生物化学 第十 脂肪代谢

四川省精品课程生物化学第十章脂类代谢(LipidMetabolism)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。四川省精品课程生物化学脂类脂肪：又称三酯酰甘油或甘油三脂类脂固醇类：如胆固醇(cholesterol)磷脂(phospholipid,PL)糖脂(glycolipides)(triglyceride,TG)脂类代谢对于生命活动具有重要意义（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糖彻底氧化仅供能17.2KJ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15～25%禁食1～3天脂肪氧化供能占85%饱食、少动脂肪堆积，发胖空腹脂肪氧化供能占50%以上(二)生物膜的重要结构成分四川省精品课程生物化学人类的某些疾病如动脉粥样硬化和酮尿症等都与脂类代谢紊乱有关。(三)参与代谢调控四川省精品课程生物化学第一节、脂肪的消化、吸收和转运第二节、脂肪的分解代谢第三节、脂肪的合成代谢第四节、磷脂代谢第五节、胆固醇代谢一、脂类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第一节脂肪的消化、吸收和转运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二、脂类的吸收四川省精品课程生物化学脂类的消化、吸收和运输四川省精品课程生物化学(一)血脂的含量及组成三、血脂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。血脂与血浆中的蛋白质结合形成水溶性复合物--LP形式存在和运输。血浆脂蛋白分类示意图密度颗粒四川省精品课程生物化学②由肝脏、脂肪细胞及其他组织合成后释放入血；①肠道中食物脂类的消化吸收；③储存脂肪动员释放入血。(二)血脂的来源和去路：来源：四川省精品课程生物化学血脂的去路：①进入脂肪组织储存；③构成生物膜；②氧化供能；④转变为其它物质。四川省精品课程生物化学第二节、脂肪的分解代谢脂肪脂肪酶甘油+脂肪酸一、甘油的分解与合成代谢CH2OHCHOHCH2OHATPADPCH2OPO3-CHOHCH2OH2CH2OPO3-CCH2OHO2甘油激酶磷酸甘油脱氢酶NAD+NADH+H+糖异生葡萄糖EMPCH3C=OCOOH--乙酰COATCACO2+H2O3-磷酸甘油醛CHOCHCH2OOHP四川省精品课程生物化学二、脂肪酸的分解代谢饱和脂肪酸的氧化分解不饱和脂肪酸的氧化分解β-氧化作用α-氧化作用ω-氧化作用单不饱和脂肪酸的氧化分解多不饱和脂肪酸的氧化分解R1CH2CH2CH2CH2CH2COOH饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，碳链在α位C原子与β位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰CoA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为β-氧化.1、脂肪酸的活化Step1:RCO-O+ATP+PPiRC-AMPO+CoA-SH+AMPRC-AMPStep2:RCO-O+ATP+CoA-SHRC-SCoA+AMP+PPiacyl-CoAsynthetaseOORC-SCoAOAcyladenylateintermediateAnacyl-CoA脂肪酸(脂酰CoA合成酶)四川省精品课程生物化学2.脂酰CoA进入线粒体对于动物来说，β-氧化在线粒体基质中进行，而脂肪酸第一步活化在胞液中，脂酰CoA（10C以上）不能进入线粒体，后面的步骤发生在线粒体中，所以需要特殊的转运机制来帮助跨膜。四川省精品课程生物化学肉碱转运脂酰辅酶A进入线粒体四川省精品课程生物化学此过程为脂肪酸β-氧化的限速步骤，CAT-Ⅰ是限速酶，丙二酸单酰CoA是强烈有竞争性抑制剂。脱H：FADFADH2脂酰COA脱H酶（3种）-RCH2C=CCO～SCOA-（△2反式烯脂酰COA）水化：脱H：-烯脂酰COA水化酶RCH2CH-CH2CO～SCOAOH（L-β-羟脂酰COA）NAD+NADH+H+L-β-羟脂酰COA脱H酶RCH2C-CH2CO～SCOAO=（β-酮脂酰COA）3、β-氧化的反应历程（偶数C原子）RCH2C-CH2CO～SCOAO=COASH酮脂酰硫解酶（3种）O=RCH2-C～SCOA+CH3-C～SCOAO=（少2个C的脂酰COA）硫解：四川省精品课程生物化学4、脂肪酸-氧化的生理意义脂肪酸的完全氧化可以为机体生命活动提供能量。例如：软脂酸（十六酸），经过7次-氧化，可以生成8个乙酰CoA，软脂酸完全氧化的反应式为：C16H31CO～SCoA+7CoA-SH+7FAD+NAD++7H2O8CH3CO～SCoA+7FADH2+7NADH+7H+1分子软脂酸完全氧化净生成129个ATP。四川省精品课程生物化学-氧化的产物乙酰CoA还可以作为合成脂肪酸、酮体和某些氨基酸的原料-氧化过程产生的大量的水可以供动物对水的需要5、奇数碳饱和脂肪酸的-氧化CH2-C-SCoAPropionyl-CoAATPCO2ADP+Pi+CH3OCH-C-SCoACH3O-O-COMethylmalonyl-CoACH2-C-SCoACH2-O-COSuccinyl-CoATCAcyclerearrangementOThrIleMetVal(丙酰CoA)丙酰CoA羧化酶(甲基丙二酰CoA)(琥珀酰CoA)•Thelast-oxidationcycleofafattyacidwithanoddnumberofcarbonsgivespropionyl-CoA6、脂肪酸氧化的其他途径(1)脂肪酸的ω-氧化(2)脂肪酸的α-氧化CH3(CH2)nCOOHHOOC(CH2)nCOOHβ-氧化R-CH2CH2COOHR-CH-COOHR-COOH﹢CO2OHωαO2四川省精品课程生物化学体内不饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的一半以上。也在线粒体中进行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：如油酸=18:1Δ9如下图所示1、单不饱和脂肪酸的氧化四川省精品课程生物化学单不饱和脂肪酸的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.HHH|||H3C-(CH2)7-C=C-CH2CO～SCoAH3C-(CH2)7-CH2-C=C-CO～SCoA4321|H43212、多不饱和脂肪酸的氧化四川省精品课程生物化学多不饱和脂肪酸的氧化四川省精品课程生物化学三酮体(KetoneBodies)的代谢酮体指的是乙酰乙酸(acetoacetate)，β-羟丁酸(β–hydroxybutyrate)丙酮(acetone)CH3COCH2CO~SCoA乙酰乙酰CoACH3CO~SCoA乙酰CoACH3—C—CH2CO~SCoAOHCH2COOHβ-羟β-甲基戊二酸单酰CoACH3—C—CH2COOHOHβ-羟丁酸CH3COCH2COOH乙酰乙酸CH3COCH3丙酮CH3CO~SCoA乙酰CoACoA-SH硫解酶CoA-SHHMG-CoA合酶HMG-CoA裂解酶NADH+H+NAD+β-羟丁酸脱氢酶CO2乙酰乙酸脱羧酶关键酶（一）酮体的生成途径（二）酮体的氧化（肝外组织）CH3CHOHCH2COOHCH3COCH2COOHCH3COCH2COOH+HOOCCH2CH2COSCoA琥珀酰辅酶A转硫酶CH3COCH2COSCoA+HOOCCH2CH2COOHβ-羟丁酸脱氢酶(1)(β-羟丁酸)(乙酰乙酸)(乙酰乙酸CoA)CH3COCH2COOH+CoASH+ATP乙酰乙酸硫激酶CH3COCH2COSCoA+AMP+PPiCH3COCH2COSCoA+CoASH2CH3COSCoA(2)硫解酶(乙酰乙酸CoA)四川省精品课程生物化学丙酮去路:随尿排出直接从肺部呼出转变为丙酮酸或甲酸和乙酸四川省精品课程生物化学1.酮体具水溶性，能透过血脑屏障及毛细血管壁，是输出脂肪能源的一种形式。2.长期饥饿时，酮体供给脑组织50～70%的能量。3.禁食、应激及糖尿病时，心、肾、骨骼肌摄取酮体代替葡萄糖供能，节省葡萄糖以供脑和红细胞所需，并可防止肌肉蛋白的过多消耗。酮体生成的生理意义：尿排泄量mg/24hour血中浓度mg/100ml正常≥1253严重酮症（未治疗的糖尿病）500090长期饥饿和糖尿病时，酮体生成增多。当肝内产生酮体超过肝外组织氧化酮体的能力时，血中酮体蓄积，称为酮血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。二者统称为酮体症(酮症).酮症可导致代谢性酸中毒，称酮症酸中毒，严重酮症可导致人死亡。酮症及其产生原因：四川省精品课程生物化学第三节、脂肪的合成代谢PiCH2OHC=OCH2O-P--3-磷酸甘油脱氢酶磷酸酶CH2OHHO-CHCH2OH--CH2OHHO-CHCH2O-P--1、来自EMP途径2、来自脂肪的水解甘油+ATP3-磷酸甘油甘油激酶一、磷酸甘油的生成二、脂肪酸的合成代谢主要有两种方式：1）从二碳物开始的全程合成途径，主要在细胞质中2）延伸合成，主要在线粒体和内质网中(1)丙二酸单酰CoA的合成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关键酶一）、胞浆中的脂肪酸合成系统HCO3-+ATPADP+Pi酶-生物素酶-生物素-CO2丙二酸单酰CoA乙酰CoA1.转移（2）丙二酸单酰CoA转变为软脂酸的过程:CH3C-SCoA+HS-ACPCH3C-S-ACP+HS-CoAOAcetyl-CoAAcetyl-ACPCH3C-S-ACPOAcetyl-ACP+HS-SynthaseCH3C-S-SynthaseOAcetyl-Synthase+HS-ACP+HS-SynthaseCH3C-S-SynthaseOAcetyl-Synthase+HS-CoAOCH3C-SCoAAcetyl-CoAOACP-酰基转移酶β-酮脂酰-ACP合成酶ACP：酰基载体蛋白CH2C-SCoACOO-Malonyl-CoA+HS-ACPCH2C-S-ACPCOO-Malonyl-ACP+HS-CoAOOACP丙二酸单酰转移酶丙二酰2.缩合脱羧HS-SynthaseCH3C-S-SynthaseAcetyl-Synthase+CH2C-ACPCOO-Malonyl-ACPCH3C-CH2-C-S-ACPOAcetoacetyl-ACP+CO2+OOO乙酰乙酰-ACP3.还原CH3C-CH2-C-S-ACPOAcetoacetyl-ACP+NADPH+H+D--Hydroxybutyryl-ACPCOHCH2-C-S-ACPHH3CO+NADP+Oβ-酮脂酰-ACP还原酶乙酰乙酰-ACPD-β-羟丁酰-ACP4.脱水D--Hydroxybutyryl-ACPOHCCC-S-ACPH3CH+H2OCrotonyl-ACPCOHCH2-C-S-ACPHH3COD-β-羟丁酰-ACP巴豆酰ACP脱水酶5.再还原CH3-CH2-CH2-C-S-ACPOButyryl-ACP+NADPH+H+OHCCC-S-ACPH3CHCrotonyl-ACP+NADP+巴豆酰ACP丁酰ACP烯脂酰-ACP还原酶+CH2C-S-ACPCO2-Malonyl-ACPCH3CH2CH2C-S-ACPOCH3CH2CH2CH2CH2C-S-ACPButyryl-ACPHexanoyl-ACP3.condensation4.reduction6.reduction5.dehydrationOO缩合脱羧还原脱水再还原丁酰丙二酰己酰脂肪酸合成酶系结构与催化的反应乙酰CoA＋7丙二酸单酰CoA＋14NADPH＋14H+＋H2O软脂酸＋14NADP+＋7