第九章脂类代谢的合成与分解

•生物体内的脂类物质•脂肪的合成代谢•脂肪的分解代谢与转化•类脂代谢第九章脂类物质的合成与分解•脂类（lipids，或称脂质），是一类不溶于水而溶于非极性溶剂的生物有机分子。脂类按化学组成分类•单纯脂类（simplelipid）：由脂肪酸和醇（甘油或高级一元醇）形成的酯，如酰基甘油、蜡；•复合脂类（complexlipid）：除脂肪酸与醇所组成的酯外，还含有其他成分，如磷脂、糖脂、硫脂等；•异戊二烯脂：不含脂肪酸，如萜类、甾醇类（固醇类）化合物。FAFAFA甘油FAFAPiX甘油X=胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇等甘油三酯甘油磷脂①贮存脂质（storagelipid）：如脂酰甘油和蜡，是生物体的重要能源，且能量高度集中，所占体积最小；在机体表面的脂类还有防止机械损伤和热量散发的保护作用；②结构脂质（structurallipid）：主要是磷脂，构成生物膜的骨架；③活性脂质（activelipid）：包括甾醇类和萜类化合物，是生物体内某些生理活性物质（如类固醇激素、脂溶性维生素）的前体。脂类物质按生物学功能分类第一节生物体内的脂类物质(了解）•脂肪酸•单纯脂类•复合脂类•异戊二烯脂一、脂肪酸脂肪酸（fattyacid，FA）是由一条线性长的碳氢链（疏水尾）和一个末端羧基（亲水头）组成的羧酸。1.分类脂肪酸的共性•1.一般为偶数碳原子；•2.绝大多数不饱和脂肪酸中的双键为顺式；•3.不饱和脂肪酸双键位置有一定的规律性：单烯酸的双键位置一般在第9-10C之间；而多烯酸通常间隔3个C出现1个双键；•4.动物的脂肪酸是直链的，所含双键可多达6个；细菌中还含有支链的、羟基的和环丙基的脂肪酸；植物脂肪酸中有含炔基、环氧基、酮基等；•5.脂肪酸分子的碳链越长，熔点越高；不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸的熔点低。饱和脂肪酸中每个单键可以自由旋转而整齐有序；不饱和脂肪酸存在双键，可以产生刚性弯曲，因而存在扭曲的空间结构。习惯命名法：以脂肪酸的碳原子数、来源、性质命名简写符号：碳原子数：双键数（双键的位置）饱和脂肪酸：如软脂酸（棕榈酸），16：0；不饱和脂肪酸：如亚油酸，18：2（9，12）。硬脂酸十八烷酸花生酸二十烷酸油酸9-十八碳烯酸（顺）2.命名系统命名法：以脂肪酸的碳原子数、双键的位置命名•系统命名法：需标示脂肪酸的碳原子数和双键的位置。ω编码体系：从脂肪酸的碳氢链的甲基碳起计算其碳原子顺序。△编码体系：从脂肪酸的羧基碳起计算碳原子的顺序。CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH系编码系编码十六碳-7-烯酸十六碳-9-烯酸不饱和脂肪酸的命名常见的不饱和脂肪酸•哺乳类动物体内的多不饱和脂肪酸均由相应的母体脂肪酸衍生而来。•哺乳类动物不能合成ω-6及ω-3系多不饱和脂肪酸，因此，ω-6及ω-3系多不饱和脂肪酸为必需脂肪酸（essentialfattyacid）。必需脂肪酸是指机体需要，但自身不能合成，必须要靠食物提供的多不饱和脂肪酸。如亚油酸（18：2），α-亚麻酸（18：3）。二、单纯脂类酰基甘油是甘油与脂肪酸所形成的酯。甘油三酯是（triglyceride）脂类中最丰富的一类，通常称为脂肪或中性脂。其中不饱和脂肪酸较多时，在室温下为液态，称为油（oil）；若饱和脂肪酸较多时，在室温下为固态，称为脂（fat）。甘油三酯的结构示意图甘油磷酸甘油的生物合成脂肪酸的生物合成脂肪的生物合成第二节脂肪的生物合成一、磷酸甘油的生物合成二、脂肪酸的生物合成•饱和脂肪酸的从头合成•脂肪酸碳链延长•去饱和生成不饱和脂肪酸（一）饱和脂肪酸的从头合成•脂肪酸合成的原料：乙酰CoA（主要来自线粒体内的丙酮酸氧化脱羧、脂肪酸β-氧化和氨基酸氧化等反应）；•细胞定位：细胞液中；•线粒体中的乙酰CoA需通过柠檬酸-丙酮酸循环（或称拧檬酸穿梭系统）运到胞液中，才能供脂肪酸合成所需。•酶：脂肪酸合成酶系催化。•脂肪酸合成的直接产物：软脂酸（16C）或16C以下的饱和脂肪酸。1.乙酰CoA的转运—从线粒体到胞液①酵解②丙酮酸脱氢酶系③柠檬酸合酶④柠檬酸裂解酶⑤苹果酸脱氢酶⑥苹果酸酶(以NADP+为辅酶的苹果酸脱氢酶)⑦丙酮酸羧化酶⑧乙酰CoA羧化酶柠檬酸-丙酮酸循环2.丙二酸单酰CoA的合成：•在关键酶乙酰CoA羧化酶的催化下，将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA。反应不可逆，是合成脂肪酸的限速步骤乙酰CoA羧化酶大肠杆菌中，乙酰CoA羧化酶由三个亚基组成：生物素羧化酶（biotincarboxylase，BC）羧基转移酶（carboxyltransferase，CT）生物素羧基载体蛋白（biotincarboxylcarrierprotein，BCCP）生物素在羧化反应中起固定CO2（以HCO3-形式）和转移羧基的作用。3.脂肪酸合成循环•脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应（缩合、还原、脱水、再还原），延长两个碳原子。合成反应由脂肪酸合成酶系催化。脂肪酸合成酶系结构模式①乙酰CoA-ACP脂酰基转移酶②β-酮脂酰ACP合成酶③丙二酸单酰CoA-ACP转移酶④β-酮脂酰ACP还原酶⑤β-羟脂酰ACP脱水酶⑥β-烯脂酰ACP还原酶•在低等生物中，脂肪酸合成酶系是一种由1分子酰基载体蛋白（acylcarrierprotein,ACP）和6种酶单体所构成的多酶复合体。两个阶段：（1）酰基转移阶段；（2）循环阶段：缩合、还原、脱水和再还原。7乙酰CoA＋7CO2＋7ATP→7丙二酸单酰CoA+7ADP+7Pi8乙酰CoA＋14NADPH＋14H++7ATP→软脂酸＋14NADP+＋7CO2＋7H2O＋8CoA-SH+7ADP+7Pi软脂酸合成的总反应：7次循环乙酰CoA＋7丙二酸单酰CoA＋14NADPH＋14H+→软脂酸＋7CO2＋8CoA-SH+14NADP+＋6H2O•合成起始物为乙酰CoA，与丙二酸单酰CoA（3C单位）提供的乙酰基缩合（同时释CO2），使其烃链延长2个碳原子，经过还原-脱水-再还原的循环往复，脂肪酸的烃链不断延长。•大多数生物合成终产物为软脂酸，这是由β-酮脂酰-ACP合成酶对链长专一性所定的，该酶对C2-C14脂酰基具有催化活性。•脂肪酸从头合成需要短的脂酰CoA作为引物，主要引物为乙酰CoA；逐渐增加的二碳单位来自丙二酸单酰CoA。•还原剂NADPH+H+由柠檬酸穿梭（乙酰CoA自线粒体运送到细胞液的过程）及磷酸戊糖途径提供。小结1.脂肪酸碳链的延长(了解)（二）饱和脂酸酸的碳链延长和不饱和脂肪酸的生成软脂酰CoA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.不饱和脂肪酸的合成（了解）在去饱和酶系的作用下，在已合成的饱和脂肪酸中引入双键的过程。•肝脏和脂肪组织是合成甘油三酯最活跃的组织。•高等植物细胞中油体是合成和贮存甘油三酯的重要场所。•微生物含甘油三酯较少。•高等动植物合成甘油三酯需要两种主要前体，即3-磷酸甘油和脂酰CoA。三、脂肪（甘油三酯）的生物合成脂肪酸的活化甘油三酯（脂肪）的合成途径第三节脂肪的分解代谢与转化甘油三酯的分子结构•脂肪的水解•甘油的分解与转化•脂肪酸的降解与转化一、脂肪的水解（了解）•在动物消化道内有脂肪酶，分解食物中的脂肪，在被吸收之前约95%脂肪被水解。•植物的脂肪酶存在于脂体、油体及乙醛酸循环体中，油料种子发芽时，贮藏在种子内的脂肪在脂肪酶作用下发生分解，供幼苗生长之需。二、甘油的分解与转化上述反应过程中，实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成。脂肪酸的-氧化α-氧化ω-氧化三、脂肪酸的降解与转化（一）脂肪酸的-氧化概念：脂肪酸在体内氧化时在羧基端的β-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，即乙酰CoA，该过程称作β-氧化。组织：除脑组织外，大多数组织均可进行，其中肝、肌肉最活跃。实验证据：1904年F.Knoop用苯环标记脂肪酸饲喂狗，根据尿中产物，推导出了β-氧化学说。-CH2-(CH2)2n+1-COOH-CH2-(CH2)2n-COOH-COOH（苯甲酸）-CH2COOH（苯乙酸）奇数碳原子：偶数碳原子：a脂肪酸的分解氧化是从羧基端β-碳原子，碳链逐次断裂下一个2C单位1.脂肪酸的活化：线粒体外的脂酰CoA合成酶（硫激酶）催化脂肪酸与CoA-SH生成活化的脂酰CoA。反应不可逆注意：消耗了一个ATP分子中的2个高能键2.脂酰CoA进入线粒体脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞浆中活化的长链脂酰CoA（12C以上）却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱（肉毒碱，carnitine）结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。反应由两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化。RCO-SCoACoA-SH肉碱脂酰转移酶(CH3)3N+CH2CHCH2COOHOH肉碱(CH3)3N+CH2CHCH2COOHRCO-O脂酰肉碱此过程为脂肪酸β-氧化的限速步骤肉碱转运脂酰辅酶A进入线粒体3.-氧化途径：•由四个连续的酶促反应组成：①脱氢；②水化；③再脱氢；④硫解。-氧化循环的反应过程脂肪酸的-氧化过程4.脂肪酸β-氧化的能量生成1分子软脂酸（16C）活化生成的软脂酰CoA经7次β-氧化，总反应式如下:软脂酸+8CoA-SH+7FAD+7NAD++7H2O8乙酰CoA+7FADH2+7NADH+7H+1分子软脂酸彻底氧化共生成:(1.5×7)+(2.5×7)+(10×8)=108分子ATP减去脂肪酸活化时消耗ATP的2个高能磷酸键净生成106分子ATP。β-氧化小结1.脂肪酸的β-氧化主要在线粒体中进行。2.脂肪酸仅需一次活化，其代价是消耗2分子ATP。（活化在线粒体外）3.除脂酰CoA合成酶外，其余所有酶都属于线粒体酶（即β-氧化的酶系存在于线粒体）。4.β-氧化起始于脂酰CoA，包括氧化（脱氢）、水化、氧化（脱氢）、硫解等重要步骤。5.每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。脂肪酸合成与β-氧化比较区别点合成β-氧化细胞中发生部位细胞液线粒体酰基载体ACP-SHCoA-SH二碳片段的加入与裂解方式丙二酸单酰CoA乙酰CoA电子供体或受体NADPH+H+FAD、NAD+参与酶类六种酶和一个蛋白质组成的复合物四种酶原料转运方式柠檬酸-丙酮酸循环肉碱穿梭系统对二氧化碳和柠檬酸的需求要求不要求能量变化消耗7个ATP和14NADPH+H+产生106个ATP反应历程缩合→还原→脱水→再还原脱氢→水化→再脱氢→硫解奇数碳脂肪酸CH3CH2CO~CoA羧化酶（ATP、生物素）CO2D-甲基丙二酰CoAL-甲基丙二酰CoA消旋酶变位酶5-脱氧腺苷钴胺素琥珀酰CoATCA5.奇数碳脂肪酸的氧化脂酰CoA脱氢酶对丙酰CoA不起作用6.不饱和脂肪酸的氧化体内约有1/2以上的脂肪酸是不饱和脂肪酸，食物中也含有不饱和脂肪酸。这些不饱和脂肪酸的双键都是顺式的，它们活化后进入β-氧化时，生成Δ3-顺-烯脂酰CoA。烯脂酰CoA水合酶不能作用于该底物，此时需要烯脂酰coA异构酶催化使其生成Δ2-反烯脂酰CoA以便进一步反应。（二）脂肪酸的α-氧化作用脂肪酸氧化作用发生在α-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化作用。（三）脂肪酸的ω-氧化作用脂肪酸的ω-氧化指脂肪酸的末端甲基（ω-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成α,ω-二羧酸的过程。（四）脂肪酸氧化产物—乙酰CoA的转化1.乙醛酸循环：植物、微生物中有乙醛酸循环使脂肪酸能转化为糖2.酮体的生成及利用（了解）•脂肪酸在肝中氧化分解所生成的乙酰乙酸（acetoacetate）、-羟丁酸（-hydroxybutyrate）和丙酮（acetone）三种中间代谢产物，统称为酮体（ketonebodies）。•酮体在肝中生成，在肝外组织被利用。若酮体生成超过肝外组织利用能力，引起血中酮体升高，可导致酮症酸中毒，并随尿排出，引起酮尿。第四