生物化学-8脂类代谢

第九章脂类代谢•脂肪的分解代谢•脂肪的生物合成一、脂肪的分解代谢1.脂肪的水解乳化脂肪的消化主要在肠中进行，胰液和胆汁经胰管和胆管分泌到十二指肠，胰液中含有胰脂肪酶，能水解部分脂肪成为甘油及游离脂肪酸，但大部分脂肪仅局部水解成甘油一酯，甘油一酯进一步由另一种脂酶水解成甘油和脂肪酸。脂肪酸甘油甘油一酯甘油二酯甘油三酯脂酶脂酶甘油的分解C=OCHO2.脂肪酸的氧化分解（β-氧化）脂肪酸的活化——脂酰CoA的生成长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化在线粒体外进行。内质网和线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+存在条件下，催化脂肪酸活化，生成脂酰CoA。脂肪酸的氧化脂肪酸的活化穿膜（脂酰CoA进入线粒体）脂肪酸活化在细胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内，因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。脂肪酸的β氧化长链脂酰CoA的β氧化是在线粒体脂肪酸氧化酶系作用下进行的，每次氧化断去二碳单位的乙酰CoA，再经TCA循环完全氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量。偶数碳原子的脂肪酸β氧化最终全部生成乙酰CoA。脂酰CoA的β氧化反应过程如下：（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RCH2CCHHCOSCoARCH2CHCHCOSCoAOHH2O烯脂酰CoA水合酶（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。RCH2CHCHCOSCoAOHRCH2CCHCOSCoAO烯脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+RCH2CCHCOSCoAORCH2COSCoACH3COSCoACoASH+硫解酶RC~SCoA+CH3CO~SCoAO=O=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=目录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个NADH和n/2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：以软脂酸（16C）为例计算其完全氧化所生成的ATP分子数：22123212　n　　－n129212216321216脂酰CoA脱氢酶L(+)-β羟脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+⊿--烯酰CoA水化酶2H2OFADFADH2β酮脂酰CoA硫解酶CoA-SH脂酰CoA合成酶肉碱转运载体ATPCoASHAMPPPiH2O呼吸链2ATPH2O呼吸链3ATP线粒体膜TAC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=3.脂肪酸的其它氧化分解方式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不饱和脂肪酸的分解4.乙酰CoA的去路进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP。生成酮体参与代谢（动物体内）脂肪酸β氧化产生的乙酰CoA，在肌肉细胞中可进入TCA循环进行彻底氧化分解；但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路，即形成酮体。乙酰乙酸(acetoacetate)、β-羟丁酸(β-hydroxybutyrate)、丙酮(acetone)三者总称为酮体。血浆水平：0.03~0.5mmol/L(0.3~5mg/dl)代谢定位：生成：肝细胞线粒体利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）线粒体（1）酮体的生成A.2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下，缩合成乙酰乙酰CoA，并释放1分子的CoASH。B.乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA），并释放1分子CoASH。C.HMGCoA在HMGCoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在线粒体内膜β-羟丁酸脱氢酶作用下，被还原成β-羟丁酸。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮。CO2CoASHCoASHNAD+NADH+H+β-羟丁酸脱氢酶HMGCoA合酶乙酰乙酰CoA硫解酶HMGCoA裂解酶1.酮体的生成CHCH33CSCoACSCoA==OOCHCH33CSCoACSCoA==OO==OOCHCH33CSCoACSCoA==OOCHCH33CSCoACSCoA==OO==OOCHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OOCHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OO==OO==OOHOCCHHOCCH22CCHCCH22CSCoACSCoA((HMGCoAHMGCoA))CHCH33OHOH羟甲基戊二酸单酰羟甲基戊二酸单酰CoACoA==OO==OOHOCCHHOCCH22CCHCCH22CSCoACSCoA((HMGCoAHMGCoA))CHCH33OHOH羟甲基戊二酸单酰羟甲基戊二酸单酰CoACoA==OO==OO==OO==OOCHCH33CHCHCHCH22COOHCOOHD(D(--))--ββ--羟丁酸羟丁酸OHOHCHCH33CHCHCHCH22COOHCOOHD(D(--))--ββ--羟丁酸羟丁酸CHCH33CHCHCHCH22COOHCOOHD(D(--))--ββ--羟丁酸羟丁酸OHOHCHCH33CCHCCH33丙酮丙酮==OOCHCH33CCHCCH33丙酮丙酮CHCH33CCHCCH33丙酮丙酮==OO==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OO==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸CHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OO==OO==OO==OONAD+NADH+H+琥珀酰CoA琥珀酸CoASH+ATPPPi+AMPCoASH2.酮体的利用琥珀酰CoA转硫酶（心、肾、脑及骨骼肌的线粒体）乙酰乙酰CoA硫激酶（肾、心和脑的线粒体）CHCH33CHCHCHCH22COOHCOOHD(D(--))--ββ--羟丁酸羟丁酸OHOHCHCH33CHCHCHCH22COOHCOOHD(D(--))--ββ--羟丁酸羟丁酸CHCH33CHCHCHCH22COOHCOOHD(D(--))--ββ--羟丁酸羟丁酸OHOHCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OO==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OOCHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸CHCH33CCHCCH22COHCOH乙酰乙酸乙酰乙酸==OO==OO==OO==OOCHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OOCHCH33CCHCCH22CSCoACSCoA((乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA))==OO==OO==OO==OOCHCH33CSCoACSCoA==OO2CHCH33CSCoACSCoA==OOCHCH33CSCoACSCoA==OO==OO2乙酰乙酰CoA硫解酶（心、肾、脑及骨骼肌线粒体）2乙酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰CoA乙酰乙酸HMGCoAD(-)-β-羟丁酸丙酮乙酰乙酰CoA琥珀酰CoA琥珀酸酮体的生成和利用的总示意图2乙酰CoA3.酮体生成的生理意义酮体是肝脏输出能源的一种形式。并且酮体可通过血脑屏障，是脑组织的重要能源。酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。线粒体膜胞液线粒体基质丙酮酸丙酮酸苹果酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸乙酰CoANADPH+H+NADP+苹果酸酶CoA乙酰CoAATPAMPPPiATP柠檬酸裂解酶CoA草酰乙酸H2O柠檬酸合酶苹果酸CO2CO2合成过程可以分为三个阶段：（1）原料的准备——乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA（在细胞液中进行），由乙酰CoA羧化酶催化，辅基为生物素，是一个不可逆反应。乙酰CoA羧化酶可分成三个不同的亚基：生物素羧化酶（BC）生物素羧基载体蛋白（BCCP）羧基转移酶（CT）Pathway(2)*软脂酸的合成过程*底物进入乙酰CoACE-S-乙酰基(缩合酶)丙二酰CoAACP-S-丙二酰基软脂酸合成酶乙酰基（第一个）丙二酰基CO2H2O目录至此，生成的丁酰-ACP比开始的乙酰-ACP多了两个碳原子；然后丁酰基再从ACP上转移到β-酮脂酰合成酶的-SH上，再重复以上的缩合、还原、脱水、还原4步反应，每次重复增加两个碳原子，释放一分子CO2，消耗两分子NADPH，经过7次重复后合成软脂酰-ACP，最后经硫脂酶催化脱去ACP生成软脂酸（16碳）。mode软脂酸的合成总图目录（3）延长阶段（在线粒体和微粒体中进行）生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链的延长，一是线粒体中的延长酶系，另一个是粗糙内质网中的延长酶系。线粒体脂肪酸延长酶系以乙酰CoA为C2供体，不需要酰基载体，由软脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合。内质网脂肪酸延长酶系用丙二酸单酰CoA作为C2的供体，NADPH作为H的供体，中间过程和脂肪酸合成酶系的催化过程相同。（4）不饱和脂肪酸的合成不饱和脂肪酸中的不饱和键由去饱和酶催化形成。人体内含有的不饱和脂肪酸主要有棕榈油酸（16C，一个不饱和键）、油酸（18C，一个不饱和键）、亚油酸（18C，两个不饱和键）、亚麻酸（18C，三个不饱和键）以及花生四烯酸（20C，四个不饱和键）等，前两种单不饱和脂肪酸可由人体自己合成，后三种为多不饱和脂肪酸，必须从食物中摄取，因为哺乳动物体内没有△9以上的去饱和酶。软脂酸分解与合成代谢的区别区别点脂酸合成脂酸氧化1.细胞中部位2.酰基载体3.二碳片断参加或断裂的形式4.电子供体或受体5.对HCO3-和柠檬酸的需求6.酶系7.能量变化细胞质ACP丙二酸单酰CoANADPH要求7种酶,蛋白组成复合体消耗7个ATP及14个NADPH线粒体CoA乙酰CoAFAD,NAD不要求4种酶产生106个ATP1.合成部位全身各组织内质网，肝、肾、肠等组织最活跃。2.合成原料及辅因子脂酸、甘油、磷酸盐、胆碱、丝氨酸、肌醇、ATP、CTP（二）甘油磷脂的合成3.合成基本过程（1）甘油二酯合成途径CH2O-C-R1R2C-O-CHCH2O-P-O—XOHOOOOOO（三）甘油磷脂的降解PLA1PLA2PLCPLDPLB2PLB1CH2OHR2C-O-CHCH2O-P-O—XOHOOOOCH2O-C-R1