生物化學脂代謝第1頁/共57頁第九章：脂類的代謝

lipidmetabolism

§1脂類的酶促水解

§2脂肪的分解代謝

§3脂肪的合成代謝

§4磷脂的代謝

§5膽固醇的代謝第2頁/共57頁脂肪細胞主要部分是被一薄層細胞質包圍的脂肪顆粒，主要成分是三脂酰甘油?！?脂類的酶促水解第3頁/共57頁§1脂類的酶促水解脂肪大量存儲在動物體內和植物種子及果實中。每克脂肪分解氧化時可提供比每克糖和蛋白質更多的能量。脂類首先在動物小腸內經各種脂類水解酶消化水解，脂肪在各種脂酶的作用下降解生成甘油和脂肪酸，再進入中間代謝。每克釋放能量:

脂肪為37.66k每克糖為17.2kJ

蛋白質為23.4kJ。含能更高第4頁/共57頁*脂肪酶:廣泛存在于動植物和微生物體內,它催化脂肪逐步水解產生脂肪酸和甘油。磷脂酶對磷脂分子不同部位進行水解。§1脂類的酶促水解第5頁/共57頁脂肪酶的作用第6頁/共57頁第7頁/共57頁§2脂肪的分解代謝

（一）甘油的氧化

（二）脂肪酸的β-氧化作用

（三）脂肪酸氧化的其它途徑

（四）酮體的生成

第8頁/共57頁（一）甘油的氧化

ATP

ADP甘油

磷酸甘油

甘油激酶磷酸二羥丙酮FADH2FAD磷酸甘油脫氫酶糖酵解第9頁/共57頁（實線為甘油的分解，虛線為甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脫氫酶異構酶磷酸酶（一）甘油的氧化第10頁/共57頁（二）脂肪酸的β-氧化作用

β-氧化：

氧化發(fā)生在脂肪酸的羧基端的上，碳鏈逐次斷裂，每次斷下一個二碳單位,產生一個乙酰CoA。

試驗證據

1904年F.Knoop根據用苯環(huán)標記脂肪酸飼喂狗的實驗結果，推導出了β-氧化學說。

β-碳-CH2-(CH2)2n+1-COOH-CH2-(CH2)2n-COOH-COOH（苯甲酸）-CH2COOH（苯乙酸）奇數碳原子：偶數碳原子：第11頁/共57頁

線粒體中脂肪酸的氧化包括三個階段:

一、β-氧化。每一輪切下兩個碳原子生成一個乙酰-CoA。二、乙酰-CoA進入檸檬酸循環(huán)

三、呼吸鏈作用氧化過程產生的NADH

和FADH2的氫、電子經過呼吸鏈放能，并經氧化磷酸化轉化為ATP（貯能）。第12頁/共57頁第13頁/共57頁（二）脂肪酸的β-氧化作用

脂肪酸的β-氧化將各步驟一并計算在內，共有5步，即：

一般講，β-氧化是四個步，即不包括脂肪酸的活化這一步驟。產能最多

活化（activation）氧化(oxidation)

水合(hydration)

氧化(oxidation)

斷裂(cleavage)第14頁/共57頁活化油?；卵趸舅岬摩?氧化作用1、脂肪酸的激活2、脂肪酸的β氧化3、肉毒堿作用4、能量轉變5、不飽和脂肪酸的氧化第15頁/共57頁脂肪酸β-氧化時僅需活化一次，消耗1個ATP的兩個高能鍵1.脂肪酸的活化

OR-C-OH+CoA-SH脂酰CoA合成酶

OR-C-SCoAATPAMP+PPi第16頁/共57頁脂酰CoA脫氫酶β-酮脂酰CoA

硫解酶L-β-羥脂酰CoA

脫氫酶△2反烯脂酰CoA水合酶2.β-氧化的四步正式反應第17頁/共57頁脫H水化再脫H硫解斷裂FADH2

和NADH+H+輔酶特點輔酶特點第18頁/共57頁油?；鵆oA（918：1）CH3(CH2)7CH=CH-CH2(CH2)6CO-CoAOHCH3(CH2)7CH2-C-CH2-CO-CoAH6CH3-CO-CoACH3(CH2)7CH2-C=CH-CO-CoAHH2-反-十二碳烯酰CoAβ-氧化,三次循環(huán)烯酯酰CoA異構酶烯酯酰CoA水化酶再開始β-氧化CH3(CH2)7-C=C-CH2-

CO-CoA3-順-十二碳烯酯酰CoAHH油?；摩卵趸饔玫?9頁/共57頁3.肉毒堿(carnitine)的作用N+(CH3)3CH2HO-CH2COO-肉毒堿

OR-CN+(CH3)3CH2-O-CH2COO-酯酰肉毒堿CoASH

OR-C-S-CoA

OR-C-OHATPCoASHAMP+PPiβ-氧化線粒體內膜內側外側載體酯酰肉毒堿CoASH肉毒堿

OR-C-S-CoA第20頁/共57頁肉毒堿的作用第21頁/共57頁

（以16C的軟脂酸為例）徹底氧化成CO2和H2O。

16C經過7次?-氧化：

生成7個FADH2和7個NADH+H+7個FADH2經呼吸鏈生成2×7=14ATP7個NADH+H+經呼吸鏈生成3×7=21ATP

生成8個乙酰COA：

8個乙酰COA經TCA生成12×8=96ATP

總計：14+21+96-2=129ATP

另有一種算法：

1個FADH2經呼吸鏈生成1.5ATP

1個NADH+H+經呼吸鏈生成2.5ATP4.脂肪酸β-氧化中的能量轉變第22頁/共57頁5.不飽和脂肪酸的氧化與脂肪酸的β-氧化相同，但需增加異構酶

和還原酶:第23頁/共57頁（三）脂肪酸氧化的其它途徑1.奇數碳原子脂肪酸的氧化如17個碳直鏈脂肪酸：先經β-氧化至3碳的丙酰-CoA，產生7個乙酰-CoA和一個丙酰-CoA。丙酰-CoA經3步反應轉化為琥珀酰-CoA然后進入

三羧酸循環(huán)進一步進行代謝。第24頁/共57頁TCAC第25頁/共57頁（三）脂肪酸氧化的其它途徑2.脂肪酸還可發(fā)生α-或ω-氧化α-氧化的第一步不是由脂酰-CoA脫氫酶實現，而是由脂肪酸α-羥化酶實現（在植物種子萌發(fā)時）。ω-氧化主要使中長鏈和長鏈脂肪酸通過末端甲基，即ω-位（末位）的氧化，轉變?yōu)槎然?，兩端羧基都可與CoA結合，并進行β-氧化。第26頁/共57頁（四）酮體的生成和利用

酮體（Ketonebody）：乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮，這三種物質的統(tǒng)稱。酮體在肝內產生（脂肪氧化不徹底），在肝外組織（如心、腦等）被進一步氧化分解氧化利用——（變廢為寶）。

第27頁/共57頁羥甲基戊二酸單酰CoA（HMGCoA）硫解酶2CH3COSCoACH3COCH2COSCoA乙酰乙酰CoAHOOCCH2-C-CH2COSCoA|CH3OH|HMGCoA裂解酶HMGCoA合成酶CH3COSCoACoASHCH3COCH2COOHCH3CHOHCH2COOH乙酰乙酸丙酮--羥丁酸脫氫酶CO2NADH+H+NAD+CH3COCOOH脫羧酶CoASH酮體的生成第28頁/共57頁乙酰乙酰CoA硫解酶轉移酶琥珀酰CoACoASH--氧化乙酰乙酸脫氫酶NADH+H+NAD+乙酰CoA2--羥丁酸琥珀酸酮體的分解TCAC

酮血癥？第29頁/共57頁§3脂肪的合成代謝（一）甘油-α-磷酸的生物合成（二）脂肪酸的生物合成（三）脂肪的合成第30頁/共57頁（一）甘油-α-磷酸的生物合成合成脂肪所需的甘油-α-磷酸可由糖酵解產生的二羥丙酮磷酸還原而成，亦可由脂肪動員產生的甘油經脂肪組織外的甘油激酶催化與ATP作用而成。+ATPP+ADP甘油激酶甘油-α-磷酸脫氫酶P=OPCNADH+H+NAD甘油-α-磷酸甘油-α-磷酸二羥丙酮磷酸第31頁/共57頁（二）脂肪酸的生物合成脂肪的合成主要在胞漿中進行，在線粒體和微粒體中也可以進行，前者與后者的機制有明顯不同。

1.從頭合成

2.線粒體中的合成

3.不飽和脂肪酸的合成

4.脂肪酸合成途徑與β-氧化的比較第32頁/共57頁1.從頭合成（1）脂肪酸合成酶復合體系和脂?；d體蛋白（2）乙酰CoA運轉（3）乙酰CoA活化：丙二酸單酰ACP的形成（4）脂肪酸生物合成的反應歷程第33頁/共57頁脂肪酸合酶復合體系和脂?；d體蛋白

脂肪酸合成酶的特殊性：是由6種參與脂肪酸合成的酶圍繞一個酰基載體蛋白質（ACP）形成的脂肪酸合酶復合體，它是一個典型的多酶復合體。

ACP的輔基磷酸泛酰巰基乙胺的磷酸基與ACP的絲氨酸殘基以磷酯鍵相接，另一端的-SH基與脂?；纬闪蝓ユI，這樣形成的分子可把脂?；鶑囊粋€酶反應轉移到另一酶反應，由此得到“脂基載體蛋白”的名稱。第34頁/共57頁脂肪酸合成酶系結構模式①②③④⑤⑥中央巰基SH外圍巰基SH⑥①②③④⑤ACP①乙酰CoA:ACP轉移酶②丙二酸單酰CoA:ACP轉移酶③β-酮脂酰-ACP合酶④β-酮脂酰-ACP還原酶

⑤β-羥脂酰-ACP脫水酶⑥烯脂酰-ACP還原酶

第35頁/共57頁ACP第36頁/共57頁脂?；d體蛋白(ACP)的輔基結構CH2-Ser-ACPHS輔基：4-磷酸泛酰巰基乙胺CoA分子中也有4-磷酸泛酰巰基乙胺AHS4-磷酸泛酰巰基乙胺第37頁/共57頁第38頁/共57頁（2）乙酰CoA運轉

脂肪酸合成在細胞溶膠中，但原料乙酰-CoA在線粒體中，乙酰-CoA必須穿出線粒體。線粒體內膜不允許乙酰-CoA自由透過，通過“丙酮酸-蘋果酸循環(huán)”穿梭機制運送在有些條件下，穿梭機制產生出還原性NADPH可用于脂肪酸合成中的還原反應。第39頁/共57頁乙酰CoA從線粒體內至胞液的運轉脂肪酸合成線粒體細胞溶膠檸檬酸檸檬酸蘋果酸蘋果酸丙酮酸乙酰-CoA草酰乙酸草酰乙酸乙酰-CoANADPH輔酶A+ATP丙酮酸羧化酶ATP+CO2ADP+Pi檸檬酸裂解酶檸檬酸合成酶丙酮酸蘋果酸酶蘋果酸脫氫酶第40頁/共57頁丙二酸單酰ACP的形成||

OHOOC-CH2-C-S-CoA丙二酸單酰CoA

OCH3C-S~CoA

乙酰CoA||+ATPHCO3-ADP+Pi||

OHOOC-CH2-C-S-ACP丙二酸單酰ACPACPCoA乙酰CoA羧化酶生物素合酶欲和乙?；s合的前體

第41頁/共57頁a、縮合b、加氫c、脫水

OCH3C~SACP

（合酶）+||d、加氫

OOCH3-C-CH2-

C~SACP

ＯCH3-CH=CH-C-SACP

||

ＯCH3-CH2

-

CH2-

C-SACP||||

OHOOC-CH2-C-S-ACP丙二酸單酰ACP

OHOCH3-C-CH2-

C~SACPCO2H脂肪酸從頭合成的生化歷程第42頁/共57頁由脂肪酸合酶催化的各步反應（1）啟動

—乙酰-CoA:ACP轉酰酶催化（2）裝載

—丙二酸單酰-CoA:ACP轉酰酶催化（3）縮合

—β-酮酰-ACP合酶催化，產物是乙酰乙酰-ACP（4）還原

—β-酮酰-ACP還原酶催化，第一次還原反應（5）脫水

—β-羥酰-ACP脫水酶催化（6）還原

—由烯酰-ACP還原酶催化，第一個循環(huán)的最后一步，第二次還原，。（7）釋放

—動物細胞中延伸的程序在到達16個碳原子時停止，軟脂酸從脂肪酸合酶復合體中釋放出來，實際是水解反應。第43頁/共57頁CH3CO-SHOOCCH2CO-SCH3CHCH2CO-SSHOHSHSHCH3CH=CHCO-SSHSHSH

OCH3C-S||SHNADP+NADPH⑥HSCoA乙酰S~CoA

①丙二單酰-SCoACoASH②NADP+NADPH④H2O⑤③CO2軟脂酸H2O進位鏈的延伸水解

OCH3C-S||SHCH3COCH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH⑦四步循環(huán)軟

脂

酸

合

成

的

反

應

流

程第44頁/共57頁2.線粒體中的合成碳鏈的延長發(fā)生在線粒體和內質網中。與脂肪酸β-氧化的逆向過程相似，使得一些脂肪酸碳鏈（C16）加長。延長是獨立于脂肪酸合成之外的過程，是乙酰單元的加長和還原，恰恰是脂肪酸降解過程的逆反應。光面內質網中的延長更為活躍。第45頁/共57頁3.不飽和脂肪酸的合成軟脂酸和硬脂酸是動物組織中最常見的單雙鍵不飽和脂肪酸軟脂烯酸（16C）和油酸（18C）的前體。雙鍵通過脂酰輔酶A加氧酶所催化的氧化反應引入脂肪酸鏈。軟脂酰輔酶A+NADPHH+O2軟脂烯酰輔酶A++NADP++2H2O+硬脂酰輔酶A+NADPHH+O2油酰輔酶A++NADP++2H2O+第46頁/共57頁C16:0(軟脂酸)-2H,去飽和C18:0(硬脂酸)△9-C18:1(油酸)△11-C20:1△6，9-C18:2△8，11-C20:2△5，8，11-C20:3△13-C22:1△15-C24:1△9-C18:1(棕櫚油酸)多烯脂酸的形成+C2延長-2H,去飽和+C2延長+C2延長+C2延長-2H去飽和+C2延長+C2延長-2H去飽和△11-C18:1（順-十八碳烯-11-酸）（二十碳三烯酸）（二十四碳烯酸）第47頁/共57頁4.脂肪酸合成途徑與β-氧化的比較脂肪酸合成脂肪酸分解發(fā)生場所細胞溶膠線粒體載體ACP輔酶-A4步可逆反應縮合、還原、脫水、還原氧化、水合、氧化、裂解轉運機制三羧酸轉運機制運送乙酰-CoA

肉毒堿載體系統(tǒng)運送脂酰-CoA每一循環(huán)延伸2碳單元除去2碳單元開始與終止從甲基開始到羧基為止以羧基的離去開始羥酯基中間體D-構型L-構型途徑種類還原途徑需NADPH氧化途徑需FAD和NAD+酶的狀態(tài)設置于單一多肽鏈未知第48頁/共57頁（三）脂肪的合成

原料：（1）甘油-α-磷酸：磷酸二羥丙酮(糖酵解產物)還原甘油磷酸化(只有肝中才有甘油激酶)

（2）脂酰CoA：脂肪酸的活化

酶類：

（1）脂酰轉移酶（2）磷酸酶第49頁/共57頁三酰甘油的生物合成第50頁/共57頁§4磷脂的代謝

磷脂（phosphplipid)

在組織內經過磷脂酶的作用先水解生成其組成單位，再分別進行分解代謝。磷脂酶C磷脂酶D磷脂酶A2(B2