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1、第十章 脂类代谢,一、脂类概述,1. 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。,2. 分类,脂肪 真脂或中性脂肪（甘油三酯） 类脂,磷脂 糖脂 异戊二烯酯,甾醇 萜类,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。 提供给机体必需脂成分: （1）必需脂肪酸 亚油酸
2、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。,3. 脂类的功能,1g 脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ，而1g 糖彻底氧化仅供销能 16.7KJ。,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。,二、脂肪的分解代谢,1.脂肪的水解,酯酶
3、为限速酶!,脂肪动员：储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离的脂肪酸及甘油，并释入血以供其他组织氧化利用的过程。,2.甘油的分解,磷酸酯酶,3. 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。,脂酰CoA的穿膜（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。,酯酰肉碱穿梭系统,肉毒碱脂酰CoA转移酶,肉毒碱脂酰CoA转移酶(
4、限速酶 ),移位酶, 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进行的，每次氧化断去二碳单位的乙酰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
5、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。,氧化的生化历程,乙酰CoA,RCH2CH2CO-SCoA,脂酰CoA 脱氢酶,脂酰CoA,-烯脂酰CoA 水化酶,-羟脂酰CoA 脱氢酶,-酮酯酰CoA 硫解酶,RCHOHCH2COScoA,RCOCH2CO-SCoA,RCH=CH-CO-SCoA,+,CH3COSCoA,R-COScoA,乙酰CoA,脂肪酸-氧化作用小结: （1）脂肪酸-氧化时仅需活化一次，消耗1个ATP的 两个高能键，生成脂酰CoA 。 （2）长链脂肪酸由线粒体外的脂酰CoA
6、合成酶活化， 经肉碱运到线粒内；中、短链脂肪酸直接进入线 粒体，由线粒体内的脂酰CoA合成酶活化。 （3）-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。,(4) 脂肪酸氧化最终的产物为乙酰CoA、NADH和FADH2。假如碳原子数为Cn的脂肪酸进行氧化，则需要作（n/21）次循环才能完全分解为n/2个乙酰CoA，产生n/2-1个NADH和n/2-1个FADH2；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FADH2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（16C）为例计算其完全氧化所生成的ATP分子数：,4. 脂肪酸的其它氧化分解方
7、式 1)奇数碳原子脂肪酸的分解 丙酰CoA有两条代谢途径: 羧化:丙酰CoA转化成琥珀酰CoA，进入TCA。 动物体内存在这条途径，因此，在动物肝脏中奇数碳脂肪酸最终能够异生为糖。 脱羧:丙酰CoA转化成乙酰CoA，进入TCA。 植物、微生物中较普遍。,2）脂肪酸的-氧化（不需活化，直接氧化游离脂 肪酸） RCH2COOHRCOOH+CO2 对于降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸、过分长链脂肪酸（如脑中C22、C24）有重要作用。 3）脂肪酸的-氧化（端的甲基羟基化，氧化成 醛，再氧化成酸） 少数的12C以下的脂酸可通过-氧化途径，产生二羧酸。,4）不饱和脂肪酸的分解 单不饱和脂肪酸的氧化 油酸的氧
8、化: 3顺2反烯脂酰CoA异构酶（改变双键位置和顺反构型） 多不饱和脂肪酸的氧化 亚油酸的氧化: 3顺2反烯脂酰CoA异构酶（改变双键位置和顺反构型） -羟脂酰CoA差向酶（改变-羟基构型：DL型）,5. 乙酰CoA的去路 进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP。 生成酮体参与代谢（动物体内） 脂肪酸氧化产生的乙酰CoA，在肌肉细胞中可进入TCA循环进行彻底氧化分解；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、D-羟丁酸和丙酮，这三者统称为酮体。,（1）酮体的生成（肝细胞的线粒体内）,肝脏线粒体中的乙酰CoA走哪一条途径（生成酮体或进入TCA ），主要取决于草酰乙酸的
9、可利用性。 饥饿状态下，草酰乙酸离开TCA，用于异生合成葡萄糖。只有少量乙酰CoA进入TCA，大多数乙酰CoA用于合成酮体。 酮体的生成过程：,6. 酮体的代谢,图 酮体的生成-1, 2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体-酮酯酰硫解酶的作用下，缩合成乙酰乙酰CoA，并释放1分子的CoASH。,图 酮体的生成-2,乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟甲基戊二酰CoA（HMG CoA），并释放1分子CoASH。,图 酮体的生成-3, HMG CoA在HMG CoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。,图 酮体的生成-4, 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。,图 酮体
10、的生成-5, 部分乙酰乙酸可自动脱羧而成为丙酮。,CoA-SH,乙酰乙酰 硫解酶,CoA-SH,HMG-CoA 合酶,HMG-CoA 裂解酶,NADH+H+,NAD+, -羟丁酸 脱氢酶,CO2,乙酰乙酸 脱羧酶,关键酶,酮体的生成途径,（2）酮体的分解(肝外） 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-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C
11、oA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。,心、肾、脑、骨骼肌细胞,心、肾、脑细胞,酮体的氧化过程,（3）酮体生成的生理意义 酮体是肝输出能量的一种形式,为肝外组织提供可利用的能源。 酮体溶于水，分子小，能通过血脑屏障及肌肉毛细管壁。脑组织细胞不能氧化脂肪酸，但能利用酮体。长期饥饿，糖供应不足时，酮体可以代替葡萄糖，成为脑组织及肌肉的重要能源。,饥饿、糖供给不足或糖尿病： 脂肪动员加强，酮体生成增加，超过肝外组织氧化能力，“酮血
12、症”、“酮尿症”。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,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
13、）,乙酰CoA的穿膜转运： 柠檬酸穿梭系统 肉毒碱转运,（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（
14、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。,2. 不饱和脂肪酸的合成 不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化形成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油酸（16C，一个不饱和键）、油酸（18C，一个不饱和键）、亚油酸（18C，两个不饱和键）、亚麻酸（18C，三个不饱和键）以及花生四烯酸（20C，四个不饱和键）等，前两种单不饱和脂肪酸可由人体自己合成，后三种为多不饱和脂肪酸，必须从食物中摄取，因为哺乳动物体内没有9以上的去饱和酶。,本章重点:,脂类概述 脂肪的分解 脂肪的合成,脂肪与类脂，功能,脂肪酸的 氧化，酮体,乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA 脂肪酸的从头合成,