第八章脂类及其代谢

第八章脂类与脂类代谢第一节脂类及其生理功能一、脂类的定义1.脂、脂类的定义脂类亦译为脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。脂类应当包括以下特征（1）不溶于水能溶于有机溶剂（2）分子中常含有脂肪酸（3）有可能被生物所利用2.脂类的元素组成脂类的元素组成主要是CHO,有些尚含NSP。3.脂类的共同特征脂类是广泛存在与自然界的一大类物质，它们的化学组成、结构理化性质以及生物功能存在着很大的差异，但它们都有一个共同的特性，即可用非极性有机溶剂从细胞和组织中提取出来。二、脂类的分类脂肪真脂或中性脂肪（甘油三酯）类脂磷脂糖脂胆固醇、类醇脂甾醇萜类甘油磷脂鞘氨醇磷脂卵磷脂脑磷脂1.脂肪由脂肪酸和醇类所形成的酯脂酰甘油酯（最丰富的为甘油三酯三酰甘油)简单三脂酰甘油混合三脂酰甘油蜡（含14-36个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸与含16-30个碳原子的一元醇所形成的酯）2.类脂磷脂（磷酸和含氮碱）磷脂有两类：甘油磷脂和神经磷脂。中性甘油磷脂：磷脂酰胆碱（卵磷脂）控制肝脂代谢，防止脂肪肝的形成。磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）参与血液凝结糖脂有些动物细胞膜上的糖脂分子能与细菌毒素以及细菌细胞结合，起受体的作用。生物膜的重要成分，羟基极性端分布于膜的亲水界面，母核及侧链深入膜双层，控制膜的流动性，阻止磷脂在相变温度以下时转变成结晶状态，保证膜在低温时的流动性及正常功能。胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D等生理活性物质的前体。胆固醇三、脂类的性质（一）.脂肪的性质（1）脂肪酸绝大多数的脂肪酸含有偶数个碳原子，形成长而不分支的链(也有分支的或含环的脂肪酸)。（2）必需脂肪酸亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸哺乳动物不能合成必须从食物中获取，称为必需脂肪酸。1.溶解度三酰甘油不溶于水，也没有形成高度分散的倾向。二酰甘油和单脂酰甘油则不同，由于它们有游离羟基，故有形成高度分散态的倾向，其形成的小微粒称为微团，它们常用于食品工业，使食物更加均匀，便于加工，且二者都可以被机体利用。2.熔点三酰甘油的熔点是由其脂肪酸的组成决定的，一般随饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。3、皂化值完全皂化1克油脂所需KOH或NaOH的毫克数，称皂化值。用来评估油脂的质量。药典规定注射用油的皂化值为185－2004.酸败和酸值油脂在空气中暴露过久即产生难闻的臭味，这种现象称为“酸败”。其化学本质是油脂水解放出游离的脂肪酸，后者再氧化成醛或酮，低分子的脂肪酸（如丁酸）的氧化产物都有臭味。中和1g油脂中的游离脂肪酸所消耗的氢氧化钾毫克数称为酸值。5.氢化和卤化油脂中的不饱和键可以在催化剂的作用下发生氢化反应。工业上常用Ni粉等催化氢化使液状的植物油适当氢化成固态三酰甘油酯，这称为人造奶油，便于运输。氢化可防止酸败作用。油脂中的不饱和键可与卤素发生加成作用，生成卤代脂肪酸，这一作用称为卤化作用。100g油脂所能吸收的碘的克数称为碘值。（二）磷脂的性质卵磷脂是一种两性分子，由亲水的头部和疏水的尾部组成。是磷脂的主要成分,从植物中提取的，卵磷脂将大脑的指令迅速传递，信息传递速度越快，记忆力越强,是健脑食物。它能增强婴儿智力，提高学习效率。尤其是胎儿，在生长发育中需求极大。脑磷脂由甘油、脂肪酸、磷酸和乙醇胺组成的一种磷脂。存在于脑、神经、大豆等中。新鲜制品是无色固体，空气中易变为红棕色。有吸湿性。不溶于水和丙酮，微溶于乙醇，溶于氯仿和乙醚。可用作抗氧剂。分类含量分布生理功能脂肪甘油三酯（贮脂）95﹪，（随机体营养状况而变动）脂肪组织、皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、肾脏周围（脂库）、血浆1.储脂供能2.提供必需脂肪酸3.促进脂溶性维生素吸收4.热垫作用5.保护垫作用6.构成血浆脂蛋白四、脂类的分布与生理功能1.脂肪的生理功能2、磷脂的生理功能（一）组成生物膜（二）组成脂蛋白（三）组成第二信使（四）组成肺泡表面活性物质（五）组成血小板活化因子（六）组成神经鞘正常人一般每日每人从食物中消化的脂类，其中甘油三脂占到90%以上，除此以外还有少量的磷脂、胆固醇及其酯和一些游离脂肪酸。五、脂类的消化与吸收脂类的消化及吸收主要在小肠中进行，首先在小肠上段，通过小肠蠕动，由胆汁中的胆汁酸盐使食物脂类乳化，使不溶于水的脂类分散成水包油的小胶体颗粒，提高溶解度增加了酶与脂类的接触面积，有利于脂类的消化及吸收。脂类的吸收主要在十二指肠下段和盲肠。甘油及中短链脂肪酸(＜=10C)无需混合微团协助，直接吸收入小肠粘膜细胞后，进而通过门静脉进入血液。长链脂肪酸及其它脂类消化产物随微团吸收入小肠粘膜细胞。长链脂肪酸在脂酰CoA合成酶催化下，生成脂酰CoA，通过淋巴最终进入血液，被其它细胞所利用。可见，食物中的脂类的吸收与糖的吸收不同，大部分脂类通过淋巴直接进入体循环。第二节脂肪酸及类脂的酶促水解一、脂肪的酶促水解脂肪脂肪酶甘油+脂肪酸CH2OHHCOHCH2OHCH2OHR2-C-O-CHCH2OHO=--H2OR1COOH二酰甘油脂肪酶H2OR2COOH单酰甘油脂肪酶----CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2-O-C-R3O=O=O=H2OR3COOH三酰甘油脂肪酶O=O=---CH2-O-C-R1R2-C-O-CHCH2OH限速酶二、类脂的酶促水解包括磷脂、糖质和胆固醇三大类一、甘油的氧化分解与转化CH2OHCHOHCH2OHATPADP甘油激酶(肝、肾、肠)CH2OHCHOHCH2OPNAD+NADH+H+磷酸甘油脱氢酶CH2OHCCH2OPO3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮糖酵解糖异生丙酮酸糖或糖原思考：1分子的甘油彻底氧化分解放出多少能量（形成ATP?)21动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到肝细胞中进行氧化分解.第三节脂肪酸的分解代谢概念脂肪酸的β-氧化作用能量计算二、饱和脂肪酸的β-氧化作用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.R1CH2CH2CH2CH2CH2COOH1.概念2.脂肪酸的β-氧化作用（1）脂肪酸的活化脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。在脂酰CoA合成酶(硫激酶)催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：脂酰CoA合成酶R-COOHAMP+PPiHSCoA+ATPR-CO～SCoA在线粒体外生成的脂酰CoA需进入线粒体基质才能被氧化分解，此过程必须要由肉碱（肉毒碱,）来携带脂酰基。（2）脂酰CoA转运入线粒体HOOC-CH2-CH-CH2-N+-CH3OHCH3CH3β-羟基-r-三甲基氨基丁酸借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶（酶Ⅰ和酶Ⅱ）催化的移换反应以及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运进入线粒体。其中，肉碱脂酰转移酶Ⅰ是脂肪酸-氧化的关键酶。脂酰CoA进入线粒体的过程胞液外膜内膜基质*脂酰转移酶ⅠRCO~SCoAHSCoA肉碱RCO-肉碱转位酶RCO-肉碱脂酰转移酶ⅡRCO~SCoA肉碱HSCoA关键酶-氧化过程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(3)-氧化循环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。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。RCH2CH2CH2COSCoAFADFADH2RCH2CCHHCOSCoA脂酰CoA脱氢酶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+。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①脱氢脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CH2-CH2-CO~SCoAFADFADH2R-CH2-CH=CH-CO~SCoA④硫解硫解酶-2CCH3-CO~SCoAHSCoA②水化水化酶H2OR-CH2-CH(OH)-CH2-CO~SCoA-氧化循环的反应过程（△2反式烯脂酰COA）L-β-羟脂酰COA③再脱氢L-β-羟脂酰CoA脱氢酶R-CH2-CO-CH2-CO~SCoANADH+H+NAD+β-酮脂酰COA①-氧化循环过程在线粒体基质内进行；②-氧化循环由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆；③需要FAD，NAD+，CoA为辅助因子；④每循环一次，生成一分子FADH2，一分子NADH+H+，一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。脂肪酸-氧化循环的特点生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解并释放出大量能量，并生成ATP。(4)彻底氧化：肉碱转运载体线粒体膜脂酰CoA脱氢酶L(+)-β羟脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+反2-烯酰CoA水化酶H2OFADFADH2β酮脂酰CoA硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶ATPCoASHAMPPPiH2O呼吸链2ATPH2O呼吸链3ATPTCA脂肪酸RCHRCH22CHCH22CC--OHOHOO=OO=RCH=CHC~SCoAβαO=RCH=CHC~SCoAβαO=O=RCH2CH2C~SCoAO=O=RCHOHCH2C~SCoAβαO=O=RCOCH2C~SCoAβαO=O=RC~SCoA+CH3CO~SCoAO=O=RCH2CH2C~SCoAO=O=1分子FADH2可生成2分子ATP，1分子NADH可生成3分子ATP，故一次-氧化循环可生成5分子ATP。1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成12分子ATP。3、脂肪酸氧化分解时的能量释放以16C的软脂酸为例来计算，则生成ATP的数目为：7次-氧化分解产生5×7=35分子ATP；8分子乙酰CoA可得12×8=96分子ATP；共可得131分子ATP，减去活化时消耗的两分子ATP，故软脂酸彻底氧化分解可净生成129分子ATP。对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸，其净生成的ATP数目可按下式计算：3.饱和脂肪酸的α-氧化作用1.概念脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化。RCH2CH2COOHRCH2COOH+CO2RCH2COOHO2，NADPH+H+单加氧酶Fe2+，抗坏血酸R-CH-COOHOH-（L-α-羟脂肪酸）NAD+NADH+H+脱氢酶R-C-COOHO=（α-酮脂酸）ATP，NAD+，抗坏血酸脱羧酶RCOOH+CO2（少一个C原子）2.α-氧化的可能反应历程L-甲基丙二酸单酰CoA消旋酶变位酶5-脱氧腺苷钴胺素琥珀酰CoA奇数碳脂肪酸CH3CH2CO~CoA-氧化丙酰CoA羧化酶（生物素）ADP+PiD-甲基丙二酸单酰CoAATP+CO2经三羧酸循环途径→丙酮酸羧化支路→糖有氧氧化途径彻底氧化分解二、奇数碳脂肪酸的氧化脂肪酸的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。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第三节脂肪的生物合成甘油的合成脂肪酸的合成二者分别转变为3—磷酸甘油和脂酰CoA后的连接合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列两条途径生成：1．由糖代谢生成（脂肪细胞、肝）：3-磷酸甘油脱氢酶NADH+H+磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油NAD+一、