【生物化学】脂类分解PPT课件.ppt

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1、基 础 生 物 化 学B生命科学学院生命科学学院 夏夏 妍妍1.第十一章 脂类代谢 Lipid Metabolism11.1 脂类的分解代谢11.2 脂类的合成11.3 其他脂类代谢2.第一节 脂肪酸的分解代谢3.n脂类（lipids）是生物体维持正常生命活动不可缺少的一大类有机化合物，是与糖类、蛋白质、核酸并列为四大类重要基本物质之一；n脂类的一个共性就是难溶于水，易溶于有机溶剂的生物有机分子；n其本质是脂肪酸和醇形成的酯类及其衍生物。一一.脂肪的概念脂肪的概念脂的定义与生物学功能 4.(1)是生物细胞能量的储存物质n在高等动物体中，甘油三酯主要积累在皮下组织、肠间膜内等，动物的血液、淋巴液

2、、肝脏、骨髓等中也都储藏一定量的脂肪。n植物的甘油三酯多存在于种子和果实中，一些油料作物种子的含油量高达3050%。n甘油脂通过氧化可以供给人类及动植物生命过程所需的热能。1g甘油脂在体内氧化可产生39kJ的热量，比碳水化合物和蛋白质在同样条件下的热量约高一倍。5.6.(2)是生物细胞的结构物质。其中的磷脂是构成细胞生物膜（Biomembrane）的重要结构物质。现代研究表明，细胞质膜（plasma membrane）是细胞的界膜，控制着细胞内外所有物质的出入。同时，细胞质膜上各种脂、蛋白质、糖等表面复合物质的存在与细胞的识别、信号转导、种质特异性和组织免疫等有密切关系。因此，生物膜对细胞的生

3、命活动具有特别重要的作用；7.(3)许多脂类物质行使着各种重要特殊的生理功能。这些物质包括某些维生素和激素等。例如，萜类化合物中包含着维生素A、维生素D、维生素E和维生素K，它们是调节生理代谢重要的活性物质。还有定位在质膜上磷脂化合物，如磷脂酰肌醇、N-磷脂酰乙醇胺等是调节细胞生长发育、抗逆境反应的脂质信号分子。8.(1)单纯脂是脂肪酸和醇类所形成的酯，其中典型的为甘油三酯。(2)复合脂除醇类、脂肪酸外还含有其它物质，如磷酸、含氮化合物、糖基及其衍生物、鞘氨醇及其衍生物等。(3)其它脂为一类不含有脂肪酸、非皂化的脂，包括萜类、甾类化合物等。脂的分类 9.单纯脂 10.复合脂 磷酸甘油脂，又称甘

4、油磷脂，是最具有代表性的复合脂，广泛存在于动物、植物和微生物。磷酸甘油脂是细胞膜结构重要的组分之一，在动物的脑、心、肾、肝、骨髓、卵以及植物的种子和果实中含量较为丰富。最简单的磷酸甘油脂结构如图 11.甘油三酯结构二二.脂肪的水脂肪的水解解R1、R2、R3可以相同，也可以不全相同甚至完可以相同，也可以不全相同甚至完全不同，全不同，R2多是多是不不饱和和的。的。12.Triglyceride(TG)or triacylglycerol(TAG)Glycerol13.二二.脂肪的水脂肪的水解解脂肪脂肪的水解14.脂肪的水解15.甘油在甘油激酶的催化下，被磷酸化成3-磷酸甘油，然后氧化脱氢生成磷酸二

5、羟丙酮。三三.甘油的代甘油的代谢其反应如下：16.n其中第一步反应需要消耗ATP，而第二步反应可生成还原辅酶。n磷酸二羟丙酮为磷酸丙糖，是EMP途径的中间产物，因此既可以继续氧化，经丙酮酸进入TCA循环彻底氧化成CO2和水，n又可经糖异生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。17.18.四四.脂肪酸的分解脂肪酸的分解n-氧化作用的提出是在十九世纪初，Franz Knoop 在此方面作出了关键性的贡献。n 他将末端甲基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗，然后检测狗尿中的产物。n 食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。n Knoop由此推测无

6、论脂肪酸链的长短，脂肪酸的降解总是每次水解下两个碳原子。19.20.n Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在-碳原子上，而后C与C之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位Knoop推测是乙酸。n 以后的实验证明Knoop推测的准确性，由此提出了脂肪酸的-氧化作用。n -氧化作用是指脂肪酸在-碳原子上进行氧化，然后-碳原子和-碳原子之间键发生断裂。每进行一次-氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。21.-氧 化 作 用 的 部 位：Localization of-oxidation occurs in mitochondria 油料作物种子萌发时乙醛酸循环体(glyo

7、xysome，简称乙醛酸体)线粒体基质Matrix(动物中)22.1.脂肪酸-氧化的过程23.(1)脂肪酸的活化n 脂肪酸进入细胞，在胞浆中被活化，形成脂酰CoA n 脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoA酯化成脂酰CoA的过程。反应如下：脂酰CoA24.n脂肪酸的活化需要ATP的参与。每活化1分子脂肪酸，需要1分子ATP转化为AMP，即要消耗2个高能磷酸键。这可以折算成需要2分子ATP水解成ADP。n在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不可逆。25.(2)Transport into mitochondria n 脂肪酸的-氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，n 中、短链脂肪酸（10个碳

8、原子以下）可直接穿过线粒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。26.肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）的结构如下：27.肉毒碱是季胺类化合物，在植物和动物中均存在；在人体中是一种必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。28.脂酰肉碱转移酶脂酰肉碱转移酶脂酰CoA跨线粒体内膜的机制29.30.n其中的肉碱脂酰转移酶和是一组同工酶。n肉碱脂酰转移酶在线粒体外催化脂酰CoA上的脂酰

9、基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；n肉碱脂酰转移酶则在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至CoA，游离的肉碱被运回内膜外侧循环使用。33.(3)-氧化的历程n 反应历程：每次-氧化作用包括脱氢、水化、再脱氢和硫解四个步骤n 反应产物：每经历1次-氧化作用释放出1分子乙酰CoA，和比原脂酰CoA少2个碳的脂酰CoA34.脂酰CoA脱氢氧化n在脂酰CoA脱氢酶的催化下，在-和-碳原子上各脱去一个氢原子，生成反式,-烯脂酰CoA，氢受体是FAD。a a 35.水化n 在烯脂酰CoA水合酶催化下，,-烯脂酰CoA水化，生成L(+)-羟脂酰CoA。36.再脱氢n在-羟脂酰CoA脱氢酶催化下，脱氢生成-

10、酮脂酰CoA。反应的氢受体为NAD+。n此脱氢酶具有立体专一性，只催化L(+)-羟脂酰CoA的脱氢。37.硫解在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，生成乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。38.39.乙乙酰CoACoA40.乙乙酰CoACoA41.氧化柠檬酸循环42.对于长链脂肪酸，需要经过多次-氧化作用，每次降解下一个二碳单位，直至成为二碳（当脂肪酸含偶数碳时）或三碳（当脂肪酸含奇数碳时）的脂酰CoA。-氧化的氧化的历程程43.44.45.4.-氧化的调节脂酰基进入线粒体的速度是限速步骤，n长链脂酸生物合成的第一个前体丙二酸单酰CoA的浓度增加，可抑制肉碱脂酰转移酶，限制脂肪酸氧化。nNAD

11、H/NAD+比率高时，羟脂酰CoA脱氢酶便受抑制。n乙酰CoA浓度高时，可抑制硫解酶，抑制氧化46.下图是软脂酸（棕榈酸 C15H31COOH）的-氧化过程，它需经历七轮-氧化作用而生成8分子乙酰CoA。5.偶数碳饱和脂肪酸的氧化47.对于偶数碳于偶数碳饱和脂肪酸，和脂肪酸，-氧化氧化过程的化学程的化学计量：量：n脂肪酸在-氧化作用前的活化作用需消耗能量，即1分子ATP转变成了AMP，消耗了2个高能磷酸键，相当于2分子ATP。n在-氧化过程中，每进行一轮，使1分子FAD还原成FADH2、1分子NAD+还原成NADH，两者经呼吸链可分别生成1.5分子和2.5分子ATP，因此每轮-氧化作用可生成4

12、分子ATP。n-氧化作用的产物乙酰CoA可通过三羧酸循环而彻底氧化成CO2和水，同时每分子乙酰CoA可生成10分子ATP。48.在油料种子萌发时乙醛酸体中通过-氧化产生的乙酰CoA一般不用作产能形成ATP，而是通过乙醛酸循环（见后）转变成琥珀酸，再经糖的异生作用转化成糖。1 1分子分子软脂酸脂酸彻底氧化底氧化生成生成ATPATP的分子数的分子数一次活化作用一次活化作用-2-27 7轮-氧化作用氧化作用+47=+2847=+288 8分子乙分子乙酰CoACoA的氧化的氧化+1+108=+8008=+80总 计+1+1060649.脂肪酸-氧化的生理意义n 为机体提供比糖氧化更多的能量n n 乙乙

13、酰酰CoACoA还还可作可作为为脂肪酸和某些脂肪酸和某些AAAA的的合成原料n n 产产生大量的水可供生大量的水可供陆陆生生动动物物对对水的需要的需要50.51.6.不饱和脂肪酸的氧化场所：线粒体脂肪酸活化与转运同饱和脂肪酸（一）单不饱和脂肪酸：异构异构酶（二）多不饱和脂肪酸：异构异构酶、还原原酶52.n生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型;n位置相当有规律 第一个双键都是在C9和C10之间（写作D9），以后每隔三个碳原子出现一个。n例如，亚油酸18:2D9，12；-亚油酸18:3D9,12,15。n不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需其它酶的参与，现以油酸为例加以说明

14、。53.单不不饱和脂肪酸的分解（和脂肪酸的分解（线粒体内）粒体内）54.n油酸经历了三轮-氧化作用后，产物在,g位有一顺式双键，因此接下来的反应不是脱氢，而是双键的异构化，生成反式的,双键，然后-氧化作用继续正常进行。n油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADH2。n不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和脂肪酸的前四轮-氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时需要一种异构酶的参与。55.烯脂脂酰CoA异构异构酶烯酰CoA还原原酶多多不不饱和脂肪酸和脂肪酸的分解（的分解（线粒体内）粒体内）亚油油酰CoA烯脂脂酰CoA异构异构酶56

15、.n大多数脂肪酸含偶数碳原子，它们通过-氧化可全部转变成乙酰CoA，n一些植物和海洋生物能合成奇数碳脂肪酸，它们在最后一轮-氧化作用后，产生丙酰CoA。7.奇数碳链脂肪酸的氧化n丙酰CoA的代谢在动物体内先进行羧化，然后经过两次异构化，形成琥珀酰CoA。57.奇奇数数碳碳原原子子脂脂肪肪酸酸氧氧化化生物素丙丙酰CoA羧化化酶D-甲基丙二甲基丙二酰CoA消旋消旋酶甲基丙二甲基丙二酰CoA变位位酶辅酶B B1212丙丙酰CoA58.丙丙酰CoA转化成乙化成乙酰CoA，进入入TCA n 这条途径在植物、微生物中较普遍。59.n脂肪酸在一些酶的催化下，在-碳原子上发生氧化作用，分解出一个一碳单位CO2

16、，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂肪酸的-氧化作用。五五.脂肪酸的脂肪酸的a-a-氧化途氧化途径径n-氧化作用是1956年由P.K.Stumpf首先在植物种子和叶片中发现的，后来在动物脑和肝细胞中也发现了脂肪酸的这种氧化作用。60.以游离脂肪酸作为底物，在-碳原子上发生羟化（-OH）或 氢 过 氧 化（-OOH），然后进一步氧化脱羧61.生物体内生物体内a a-氧化的重要意氧化的重要意义n奇数碳脂肪酸的形成；奇数碳脂肪酸的形成；n含甲基的支含甲基的支链脂肪酸的降解；脂肪酸的降解；n过长的脂肪酸（如的脂肪酸（如C22、C24）的降解的降解哺哺乳乳动物物将将绿色色蔬蔬菜菜中中植植醇

17、醇降降解解就就是是通通过这种途径而种途径而实现的的62.n脂肪酸的-氧化是指脂肪酸的末端（-端）甲基发生氧化，先转变成羟甲基，继而再氧化成羧基，从而形成a,-二羧酸的过程。n 形成二羧酸（内质网）n 二羧酸进入线粒体n 从分子任何一端进行-氧化n 最后生成的琥珀酰CoA可直接进入TCA六六.脂肪酸的脂肪酸的-氧化途径氧化途径63.生成的,-二羧酸可从两端进行-氧化作用而降解。64.脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化中长链脂肪酸醇酸脱氢酶醛酸脱氢酶琥珀酸65.n动物体内的十二碳以下的脂肪酸常常通过-氧化途径进行降解。n植物体内的在-端具有含氧基团（羟基、醛基或羧基）的脂肪酸大多也是通过-氧化作用生成的，这

18、些脂肪酸常常是角质层或细胞壁的组成成分。n一些需氧微生物能将烃或脂肪酸迅速降解成水溶性产物，其降解过程首先要进行-氧化作用，生成二羧基脂肪酸后再通过-氧化作用降解66.有不少的细菌、藻类或处于一定生长阶段的高等植物（如正在萌发的油料种子），脂肪酸降解的主要产物乙酰CoA还可以通过另外一条途径 乙醛酸循环（glyoxylate cycle），将2分子乙酰CoA合成1分子四碳化合物琥珀酸。七七.乙乙醛酸循酸循环（Glyoxylate cycle）67.n乙醛酸循环与三羧酸循环相比，可以看成是三羧酸循环的一个支路，它在异柠檬酸处分支，绕过了三羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。n参与乙醛酸循

19、环的酶除了异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。n异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的关键酶。68.1.乙醛酸循环的过程69.乙乙醛酸循酸循环的的净结果是把两分子乙果是把两分子乙酰CoACoA转变成成一分子琥珀酸。其一分子琥珀酸。其总反反应为：70.71.72.2.乙醛酸循环的生物学意义n乙醛酸循环不存在于动物及高等植物的营养器官内，它存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中。n油料植物的种子中主要的贮藏物质是脂肪，在种子萌发时乙醛酸体大量出现，由于它含有脂肪分解和乙醛酸循环的整套酶系，因此可以将脂肪分解，并将分解产物乙酰CoA转变为琥珀酸。73.n由乙醛酸

20、循环转变成的琥珀酸，需要在线粒体中通过三羧酸循环的部分反应转化为苹果酸，然后进入细胞质，沿糖异生途径转变成糖类。n乙醛酸循环中有苹果酸中间体，它也可以到细胞质中异生成糖，但它需要及时回补，以保证循环的正常进行，这仍来自循环的产物琥珀酸在线粒体中的转变。74.75.n琥珀酸可异生成糖并以蔗糖的形式运至种苗的其它组织供给它们生长所需的能源和碳源；而当种子萌发终止、贮脂耗尽，同时叶片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可以由太阳光和CO2获得时，乙醛酸体的数量迅速下降以至完全消失。n对于一些细菌和藻类，乙醛酸循环使它们能以乙酸盐为能源和碳源生长。76.77.1.乙 酰 CoA 的 可 能 去 路TCA

21、 CO2+H2O+能量能量乙乙醛酸循酸循环 糖异生糖异生 糖（糖（仅限于乙限于乙醛酸体）酸体）脂肪酸、固醇等合成的原料脂肪酸、固醇等合成的原料在在动物肝、物肝、肾脏中有可能中有可能产生乙生乙酰乙酸、乙酸、D-羟丁丁酸和丙酸和丙酮（酮体）体）。八八.酮体代体代谢 78.n由脂肪酸的-氧化及其它代谢所产生的乙酰CoA，在一般的细胞中可进入三羧酸循环进行氧化分解；n在动物的肝脏、肾脏、脑等组织中，尤其在饥饿、禁食、糖尿病等情形下，乙酰CoA还有另一条代谢去路，最终生成乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮，这三种产物统称为酮体（ketone bodies）。八八.酮体代体代谢 79.2.酮体的合成 (1)两分子乙

22、酰CoA缩合成乙酰乙酰CoA，反应由硫解酶催化。此外，脂肪酸-氧化作用的最后一轮也能产生乙酰乙酰CoA。80.(2)一 分 子 乙 酰CoA与乙酰乙酰CoA缩合，生成-羟-甲 基 戊 二 酸 单 酰CoA（HMG-CoA），反应由HMG-CoA合成酶催化。3-Hydroxy-3methylglutaryl-CoA(HMG-CoA)81.(3)HMG-CoA分解成乙酰乙酸和乙酰CoA，反应由HMG-CoA裂解酶催化。82.(4)生成的乙酰乙酸一部分可还原成-羟丁酸，反应由-羟丁酸脱氢酶催化；也有极少一部分可脱羧形成丙酮，反应可自发进行，也可由乙酰乙酸脱羧酶催化。83.3.酮体的分解84.85.4

23、.酮体在肝外组织中的利用86.87.酮体在肝脏中形成但肝脏没有乙酰乙酸-琥珀酰CoA转移酶酮体易溶于水，透出细胞进入血液循环在肝外组织进行氧化 肝内生成和肝外利用是肝脏输出能源的形式为酸性物质，累积产生酸中毒，破坏机体水盐代谢平衡88.脂肪酸分解代脂肪酸分解代谢的的调节肉碱酰基转移酶调控脂酰CoA进入线粒体 丙二酰CoA为酶肉碱酰基转移酶抑制剂线粒体中乙酰CoA抑制硫解酶活性激素的调节：cAMP等依赖的PK 肾上腺素、胰高血糖素促进脂水解89.1.葡萄糖和脂肪酸代谢的共同代谢中间物是()。A、草酰乙酸B、乳酸C、乙醇D、乙酰CoA练习题90.2、脂肪酸在细胞中氧化降解（）A从酰基CoA 开始B

24、产生的能量不能为细胞所利用C被肉毒碱抑制D主要在细胞核中进行E在降解过程中反复脱下三碳单位使脂肪酸链变短91.3 下列哪项叙述符合脂肪酸的氧化：（）A仅在线粒体中进行B产生的NADPH 用于合成脂肪酸C被胞浆酶催化D产生的NADPH 用于葡萄糖转变成丙酮酸E需要酰基载体蛋白参与.92.4.脂肪酸活化后，氧化反复进行，不需要下列哪一种酶参与？（）A、脂酰CoA脱氢酶 B、羟脂酰CoA脱氢酶C、烯脂酰CoA水合酶 D、硫激酶93.5.下述哪种说法最准确地描述了肉毒碱的功能？（）A转运中链脂肪酸进入肠上皮细胞B转运中链脂肪酸越过线粒体内膜C参与转移酶催化的酰基反应D是脂肪酸合成代谢中需要的一种辅酶9

25、4.6.为了使长链脂酰基从胞浆转运到线粒体内进行脂酸的氧化，所需要的载体为（）A.柠檬酸B.肉碱C.酰基载体蛋白D.磷酸甘油 95.7.下列哪个反应不属于脂肪酸氧化（）A.加氢 B.加水 C.脱氢D.硫解 E.再脱氢96.8 下列物质中，与脂肪酸分解无关的是（）A.FAD B.辅酶I C.肉碱D.辅酶II E.辅酶A97.9.乙酰CoA羧化酶含有的辅助因子是（）ASHCoABFADCTPPD生物素98.10.-氧化的酶促反应顺序为（）A、脱氢、再脱氢、加水、硫解 B、脱氢、加水、再脱氢、硫解C、脱氢、脱水、再脱氢、硫解 D、加水、脱氢、硫解、再脱氢99.12.1分子油酸通过氧化等步骤彻底氧化分

26、解，生成ATP的个数为（）A 129 B 116.5 C 118.5 D 106100.九、磷脂的代九、磷脂的代谢101.磷酸甘油酯102.磷脂酸磷脂酸磷脂磷脂酰乙醇胺乙醇胺磷脂磷脂酰胆碱胆碱磷脂磷脂酰丝氨酸氨酸磷脂磷脂酰甘油甘油 乙醇胺乙醇胺-胆碱胆碱-丝氨酸氨酸-甘油甘油-头部基团103.肌醇肌醇-磷脂磷脂酰甘油甘油-磷脂磷脂酰肌醇肌醇心磷脂头部基团104.105.六、鞘脂类代谢鞘氨醇鞘氨醇神神经酰胺胺106.磷酸胆碱 葡萄糖 双、三、四糖 复杂寡糖鞘磷脂脑苷脂107.鞘磷脂磷酸胆碱108.七、甾醇代七、甾醇代谢109.胆固醇不被降解、氧化为CO2和H2O进入肠道的胆固醇胆汁酸盐粪固醇转化成7-脱氢胆固醇 VD3组织中生成胆固醇酯LDL/HDL核心组分 肾上腺皮质激素，性激素110.111.4.奇数碳链脂肪酸的氧化油酰CoA 的氧化112.(四四)脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化植烷酸降植烷酸位甲基取代-氧化位阻羟化酶丙酰CoA113.114.115.(四四)脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化植烷酸降植烷酸位甲基取代-氧化位阻羟化化酶丙酰CoA116.丙酮乙酰乙酸D-羟丁酸117.118.119.The end of Chap1!The end of Chap1!120.