第28章 脂肪酸的分解β-氧化作用

2020年2月22日星期六1脂肪酸的分解代谢？MetabolismofLipidsChapter28脂肪酸的分解和合成2020年2月22日星期六2一、概述储存能量的重要方式热值（氧化1g脂肪产生的热量）糖、Pr的2.3倍磷脂：生物膜的主要成分类脂及衍生物：重要生理作用固醇类：某些动物激素、VD及胆酸的前体脂代谢与人类的某些疾病（如冠心病、脂肪肝、胆病、肥胖病等）有密切关系2020年2月22日星期六3生物体内的脂类脂类单纯脂类复合脂类非皂化脂类酰基甘油酯蜡磷脂糖脂、硫脂萜类甾醇类含脂肪酸不含脂肪酸异戊二烯脂类,不含脂肪酸,不能进行皂化。2020年2月22日星期六4脂肪的分解代谢总图2020年2月22日星期六5二、脂类的消化、吸收和转运甘油三酯三脂酰甘油脂肪酶胆固醇酯胆固醇酯酶磷脂磷脂酶A2游离的脂肪酸、胆固醇和甘油-2-单酯经胆汁乳化、糖化后吸收。2020年2月22日星期六6（一）脂类的消化小肠上段：主要消化场所脂类(TG、Ch、PL等)微团甘油一脂、溶血磷脂、长链脂肪酸、胆固醇等混合微团胆汁酸盐乳化胰脂肪酶、磷脂酶等水解乳化2020年2月22日星期六7(二)脂类的吸收十二指肠下段、空肠上段混合微团小肠粘膜细胞内乳糜微粒门静脉肝脏扩散重新酯化载脂蛋白结合2020年2月22日星期六8乳糜微粒小肠粘膜脂肪脂蛋白十二指肠空肠血液2020年2月22日星期六9乳麋微粒（CM）极低密度脂蛋白VLDL低密度脂蛋白LDL高密度脂蛋白HDL脂蛋白的种类(三)脂类的转运和脂蛋白的作用（按密度大小分）2020年2月22日星期六10分类：4类颗粒密度CM大小VLDLLDLHDL小大2020年2月22日星期六11(1)乳糜微粒（CM）小肠粘膜细胞中生成主要功能:外源性甘油三酯转运至脂肪、心和肌肉等肝外组织而利用，同时将食物中外源性胆固醇转运至肝脏；2020年2月22日星期六12（2）极低密度脂蛋白(VLDL)肝脏内生成，体内转运内源性甘油三酯的主要方式；（3）低密度脂蛋白(LDL)由VLDL转变功能:将肝脏合成的内源性胆固醇运到肝外组织保证组织细胞对胆固醇的需求2020年2月22日星期六13（4）高密度脂蛋白(HDL)肝脏和小肠中生成主要功能:将肝外细胞释放的胆固醇转运到肝脏防止胆固醇在血中聚积、防止动脉粥样硬化2020年2月22日星期六14血浆脂蛋白的组成、性质及功能2020年2月22日星期六152020年2月22日星期六16二、脂肪的分解代谢（一）脂肪的水解2020年2月22日星期六172020年2月22日星期六18甘油激酶磷酸甘油脱氢酶异构酶（二）甘油的转化（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)）2020年2月22日星期六192020年2月22日星期六202020年2月22日星期六21（三）饱和偶碳脂肪酸的β-氧化作用脂肪酸氧化分解时，碳链的断裂发生羧基端的β-碳原子（脂肪酸碳链的断裂方式是每次切除2个碳原子）。每次断下一个二碳单位（乙酰CoA）线粒体试验证据1904,F.Knoop,苯环标记脂肪酸饲喂狗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：2020年2月22日星期六22babaFranzKnoop’slabelingExperiments(1904):fattyacidsaredegradedbyoxidationatthebcarbon,i.e.,boxidation.2020年2月22日星期六23内质网、线粒体外膜：脂酰CoA合成酶反应不可逆1、脂肪酸的活化：脂酰CoA（胞浆）（活化）RCH2CH2CH2COOH+ATPRCH2CH2CH2COAMP+PPi脂酰CoA合成酶RCH2CH2CH2COAMP＋CoASHRCH2CH2CH2COSCoA+AMP2020年2月22日星期六24脂肪酸氧化酶系：线粒体基质长链脂酰CoA（＞12C）不能直接透过线粒体内膜与肉碱(carnitine)结合:脂酰肉碱,进入线粒体基质肉碱脂酰转移酶(CAT-Ⅰ和CAT-II)催化：2、脂酰CoA进入线粒体：肉毒碱穿梭限速步骤：CAT-Ⅰ——限速酶丙二酸单酰CoA——强竞争性抑制剂2020年2月22日星期六25肉毒碱穿梭2020年2月22日星期六26肉碱转运脂酰辅酶A进入线粒体2020年2月22日星期六273、脂肪酸β-氧化：四步骤（线粒体）2020年2月22日星期六28OHRCH2CHCH2CO~SCoAL-β-羟脂酰CoA(3)再脱氢NAD+NADH+H+L-β-羟脂酰CoA脱氢酶(4)硫解CH3CO~SCoA乙酰CoARCH2CO~SCoA脂酰CoA(14C)（1）（2）（3）（4）β-酮脂酰CoARCH2C~SCoAOCH2COCoA-SHβ-酮脂酰CoA硫解酶ATP呼吸链重复反应乙酰CoAFADFADH2NAD+NADHRCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA脱氢酶脂酰CoAβ-烯脂酰CoA水化酶β-羟脂酰CoA脱氢酶β-酮酯酰CoA硫解酶RCHOHCH2CO~ScoARCOCH2CO-SCoARCH=CH-CO-SCoA+CH3CO~SCoAR-CO~ScoAH2OCoASHTCA乙酰CoA乙酰CoA乙酰CoAATPH20呼吸链H20呼吸链乙酰CoA乙酰CoA乙酰CoA乙酰CoAb-氧化的生化历程2020年2月22日星期六304、总结：1）一次活化，消耗一个ATP的二个高能磷酸键（线粒体外）2）肉碱载体转运脂酰CoA进入线粒体（关键步骤）3）β-氧化酶都是线粒体酶4）β-氧化：脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤5）β-氧化产物乙酰CoA进入TCA，彻底氧化2020年2月22日星期六311分子软脂酸(16C)：7次β-氧化总反应式:软脂酰CoA+7FAD+7NAD++7CoA-SH+7H2O8乙酰CoA+7FADH2+7(NADH+H+)5、能量生成2020年2月22日星期六32β氧化：乙酰CoA、NADH和FADH2碳原子数：Cn脂肪酸，β氧化（n/2－1）次循环n/2乙酰CoA，（n/2-1）NADH、（n/2-1）FADH2乙酰CoA：TCA，CO2、H2O，释放能量NADH、FADH2：呼吸链传递电子生成ATP生成ATP数量：n2-1×（2.5+1.5）+n2×10-22020年2月22日星期六33草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酸辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸柠檬酸合成酶（1）顺乌头酸酶（2）异柠檬酸脱氢酶（3）三羧酸二羧酸α-酮戊二酸脱氢酶（4）琥珀酸硫激酶（5）琥珀酸脱氢酶（6）延胡索酸酶（7）苹果酸脱氢酶（8）乙酰辅酶A2020年2月22日星期六341分子软脂酸彻底氧化:(1.5×7)+(2.5×7)+(10×8)=108分子ATP脂肪酸活化:消耗2个ATP净生成：106分子ATPn2-1×（2.5+1.5）+n2×10-22020年2月22日星期六35（四）不饱和偶碳脂肪酸的ß—氧化作用ß-氧化作用需酶：异构酶，还原酶1、单不饱和脂肪酸的氧化除需β-氧化所有酶，还需反烯脂酰CoA异构酶。2020年2月22日星期六36Oxidationofamonounsaturatedfattyacid:theenoyl-CoAisomerasehelpstorepositionthedoublebond2020年2月22日星期六372、多不饱和脂肪酸的氧化反烯脂酰CoA异构酶、差向酶（D型和L型的转变）2020年2月22日星期六38Bothanisomeraseandareductaseareneededforoxidizingpolyunsaturatedfattyacids.2020年2月22日星期六39（五）奇数碳原子的β-氧化1、反复β-氧化，丙酰CoA丙酰CoA丙酰CoA羧化酶D-甲基丙二酸单酰CoA差向酶L-甲基丙二酸单酰CoA变位酶琥珀酰CoATCA2020年2月22日星期六402、丙酸代谢途径（1）丙酰CoA：硫激酶（2）乙酰CoA：β-羟丙酸支路（植物）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1、脂肪酸的α-氧化（植物）RCH2COO-RCH(OH)COO-RCOCOO-RCOO-CO2O2NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+RCH(OOH)COO-CO2RCHOO2NAD+NADH+H+过氧化羟化α-羟脂酸α-酮酸（六）脂肪酸的其它氧化方式CH3(CH2)nCOO-HOCH2(CH2)nCOO-OHC(CH2)nCOO--OOC(CH2)nCOO-O2NAD(P)+NAD(P)H+H+NAPD+NADPH+H+NAD(P)+NAD(P)H+H+混合功能氧化酶醇酸脱氢酶醛酸脱氢酶2、脂肪酸的ω氧化脂肪酸末端甲基（ω-端）经氧化转变成羟基，再氧化成羧基，形成α，ω-二羧酸的过程。进入线粒体，任何一端b-氧化细菌对石油的氧化2020年2月22日星期六43三、酮体的生成和利用1、酮体脂肪酸在肝脏中不完全氧化的中间产物β－羟丁酸（70％）CH3CH(OH)CH2COOH乙酰乙酸（30％）CH3COCH2COOH丙酮（极微）CH3COCH3统称原料：乙酰CoA脂肪酸在肝脏中氧化分解所生成的乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮三种中间代谢产物2020年2月22日星期六44羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）脂肪酸硫解酶2CH3COSCoACH3COCH2COSCoA乙酰乙酰CoAHMGCoA裂解酶HMGCoA合成酶CH3COSCoACoASHb--氧化CH3COCH2COOHCH3CHOHCH2COOH乙酰乙酸丙酮b--羟丁酸脱氢酶CO2NADH+H+NAD+CH3COCOOH脱羧酶CoASH2、酮体的生成HOOCCH2-C-CH2COSCoA|CH3OH|2020年2月22日星期六453、酮体的利用酮体：肝脏合成，肝脏缺乏利用酮体的酶，不能利用通过血液输送到肝外组织利用2020年2月22日星期六46CH3COCH2COOH乙酰乙酸CH3COCH2CO-SCoA乙酰乙酰CoAATP+CoA-SHPPi+AMP2PiCH2COOHCH2CO-CoACH2COOHCH2COOH乙酰CoACH3CO-CoAβ-羟丁酸CH3CH(OH)CH2COOHβ-羟丁酸脱氢酶NAD+NADH+H+琥珀酰CoA琥珀酸转移酶乙酰乙酰CoA合成酶H2OHSCoA硫解酶心、肾、脑和骨胳肌此酶活性高(10倍)CH2COOHCH2COOHTCA2020年2月22日星期六474、酮体生成及利用的意义(1)正常情况：肝脏输出能源的一种形式(2)饥饿或疾病：心、脑等重要器官提供必要的能源供给脑组织50～70%的能量2020年2月22日星期六482020年2月22日星期六49酮血症（ketonemia）正常，血中酮体的含量极低，0.078～0.49mmol/L饥饿、高脂低糖膳食、糖尿病：脂肪动员加强，肝中酮体生成过多，超过肝外组织利用能力血中酮体升高。2020年2月22日星期六50临床意义：正常：25mg,9mg和3mg（24hr），含量少，正常值：阴性糖类代谢障碍：脂肪分解代谢↑，酮体（严重者3～4g/L）超过肝外组织利用能力，积聚体内，酸中毒尿酮体→代谢性酸中毒阳性：糖尿病酮症酸中毒、严重的妊娠中毒性休克中毒（磷、乙醚、氯仿等）热性病（伤寒、麻疹、猩红热、肺炎、败血症、急性风湿热、结核等）分娩、过量摄入脂肪和蛋白质、重症不能进食（食道癌）体内缺乏糖类，大量分解脂肪，尿中酮体阳性2020年2月22日星期六51CH2OOCHCH2O-C-R1R2-C-OO-C-R1OTGOPOHOH磷脂酸X磷脂胆碱磷脂酰胆碱胆胺磷脂酰胆胺丝氨酸磷脂酰丝氨酸甘油磷脂酰甘油磷脂酰甘油二磷脂酰甘油四、磷脂的分解代谢2020年2月22日星期六52胆碱合成或摄入磷脂酰胆碱VLDLDGTG（肝）脂肪肝磷酸胆碱的重要作用a、含量最多b、磷酸胆碱与脂肪肝2020年2月22日星期六53磷脂酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰肌醇磷脂酰丝氨酸磷脂酰甘油磷脂酰