生物化学——脂代谢.ppt

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1、1,第六章 脂肪代谢,第一节 概述第二节 甘油三酯的合成第三节 甘油三酯的分解第四节 磷脂的代谢第五节 胆固醇的代谢第六节 脂类在体内的转运,2,第一节 概述,一、脂类：脂肪及类脂的总称 酯：脂酸与醇结合 脂肪:甘油三酯（triglyceride）脂肪酸（fatty Acids）：带有烃链的羧酸（多为12-24C）类脂:固醇、磷脂（phosphoglycerides）等衍生脂类：甘油、脂肪酸及脂溶性维生素等结合脂类：糖脂或脂蛋白,3,4,5,6,二、不饱和脂肪酸的命名 饱和脂肪酸：CH3（CH2）nCOO传统命名：亚油酸、亚麻酸系统命名：C原子数和双键的数量及位置(delta)编码体系：从羧基

2、端编号 亚油酸（盐）：C18：2，9，12 或n编码体系：从甲基碳编号 亚油酸（盐）：C18：2，-6，9,7,软油酸（C16：1，-7）油酸（C18：1，-9）亚油酸(C18：2，-6，9):-亚麻酸(C18:3，-3，6，9)花生四烯酸（C20:4，-6，9，12，15）DHA：甘二碳六烯酸（C22：6，-3，6，9，12，15，18）,8,三、脂类的主要功能,1.细胞的结构成分：膜脂2.能量的贮存形式：脂肪In vertebrates：adipocytes store large amounts of triacylglycerols as fat droplets that nearl

3、y fill the cell.Triacylglycerols are also stored as oils in the seeds of many types of plants,providing energy and biosynthetic precursors during seed germination（发芽）.,9,Two significant advantages to using triacylglycerols as stored fuels,rather than polysaccharides:First，oxidation of triacylglycero

4、ls yields more than twice as much energy,gram for gram,as the oxidation of carbohydrates.Second,the organism that carries fat as fuel does not have to carry the extra weight of water of hydration that is associated with stored polysaccharides(2 g water per gram of polysaccharide).,10,3.生理调节作用：激素（性激素

5、）、第二信使（甘油二酯）4.共价修饰蛋白质：脂蛋白5.其他重要生理功能：脂溶性V；胆汁酸盐（乳化作用）；6.保温作用：隔热 warm-blooded polar animals：Seals,walruses（海象）,penguins,and others.warm-blooded hibernating animals：bears.,11,第二节 甘油三酯的合成,一、合成的主要部位 肝：合成（肝外组织）脂肪组织：贮存 小肠：脂肪消化产物再合成二、合成原料 甘油（甘油-3-磷酸）脂肪酸,12,三、甘油三酯的合成,小肠：甘油一酯途径肝、脂肪组织：甘油二酯途径1.脂肪酸的活化 HS-CoA+ATP

6、AMP+PPiR-COO-R-CSCoA 脂酰CoA合成酶 O,13,2.甘油-3-磷酸的生成 甘油 甘油-3-磷酸 磷酸二羟丙酮 甘油激酶（肝、肾）甘油-3-磷酸脱氢酶,14,3.甘油三酯的合成,甘油-3-磷酸脂酰CoA 1-脂酰-3-磷酸甘油 1-脂酰-3-磷酸甘油脂酰CoA 磷脂酸 磷脂酸 1，2甘油二酯 磷脂酸磷酸酶 1，2甘油二酯脂酰CoA 甘油三酯 酶：脂酰CoA转移酶 磷脂酸磷酸酶,15,16,四、脂肪酸的合成（P116),（一）器官：肝、脂肪、乳腺、脑等 区域：胞液（but in the Chloroplasts stroma of Plants）（二）原料：乙酰CoA、NAD

7、PH+H+、HCO3-消耗ATP（三）产物：主要为C16饱和脂肪酸,17,（四）乙酰CoA的转运,1.柠檬酸丙酮酸转运系统 线粒体 胞质 2.共5步反应：柠檬酸合成酶 柠檬酸裂解酶（消耗1ATP）苹果酸脱氢酶（消耗1NADH+H+)苹果酸酶（生成NADPH+H+）丙酮酸羧化酶（消耗1ATP),18,柠檬酸裂解酶,柠檬酸合成酶,苹果酸脱氢酶,苹果酸酶,丙酮酸羧化酶,19,Citrate:The precursor of cytosolic acetyl-CoA an allosteric activator of acetyl-CoA carboxylase（乙酰CoA羧化酶).,20,（五）合

8、成过程,1、乙酰CoA+CO2+ATP 丙二酸单酰CoA+ADP+Pi 乙酰CoA羧化酶(生物素)：关键酶消耗1 ATP合成一分子16c的棕榈酸需要7分子丙二酸单酰CoA,21,2、脂肪链的合成,脂肪酸合酶（二聚体）:多功能酶（哺乳类-7种酶活性）,22,乙酰转移酶（AT)转酰基酶(MT)酮脂酰合成酶(KS)酮脂酰还原酶(KR)羟脂酰脱水酶(HD)，烯脂酰还原酶(ER)硫解酶(TE),23,酰基载体蛋白：ACP辅基：4-磷酸泛酰氨基乙硫醇,24,乙酰转移酶（AT)转酰基酶(MT)酮脂酰合成酶(KS)酮脂酰还原酶(KR)羟脂酰脱水酶(HD)，烯脂酰还原酶(ER)硫解酶(TE),25,（1）乙酰C

9、oA+E 乙酰-E+CoA 乙酰转移酶（AT),26,丙二酸单酰CoA+ACP 丙二酰-ACP+CoA 酰基转移酶(MT),27,酮脂酰合成酶(KS),酮脂酰还原酶(KR),2）缩合-加氢-脱水-加氢的反应,乙酰乙酰-ACP,-羟脂酰ACP,丙二酰-ACP,28,羟脂酰脱水酶(HD),烯脂酰还原酶(ER),反式丁烯酰-ACP,丁酰-ACP,-羟脂酰ACP,29,酮脂酰合成酶（KS),30,31,The simple condensation of two acyl groups(two acetyl-CoA molecules,for example)is highly endergonic.

10、The use of activated malonyl groups rather than acetyl groups is what makes the condensation reactions thermodynamically favorable.,32,3）重复缩合、加氢、脱水、加氢的合成过程，重复一次，增加一个二碳单位4)H2O棕榈酰-ACP 棕榈酸HS-ACP 硫解酶,33,All the reactions in the synthetic process are catalyzed by a multienzyme complex,fatty acid synthase

11、.Although the details of enzyme structure differ in prokaryotes such as Escherichia coli and in eukaryotes,the four-step process of fatty acid synthesis is the same in all organisms.,34,2.合成1分子棕榈酸共消耗：8乙酰CoA，15（8+7）ATP,14NADPH+H+,35,3.合成的调节 乙酰CoA羧化酶是关键酶(1)变构调节：激活剂-柠檬酸、异柠檬酸 抑制剂-脂酰CoA（饥饿、高脂肪膳食)棕榈酰CoA(2

12、)激素调节下的共价修饰：蛋白质磷酸酶2A 磷酸化（失活）去磷酸化（有活性）蛋白激酶 胰岛素：激活乙酰CoA羧化酶（蛋白质磷酸酶2A被激活）胰高血糖素、肾上腺素和生长激素：抑制乙酰CoA羧化酶（蛋白激酶被激活）,36,糖原合成酶活性的调节 磷蛋白磷酸酶PP1 糖原合成酶b 糖原合成酶a（磷酸化，低活性）糖原合成酶激酶（去磷酸化，高活性）,37,（3）诱导调节 调节乙酰CoA羧化酶的合成高糖膳食：乙酰CoA羧化酶合成胰岛素：乙酰CoA羧化酶合成,38,4、碳链的延长和去饱和,（1）脂肪酸碳链的延长：肝细胞 脂酸碳链延长酶系 1）内质网（18C,24C)：二碳供体：丙二酰CoA,还原氢：NADPH+

13、H+酰基载体：辅酶A 2）线粒体（18C,26C)：乙酰-CoA，NADPH+H+反应：缩和-加氢-脱水-再加氢,39,（2）去饱和：滑面型内质网 去饱和酶（4，5，8，9）（脂酸氧合酶）软油酸（16：1，9）和油酸（18：1，9）Mammals cannot synthesize linoleate(亚油酸）,18:2(9,12),or linolenate（亚麻酸）,18:3(9,12，15).Linoleate and linolenate are essential fatty acids for mammals.,40,脂肪的动员：提供能量Adipocytes and germina

14、ting seeds contain lipases,enzymes that catalyze the hydrolysis of stored triacylglycerols,releasing fatty acids for export to sites where they are required as fuel.,第三节 甘油三酯的分解,41,一、甘油三酯的水解甘油三酯 甘油二酯 FFA 激素敏感脂酶（HSL)甘油二酯脂酶 甘油一酯 FFA 甘油FFA 甘油一酯脂酶 组织：脂肪细胞 区域：胞浆 FFA与载脂蛋白结合-血液运送,42,激素敏感脂酶（HSL)：1.限速酶：共价修饰

15、磷酸化（活性）去磷酸化（失活）2.受激素调控：（1）胰高血糖素、肾上腺素、去甲肾上腺素、肾上腺皮质激素和甲状腺素等-（脂解激素）：饥饿、禁食或交感神经兴奋（2）胰岛素、前列腺素-（抗脂解激素）,43,脂肪动员,44,二、甘油的去向,甘油：直接运至肝、肾、肠等组织。主要在肝、肾进行糖异生。脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低，故不能很好利用甘油。,45,脂肪酸在血中由清蛋白运输。主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用。大脑不能摄取,46,三、脂肪酸的氧化,（一）脂肪酸的活化（二）脂酰CoA的转运（三）脂肪酸的-氧化（四）三羧酸循环和氧化磷酸化 脑组织不能利用脑外的脂肪酸,47,（一）脂肪酸的活化,A

16、TPCoASH AMP+PPi 脂肪酸 脂酰CoA 脂酰CoA合成酶脂酰CoA合成酶：内质网及线粒体外膜 能量：消耗2ATP,48,（二）脂酰CoA进入线粒体,1.由肉碱(L-羟三甲氨基丁酸）携载2.转运过程1）脂酰CoA 肉碱 脂酰肉碱 肉碱脂酰转移酶I（线粒体外膜）2）由肉碱-脂酰肉碱转位酶（线粒体内膜）转运3）脂酰肉碱 脂酰CoA肉碱 肉碱脂酰转移酶II（线粒体基质-内膜内侧）,49,肉碱-脂酰肉碱转位酶,50,3.转运调节肉碱脂酰转移酶I：脂肪酸氧化的限速酶激活：饥饿、高脂低糖膳食抑制剂：丙二酸单酰CoA（why？）（liver）4.肉碱来源 食物 肝脏、肾脏合成-Lys、Met 缺乏

17、-骨骼肌的肌无力 心肌及骨骼肌中含量最高,51,（三）脂肪酸的氧化,1.部位：线粒体2.产物：乙酰辅酶A，FADH2,NADH+H+3.氧化：每次脂酰基羧基端 C被氧化为酮基，裂解一分子的乙酰辅酶A,因此脂肪酸的氧化称为氧化。,52,1）脱氢：FAD FADH2 脂酰CoA 2反烯脂酰CoA 脂酰CoA脱氢酶,脂酰CoA脱氢酶：该酶基因突变严重疾病（肝脏脂肪沉积、低血糖等）（1:40,1:10000，北欧和美国）,53,2）水化：2反烯脂酰CoA L-羟脂酰CoA 烯脂酰CoA水化酶,54,3）再脱氢：NAD+NADHH+L-羟脂酰CoA-酮脂酰CoA-羟脂酰CoA脱氢酶抑制剂：NADHH+,

18、55,4）硫解：CoASH-酮脂酰CoA 乙酰CoA+脂酰CoA（少两C)-酮脂酰CoA硫解酶硫解酶的抑制剂：乙酰CoA,56,脱氢水化再脱氢硫解,57,以软脂酸(16C)为例：71.5+72.5+810-2=？（新版本）72+73+812-2=129（旧版本）,4脂酸氧化的能量生成,58,奇数碳脂肪酸-乙酰CoA和1分子的丙酰coA 丙酰CoA-琥珀酰CoA,59,不饱和脂肪酸的氧化需要烯脂酰CoA异构酶,60,四、酮体的生成及利用,酮体（Ketone bodies）:脂酸在肝分解氧化时特有的中间代谢物（乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮）(一）酮体的生成1.部位：肝（肾）细胞的线粒体基质2.原料：乙

19、酰CoA（来源于脂肪酸氧化）3.生成过程：,61,2乙酰CoA 硫解酶 乙酰乙酰CoA+乙酰CoA HMG CoA合成酶3-羟基-3-甲基戊二酸单酰CoA（HMG CoA）HMG CoA裂解酶 乙酰乙酸+乙酰CoA-羟丁酸脱氢酶(NADH)-羟丁酸 丙酮 CO2,62,(二）酮体的利用：1.部位：肝外组织（除肝脏和红细胞）2.区域：线粒体 脑：饥饿和患糖尿病（75）,63,1.乙酰乙酸 乙酰CoA（1）乙酰乙酸琥珀酰CoA 乙酰乙酰CoA琥珀酸 琥珀酰CoA转硫酶（肝外组织）乙酰乙酰CoA 2乙酰CoA 硫解酶 CoA-SH（2）乙酰乙酸 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酸硫激酶（肾、心和脑）,64,2

20、.-羟丁酸 NAD+NADH+H+-羟丁酸 乙酰乙酸-羟丁酸脱氢酶3.丙酮 转变为丙酮酸或乳酸,65,（三）酮体生成的生理意义,1.酮体是肝输出能源的一种形式2.是肌肉、脑组织的重要能源 酮体：溶于水，分子小，易扩散，氧化步骤少 酮体过量：酮症酸中毒/酮尿 长期饥饿 长期高脂低糖膳食 患糖尿病：正常人的40多倍,66,第四节 甘油磷脂的代谢,一、磷脂的种类磷脂：含磷酸的脂类1.甘油磷脂（甘油为骨架）2.鞘磷脂（鞘氨醇为骨架）,67,68,二、甘油磷脂的结构 1.由甘油、脂酸、磷酸及含氮化合物等（如丝氨酸）组成 2.基本结构,69,甘油磷脂的结构,Glycerol：骨架,fatty acyl g

21、roup,Nitrogenous base,fatty acyl group,70,3.特点第2位脂酸通常是花生四烯酸是一种两性化合物4.甘油磷脂的主要功能：构成生物膜脂质双分子层作为乳化剂，促进脂类的消化吸收与转运,71,5.甘油磷脂的分类,72,鞘磷脂1分子氨基醇或衍生物1分子脂肪酸（酰胺键）1个极性头部（糖苷键或磷脂键连接）,73,乳糖神经酰胺,神经节苷脂,神经鞘磷脂,神经酰胺,74,1.合成部位：滑面内质网表面（肝、肾、肠最活跃）。线粒体内膜上2.合成原料：脂酸、甘油：由糖代谢提供多不饱和脂酸：从植物油摄取磷酸盐：由ATP提供含氮化合物：从食物摄取或体内合成CTP：构成活化的中间物,三

22、、磷脂（甘油磷脂）的合成代谢,75,3、合成途径,76,（1）CDP-甘油二酯途径（肌醇磷脂、丝氨酸磷脂）：甘油二酯被CDP激活CTP PPi X-OH CMP 磷脂酸 CDP-甘油二酯 X-磷脂 磷脂酰胞苷转移酶,77,（2）甘油二酯途径（乙醇胺、胆碱）：X基团被CDP活化 ATP ADP CTP PPiX-OH 磷酸O-X CDP-X 激酶 胞苷转移酶 CMP 1，2-甘油二酯 X-磷脂,78,(1)synthesis of the backbone molecule(glycerol or sphingosine)；(2)attachment of fatty acid(s)to the

23、 backbone through an ester or amide linkage;(3)addition of a hydrophilic head group to the backbone through a phosphodiester(磷脂键）linkage;and,in some cases,(4)alteration or exchange of the head group to yield the final phospholipid product.,磷脂（甘油磷脂）的合成代谢,79,四、甘油磷脂的分解代谢,甘油磷脂在各种磷脂酶（phospholipase，PL）的作用

24、下水解。,溶血磷脂1,溶血磷脂2,80,81,溶血磷脂-是磷脂酶A1或A2的水解产物，能使RBC破裂溶血毒蛇（A1)溶血磷脂的消除-磷脂酶B,B1 O CH2-O-C-R1 HO-CH O CH2-O-P-O-X OH,82,第五节 胆固醇代谢,胆固醇只存在真核细胞环戊烷多氢菲,83,1.合成器官：肝:主要,2.原料：乙酰CoA，NADPH+H+，ATP3.部位：胞浆、内质网4.过程,一、胆固醇的合成代谢,84,（1）以乙酰CoA为原料合成甲基二羟戊酸（MVA）（胞液）;（2）甲基二羟戊酸转化为活化的异戊二烯（胞液）（3）6个异戊二烯聚合成鲨烯（30C)（胞液，内质网）(4)鲨烯环化形成羊毛脂

25、固醇（30C），经系列反应生成胆固醇（27C，内质网）：甲基切除、脱羧、双键转移、双键还原,85,以乙酰CoA为原料合成甲基二羟戊酸（MVA）（胞液）,86,5、胆固醇合成的调节：HMGCoA还原酶是限速酶,甲基二羟戊酸,甲状腺素可促进该酶的合成，使胆固醇合成增多，但其同时又促进胆固醇转变为胆汁酸，增加胆固醇的转化，而且此作用强于前者，故当甲状腺机能亢进时，患者血清胆固醇含量反而下降。,87,二.胆固醇的转变与排泄 类固醇激素（肾上腺皮质激素、性激素）7-脱氢胆固醇 胆固醇 胆汁酸(肝脏）膜成分 胆汁酸盐（胰脏）（排泄）粪固醇 胆汁酸盐（肠道）,88,第六节 脂类在体内的转运,一、血脂血浆中的

26、脂类统称为血脂。,89,二、血浆脂蛋白 1、脂蛋白：载脂蛋白与脂类以非共价键形成的球状复合物。运输形式 脂肪肝：脂蛋白合成障碍,90,91,2.分类：密度电泳 CM：乳糜微粒（乳糜微粒）VLDL：极低密度脂蛋白（前脂蛋白）LDL：低密度脂蛋白（脂蛋白）HDL：高密度脂蛋白（脂蛋白）,92,93,94,95,三、载脂蛋白双性的螺旋-非极性侧、极性侧四、功能CM：（运输外源性甘油三酯及胆固醇）VLDL：（运输内源性甘油三酯及胆固醇）LDL：（运输内源性胆固醇）HDL：（逆向转运胆固醇）,96,97,98,99,本章要点,一、符号解释：CM、VLDL、LDL、HDL、HSL、ACP(酰基载体蛋白)、HMGCoA（羟甲基戊二酸单酰CoA）二、概念：酮体、脂蛋白、氧化三、主要内容1、脂类的主要功能；2、甘油三酯的合成以及脂肪酸合成的原料、区域、过程及关键酶的调节，乙酰CoA的转运方式；3、甘油三酯的水解及关键酶的调节；甘油的去向；4、脂肪酸的氧化（过程、脂肪酸的氧化的区域及四步反应、能量生成）；5、酮体的种类、生成和利用特点及生理意义；6、甘油磷脂的结构；胆固醇合成原料及器官、关键酶，胆固醇的去向；7、脂蛋白的作用、分类（密度和电泳）及主要功能。,