乙醛酸循环

第八章脂类代谢曹慧颖一.概念：脂类是生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的一大类物质的总称，包括脂肪和类脂。脂类脂肪：又称三酰甘油或甘油三酯类脂固醇类：如胆固醇(cholesterol)磷脂(phospholipid,PL)糖脂(glycolipides)(triglyceride,TG)①重要的贮能和供能物质。②磷脂是细胞膜结构的重要成分。③协助脂溶性维生素的吸收，提供必需脂肪酸。④保护和保温作用。⑤一些不皂化脂类，具有特殊的生物功能。二、脂类的主要生理功能三、脂类的表示方法16:0软脂酸（棕榈酸）18:0硬脂酸18:1Δ9油酸18:2Δ9.12亚油酸18:3Δ9.12.15亚麻酸双键个数及位置碳原子个数第一节脂肪的降解一、三酰甘油的降解二、甘油代谢PP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×ATP糖酵解三羧酸循环三、脂肪酸的氧化（一）、饱和脂肪酸的氧化（二）、乙醛酸循环（三）、单不饱和脂肪酸的氧化（四）、多不饱和脂肪酸的氧化Knoop的重要发现:苯环标记偶数或奇数脂肪酸的末端，用以饲喂狗，然后分析狗尿中的代谢产物，推断脂肪酸在体内的分解方式baba偶数奇数说明脂肪酸的分解是每次降解二碳单位的片段。（一）、饱和脂肪酸的β-氧化脂肪酸在一系列酶的催化下，α与β-碳原子之间化学键断裂，β碳原子氧化形成羧基，即较原来少两个碳原子的脂肪酸，另一产物是乙酰CoA。脂肪酸的活化（胞液）脂酰CoA进入线粒体脂肪酸的β-氧化（线粒体）乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化（线粒体）脂肪酸β-氧化1.脂肪酸活化为脂酰CoARCOOH+CoA—SHRCO~SCoA脂酰CoA合成酶ATPAMP+PPiMg2+H2O2Pi反应不可逆脂肪酸脂酰CoA2.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脂酰肉碱此过程为脂肪酸β-氧化的限速步骤，肉碱脂酰转移酶-Ⅰ是限速酶，丙二酸单酰CoA是强烈的竞争性抑制剂。肉碱转运脂酰辅酶A进入线粒体3.脂酰CoA的β-氧化过程脂酰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α,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。RCHCHCO脂酰CoA脱氢酶Δ2-反烯脂酰CoAFADH2FADαβCORCH2CH2~SCoA~SCoARCHCH2C~SCoAOOHRCHCHC~SCoAOΔ2-反烯脂酰CoAαβ水合酶β-羟脂酰CoAαβH2O(1)脱氢(2)加水RCCH2C~SCoAOOβ-酮脂酰CoAαβC~SCoAORC~SCoAOCH3+硫解酶+HSCoARCHCH2C~SCoAOOHβ-羟脂酰CoARCCH2C~SCoAOOβ-酮脂酰CoAβ-羟脂酰CoA脱氢酶NADHNAD+αβαβH++(3)再脱氢(4)硫解脂酸的β氧化总图脱氢加水再脱氢硫解脂酰CoAL(+)-β羟脂酰CoAβ酮脂酰CoA脂酰CoA+乙酰CoA脂酰CoA脱氢酶反⊿2-烯酰CoAL(+)-β羟脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+⊿2--烯脂酰CoA水化酶H2OFADFADH2β酮脂酰CoA硫解酶CoA-SHRCH=CHC~SCoAβαO=RCH=CHC~SCoAβαO=O=RCH2CH2C~SCoAO=O=RCHOHCH2C~SCoAβαO=O=RCOCH2C~SCoAβαO=O=RC~SCoA+CH3CO~SCoAO=O=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完全降解要经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:(2×7)+(3×7)+(12×8)=131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129分子ATP。乙酰CoA的去路1.TCA，动物2.乙醛酸循环（植物，微生物）3.生成酮体乙酰乙酸、丙酮、D-β-羟丁酸TCA乙醛酸循环的意义24个8个乙醛酸循环补充三羧酸循环中草酰乙酸的不足；油料作物中的中的种子里脂类转化为糖。乙醛酸循环的意义：饥饿、疾病草酰乙酸缺乏草酰乙酸进入糖异生草酰乙酸用于合成柠檬酸乙酰CoA积累合成酮体酮体过多，中毒酮体是缺糖时脑组织的主要能源（二）单不饱和脂肪酸的β-氧化含有一个双键的不饱和脂肪酸氧化在未遇双键前其反应过程与饱和脂肪酸的β-氧化完全相同。当遇到双键后，还需要另一个特异性的酶：Δ3-顺，Δ2-反烯酰CoA异构酶催化。单不饱和脂肪酸的氧化（三）多不饱和脂肪酸的β-氧化多不饱和脂肪酸如亚油酸(18:2Δ9,12)的氧化需要增加两个酶：Δ3-顺，Δ2-反烯酰CoA异构酶2,4-二烯酰CoA还原酶多不饱和脂肪酸的氧化（四）脂肪酸的α氧化：长链脂肪酸的a-碳在加单氧酶的催化下氧化成羟基，生成a-羟脂酸。羟脂酸可转变为酮酸，然后氧化脱羧，得到1分子CO2和少1个碳原子的脂肪酸。（五）脂肪酸的ω氧化：脂肪酸的末端甲基（ω-端）可经氧化作用后转变为ω-羟脂酸，然后再氧化成a，ω-二羧酸，两端同时进行β-氧化。第二节脂肪酸及脂肪的合成一、软脂酸的从头合成二、脂肪酸碳链的延长三、不饱和脂肪酸的的合成四、脂肪的合成一、软脂酸的从头合成1、合成部位2、合成原料3、合成过程4、从头合成与β－氧化比较在肝、肾、脑、肺及脂肪等多种组织的细胞质中均含有脂肪酸合成酶系，肝脏是人体合成脂肪酸的主要部位，其合成能力最强，约是脂肪组织的8～9倍。1.合成部位脂肪酸合成的碳源主要来自乙酰CoA，存在于线粒体中。ATP、NADPH、HCO3-(二氧化碳)及Mn2+等。乙酰CoA需通过柠檬酸-丙酮酸循环（或称拧檬酸穿梭系统）运到胞浆中，才能供脂肪酸合成所需。其中NADPH主要来自胞浆中的磷酸戊糖途径，其次是柠檬酸穿梭系统。2.合成原料来源柠檬酸穿梭系统：乙酰CoA的穿膜转运柠檬酸穿梭系统肉毒碱转运脂肪酸合成脂肪酸分解(1)丙二酸单酰CoA的合成—原料的准备CH3CO~SCoA+HCO3-+ATP乙酰CoA羧化酶Mn2+、生物素HOOC-CH2CO~SCoA+ADP+Pi丙二酸单酰CoA关键酶3.合成过程在胞浆中进行（2）动物脂肪酸合成酶系E.coli的酰基载体蛋白（ACP）：脂肪酸合成过程中的酰基载体,含77个氨基酸残基。其辅基为4-磷酸泛酰巯基乙胺，活性基团为巯基，故写为ACP-SH，巯基为结合并转运脂酰基的部位。ACP-SH为整个合成体系的中心。ACPO-CH2-Ser-ACPHSAHS4-磷酸泛酰巯基乙胺辅基：4-磷酸泛酰巯基乙胺CoA脂肪酸合成酶系结构模式①②③④⑤⑥中央巯基SH外围巯基SH⑥①②③④⑤ACP①乙酰CoA:ACP转移酶②丙二酸单酰CoA:ACP转移酶③β-酮脂酰-ACP合酶④β-酮脂酰-ACP还原酶⑤β-羟脂酰-ACP脱水酶⑥烯脂酰-ACP还原酶（3）软脂酸合成的反应流程CH3CO-SHOOCCH2CO-SCH3CHCH2CO-SSHOHSHSHCH3CH=CHCO-SSHSHSHOCH3C-S||SHNADP+NADPH⑥HSCoA乙酰S~CoA①丙二酸单酰-SCoACoASH②NADP+NADPH④H2O⑤③CO2软脂酸H2OOCH3C-S||SHCH3COCH2CO-SSHCH3CH2CH2CO-SSH缩合还原脱水再还原C2的供体引物乙酰CoA＋7丙二酸单酰CoA＋14NADPH＋14H+＋H2O软脂酸＋14NADP++7CO2＋7H2O＋8CoA-SH脂肪酸合成酶系（7次循环）软脂酸（16C）合成的总反应式：（4）脂肪酸从头合成的总结：1.每经过缩合、还原、脱水、再还原重复一次，碳链增长2个单位；2.反应不消耗CO2；3.羧化反应消耗的能量由糖酵解提供；4.还原剂为NADPH，每次循环消耗2分子NADPH；5.酰基载体为ACP。4、脂肪酸的从头合成与β－氧化比较（软脂酸）从头合成β—氧化细胞中发生部位细胞质线粒体酰基载体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NADPHFAD、NAD+酶系七种蛋白质组成复合物四种酶能量消耗7个ATP和14NADPH产生129个ATP对二氧化碳和柠檬酸的需求要求不要求原料转运方式柠檬酸转运系统肉碱穿梭系统反应方向从ω位到羧基从羧基端开始循环次数7次7次二、脂肪酸碳链的延长★软脂酰CoA或软脂酸生成后，可在光滑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。延长途径线粒体延长途径：基本上是β-氧化的逆过程，只是NADPH作为供氢体参与第二次还原反应。光滑内质网延长途径：与从头合成类似，只是辅酶A作为酰基载体，丙二酸单酰辅酶A提供二碳单位。三、不饱和脂肪酸的合成人体内有Δ4，Δ5，Δ8及Δ9去饱和酶，催化饱和脂肪酸引入双键，使之转变为不饱和脂肪酸。至今在体内尚未发现有Δ9以上的去饱和酶，即在第10位C与ω碳原子之间不能形成双键。必需脂肪酸:指人体不能合成，必需由食物提供的脂肪酸，有3种：亚油酸(18C:2Δ9,12亚麻酸(18C:3Δ6,9,12)花生四烯酸(18C:4Δ5,8,11,14)四、脂肪的合成以肝、脂肪组织及小肠为主，其中肝的合成能力最强。1、甘油一酯途径CH2OHR2CO-O-CHCH2OHCH2OCOR1R2CO-O-CHCH2OHCH2OCOR1R2CO-O-CHCH2OCOR3甘油一酯酰转移酶CoA~SHRCO~SCoARCOOH脂酰CoA合成酶甘油二酯酰转移酶CoA~SHMGDGTG2、磷脂酸-甘油二酯途径葡萄糖CH2OHC=OCH2O-PNADH+H+NAD+磷酸甘油脱氢酶CH2OHCCH2O-HO—PCH2OCOR1CCH2O-R2CO-O—PCH2OCOR1CCH2OHR2CO-O-CH2OCOR1CCH2OCOR3R2CO-O—CoA-SHR3CO~SC0AR1CO~SCoAR2CO~SC0A磷酸甘油脂酰转移酶2CoA-SH磷脂酸TG思考题糖代谢与脂肪代谢存在怎样的联系，在动物体内糖能否转变为脂肪，脂肪能否转变为糖？动物体内：糖→脂肪脂肪→糖植物体内：糖→脂肪脂肪→糖（乙醛酸循环）TCA从头合成β-氧化Theendβ-烯丁酰ACPCH3COCH2C0-SACP丁酰ACPCH3CH(OH)CH2C0-SACPCH3CH=CH2C0-SACPCH3CH2CH2C0-SACPβ-酮丁酰ACPβ-羟丁酰ACPCH3COCoACH3COACPHOOCCH3COACPHOOCCH3COCoACH3COCoACO2+ACPC2C2C2C2C2C2NADPHNADP+NADP+NADPHH2OCH3(CH2)14C0-SACP+CO2ACP