81脂类代谢

第八章脂类代谢一、脂类和脂生物化学二、脂肪的分解代谢三、类脂的代谢1、磷脂的代谢2、胆固醇代谢第一节脂和脂生物化学LipidsandLipidBiochemistry第一节脂类和脂生物化学LipidsandLipidBiochemistry生物脂类是一类范围很广的化合物，化学成分及结构差异极大，脂类定义的特点就是水不溶性(waterinsoluble)（即脂溶性，fat-soluble），因此，多数脂类都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有机溶剂，而不溶于水。脂类是脂肪和类脂的总称，不溶于水而溶于有机溶剂。脂肪又称三酯酰甘油或甘油三脂(triglyceride,TG)类脂胆固醇(cholesterol,Ch)胆固醇脂(cholesterylester,CE)磷脂(phospholipid,PL)糖脂脂类的概念：一脂类功能(一)储能和供能的主要物质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.脂肪组织储存脂肪,约占体重10~20%.合理饮食脂肪氧化供能占20~30%空腹脂肪氧化供能占50%以上禁食1~3天脂肪氧化供能占85%饱食、少动脂肪堆积，发胖(二)生物体的重要结构成分（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。(三)参与代谢调控花生四烯酸前列腺素等生物活性物质磷脂酰肌醇三磷酸肌醇、甘油二酯（第二信使）胆固醇类固醇激素、VD3(四)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。二、脂类分类根据化学结构及脂的组成，脂类可分为：1．单纯脂类(质)(Simplelipids），包括脂肪、油和蜡；（酯）2．复合脂类（Lipidcomplex），包括磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂）和糖脂（脑苷脂和神经节苷脂）；3．异戊二烯类（Isoprenes），包括多萜类、固醇和类固醇类。脂肪真脂或中性脂肪（甘油三酯）蜡类脂甘油磷脂鞘氨醇磷脂卵磷脂脑磷脂甾醇萜类磷脂糖脂异戊二烯酯三、脂肪酸（Fattyacids）碳链为4-36C的碳氢化合物的羧酸，这些碳链在一些脂肪酸中为饱和的不分支脂肪酸，而其他的则含有一个或多个双键，也有一些含有三碳的环或含有羟基。其中的亚油酸（Linoleicacid）、亚麻酸（Linolenicacid）和花生四烯酸（Arachidonicacid）为人体必需脂肪酸（Essentialfattyacids）。脂肪酸（Fattyacids）活性脂肪酸EPA(eicosapentaenoicacid)，二十碳五烯酸（5，8，11，14，17）；DHA(docosahexenoicacid)，二十二碳六烯酸（4，7，10，13，16，19），存在于鱼油中。单不饱和脂肪酸的双键也是有规律的，多在C9-C10，其他双键通常在12和15，多不饱和脂肪酸的双键几乎从不相连接。脂肪酸组装为稳定聚集体甘油三酯（Triacylglycerols,tryglycerides）脂肪酸与甘油形成的最简单的脂类是甘油三酯，也称为三脂酰甘油、脂肪或中性脂肪。甘油与单个脂肪酸所形成的脂称为甘油单酯（单脂酰甘油），与2个脂肪酸形成的酯称为甘油二酯（二脂酰甘油）。甘油酯中脂肪酸为同一脂肪酸的为单纯甘油酯，脂肪酸有两种或两种以上的为混合甘油酯。甘油和甘油三酯细胞中贮藏的甘油酯脂肪滴（FatDrop)第二节脂肪代谢(LipidMetabolism)一.脂肪的消化与吸收二.脂肪的分解三.脂肪酸的氧化(分解代谢)四.酮体的合成与分解五.脂肪酸的合成六.脂肪的合成1.脂肪的消化小肠上段是主要的消化场所脂类(TG、Ch、PL等)微团胆汁酸盐乳化胰脂肪酶、辅脂酶等水解甘油一脂、溶血磷脂、长链脂肪酸、胆固醇等混合微团乳化一脂肪的消化吸收在十二指肠下段及空肠上段吸收混合微团扩散小肠粘膜细胞内重新酯化载脂蛋白结合乳糜微粒门静脉肝脏2、脂类的吸收脊椎动物食物脂类的消化与吸收1.血脂与血浆脂蛋白(lipoprotein,LP)(1)血脂血浆中所含脂类的总称，主要包括甘油三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯及游离脂肪酸等。血脂与血浆中蛋白质结合形成水溶性复合物--LP形式存在和运输。②由肝脏、脂肪细胞及其他组织合成后释放入血；2.血脂来源：①肠道中食物脂类的消化吸收；③储存脂肪动员释放入血。血浆脂蛋白①进入脂肪组织储存；③构成生物膜；②氧化供能；④转变为其他物质。3.血脂的去路：空腹血浆中的脂类水平高于参考值上限者称为高脂血症。临床常见的有高胆固醇血症、高甘油三酯血症等。分原发性和继发性二大类。又称高脂蛋白血症，临床上通常将空腹血浆中一种或几种脂蛋白含量明显升高称~。世界卫生组织将高脂蛋白血症分为6型。4.高脂血症与高脂蛋白血症二、脂肪的酶解1、脂肪动员概念：储存于脂肪细胞中的脂肪，在3种脂肪酶作用下逐步水解为游离脂肪酸和甘油，释放入血供其他组织利用的过程，称脂肪动员。激素敏感脂肪酶(HSL):甘油三酯脂肪酶是脂肪动员的限速酶，其活性受多种激素调节，故称~。脂解激素：促进脂肪动员的激素。肾上腺素、胰高血糖素、促肾上腺皮质激素、生长素等。抗脂解激素：抑制脂肪动员的激素。胰岛素、前列腺素E1。()ATPcAMP5`-AMP磷酸二酯酶TG脂肪酶TG脂肪酶PATPADP甘油三酯甘油脂肪酸甘油一酯脂肪酸甘油二酯脂肪酸胰高血糖素生长素肾上腺素脂解激素+胰岛素抗脂解激素腺苷酸环化酶无活性蛋白激酶有活性蛋白激酶+无活性有活性++脂肪动员的激素调节作用脂肪细胞脂肪组织贮存的甘油三酯的动员甘油代谢脂肪细胞缺乏甘油激酶不能利用甘油，随血液回到肝脏：1.变为-磷酸甘油，与活化的脂肪酸合成脂肪；2.变为-磷酸甘油，生成磷酸二羟丙酮（DHAP），参与酵解；3.变为-磷酸甘油，生成DHAP，参与糖异生。ATPADP甘油激酶（肝、肾、肠）甘油二酯磷脂CO2+H2OCH2OHCHCH2OHHO甘油CH2OHCHCH2OHO3-磷酸甘油PNAD+NADH+H+磷酸甘油脱氢酶CH2OHCCH2OO磷酸二羟丙酮P3-磷酸甘油醛CHOCHCH2OHOP糖氧化葡萄糖转变为乳酸糖酵解过程葡萄糖6-磷酸果糖磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛2×2-磷酸甘油酸2×丙酮酸6-磷酸葡萄糖ADPATP1,6-二磷酸果糖ADPATP2×1,3-二磷酸甘油酸2×Pi2×NADH+2H+2×NAD+2×3-磷酸甘油酸2×ADP2×ATP2×磷酸烯醇式丙酮酸2×H2O2×烯醇式丙酮酸2×ADP2×ATP2×乳酸甘油的分解甘油完全氧化生成ATP的数目№反应名称生成ATP的分子数1甘油3－磷酸甘油－123－磷酸甘油磷酸二羟丙酮2.5（NADH）33－磷酸甘油醛丙酮酸4.5（2.5＋2）4丙酮酸乙酰CoA2.55乙酰CoACO2+H2O106共计18.5三、脂肪酸的氧化FranzKnoop(1904)提出脂肪酸-氧化（-oxidation）假说，并通过苯基标记喂养试验，发现脂肪酸的氧化是从羧基端的位碳原子开始，每次分解出一个二碳片段（乙酰CoA）。氧化主要发生在肝脏内。脂肪酸β-氧化是在脂酰基β-碳原子上进行脱氢、加水、再脱氢和α与β-碳原子之间断裂的过程。(一)饱和脂肪酸的β-氧化此过程是在一系列酶的催化下完成的。脂肪酸必须先在胞液中活化为脂酰CoA，然后进入线粒体β-氧化。位于内质网和线粒体外膜的脂酰CoA合成酶催化脂肪酸与CoA-SH生成活化的脂酰CoA。RCOOH+CoA—SHRCO~SCoA脂酰CoA合成酶ATPAMP+PPiMg2+H2O2Pi反应不可逆脂肪酸脂酰CoA1.脂肪酸活化为脂酰CoA（胞液）脂肪酸氧化的酶系存在线粒体基质内，但胞液中活化的长链脂酰CoA（12C以上）却不能直接透过线粒体内膜，必须与肉碱(carnitine，L-β-羟-γ-三甲氨基丁酸)结合成脂酰肉碱才能进入线粒体基质内。RCO-SCoACoA-SH肉碱脂酰转移酶(CH3)3N+CH2CHCH2COOHOH肉碱(CH3)3N+CH2CHCH2COOHRCO-O脂酰肉碱反应由肉碱脂酰转移酶(CAT-1和CAT-ll)催化：2.脂酰CoA进入线粒体肉碱转运脂酰CoA进入线粒体此过程为脂肪酸β-氧化的限速步骤，CAT-l是限速酶，丙二酸单酰CoA是强烈有竞争性抑制剂。脂酰CoA进入线粒体基质后，经脂肪酸β-氧化酶系的催化作用，在脂酰基β-碳原子上依次进行脱氢、加水、再脱氢及硫解4步连续反应，使脂酰基在α与β-碳原子间断裂，生成1分子乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA，具体步骤如下:3.脂酰CoA的β-氧化过程（1）脱氢脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化，在其α和β碳原子上脱氢，生成△2反烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FAD。oARCH2CH2CH2COSCoAFADFADH2RCH2CCHHCOSCoA脂酰CoA脱氢酶脂酰CoA烯脂酰CoA（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-β-羟脂酰CoA。RCH2CCHHCOSCoARCH2CHCHCOSCoAOHH2O烯脂酰CoA水合酶△2反烯脂酰CoAL-β-羟脂酰CoA（3）脱氢L-β-羟脂酰CoA在L-β-羟脂酰CoA脱氢酶催化下，脱去β碳原子与羟基上的氢原子生成β-酮脂酰CoA，该反应的辅酶为NAD+。RCH2CHCHCOSCoAOHRCH2CCHCOSCoAO烯脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+L-β-羟脂酰CoAβ-酮脂酰CoA（4）硫解在β-酮脂酰CoA硫解酶催化下，β-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。RCH2CCHCOSCoAORCH2COSCoACH3COSCoACoASH+硫解酶β-酮脂酰CoA乙酰CoA脂酰CoA脂肪酸β氧化酯酰CoAH2O烯酯酰CoA羟脂酰CoA酮脂酰CoA脂酰CoA乙酰CoA脂肪酸β-氧化脂肪酸氧化步骤脂肪酸β氧化柠檬酸循环氧化磷酸化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:软脂酰CoA+7FAD+7NAD++7CoA-SH+7H2O8乙酰CoA+7FADH2+7(NADH+H+)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的2分子ATP，净生成106分子ATP。4.脂肪酸β-氧化的能量生成？•总结：脂肪酸β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β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/2－1)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：20125.25.112　n　　－n1062102165.25.11216以软脂酸（16C）为例计算其完全氧化所生成的ATP分子数：1.计算1分子硬脂酸（C18）完全氧化生成多少ATP?2.1分子三硬脂酸甘油酯完全氧化生成ATP的数量？1.计算1分子硬脂酸（C18）完全氧化生成多少ATP?1202102185.25.112182.1分子三硬脂酸甘油酯完全氧化生成多少ATP？18.5＋3×120＝378.5候鸟迁徙时所需能量主要来自于脂肪酸的氧化。对某些动物来说，脂肪酸氧化的代谢，水是重要的资源。（二）脂肪酸的其它氧化分解方式•不饱和脂肪酸的分解•奇数碳原子脂肪酸的分解①羧化②脱羧•脂肪酸的α-氧化•脂肪酸的-ω氧化顺Δ3-烯酰CoA反Δ2-烯酰CoAHHH|||H3C-(CH2)7-C=