第二节 脂肪酸的合成代谢(5-11-2).ppt

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1、第二节第二节 脂肪酸的合成代谢脂肪酸的合成代谢一一.甘油的合成甘油的合成由糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮还原而成。由糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮还原而成。甘油的合成在甘油的合成在细胞质细胞质中进行。中进行。事实上，在甘油和脂肪酸缩合连结成脂肪时，事实上，在甘油和脂肪酸缩合连结成脂肪时，所需要的是所需要的是3-3-磷酸甘油，而不是游离的甘油。磷酸甘油，而不是游离的甘油。(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成原料：乙酰乙酰CoACoA产物：不超过不超过1616碳的饱和脂肪酸碳的饱和脂肪酸部位：动物体动物体 细胞质细胞质植物体植物体 叶绿体叶绿体和和前质体前质体OverviewFatty

2、 acids are synthesized by the condensation of two-carbon units.However,in terms of the enzymic steps involved,the process is not the reversed of -oxidation.Fatty acid synthesis involves a separate series of reactions to build up long-chain hydrocarbons from acetyl CoA units.The key differences betwe

3、en fatty acid synthesis and breakdown are:(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.fattyacidsynthesisoccursinthecytosolofbothprokaryotes and eukaryotes whereas their degradationoccursinthemitochondriaofeukaryotes;2.fattyacidsynthesisusesNADPHasthereductantwhereasNADHisproducedin-oxidation;3.during their synthesi

4、s,fatty acids are covalentlylinked to an acyl carrier protein(ACP),as opposed toCoAintheirdegradation;4.the enzyme activities of fatty acid synthesis inhigherorganismsarepresentinasinglepolypeptidechaincalled fatty acid synthase,whereas in-oxidation theindividualactivitiesarepresentonseparateenzymes

5、.(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1)(1)乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 TransportintothecytosolFattyacidsaresynthesizedinthecytosol,butacetylCoAisproducedfrompyruvateinthemitochondria.ThustheacetylCoAmustbetransferredfromthemitochondriainto the cytosol to allow fatt

6、y acid synthesis to occur.However,the inner mitochondrial membrane is notreadily permeable to this molecule.This problem isovercome by the condensation of acetyl CoA withoxaloacetatetoformcitrate.1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1)(1)乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 因因为为乙乙酰酰CoACoA在在线线粒粒体体产产生

7、生，乙乙酰酰CoACoA不不能能直直接接穿穿过过线线粒粒体体内内膜膜，需需要要通通过过“柠柠檬檬酸酸穿穿梭梭”的的方方式式从从线线粒粒体体基基质质到到达达细细胞胞质质，才才能能用用于于合合成成脂脂肪酸。肪酸。(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1)(1)乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1)(1)乙酰乙酰CoACoA的来源和转运的来源和转运 循循环环的的净净结结果果是是将将乙乙酰酰CoACoA从从线线粒粒体体转转运

8、运到到了了细细胞质，同时也胞质，同时也消耗了化学能消耗了化学能ATPATP。在在植植物物体体中中，线线粒粒体体内内产产生生的的乙乙酰酰CoACoA先先脱脱去去CoACoA以以乙乙酸酸的的形形式式运运出出线线粒粒体体，再再在在线线粒粒体体外外由由脂脂酰酰CoACoA合成酶催化重新形成乙酰合成酶催化重新形成乙酰CoACoA。1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 The first committed step in fatty acid biosynthesis is the c

9、arboxylation of acetyl CoA to form malonyl CoA using CO2 in the form of bicarbonate HCO3-.This reaction is catalyzed by the enzyme acetyl CoA carboxylase which has biotin as a prosthetic group,a common feature in CO2-binding enzymes.1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)丙二酸单酰丙二酸单酰C

10、oACoA的形成的形成 在在脂脂肪肪酸酸的的从从头头合合成成过过程程中中，参参入入脂脂肪肪酸酸链链的的二二碳碳单单位位的的直直接接提提供供者者并并不不是是乙乙酰酰CoA，而而是是乙乙酰酰CoA的的羧羧化化产产物物 丙丙二二酸酸单单酰酰CoA（malonyl-CoA）。）。1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成乙酰乙酰CoACoA羧化酶的组成羧化酶的组成 在在原原核核生生物物中中，由由两两种种酶酶和和一一种种蛋蛋白白质质组组成成

11、三三元元多酶复合体多酶复合体 生物素羧基载体蛋白生物素羧基载体蛋白（biotin carboxyl-carrierbiotin carboxyl-carrier protein protein，BCCPBCCP）生物素羧化酶生物素羧化酶 羧基转移酶羧基转移酶 在在动动物物及及高高等等植植物物体体内内，乙乙酰酰CoACoA羧羧化化酶酶是是由由多多个个亚亚基基组组成成的的寡寡聚聚酶酶，每每个个亚亚基基兼兼具具上上述述的的三三种种催催化化活活性性，但但只只有有当当它它们们聚聚合合成成完完整整的的寡寡聚聚酶酶后后才才有有活活性性。1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二

12、二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 乙乙酰酰CoACoA的的羧羧化化为为不不可可逆逆反反应应，是是脂脂肪肪酸酸合合成成的的限限速速步步骤骤，故故乙乙酰酰CoACoA羧羧化化酶酶的的活活性性高高低低控控制制着脂肪酸合成的速度。着脂肪酸合成的速度。1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的形成的形成 影响乙酰影响乙酰CoACoA羧化酶活性的因素：（在动物体中）羧化酶活性的因素：（在动物体中）柠柠檬檬酸酸：促促进进无无活活性性的的单单体体聚聚合合成

13、成有有活活性性的的全全酶酶，从从而加速脂肪酸的合成；而加速脂肪酸的合成；软脂酰软脂酰CoACoA：促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合成。促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合成。1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）FA的的组组成成 乙酰乙酰CoA-ACP转移酶转移酶 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA-ACP转移酶转移酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP还原酶还原酶 -羟脂酰羟脂酰-ACP脱水酶脱水酶 烯脂酰烯脂酰-ACP还原酶

14、还原酶 硫酯酶硫酯酶ACP 脂酰基载体蛋白脂酰基载体蛋白1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成脂肪酸合酶系统（脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3)(3)脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成ACPACP：不不同同生生物物体体中中的的ACPACP十十分分相相似似：大大肠肠杆杆菌菌中中的的ACPACP是是一一个个由由7777个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成的的热热稳稳定定蛋蛋白白质质，在在它它的的第第

15、3636位位丝丝氨氨酸酸残残基基的的侧侧链链上上，连连有有辅辅基基4-4-磷酸泛酰巯基乙胺。磷酸泛酰巯基乙胺。1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3)(3)脂肪酸链的合成脂肪酸链的合成 ACPACP辅辅基基犹犹如如一一个个转转动动的的手手臂臂，以以其其末末端端的的巯巯基基携携带带着着脂脂酰酰基基依依次次转转到到各各酶酶的的活活性性中中心心，从从而而发发生生各各种反应，如下图所示。种反应，如下图所示。(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成FASFAS上上的的活活性性巯巯基基：（用用于于运运载载脂脂酰基）酰基）中中央央

16、巯巯基基 ACPACP上上的的巯巯基；基；外外围围巯巯基基 -酮酮脂脂酰酰-ACPACP合合酶酶上上的的巯巯基基，由由该该酶酶的的一一个个CysCys残残基提供。基提供。1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成乙酰乙酰CoA:ACP转移酶转移酶丙二酸单酰丙二酸单酰CoA:ACP转移酶转移酶-酮脂酮脂酰酰ACP合酶合酶-酮脂酮脂酰酰ACP还原酶还原酶-羟脂羟脂酰酰ACP脱水酶脱水酶烯脂烯脂酰酰ACP还原酶还原酶1.1.脂肪酸从头合成的过程脂肪酸从头合成的过程(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3)(3)脂肪酸链的合成脂

17、肪酸链的合成整个过程都是在整个过程都是在脂肪酸合酶系统脂肪酸合酶系统中进行。中进行。这这一一阶阶段段包包含含有有多多轮轮酶酶促促反反应应，每每经经历历一一轮轮可可以以使使脂脂肪肪酸酸链链在在羧羧基基端端延延长长一一个个二二碳碳单单位位，同同时时消消耗耗2 2分子还原剂分子还原剂NADPHNADPH。从从乙乙酰酰CoACoA的的穿穿梭梭、丙丙二二酸酸单单酰酰CoACoA的的生生成成，到到脂脂肪肪酸酸链链的的形形成成，需需要要消消耗耗化化学学能能ATPATP及及还还原原剂剂NADPHNADPH。整整个个合合成成的的碳碳源源来来自自乙乙酰酰CoACoA，尽尽管管COCO2 2参参与与了了合合成成，但

18、但没没有有被被消消耗耗，其其作作用用是是乙乙酰酰CoACoA通通过过羧羧化化将将ATPATP的的能能量量贮贮存存在在丙丙二二酸酸单单酰酰CoACoA中中，从从而而在在缩缩合合反反应应中中通通过过脱脱羧羧放放能能而而使使反反应应向向正正方方向向即即合合成成的的方方向向进进行行，这这要要比比两两分分子子的的乙乙酰酰CoACoA进进行行的的缩缩合合反反应更易进行。应更易进行。2.2.脂肪酸从头合成的化学计量脂肪酸从头合成的化学计量(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成2.2.脂肪酸从头合成的化学计量脂肪酸从头合成的化学计量(一)脂肪酸的从头合成二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成 由由此此可

19、可见见，由由脂脂肪肪酸酸合合酶酶系系统统形形成成1 1分分子子软软脂脂酸酸需需要要消消耗耗1 1分分子子乙乙酰酰CoACoA、7 7分分子子丙丙二二酸酸单单酰酰CoACoA以以及及1414分分子还原辅酶子还原辅酶，同时释放出，同时释放出7 7分子分子COCO2 2。1.1.延长发生的部位延长发生的部位(二)脂肪酸碳链的延长二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成内质网内质网动物体动物体线粒体线粒体植物体植物体叶绿体叶绿体或或前质体前质体2.2.延长过程延长过程该该过过程程是是以以脂脂酰酰CoA（不不是是脂脂肪肪酸酸）作作为为起起点点(引引物物)，通通过过与与从从头头合合成成相相似似的的步步骤骤，即即缩缩

20、合合还还原原脱水脱水再还原再还原，逐步在羧基端增加二碳单位。，逐步在羧基端增加二碳单位。至至于于延延长长的的具具体体方方式式，在在细细胞胞的的不不同同部部位位都都不不相同。相同。(二)脂肪酸碳链的延长二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成线线粒粒体体中中的的延延长长过过程程：相相当当于于脂脂肪肪酸酸-氧氧化化过过程程的的逆逆转转，只只是是第第二二次次还还原原反反应应由由还还原原酶酶而而不不是是脱脱氢酶催化，电子载体为氢酶催化，电子载体为NADPH而不是而不是FADH2；内内质质网网上上的的延延长长过过程程：与与从从头头合合成成过过程程相相似似，只是脂酰基的载体为只是脂酰基的载体为CoA而不是而不是AC

21、P。2.2.脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程(二)脂肪酸碳链的延长二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1)1)动物体中脂肪酸链的延长动物体中脂肪酸链的延长植物的脂肪酸延长系统有两个植物的脂肪酸延长系统有两个叶叶绿绿体体或或前前质质体体中中的的只只负负责责将将软软脂脂酸酸转转变变为为硬硬脂酸（脂酸（18:0），这一过程类似于从头合成途径；），这一过程类似于从头合成途径；碳碳链链的的进进一一步步延延长长则则由由内内质质网网上上的的延延长长系系统统完完成成。2.2.脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程(二)脂肪酸碳链的延长二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)植物体中脂肪酸链的延长植物体中

22、脂肪酸链的延长细胞内进行细胞内进行部位部位动动 物物植植 物物线粒体线粒体叶绿体、前质体叶绿体、前质体ACPACP内质网内质网电子供体电子供体脂酰基的载体脂酰基的载体二碳单位的供体二碳单位的供体内质网内质网NADPHNADPH丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA不不明明确确NADHNADHNADPHNADPHCoACoA乙酰乙酰CoACoA 丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoACoACoANADPHNADPH2.2.脂肪酸碳链的延长过程脂肪酸碳链的延长过程(二)脂肪酸碳链的延长二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成在在生生物物体体内内存存在在大大量量的的各各种种不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸，如如棕棕榈榈油油酸酸（

23、16:116:1D D9 9）、油油酸酸（18:118:1D D9 9）、亚亚油油酸酸（18:218:2D D9,129,12）、亚亚麻麻酸酸（18:318:3D D9,12,159,12,15）等等，它它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。去去饱饱和和作作用用有有需需氧氧和和厌厌氧氧两两条条途途径径，前前者者主主要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。(三)脂肪酸碳链的去饱和二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.需氧途径该途径由去饱和酶系催化，需要该途径由去饱和酶系催化，需要O O2 2和和NADPHNA

24、DPH的共同参与。的共同参与。去去饱饱和和酶酶系系由由去去饱饱和和酶酶（desaturasedesaturase）及及一一系系列列的的电电子子传传递递体体组组成成。在在该该途途径径中中，一一分分子子氧氧接接受受来来自自去去饱饱和和酶酶的的两两对对电电子子而而生生成成两两分分子子水水，其其中中一一对对电电子子是是通通过过电电子子传传递递体体从从NADPHNADPH获获得得，另另一一对对则则是是从从脂脂酰酰基基获获得得，结结果果NADPHNADPH被被氧氧化化成成NADPNADP+，脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）(三)脂肪酸碳链的去饱和二二.脂肪酸的合成脂肪酸

25、的合成去去饱饱和和作作用用一一般般首首先先发发生生在在饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的9 9、1010位位碳碳原原子子上上，生生成成单单不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸（如如棕棕榈榈油油酸酸、油油酸酸）。接接下下来来，对对于于动动物物，尤尤其其是是哺哺乳乳动动物物，从从该该双双键键向向脂酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸。脂酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸。二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.需氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和而而植植物物则则是是从从该该双双键键向向脂脂酸酸的的甲甲基基端端继继续续去去饱饱和和生生成成如如亚亚油油酸酸、亚亚麻麻酸酸等等的的多多烯烯脂脂肪肪酸酸。此此外外，植植物物也也可可以

26、以不不通通过过这这条条需需氧氧途途径径，而而是是在在内内质质网网膜膜上上由由单单不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸以以磷磷脂脂或或甘甘油油糖糖脂脂的的形形式式继继续续去去饱饱和和的的，它也是一个需氧的过程。它也是一个需氧的过程。二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.需氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和由由于于动动物物不不能能合合成成亚亚油油酸酸和和亚亚麻麻酸酸，但但对对维维持持其其生生长长十十分分重重要要，所所以以必必须须从从食食物物中中获获得得，这这些些脂脂肪肪酸酸对对人人类类和和哺哺乳乳动动物物是是必必需需脂脂肪肪酸酸。但但动动物物能能通通过过去去饱饱和和作作用用和和延延长长脂脂肪肪酸酸碳碳链链的的过过程程

27、将将它它们们转转变变为为二二十十碳碳四烯酸。四烯酸。二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.需氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和厌氧途径是厌氧微生物合成单不饱和脂肪酸的方式。厌氧途径是厌氧微生物合成单不饱和脂肪酸的方式。这一过程发生在脂肪酸从头合成的过程中。当这一过程发生在脂肪酸从头合成的过程中。当FASFAS系系统从头合成到统从头合成到1010个碳的羟脂酰个碳的羟脂酰-ACPACP（-羟癸酰羟癸酰-ACPACP）时，时，接下来的脱水作用不是由接下来的脱水作用不是由-羟脂酰羟脂酰-ACPACP脱水酶催化发生在脱水酶催化发生在a a、位之间，而是由另一专一性的位之间，而是由另一专一性的-羟癸酰羟癸酰-AC

28、PACP脱水酶催脱水酶催化发生在化发生在、g g位之间，生成位之间，生成、g-g-烯癸酰烯癸酰-ACPACP，然后不再然后不再进行烯脂酰进行烯脂酰-ACPACP的还原反应，而是继续参入二碳单位，进的还原反应，而是继续参入二碳单位，进行从头合成的反应过程。这样，就可产生不同长短的单不行从头合成的反应过程。这样，就可产生不同长短的单不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸。1.厌氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成厌氧途径只能生成单不饱和脂肪厌氧途径只能生成单不饱和脂肪酸，因此厌氧微生物中不存在多不饱酸，因此厌氧微生物中不存在多不饱和脂肪酸。和脂肪酸。二二.脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.厌氧途径(三)脂肪酸碳链的去饱和原料：磷酸甘油、脂酰磷酸甘油、脂酰CoACoA（3 3分子）分子）三三.三酰甘油的生物合成三酰甘油的生物合成