù)為；（2.5ATP/NADH）×8NADH+（1.5ATP/FADH2）×8FADH2+（10ATP/乙酰CoA）×9乙酰CoA=20ATP+12ATP+90ATP=122ATP。但是含有一個或多個不飽和雙鍵的脂肪酸完全氧化需要β-氧化的酶以外，還需要Δ3-順→Δ2-反烯脂酰CoA異構酶、2,4-二烯脂酰CoA還原酶和3,2-烯脂酰CoA異構酶參與。這樣就可以保證這類脂肪酸能進行氧化，因為一般認為天然不飽和脂肪酸的雙鍵幾何構型是順式的。例如亞油酸的氧化。從亞油酸的氧化反應還可以看出，亞油酸含有兩個不飽和雙鍵，相應地減少了兩分子FADH2的產生。因此，亞油酸完全氧化產生的ATP數(shù)應是122-3=119，同理油酸應產生122-1.5=120.5ATP，亞麻酸應產生122-4.5=117.5ATP。（產生的ATP數(shù)按習慣方式計算）2、把甲基碳標記的丙酸加入到肝臟勻漿中，很快產生14C標記的草酰乙酸，請敘述丙酸轉變成14C標記的草酸乙酰的過程，并指出14C在草酰乙酸中的位置。解答：甲基碳標記的丙酸加入到肝臟勻漿中經三種酶（丙酰CoA羧化酶，甲基丙二酸單酰CoA消旋酶和甲基丙二酸單酰CoA變位酶）催化下轉變成琥珀酰CoA。此時琥珀酰CoA的靠近羧基端的亞甲基含有14C標記。亞甲基含有14C標記的琥珀酰CoA進入檸檬酸循環(huán)，產生的草酰乙酸的中間兩個碳含有14C標記，但這兩個碳分別只占原初標記的50%。第31頁/共38頁3、檸檬酸轉運系統(tǒng)為胞液軟脂酸合成提供乙酰CoA，這一轉運系統(tǒng)能為軟脂酸合成提供多少百分比的NADPH？解答：軟脂酸的合成需要14分子的NADPH。經檸檬酸轉運系統(tǒng)從線粒體轉運8分子乙酰CoA到胞液中，可提供8分子的NADPH，它占所需的NADPH的57%。4、CO2在脂肪酸的生物合成中是一種必不可少的參加者。CO2的特殊作用是什么？如果把可溶性的肝細胞提取液與14CO2以及脂肪酸合成中所需要的其他組分一起保溫，所合成的軟脂酸含有14C標記嗎？為什么？解答：CO2作為乙酰CoA羧化酶的底物參與乙酰CoA的羧化反應。乙酰CoA羧化生成的丙二酸單酰CoA作為二碳單位的供體參與脂肪酸的合成反應。然而合成的軟脂酸卻不含14C標記。其原因是當丙二酸單酰CoA與乙酰CoA結合到脂肪酸合酶的?；d體蛋白上時，便發(fā)生縮合反應，在縮合反應中，來自14CO2的游離羧基就從丙二酸單?；厢尫懦鰜?。因此，把CO2加到乙酰CoA上起到在縮合之前激活乙酰CoA的作用。這可以從激活作用只在以ATP水解為代價的前提下才發(fā)生來證實。由于CO2在縮合反應中釋放出來，所以在所合成的軟脂酸分子中不含14C標記。第32頁/共38頁5、由8分子乙酰COA合成一分子軟脂酸需要消耗幾分子ATP？解答：軟脂酸合成的總反應是：8乙酰CoA+7ATP+14NADPH+14H+→軟脂酸+7ADP+7Pi+14NADP++8CoASH在每分子乙酰CoA由線粒體轉移到胞液中需要消耗2分子ATP。將8分子的乙酰CoA從線粒體轉移到胞液中需要消耗16分子ATP。這就是說，由8分子的乙酰CoA合成1分子的軟脂酸總共需要23分子的ATP。6、脂肪酸可由乙酰CoA和丙二酸單酰CoA裝配成。在純化的脂肪酸合成酶催化的反應中，如果用14C標記乙酰CoA的兩個碳原子，并加入過量的丙二酸單酰CoA。結果所合成的軟脂酸只有兩個碳原子被標記。這兩個碳原子是C-1和C-2還是C-15和C-16？為什么？解答：在軟脂酸生物合成中，只需要1分子的乙酰CoA作為“引物”，軟脂酸碳鏈的延長是以每兩個碳原子為單位連續(xù)加到羧基末端，每個二碳單位都是來自丙二酸單酰CoA。因此，軟脂酸甲基端的兩個碳即C-15和C-16都含有14C標記。7、脂肪酸生物合成的限速步驟是由乙酰CoA羧化酶催化乙酰CoA的羧化反應。只有當乙酰CoA的供應很充足時，該酶的活性才會很高。乙酰CoA的充足供應怎樣激活這個酶呢？解答：當乙酰CoA的供應量很高時，丙酮酸羧化酶被激活，從而可使線粒體內的草酸乙酸的水平升高。于是就增高了檸檬酸循環(huán)的活性，隨之亦增高線粒體內的檸檬酸水平。線粒體內的檸檬酸經特殊的載體轉運而進入到胞液中，于是胞液檸檬酸水平亦隨之升高。由于檸檬酸是乙酰CoA羧化酶的正調節(jié)效應物，因此檸檬酸水平的升高必然會導致脂酸合成速度升高。第33頁/共38頁8、幼年大鼠飼養(yǎng)在缺乏甲硫氨酸的食物中不能健康成長，除非在食物中增加膽堿。為什么？解答：大鼠有兩條合成磷脂酰膽堿的途徑，從頭合成和補救途徑。從頭合成途徑需要從S-腺苷甲硫氨酸（SAM）轉移甲基到磷脂酰乙醇胺上。當食物缺乏甲硫氨酸（一種必需氨基酸）時，SAM和磷脂酰膽堿的生物合成嚴重受到損害。另一種途徑即補救途徑不需要SAM，但需要膽堿。因此，當食物缺乏可利用的甲硫氨酸但有膽堿時，磷脂酰膽堿仍然能合成。9、由3分子軟脂酸和1分子甘油合成三軟脂酰甘油需要輸入幾分子的ATP？解答：3軟脂酸+3ATP+3CoASH→3軟脂酰CoA+3AMP+3PPi3PPi+3H2O→6Pi

甘油+ATP→α-磷酸甘油+ADPα-磷酸甘油+2軟脂酰CoA→二軟脂酰甘油-3-磷酸+2CoASH

二軟脂酰甘油-3-磷酸+H2O→二軟脂酰甘油+Pi

二軟脂酰甘油+軟脂酰CoA→三軟脂酰甘油+CoASH匯總：3軟脂酸+甘油+7ATP+4H2O→三軟脂酰甘油+3AMP+ADP+7Pi又：3AMP+3ATP→6ADP總反應：3軟脂酸+甘油+7ATP+4H2O→三軟脂酰甘油+ADP+7Pi第34頁/共38頁10、為什么人及實驗動物缺乏膽堿會誘發(fā)脂肪肝？解答：因為磷脂酰膽堿的合成補救途徑需要膽堿。磷脂酰膽堿是在肝臟中合成，而磷脂酰膽堿是膜和脂蛋白的重要組分。補救途徑需要1,2-二?；视汀Ｈ绻麤]有足夠的膽堿可利用，那么磷脂酰膽堿的合成受到極大的限制，1,2-二酰基甘油被用來合成三?；视?，后者不被分泌進入脂蛋白而在肝臟中積累。因此肝細胞被三酰甘油充塞而成脂肪肝。11、動物的許多細胞并不合成脂肪酸，但卻有一種特異性的乙酰CoA羧化酶（ACC2）。與正常的小鼠相比，缺乏ACC2的小鼠能忍受高脂肪食物而不變胖。這些細胞內的乙酰CoA羧化酶可能的功能是什么？此外，這些細胞有很多同時具有丙二酸單酰CoA脫羧酶，其水平受到多種激素的控制。此酶的功能是什么？哪些激素可能以什么方式控制它的表達？解答：這是一道非常好的題目，但同樣可以使用反推法從問題中獲得答案。題目中提到的ACC2是催化形成丙二酸單酰CoA卻不是用來合成脂肪酸的。那么它的功能會是什么呢？現(xiàn)在解題的關鍵就在于能否想起丙二酸單酰CoA合成脂肪酸還有什么功能？如果這時候想起脂肪酸β-氧化的調控機制就好了！第35頁