动物生物化学课件10脂类代谢.ppt

第十章 脂类代谢Lipids Metabolism本章主要内容：脂类的生理功能 脂肪的分解代谢 脂肪的合成代谢 类脂的代谢（胆固醇的合成代谢及转变）脂类在体内的转运动物机体的脂类（lipids）分为脂肪和类脂两大类。脂肪指甘油三酯（TG，Triglyceride），主要是储脂。类脂是指除脂肪以外的其他脂类，包括磷脂、糖脂、胆固醇及其酯（是组织脂的主要成分），还有其他的脂溶性分子。1.脂类的生理功能1.1 脂类的分类脂肪的氧化分解为动物机体提供能量来源，脂肪也是动物的贮能方式，其储量与营养状况有关；脂肪还有抵御寒冷和固定保护内脏的作用；类脂是细胞膜的组成成分，也称组织脂，其组成与营养状况无关；一些脂类分子是重要的生理活性分子。1.脂类的生理功能1.2 脂类的生理功能某些不饱和脂酸（如亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸）动物机体自身不能合成，必须从饲料中摄取，它们是动物不可缺少的营养素，称为必需脂酸。必需脂酸（essential fatty acid）甘油和脂肪酸在机体内将按不同的途径进行代谢CH2 O CR2.脂肪的分解2.1 脂肪的动员脂肪组织中的脂肪在激素敏感脂酶作用下水解为脂肪酸和甘油并释放入血液供其他组织利用的过程。激素敏感脂酶受多种激素调控，胰岛素下调，肾上腺素与胰高血糖素上调激素敏感脂酶的活性。OCH2 O COROHO CHCH2 OHCH2 OHCOHOR C O CH+3 R+3 H 2O脂肪甘油脂肪酸糖酵解途径糖酵解途径酮体酮体利用利用甘油三酯分解代谢的概况甘油三酯分解代谢的概况磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮a-磷磷酸甘油酸甘油甘油甘油丙酮酸丙酮酸CO2+H2O脂肪动员-氧化氧化 TAC脂肪酸脂肪酸 乙酰乙酰CoA酮体酮体生成生成酮体酮体甘油三酯甘油三酯葡萄糖葡萄糖按糖代谢途径进行分解。注意，甘油必须从脂肪组织中转运到肝脏分解，因为催化甘油磷酸化的甘油激酶为肝脏、肾中特有。2.脂肪的分解2.2 甘油的代谢结论：FA的分解氧化是从羧基端-碳原子开始的，碳链逐次断裂下一个2C单位。Knoop 实验用苯环标记末端的偶数或奇数脂肪酸饲喂狗，然后分析其尿中的代谢产物2.脂肪的分解2.3 脂肪酸的分解Knoop实验脂肪酸的-氧化脂肪酸的分解氧化发生在-碳原子上，每次降解生成一个乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。如此循环往复。乙酰CoA经过三羧酸循环彻底氧化分解并释放能量。脂肪酸的氧化在线粒体的基质中进行。代谢途径代谢途径以16个碳原子的偶数饱和脂肪酸 软脂酸（又称棕榈酸）为例。（1）脂肪酸的活化生成脂酰CoAATPAMP+PPiCoAMg2+S CoA+HS CoA细胞内定位：胞液细胞内定位：胞液（2）转运脂酰CoA从胞液转移至线粒体内催化脂酰CoA氧化分解的酶存在于线粒体的基质中，所以脂酰CoA必须通过线粒体内膜进入基质中才能进行氧化分解。肉碱(L-3-羟基-4-三甲氨基丁酸)关键酶)肉碱转移酶肉碱转移酶I(外侧II（内侧）（2）转运脂酰CoA从胞液转移至线粒体内在肉碱参与下脂肪酸转入线粒体的简要过程（3）脂肪酸-氧化的反应过程注意脱氢反应的辅酶和辅基脱氢加水脱氢硫解 -氧化氧化的特点：的特点：a、细胞内定位：线粒体（基质）、细胞内定位：线粒体（基质）b、每进行一次、每进行一次-氧化：氧化：两次脱氢：两次脱氢：1次生成次生成FADH21 次生成次生成NADH+H+生成生成1分子乙酰分子乙酰CoA，碳链缩短，碳链缩短2个碳原子个碳原子偶数碳链完全分解成乙酰偶数碳链完全分解成乙酰CoA。c、多酶复合体：中间产物不会、多酶复合体：中间产物不会离开离开d、一般不可逆。、一般不可逆。净生成净生成 -2+28+80=106 mol ATP活化活化-2 -氧化氧化三羧酸循环三羧酸循环88*10脂肪酸氧化的能量计算以1mol软脂酸（16C）彻底氧化分解为例：CO丙酰CoA合成酶(硫激酶)ATPAMP+PPiOCO2丙酰C oA 羧化酶ATP,生物素CH CH 3C SCoAOHO CO甲基丙二酸单酰CoA变位酶V B 12CH 2CH 2C SCoACOOHO琥珀酰CoA三羧酸循环CH 3 CH 2丙酸CH 3 CH 2 C SCoA丙酰CoAO H+H SCoA2.脂肪的分解2.4 奇数脂肪酸代谢丙酸代谢及其生理意义概念：概念：酮体（ketone body）是一类小分子有机酸，是脂肪酸在肝中分解氧化时产生的特有的中间代谢物，有乙酰乙酸（也有称-酮丁酸）、-羟丁酸和丙酮。在肝脏中由乙酰CoA缩合生成，在肝外组织，如脑、心、骨骼肌中利用。丙酮，微量乙酰乙酸，30%-羟丁酸,70%2.脂肪的分解2.5 酮体的生成和利用酮体的生成：酮体的生成：组织定位：肝脏组织定位：肝脏细胞内定位：线粒体细胞内定位：线粒体原料：原料：乙酰辅酶乙酰辅酶A（来自于脂酸（来自于脂酸 -氧化）氧化）过程：分三步过程：分三步特点：特点：A、限速酶：、限速酶：HMG-CoA合成酶合成酶B、肝内生成肝外用、肝内生成肝外用酮体的利用：酮体的利用：组织定位：组织定位：除肝细胞、成熟红细胞外所有组织细胞，除肝细胞、成熟红细胞外所有组织细胞，主要在心、肾、脑、骨骼肌细胞。主要在心、肾、脑、骨骼肌细胞。细胞内定位：细胞内定位：线粒体线粒体过程：过程：脱氢酶乙酰乙酸-琥珀酰CoA转移酶硫解酶酮体的生理意义与酮病（ketosis）肌肉组织对脂肪酸的利用是有限的，而酮体分子小，水溶性，是易于利用的能源分子。过多的脂肪摄入，长期饥饿，葡萄糖供应短缺（常见于高产乳牛，妊娠期的母畜等），导致脂肪大量动员，产生过量的乙酰CoA，可缩合成酮体。在糖尿病人，一方面糖的大量损失，另一方面由于草酰乙酸转入异生途径而使三羧酸循环不畅，糖不能有效氧化，促进乙酰CoA累积和酮体的合成。其结果是酮体在血液中的浓度增加，当超过肝外组织的利用能力时，引起酮血、酮尿等，以至酸中毒。3.脂肪的合成代谢3.1 长链脂肪酸的合成脂酸合成代谢的特点：A、必需脂肪酸不能合成B、先合成十六碳饱和脂肪酸（软脂酸），在此基础上进行碳链的延长、缩短和去饱和。软脂酸的合成软脂酸的合成组织定位：组织定位：肝、脂肪组织和小肠粘膜上皮，家禽以肝、脂肪组织和小肠粘膜上皮，家禽以肝脏为主，家畜以脂肪组织为主。肝脏为主，家畜以脂肪组织为主。细胞内定位：细胞内定位：胞液胞液原料：原料：A、乙酰辅酶A（来自于葡萄糖分解代谢，通过柠檬酸-丙酮酸循环出线粒体）B、NADPH+H+（来自于磷酸戊糖途径和柠檬酸-丙酮酸循环）C、ATP、HCO3（CO2）、Mn+、生物素“柠檬酸-丙酮酸途径”和转氢反应（1）乙酰CoA的转运从线粒体到胞液酵解丙酮酸脱氢酶系柠檬酸合酶柠檬酸裂解酶苹果酸脱氢酶苹果酸酶(以NADP+为辅酶的苹果酸脱氢酶)丙酮酸羧化酶乙酰CoA羧化酶（2）丙二酸单酰CoA的合成在脂肪酸的合成过程中，原料乙酰 CoA要羧化转变为丙二酸单酰CoA（3C单位），这需要CO2参与。反应如下：乙酰CoA 羧化酶生物素A TPA D P+PiCOOC H 3CO 2OHOC SCoA +乙酰CoAC H2 C SCoA丙二酸单酰C oA要点：要点：A、乙酰辅酶A羧化酶是限速酶B、生物素，羧化酶的辅基，起转移羧基的作用。1)2)3)4)5)6)7)脂酰基转移酶丙二酸单酰-ACP酰基转移酶酮脂酰-ACP合成酶（-SH）酮脂酰-ACP还原酶羟脂酰-ACP脱水酶烯脂酰-ACP还原酶硫酯酶（3）脂肪酸合成的多酶复合体系包括7个酶和一个脂酰基载体蛋ACP酰基载体蛋白（ACP-SH）是一种含有 磷酸泛酰巯基乙胺辅基的蛋白质，其活性基团 Ser上的-OH与其相连，也写成 ACP-SH（Acyl Carrier Protein）磷酸泛酰巯基乙胺（4）脂肪酸的生物合成过程乙酰CoA-ACP酰基转移酶-酮脂酰-ACP合成酶(缩合酶)丙二酸单酰CoA-ACP酰基转移酶-酮脂酰-ACP还原酶-羟脂酰-ACP脱水酶烯脂酰-ACP还原酶乙酰CoA作起始物CH3(CH2)14COOH+HS-ACPCH3(CH2)14C-SACP+H2O软脂酸合成总反应式O硫酯酶O（4）脂肪酸的生物合成过程最后：水解或硫解OCH3C-SCOA+7COOHCH2C-SCOA+14NADPHCH3(CH2)14COOH+7CO2+8HSCOA+14NADP+注意：反应所需要的大量NADPH有两个来源，8个来自乙酰CoA转运时的转氢反应，6个来自磷酸戊糖途径脂肪酸的合成可以简述如下：合成起始物为乙酰CoA，与丙二酸单酰CoA（3C单位）提供的乙酰基缩合（同时释放CO2），使其烃链延长2个碳原子，经过还原-脱水-还原的循环往复，脂肪酸的烃链不断延长。在这个过程中，脂酰基主要与ACP的巯基相连，最后在在硫酯酶作用下水解生成脂肪酸或者在硫解酶作用下生成脂酰CoA。7种酶活性都在一条多肽链上，属多功能酶，由一个基因编码；有活性的酶为两相同亚基首尾相连组成的二聚体。三个结构域：三个结构域：底物进入缩合单位还原单位软脂酰释放单位（4）哺乳动物的脂肪酸合成酶系）微粒体系统（内质网系）类似于软脂酸合成以软脂酸为基础以丙二酸单酰 CoA为C供体以CoA为酰基载体NADPH供氢经缩合、还原、脱水、再还原循环往复，延长C18-C24的脂肪酸）线粒体类似于氧化的逆过程以软脂酰CoA为基础以乙酰CoA为C供体以CoA为酰基载体NADPH供氢经缩合、还原、脱水、再还原循环往复，延长C24-C26的脂肪酸3.脂肪的合成代谢脂肪酸碳链的延长和脱饱和人和动物碳链的延长的酶系存在于肝细胞的不饱和脂酸的合成不饱和脂酸的合成动物体内缺乏9以上去饱和酶，故不能合成必需脂酸，而在植物体内则含有这些去饱和酶。由 去饱和酶催化脱氢。（一）甘油二酯途径（主要途径）肝细胞和脂肪细胞主要按此途径合成甘油三酯3.脂肪的合成代谢脂肪的合成（二）甘油一酯途径肠黏膜细胞内，以甘油一酯形式吸收进来5.类脂的代谢5.4 胆固醇的生物合成与代谢转变胆固醇（cholesterol）是动物体中最重要的一种以环戊烷多氢菲为母核的固醇类化合物。动物：胆固醇、胆固醇脂植物：-谷固醇酵母：麦角固醇环戊烷多氢菲环戊烷多氢菲5，6-双键、双键、10，13-甲甲基、基、17-多碳链多碳链3-羟基（胆固醇）、羟基（胆固醇）、3-脂酰基（胆固醇酯）脂酰基（胆固醇酯）胆固醇的生物合成胆固醇的生物合成组织定位：组织定位：除脑和成熟红细胞外所有组织，以肝除脑和成熟红细胞外所有组织，以肝脏（占脏（占70-80%）和小肠（占）和小肠（占10%）为主。）为主。细胞内定位：细胞内定位：胞液、滑面内质网胞液、滑面内质网原料：原料：A、乙酰辅酶A：主要来自于葡萄糖的分解、脂酸的-氧化和氨基酸代谢，通过柠檬酸-丙酮酸循环进入胞液。B、NADPH+H+：来自于磷酸戊糖途径。C、ATP：来自于糖代谢。A、甲羟戊酸、甲羟戊酸（Mevalonic acid,MVA）的合成的合成B、鲨烯的合成、鲨烯的合成C、胆固醇的合成、胆固醇的合成基本过程：分为基本过程：分为3个阶段个阶段70%-80%的胆固醇由肝脏合成，少量由小肠合成。合成胆固醇的场所是胞液的内质网膜，原料是乙酰CoA。合成一个分子的胆固醇需要18分子的乙酰CoA，并由柠檬酸-丙酮酸循环和磷酸戊糖途径提供10分子的NADPH，期间形成焦磷酸酯中间物和脱去二氧化碳。HMGCoA还原酶是途径的关键酶，受胆固醇的反馈抑制。生物膜组成7-脱氢胆固醇胆固醇在动物体内的转化VitD3肾上腺皮质激素睾酮等雌二醇等孕酮牛黄鹅胆酸胆汁酸食物（少量）肝合成（主要）胆固醇胆酸血浆脂蛋白血浆所含脂类的统称。包括甘油三酯，磷脂，胆固醇及其酯、游离脂肪酸（FFA）。6.脂类在体内的转运血脂血浆中脂类与载脂蛋白结合而形成的运输脂类的微粒称为血浆脂蛋白（Lipoprotein,LP）。血浆脂蛋白的结构：血浆脂蛋白的结构：内核：甘油三脂内核：甘油三脂胆固醇酯胆固醇酯外表：载脂蛋白、磷脂、游离胆固醇外表：载脂蛋白、磷脂、游离胆固醇血浆脂蛋白结构图6.脂类在体内的转运血浆脂蛋白的分类电泳分类法：乳糜微粒，-脂蛋白，前-脂蛋白和-脂蛋白密度分类法：乳糜微粒（CM），极低密度脂蛋白（VLDL），低密度脂蛋白（LDL），高密度脂蛋白（HDL）电泳法分离血浆脂蛋白电泳法分离血浆脂蛋白超速离心法分离血浆脂蛋白超速离心法分离血浆脂蛋白高密度脂蛋白高密度脂蛋白低密度脂蛋白低密度脂蛋白极低密度脂蛋白极低密度脂蛋白乳糜微粒乳糜微粒种类：A、B、C、D、E五类，有20余种。功能：结合和转运脂质参与脂蛋白代谢关键酶活性的调节参与脂蛋白受体的识别6.脂类在体内的转运6.4 载脂蛋白（Apolipoprotein,Apo）指血浆脂蛋白中的蛋白质部分特点：具有双性-螺旋的结构6.脂类在体内的转运血浆脂蛋白的主要功能乳糜（CM）组成：TG，磷脂，胆固醇，ApoB48,A-I,A-II合成部位：小肠黏膜细胞，经淋巴系统进入血液生理功能：转运外源性 T甘油三酯和胆固醇酯极低密度脂蛋白（VLDL）组成：TG，磷脂，胆固醇，ApoB100,ApoE合成部位：肝细胞生理功能：转运内源性甘油三酯低密度脂蛋白（LDL）组成：主要是胆固醇及其酯，ApoB-100合成部位：血浆（VLDL转化而来）生理功能：转运肝脏内源合成的胆固醇高密度脂蛋白（HDL）组成：主要是胆固醇及其酯合成部位：肝，小肠生理功能：机体胆固醇的“清扫机”，逆向转运胆固醇到肝脏转化处理消化部位：主要在小肠上段吸收部位：十二指肠下段和空肠上段1.脂类的生理功能1.3 脂类消化与吸收软脂酸合成的总反应注意：反应所需要的大量 NADPH有两个来源，8个来自乙酰 CoA转运时的转氢反应，6个来自磷酸戊糖途径()乙酰辅酶乙酰辅酶A(+)高糖饮食高糖饮食(能量聚积能量聚积)脂肪动员脂肪动员乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶ATP堆积堆积脂酰辅酶脂酰辅酶A(+)柠檬酸柠檬酸异柠檬酸堆积异柠檬酸堆积抑制异柠檬抑制异柠檬酸脱氢酶酸脱氢酶饥饿饥饿高脂饮食高脂饮食3.2 脂酸合成的调节脂酸合成的调节脂酸合成的别构调节脂酸合成的别构调节乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶乙酰辅酶乙酰辅酶A羧化酶羧化酶-P无活性无活性有活性有活性磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶胰岛素胰岛素诱导乙酰辅酶诱导乙酰辅酶A羧化酶羧化酶脂酸合成酶的合成脂酸合成酶的合成促进脂酸进入脂肪促进脂酸进入脂肪组织，合成组织，合成TG贮存贮存脂酸合成的共价修饰调节脂酸合成的共价修饰调节胰高血糖素胰高血糖素(肾上腺素、生长素肾上腺素、生长素)依赖依赖AMP的蛋白激酶的蛋白激酶动物生物化学期中小练习1.2.3.4.5.一个9肽的氨基酸序列是：Lys Met Ser Glu Ser Tyr Ala Leu Glya.正确命名这个肽；b.写出它受胰蛋白酶与胰凝乳 蛋白酶共同作用时得到产物。含硫酶常常显示出较好的热稳定性，但有时其活性又容易被重金属离子抑制。为什么？动物缺乏B族维生素供应时，会直接影响对糖的利用。举 2个例子予以说明。同样是6C化合物，比较葡萄糖和己酸在动物体内完全氧化可以产生的ATP数目。在糖代谢和脂代谢中，我们遇到过 3个羧化酶催化的反应。请写出它们的反应式并总结其共同点。磷脂包括甘油磷脂，鞘磷脂等，其功能主要是细胞膜的组成成分，参与脂类在体内的运输，磷脂的一些代谢物是细胞信号传导的第二信使。在动物的各种组织中都有磷脂的合成和分解代谢，肝中尤其活跃。5.类脂的代谢磷脂-含有磷酸的脂类磷脂的组成及结构：磷脂的组成及结构：A、甘油磷脂、甘油磷脂FAFAPiX甘油B、鞘磷脂、鞘磷脂FAPiX鞘氨醇OCH 2O-C-R1R2C-O-CHOCH 2O-P-OXOH根据取代基团根据取代基团X的不同，可将甘油磷脂分为六类的不同，可将甘油磷脂分为六类甘油磷脂的组成及结构甘油磷脂的组成及结构O鞘磷脂的组成及结构鞘磷脂的组成及结构CH3(CH2)12CH=CH-CHOHCHNH 2CH 2OH鞘氨醇的化学结构鞘氨醇的化学结构脂肪酸脂肪酸+鞘氨醇（二氢鞘氨醇）鞘氨醇（二氢鞘氨醇）+取代基取代基X鞘脂鞘脂CH3(CH2)mCH=CH-CHOHCHNHCO(CH2)nCH3CH2-O-Xm多为多为12；n多在多在1222之间。之间。X：磷酸胆碱、磷酸乙醇鞍：磷酸胆碱、磷酸乙醇鞍-鞘磷脂鞘磷脂单糖基、寡糖链单糖基、寡糖链-鞘糖脂鞘糖脂CO23*-CH3(SAM)丝氨酸丝氨酸乙醇胺乙醇胺胆碱胆碱5.类脂的代谢5.2 甘油磷脂的合成甘油磷脂的合成A、组织定位：、组织定位：以肝、肾、肠最活跃。以肝、肾、肠最活跃。B、细胞内定位：、细胞内定位：内质网内质网C、原料：、原料：糖代谢糖代谢-甘油、脂酸、甘油、脂酸、ATP、CTP食物食物-必需脂酸、胆碱、乙醇必需脂酸、胆碱、乙醇胺、丝氨酸、肌醇等胺、丝氨酸、肌醇等合成过程甲基的来源和转移S-腺苷甲硫氨酸，SAM合成的前体：SAM活性胆碱和活性胆胺的准备磷脂酸是合成甘油磷脂的重要中间体卵磷脂和脑磷脂的合成5.类脂的代谢甘油磷脂的分解4.脂肪代谢的调控脂肪组织中脂肪合成与分解的调节脂肪组织中甘油三酯/脂肪酸循环4.脂肪代谢的调控肌肉中糖与脂肪分解代谢的相互调节葡萄糖/脂肪酸循环4.脂肪代谢的调控肝脏的调节作用脂肪酸在肝中的主要代谢途径低密度脂蛋白-受体代谢途径1）细胞膜摄取或转化2）抑制HMGCoA还原酶3）ACAT活性增高4）LDL受体合成减少ACAT:卵磷脂胆固醇脂酰转移酶小肠小肠肝脏肝脏肝外组织肝外组织毛细血管毛细血管摄食前后的血浆摄食前后的血浆