脂类代谢第十章生物化学.ppt

第十章 脂 类 代 谢,脂类的消化（酶水解）、吸收及转运 脂肪的分解代谢（脂肪酸的氧化、酮体生成与利用） 脂肪的合成代谢 磷脂代谢 胆固醇代谢 教材第28、29章,本 章 内 容, 供能贮能（脂肪38.9千焦/克,糖17.2千焦/克,蛋白质23.4千焦/克)。 构成生物膜；活性脂类。 协助脂溶性维生素的吸收，提供必需脂肪酸。 保护和保温作用。,脂类物质的生理功用：,第一节 脂类的消化、吸收和转运,一、消化,1、脂肪在胃内经机械搅动，形成油水乳状物质（食物糜）。 2、小肠腔内，胆汁酸盐的乳化作用使脂肪分散成细小微滴。 3、脂肪酶（胰腺）进行脂解作用。,胆汁酸盐作用（甘氨胆酸、牛磺胆酸）： （1）乳化脂肪 （2）激活脂肪酶 （3）促进脂类转运吸收,脂肪酶的脂解作用： （1）三脂酰甘油脂肪酶：专一水解甘油三酯C1，C3酯键，生成2分子脂肪酸和1分子2-单酰甘油。 （2）胆固醇酯酶：胆固醇酯水解生成胆固醇和脂肪酸 （3）磷脂酶A2：磷脂水解生成溶血磷脂和脂肪酸。,磷脂酶A1（B1),磷脂酶A2（B2),磷脂酶C,磷脂酶D,二、吸收,脂解产物与胆汁酸盐形成混合微团（5nm，极性），被 小肠粘膜细胞吸收。,脂肪的吸收： （1）完全水解： 甘油直接吸收 脂肪酸 + 胆汁酸盐复合物吸收脂肪酸重新合成脂类 （2）部分水解： 二酰甘油 + 单酰甘油 三酰甘油淋巴系统血液循环 （3）未消化： 三酰甘油乳糜微粒淋巴系统血液循环 胆固醇的吸收需脂蛋白，也可与脂肪酸结合成胆固醇酯 被吸收。,三、转运,脂类物质与载脂蛋白结合成血浆脂蛋白通过血液循环转运至肌肉、脂肪组织等，在靶组织细胞外经脂蛋白脂酶水解后利用。,四、储存,动物储存脂肪的组织主要为皮下组织、腹腔大网膜、肠系膜、结缔组织等，主要是油酸、软脂酸、硬脂酸组成的三酰甘油。 植物特别是油料作物多含中性脂，磷脂。,血脂,第二节 脂肪的分解代谢,1、定义：贮存于脂肪细胞中的甘油三酯在激素敏感脂肪酶（HSL）的催化下水解并释放出脂肪酸和甘油，供给全身各组织细胞摄取利用的过程。,一、脂肪动员,HSL主要受共价修饰调节。 促脂解激素：肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素等 抗脂解激素：胰岛素、前列腺素E,2、过程：,甘油不被脂肪细胞利用，经血液输送到肝脏进行代谢。,二、甘油代谢,磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛氧化或糖异生,三、脂肪酸的氧化 (p232),1、部位： 肝脏、肌肉（主要），胞液（活化）+ 线粒体（ -氧化） 2、过程：四个阶段, 脂肪酸的活化：耗能 2ATP, 脂酰CoA转运入线粒体：限速步骤,载体：肉碱(3-羟基-4-三甲基氨基丁酸) HOOC-CH2-CH（OH）-CH2-N+-（CH3）3 限速酶：肉碱脂酰基转移酶（受丙二酰CoA的抑制）,*,脂酰CoA在线粒体基质中进行氧化分解，氧化部位从-C开始，经过脱氢、水化、再脱氢和硫解四步反应，产生1分子乙酰CoA和比原来减少了2个碳的新的脂酰CoA。如此反复进行，直至脂酰CoA全部变成乙酰CoA。, 脂肪酸的-氧化过程,脱氢,水化,再脱氢,硫解,2, 乙酰CoA的彻底氧化 TCA H2O+CO2 . 能量 脂肪酸-氧化氧化的产能计算： 以软脂酸(16C)为例，7次 -氧化，8乙酰CoA C15H31COSCoA + 7 CoA-SH + 7 FAD +7 NAD+ +7 H2O 8CH3COSCoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ 7FADH2 X 1.5ATP 7NADH+H+ X 2.5ATP 108ATP - 2ATP = 106ATP 8乙酰CoA X 10ATP （活化）,任一偶数碳原子的长链脂肪酸净生成的ATP数目可按下式计算: 碳原子数 碳原子数 ATP净生成数= - 1 + 1- 2 2 2, 脂肪酸氧化前必须活化为脂酰CoA，仅需活化一次，消耗2ATP； -氧化过程在线粒体基质内进行，需肉碱携带； -氧化为循环反应过程，由脂肪酸氧化酶系催化，反应不可逆，需要FAD，NAD，CoA为辅助因子； 每循环一次，两次脱氢生成一分子FADH2，一分子NADH，进入电子传递链产生4ATP； 每一次-氧化产生一分子乙酰CoA，进入TCA循环产生10ATP。,3、脂肪酸氧化的特点：,4、不饱和脂肪酸的氧化,（1）单不饱和脂肪酸氧化(P240图2812） 附加一个异构酶，少一次脱氢（FAD） 顺-3-烯脂酰CoA反-2-烯脂酰CoA （2）多不饱和脂肪酸氧化(P241图2813) 附加异构酶和还原酶 多一个不饱和双键少生成1.5个ATP。,5、奇数脂肪酸的氧化（p242图2814）,奇数脂肪酸氧化乙酰CoA + 丙酰CoA 羧化酶（生物素） 变位酶（VB12） 丙酰CoA L-甲基丙二酸单酰CoA 琥珀酰CoA,-氧化：在动物体中，C10 或C11脂肪酸的碳链末端碳原子（-碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后，可以从分子的任何一端进行-氧化，最后生成的琥珀酰CoA可直接进入三羧酸循环。 如：海洋浮游细菌经-氧化将烃类有机物转变为可溶性脂肪酸再降解，起到清除海洋石油污染的作用。 -氧化：在植物种子萌发时，脂肪酸的-碳被氧化成羟基，生成-羟基酸。-羟基酸可进一步氧化、脱羧转变成少一个碳原子的脂肪酸。 意义：以游离脂肪酸为底物，不必活化。对降解支链脂肪酸、奇数脂肪酸或长链脂肪酸（C22 、C24）有作用。,6、脂肪酸的其它氧化方式 (p243),脂肪酸在肝脏中氧化分解所生成的乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮三种中间代谢产物，统称为酮体。 CH3COCH2COOH 乙酰乙酸（30%） CH3CH(OH)CH2COOH -羟丁酸（70%） CH3COCH3 丙酮,四、酮体(ketone body)的生成及利用：,主要在肝脏的线粒体中生成，合成原料为乙酰CoA， HMG-CoA合酶是酮体生成的关键酶。,1酮体的生成： p244,乙酰乙酰硫解酶,(1) 两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，缩合生成一分子乙酰乙酰CoA。,2 CH3COCoA CH3COCH2COCoA + HSCoA,(2)乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合，生成HMG-CoA。,CH3COCH2COCoA + CH3COCoA HOOCCH2C(OH)(CH3)CH2COSCoA + HSCoA,HMG-CoA合酶,*,(3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。,HOOCCH2C(OH)(CH3)CH2COSCoA CH3COCH2COOH + CH3COCoA,HMG-CoA裂解酶,(4) 乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下，加氢还原为-羟丁酸。 CH3COCH2COOH + NADH + H+ CH3CH(OH)CH2COOH + NAD+ (5) 乙酰乙酸也可自发脱羧生成丙酮。 CH3COCH2COOH CH3COCH3 + CO2,-羟丁酸脱氢酶,肝外组织线粒体，琥珀酰CoA转硫酶和乙酰乙酸硫激酶。,心 肾 脑 骨骼肌,心 肾 脑,2酮体的利用： p245,(1) 在正常情况下，酮体是肝脏输出能源的一种形式； (2) 在饥饿或疾病情况下，为心、脑等重要器官提供必要的能源。 当由琥珀酰CoA转硫酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸可净生成20分子ATP，-羟丁酸可净生成22.5分子ATP；而由乙酰乙酸硫激酶催化进行氧化利用时，乙酰乙酸则可净生成18分子ATP， -羟丁酸可净生成20.5分子ATP 。,3酮体生成及利用的生理意义：,肝脏、小肠和脂肪组织是主要的合成脂肪的组织器官，其合成的亚细胞部位主要在胞液。,第三节 脂肪的合成代谢,脂酰CoA + -磷酸甘油 脂肪 脂肪酸,原料乙酰CoA（线粒体）。 合成过程由胞液中的脂肪酸合成酶系催化。,一、 脂肪酸的合成：,柠檬酸-丙酮酸循环（穿梭作用） 将线粒体内生成的乙酰CoA运至胞液。,1乙酰CoA转运出线粒体：,转运1分子乙酰CoA消耗2分子ATP，产生1分子NADPH。,2丙二酸单酰CoA的合成：活化,脂肪酸合成时碳链的缩合延长过程是一循环反应过程。每经过一次循环反应，延长两个碳原子。 在低等生物中，脂肪酸合酶复合体是一种由1分子脂酰基载体蛋白（ACP，p261图296）和7种酶单体所构成的多酶体系；但在高等动物中，则是由一条多肽链构成的多功能酶，通常以二聚体形式存在，每个亚基都含有一ACP结构域。(p261图29-7）,3脂肪酸合成循环：,ACP：酰基载体蛋白（acyl carrier protein) 辅基：磷酸泛酰巯基乙胺，以磷酸基团与ACP的Ser以磷脂键相连， 另一端-SH与脂酰基形成硫酯键。将合成中间物从一个酶 转移到另一个酶活性位置。,真核生物脂肪酸合酶复合体,乙酰-CoA-ACP转酰酶 丙二酰-CoA-ACP转酰酶 -酮酰-ACP合酶 -酮酰-ACP还原酶 -羟酰-ACP脱水酶 烯酰-ACP还原酶 软脂酰-ACP硫解酶,（1）转酰基作用：(启动） 乙酰CoA + ACP-SH 乙酰ACP + CoASH 丙二酰CoA + ACP-SH 丙二酰ACP + CoASH,合成过程：p262图298,脂肪酸合成循环,经7次循环后最终产物是16碳的软脂酰ACP，在硫解酶催化下 形成软脂酸。, 合成所需原料为乙酰CoA，直接生成的产物是软脂酸，合成一分子软脂酸，需七分子丙二酸单酰CoA和一分子乙酰CoA； 在胞液中进行，关键酶是乙酰CoA羧化酶； 合成为一耗能过程，每合成一分子软脂酸，需消耗23分子ATP（16分子用于转运，7分子用于活化）； NADPH来源：磷酸戊糖途径提供6分子； 柠檬酸穿梭转运8分子乙酰CoA产生8NADPH 。 软脂酰CoA对脂肪酸合成有反馈抑制作用。,4、脂肪酸合成特点：,比较脂肪酸氧化与合成：（p264） 细胞定位 酰基载体 二碳片段参入或断裂的形式 电子供体或受体 -羟脂酰中间物立体异构物 对HCO3- 和柠檬酸的需求 酶系 能量变化,.延 长: 部 位:肝(内质网、线粒体) A、内质网酶系：类似软脂酸的合成 碳原子受体为软脂酰CoA，以丙二酰CoA为二碳单位的供给体，由NADPH+H+供氢, 每次增加两个碳原子，反复进行可使碳链逐步延长达24C。 B、线粒体酶系：类似-氧化的逆过程 碳原子受体为软脂酰CoA，以乙酰CoA为二碳单位的供给体。 .缩 短：一氧化,5脂肪酸碳链延长与缩短：,在饱和脂肪酸基础上，经去饱和酶作用将顺式双键引入。植物内质网存在12，15去饱和酶，可合成必需脂肪酸，主要通过氧化脱氢途径进行，需氧分子和NADH + H+参加。,6不饱和脂肪酸的生成：,二、 3-磷酸甘油的生成：,1糖代谢生成（脂肪细胞、肝脏）：,甘油 + ATP 3-磷酸甘油 + ADP,甘油磷酸激酶,2脂肪动员生成（肝）：,三、甘油三酯的合成：,脂酰CoA来源： 硫激酶 脂肪酸 + ATP + CoASH 脂酰CoA + AMP + PPi,第四节 磷脂代谢,一、甘油磷脂的代谢,NH3+ 1,磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺通过此代谢途径合成。 胆碱及乙醇胺以CDP-胆碱和CDP-乙醇胺的形式提供。 磷脂酸提供甘油二酯 。,（一）甘油磷脂的合成代谢：,1甘油二酯合成途径：,磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸和心磷脂通过此途径合成。 所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供。,（二磷脂酰甘油）,2CDP-甘油二酯合成途径：p270,甘油磷脂的分解靠存在于体内的各种磷脂酶将其分解为脂肪酸、甘油、磷酸、含氮碱等，然后再进一步降解。,（二）、甘油磷脂的分解代谢：,L,CH3（CH2）12-CH=CH-CHOH | CHNH2 | CH2OH 鞘氨醇,二、鞘磷脂的代谢,鞘氨醇可在全身各组织细胞的内质网合成，合成所需的原料主要是软脂酰CoA和丝氨酸，并需磷酸吡哆醛、NADPH及FAD等辅助因子参与。 神经鞘磷脂合成时，在相应转移酶的催化下，将CDP-胆碱或CDP-乙醇胺携带的磷酸胆碱或磷酸乙醇胺转移至N-脂酰鞘氨醇上，生成神经鞘磷脂。 神经鞘磷脂的分解由神经鞘磷脂酶催化，产物为磷酸胆碱（磷酸乙醇胺）及N-脂酰鞘氨醇。,胆固醇是所有动物细胞的重要组成成分，是合成体内重要类固醇化合物的原料。 机体需要不断获得胆固醇以合成或更新组织，同时机体缺乏降解固醇核的酶，需不断排出胆固醇。机体获得和排泄胆固醇必需平衡。 每天从食物摄入胆固醇约300500毫克，人体合成700900毫克。从肠道排出约600毫克，以胆汁酸盐形式排出400毫克，激素等代谢物形式随尿液排出150毫克。,第五节 胆固醇代谢,合成部位主要是在肝脏和小肠的胞液和内质网，所需原料为乙酰CoA。 乙酰CoA经柠檬酸-丙酮酸穿梭转运出线粒体而进入胞液，此过程为耗能过程。 HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的关键酶。 每合成一分子的胆固醇需18分子乙酰CoA，54分子ATP和16分子NADPH。,一、胆固醇的合成,1、胆固醇合成的部位和原料：,2、胆固醇合成的基本过程:,乙酰CoA 甲羟戊酸（MVA） 异戊烯焦磷酸（IPP） （2C） （6C） （5C） 2乙酰CoA CO2 IPP DPP（10C） 焦磷酸法尼脂 鲨烯 羊毛固醇 胆固醇 （15C） （30C）（30C，氧化，环状脱甲基） （27C）,胆固醇的酯化在C3位羟基上进行，由两种不同的酶催化。 存在于血浆中的是卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）。常与HDL结合。 存在于组织细胞中的是脂肪酰CoA胆固醇酰基转移酶（ACAT）。,3、胆固醇酯的合成,胆固醇在肝脏中转化为胆汁酸是胆固醇主要的代谢去路。 1初级胆汁酸的生成： 初级胆汁酸是以胆固醇为原料在肝脏（内质网）中合成。 主要的初级胆汁酸是胆酸和鹅脱氧胆酸。 初级胆汁酸通常在其羧酸侧链上结合有一分子甘氨酸或一分子牛磺酸，从而形成结合型初级胆汁酸（胆盐）。 初级胆汁酸合成的关键酶是7-羟化酶。 2次级胆汁酸的生成： 次级胆汁酸是由肠道细菌作用结合型初级胆汁酸而生成。 主要的次级胆汁酸是脱氧胆酸和石胆酸。,二、胆固醇的转化,（一）转化为胆汁酸：,胆汁酸的肠肝循环： 有限的胆汁酸反复利用,合成0.40.6g/天，612次循环/天，消化脂类需1232g/天。,1肾上腺皮质激素的合成： 肾上腺皮质球状带合成醛固酮（盐皮质激素），调节水盐代谢； 肾上腺皮质束状带合成皮质醇和皮质酮（糖皮质激素），调节糖代谢。 2雄激素的合成： 睾丸间质细胞以胆固醇为原料合成睾酮。 3雌激素的合成： 雌激素主要有孕酮和雌二醇两类。,（二）转化为类固醇激素：,（三）转化为维生素D3：,胆固醇经7位脱氢而转变为7-脱氢胆固醇，后者在紫外光的照射下，B环发生断裂，生成Vit-D3。 VitD3在肝脏羟化为25-（OH）D3，再在肾脏被羟化为1,25-(OH)2 D3。,血脂：血浆中所含脂类物质的统称。 血浆中的脂类物质主要有： 甘油三酯（TG）及少量甘油二酯和甘油一酯； 磷脂（PL），主要是卵磷脂，少量溶血磷脂酰胆碱，磷脂酰乙醇胺及神经磷脂等； 胆固醇（Ch）及胆固醇酯（ChE）； 自由脂肪酸（FFA）。 正常血脂有以下特点： 血脂水平波动较大，受膳食因素影响大； 血脂成分复杂； 通常以脂蛋白的形式存在，但自由脂肪酸是与清蛋白构成复合体而存在。,第五节 血浆脂蛋白代谢,1电泳分类法：根据电泳迁移率的不同进行分类： 乳糜微粒-脂蛋白前-脂蛋白-脂蛋白。 2超速离心法：按脂蛋白密度高低进行分类： CM VLDL LDL HDL。,一、血浆脂蛋白的分类、组成与结构,（一）分类：,两种分类方法的对应关系： 超速离心法 CM LDL VLDL HDL 电泳法 CM 前 ,血浆脂蛋白均由蛋白质（载脂蛋白，Apo）、甘油三酯(TG)、磷脂(PL)、胆固醇(Ch)及其酯(ChE)所组成。 不同的脂蛋白仅有含量上的差异而无本质上的不同。 乳糜微粒中，含TG90%以上；VLDL中的TG也达50%以上；LDL主要含Ch及ChE，约占40%50%；而HDL中载脂蛋白的含量则占50%，此外，Ch、ChE及PL的含量也较高。,（二）组成：,血浆脂蛋白颗粒通常呈球形，其中所含的载脂蛋白多数具有双极性-螺旋。 各种脂蛋白的结构十分类似，其颗粒外层为亲水的载脂蛋白和磷脂的极性部分组成，载脂蛋白和磷脂的疏水部分则伸入到内部，而疏水的甘油三酯和胆固醇则被包裹在内部。,（三）结构：,二、载脂蛋白, ApoA：目前发现有三种亚型，即Apo、Apo、Apo。ApoA和ApoA主要存在于HDL中。 ApoB：有两种亚型，即在肝细胞内合成的ApoB100；小肠粘膜细胞内合成的ApoB48。ApoB100主要存在于LDL中，而ApoB48主要存在于CM中。 ApoC：有三种亚型，即ApoC，ApoC，ApoC。VLDL主要存在的载脂蛋白是ApoB100和ApoC。 ApoD：只有一种。 ApoE：有三种亚型，即ApoE2，ApoE3，ApoE4。,（一）载脂蛋白的种类和命名：,（二）载脂蛋白的功能:, 转运脂类物质。 作为脂类代谢酶的调节剂：LCAT可被ApoA，ApoA，ApoC等激活，被ApoA所抑制。 LpL（脂蛋白脂肪酶）可被ApoC、ApoA激活，可被ApoC所抑制。HL（肝