動物生物化學 10 脂類代謝

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第,10,章 脂代謝,Metabolism of Lipids,本章主要內容：,脂類的生理功能,脂肪的分解代謝,脂肪的合成代謝,脂肪代謝的調節(jié),類脂的代謝,脂類在體內的轉運,1,、脂類的生理功能,動物機體的脂類（,lipids,）,分為脂肪和類脂兩大類,脂肪指甘油三酯（,Triglyceride,TG),，,主要是儲脂,類脂是指除脂肪以外的其他脂類，包括磷脂、糖脂、膽固醇及其酯（是組織脂的主要成分），還有其他的脂溶性分子,脂肪的氧化分解為動物機體提供能量來源，脂肪也是,動物的貯能方式，其儲量與營養(yǎng)狀況有關,

2、.,脂肪還有抵御寒冷和固定保護內臟的作用,類脂是細胞膜的組成成分，也稱組織脂，其組成與營養(yǎng),狀況無關,一些脂類分子是重要的生理活性分子如,必需脂肪酸,（,essential fatty acids,）,為多不飽和脂肪酸，動物機體自身不能合成，須從食物中攝取，如亞油酸（,18,：,2,），亞麻油酸（,18,：,3,）和花生四烯酸（,20,：,4,）等。可以轉變?yōu)榧毎さ某煞?，以及前列腺素，白三烯和血栓素等活性分子?肌醇磷脂、甘油二酯等又是第二信使。,2,、脂肪的分解代謝,2.,1,脂肪的動員,(,adipokinetic,action,）,脂肪組織中的脂肪在激素敏感脂酶作用下水解為脂肪酸和甘油

3、并釋放入血液供其他組織利用的過程。激素敏感脂酶受多種激素調控，胰島素下調，腎上腺素與胰高血糖素上調激素敏感脂酶的活性。,2.2,甘油的分解,按糖代謝途徑進行分解注意，甘油必須從脂肪組織中轉運到肝臟分解，因為催化甘油磷酸化的甘油激酶為肝臟、,腎中,特有,上述反應過程中，實線為甘油的分解，,虛線為甘油的合成。,b,a,b,a,FA,的分解氧化是從羧基端,-,碳原子，碳鏈逐次斷裂下一個,2C,單位,2.3,、脂肪酸的分解代謝,Knoop,實驗,用苯環(huán)標記末,端的偶數(shù)或奇數(shù)脂肪酸飼喂狗，,然后分析其尿中的代謝產(chǎn)物,2.3.1,脂肪酸的,-,氧化,脂肪酸的分解氧化發(fā)生在,-,碳原子上，每次降解生成一個乙

4、酰,CoA,和比原來少兩個碳原子的脂酰,CoA,如此循環(huán)往復。,乙酰,CoA,經(jīng)過三羧酸循環(huán)徹底氧化分解并釋放能量。,脂肪酸的,氧化在線粒體的基質中進行。,脂肪酸的活化,生成脂酰,CoA,以,16,個碳原子的偶數(shù)飽和脂肪酸,軟脂酸（又稱棕櫚酸）為例,RCH,2,CH,2,CH,2,COOH,（,16,：,0,）,+,HSCoA,+ATP,RCH,2,CH,2,CH,2,CO-ScoA+AMP+,PPi,催化該反應的酶為,脂酰,CoA,合成酶,（硫激酶），注意,消耗了一個,ATP,分子中的,2,個高能鍵,轉移,從胞液到線粒體,脫氫、加水、脫氫、硫解 循環(huán)往復,以,軟脂酸為例的能量計算,軟脂酸（,

5、16,：,0,）,+8HSCoA+7NAD+7FAD+7H,2,O,8,乙酰,CoA+7NADH,2,+7FADH,2,8,乙酰,CoA,80ATP,7NADH,2,17.5ATP,7FADH,2,10.5ATP,總計,=108-2=106ATP,（,注意：,-2,）,-,氧化：,在動物體中，,C,10,或,C,11,脂肪酸的碳鏈末端碳原子（,-,碳原子）可以先被氧化，形成二羧酸。二羧酸進入線粒體內后，可以從分子的任何一端進行,-,氧化，最后生成的琥珀酰,CoA,可直接進入,TCA,。,如海洋微生物降解污染的石油。,-,氧化：,在植物種子萌發(fā)時，脂肪酸的,-,碳被氧化成羥基，生成,-,羥基酸。

6、,-,羥基酸可進一步脫羧、氧化轉變成少一個碳原子的脂肪酸。上述反應由單氧化酶催化，需要有,O,2,、,Fe,2+,和抗壞血酸等參加。,2.3.2,其他氧化方式,2.4,、不飽和脂肪酸的分解,有兩個酶是必需的：,烯脂酰,CoA,異構酶,催化雙鍵從順式轉變?yōu)榉词?羥脂酰,CoA,差向酶,催化羥基從,D,（,-,）,轉變?yōu)?L,（,+,）,2.5,、奇數(shù)脂肪酸的代謝,在反芻動物一半以上的血糖來自丙酸的異生作用,.,酮體（,ketone,body,）,是一類小分子有機酸，是脂肪酸在肝中分解氧化時產(chǎn)生的特有的中間代謝物，有,乙酰乙酸,（也有稱,-,酮丁酸）,、,-,羥丁酸,和,丙酮,。在肝臟中由乙酰,C

7、oA,縮合生成，在肝外組織，如腦、心、骨骼肌中利用。,乙酰乙酸，,30%,丙酮，微量,-,羥丁酸,70%,2.6,、酮體的生成與利用,生酮作用（,ketogenesis,）,場所：肝臟線粒體,原料：乙酰,COA,關鍵酶：,-,羥,-,甲基戊二酸單酰,CoA,（,HMGCoA,）,合成酶（肝中）,解酮作用（,ketolysis,）,由于肝內缺乏分解酮體所需要的硫激酶，酮體的分解須在肝外組織中進行（,轉硫酶的作用相當于硫激酶,），最終轉變成乙酰,CoA,進入三羧酸循環(huán)途徑氧化供能。,脫氫酶,琥珀酰,CoA,轉硫酶,硫解酶,-,羥丁酸,乙酰乙酸,乙酰,CoA,酮體的生理意義與酮病,（,ketosis

8、,）,肌肉組織對脂肪酸的利用是有限的，而酮體分子小，水溶性，是易于利用的能源分子。如心肌、腎皮質、長時間運動中的骨骼肌都可以利用酮體。大腦不能直接利用脂肪酸。饑餓引起血糖水平降低時，大腦轉而利用酮體以減少對葡萄糖的依賴。,過多的脂肪攝入，長期饑餓，葡萄糖供應短缺（常見于高產(chǎn)乳牛，妊娠期的母畜等），導致脂肪大量動員，產(chǎn)生過量的乙酰,CoA,，,可縮合成酮體。,在糖尿病人，一方面糖的大量損失，另一方面由于草酰乙酸轉入異生途徑而使三羧酸循環(huán)不暢，糖不能有效氧化，促進乙酰,CoA,累積和酮體的合成。其結果是酮體在血液中的濃度增加，當超過肝外組織的利用能力時，引起酮血、酮尿等，以至酸中毒。,甘油的來源,

9、糖代謝的中間產(chǎn)物磷酸二羥丙酮可以還原成,3-,磷酸甘油,脂肪酸的來源,由乙酰,CoA,為原料，在胞液中進行，乙酰,CoA,首先應從線粒體轉運到胞液，由脂肪酸合成酶系催化合成。,3,、脂肪的合成代謝,乙酰,CoA,的轉運,從線粒體到胞液,酵解 丙酮酸脫氫酶系 檸檬酸合酶 檸檬酸裂解酶 蘋果酸脫氫酶,蘋果酸酶,(,以,NADP+,為輔酶的蘋果酸脫氫酶,),丙酮酸羧化酶 乙酰,CoA,羧化酶,“檸檬酸,-,丙酮酸途徑”,(,準備原料,),合成丙二酸單酰,CoA,在脂肪酸的合成過程中，原料乙酰,CoA,要羧化轉變?yōu)楸釂熙?CoA,（,3C,單位），這需要,CO,2,參與。,反應如下：,這個反應是脂

10、肪酸合成途徑的限速反應，,乙酰,CoA,羧化酶,需,檸檬酸,激活，可,被長鏈脂酰,CoA,抑制,生物素作為輔酶,消耗,ATP,(2C,的供體是個,3C,單位,),脂肪酸合成的多酶復合體系,(,包括,7,個酶和一個脂?；d體蛋,ACP),1,脂?；D移酶,2,丙二酸單酰,-ACP,?；D移酶,3,酮脂酰,-ACP,合成酶,（,-SH,）,4,酮脂酰,-ACP,還原酶,5,羥脂酰,-ACP,脫水酶,6,烯脂酰,-ACP,還原酶,7,硫酯酶,脂?；d體蛋白,ACP,（,-SH,）,ACP,的活性臂結構與,CoA,相似,乙酰,CoA,-ACP,酰基轉移酶 丙二酸單酰,CoA,-ACP,?；D移酶,-,

11、酮脂酰,-ACP,合成酶,(,縮合酶,)-,酮脂酰,-ACP,還原酶,-,羥脂酰,-ACP,脫水酶 烯脂酰,-ACP,還原酶,脂肪酸合成過程,乙酰,CoA,作起始物,丙二酸單酰,CoA,作為,2C,供體,脂肪酸的合成可以簡述如下：,合成起始物為乙酰,CoA,，,與丙二酸單酰,CoA,（,3C,單位）提供的乙?；s合（同時釋,CO,2,），,使其烴鏈延長,2,個碳原子，經(jīng)過還原,-,脫水,-,還原的循環(huán)往復，脂肪酸的烴鏈不斷延長。在這個過程中，,脂酰基主要與,ACP,的巰基相連,，最后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,。,軟脂酸合成的總反應,注意：反應所需要的大量,

12、NADPH,有兩個來源，,8,個來自乙酰,CoA,轉運時的轉氫反應，,6,個來自磷酸戊糖途徑,8,乙酰,CoA,+14NADPH+H+7ATP+H,2,O,棕櫚酸,+8HSCoA+14NADP+7ATP+7Pi,注意比較脂肪酸合成過程與,-,氧化過程在酶、輔酶、,脂?；d體、激活劑和抑制劑，細胞定位等的異同,在哺乳動物，脂肪酸合成酶復合體系是具有種酶活性和,ACP,功能并由一個基因編碼的肽鏈，分子量,250kD,兩條相同肽鏈形成二聚體。,合成脂肪酸的反應由兩條肽鏈協(xié)同進行。,不飽和脂肪酸的形成,動物細胞脂肪酸的去飽和在微粒體系統(tǒng)，有脂肪酸的,4,，,5,，,8,，,9,脫飽和酶，但缺乏,9,以

13、上的脫飽和酶。動物體內主要的不飽和脂肪酸是油酸（,18,：,1,）和棕櫚油酸（,16,：,1,）,硬脂酸的脫飽和,脂肪酸烴鏈的延長,微粒體系統(tǒng)（內質網(wǎng)系）,類似于軟脂酸合成,以軟脂酸為基礎,以丙二酸單酰,CoA,為,C,供體,以,CoA,為酰基載體,NADPH,供氫,經(jīng)縮合、還原、脫水、再還原,循環(huán)往復，延長,C,18,-C,24,的脂肪酸,線粒體,類似于,氧化的逆過程,以軟脂酰,CoA,為基礎,以乙酰,CoA,為,C,供體,以,CoA,為?；d體,NADPH,供氫,經(jīng)縮合、還原、脫水、再還原,循環(huán)往復，延長,C,24,-C,26,的脂肪酸,在脂肪組織合成內源,TG,甘油二脂途徑,脂肪合成的兩

14、條途徑,注意,:,脂肪中的甘油來源于糖的分解代謝,在小腸黏膜中合成外源,TG,甘油一脂途徑,葡萄糖,/,脂肪酸循環(huán),(,肌肉,),甘油三酯,/,脂肪酸循環(huán),(,脂肪組織,),4,、脂肪的調節(jié),脂肪酸在肝中的重要代謝途徑,磷脂包括甘油磷脂，鞘磷脂等，其功能主要是細胞膜的組成成分，參與脂類在體內的運輸，磷脂的一些代謝物是細胞信號傳導的第二信使。,在動物的各種組織中都有磷脂的合成和分解代謝，肝中尤其活躍。,代表性的甘油磷脂有：卵磷脂（膽堿磷脂）、腦磷脂（膽胺磷脂），代表性的鞘磷脂有神經(jīng)鞘磷脂,5,、類脂的代謝,5.1,、,磷脂的代謝,主要的甘油磷脂,腦磷脂,卵磷脂,甘油磷脂的合成,注意,:,磷脂酸是

15、合成甘油磷脂的重要中間體,活性膽胺,活性膽堿,甘油磷脂的分解,膽固醇的分子結構,膽固醇,膽固醇酯,5.1,、,膽固醇的生物合成與代謝轉變,膽固醇的生物合成,HMGCoA,還原酶,27C,4C,2C,6C,5C,15C,30C,70%-80%,的膽固醇由肝臟合成，少量由小腸合成。合成膽固醇的場所是胞液的微粒體部分，原料是乙酰,CoA,。,合成一個分子的膽固醇需要,18,分子的乙酰,CoA,，,并由檸檬酸,-,丙酮酸循環(huán)和磷酸戊糖途徑提供,10,分子的,NADPH,，,期間形成焦磷酸酯中間物和脫去二氧化碳。,HMGCoA,還原酶是途徑的關鍵酶，受膽固醇的反饋抑制。,膽固醇在動物體內的轉化,膽固醇的

16、母核,-,環(huán)戊烷多氫菲難以分解，但可其側鏈可,以氧化、還原和降解轉變?yōu)樯砘钚苑肿印?轉變?yōu)槟懼崾悄懝檀即x的主要去路 有膽酸、脫,氧膽酸、鵝膽酸、牛黃膽酸、甘氨膽酸等，作為表面活性,劑，促進脂類的消化吸收。,轉變成類固醇激素 在腎上腺皮質球狀帶、束狀帶和網(wǎng),狀帶細胞合成睪丸酮、皮質醇和雄激素；睪丸間質細胞合,成睪丸酮；卵巢卵泡內膜細胞及黃體合成雌二醇和孕酮。,轉化為,7-,脫氫膽固醇 經(jīng)紫外線照射轉變?yōu)榫S生素,D,3,6.1,、血脂,甘油三酯，卵磷脂，膽固醇及其酯,自由脂肪酸（,FFA,）,6.2,、血脂的運輸方式,脂蛋白,（,lipoprotein,）,載脂蛋白與甘油三酯、卵磷脂、膽固醇及其酯形成的的復合體，有至少,4,種形式。,FFA-,清蛋白復合物是自由脂肪酸的運輸形式。,6,、類脂在動物體內的轉運,6.3,、脂蛋白（,lipoprotein,）,結構圖,載脂蛋白,（,Apolipoprotein,Apo,）,是脂蛋白中運輸脂類的關鍵成分,特點：,具有雙性,-,螺旋的結構,種類：,A,、,B,、,C,、,D,、,E,五類，有,20,余種。,功能,：,結合和轉運脂質,參與脂蛋白