第8章_脂类代谢课件.ppt

课程安排,1.脂肪代谢 2.核酸代谢 3.蛋白质氨基酸代谢 4.核酸的生物合成 5.蛋白质的生物合成,第8章 脂类及脂类代谢 童芯锌 13708170692 1842161947@qq.com,肥胖---体内脂肪堆积过多和或分布异常,3,想到(think about).,,各类疾病,比如：高血压、高脂血症、糖尿病、冠心病、骨质疏松、前列腺等疾病。,,脂类是什么，都是脂肪吗？,食用脂，奶油、猪油、色拉油等 油炸食品：提供滑润的口感，光润的外观，塑性脂肪还具有造型功能，赋予香酥的风味，是传热介质，热量最高的营养素(39.58kJ/g),,脂肪都是有害的吗？ 胆固醇食物是对人体有害的吗？比如：,,目录 脂类概述 脂类的消化与吸收 脂肪的分解代谢 脂肪的合成代谢 类脂的代谢,脂类是脂肪酸和醇等所组成的脂及其衍生物。,三脂酰甘油 (triacylglycerol, TAG)，也称甘油三酯 (triglyceride, TG),萜类（异戊二烯），蜡 胆固醇 (cholesterol, CHOL) 胆固醇酯 (cholesterol ester, CE) 磷脂 (phospholipid, PL) 糖脂 (glycolipid) 鞘脂 (sphingolipid),定义:,分类:,脂类概述（回忆）,类脂(lipoid),脂肪 (fat),脂类的分类、含量、分布及生理功能,脂类的消化与吸收（了解） Digestion and Absorption of Lipid,,甘油三酯的消化与吸收,条件 ① 乳化剂（胆汁酸盐、甘油一酯、甘油二酯等）的乳化作用； ② 酶的催化作用,部位 主要在小肠上段,一、脂类的消化发生在脂-水界面，且需胆汁酸盐参与,,乳化,消化酶,甘油三酯,食物中的脂类,2-甘油一酯 + 2 FFA,磷脂,溶血磷脂 + FFA,胆固醇酯,胆固醇 + FFA,微团 (micelles),消化脂类的酶,,脂肪的分解代谢(重点、难点） 概念: 脂肪动员(fat mobilization)是指储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂酶逐步水解为FFA（脂肪酸）及甘油，并释放入血以供其他组织氧化利用的过程。,1、甘油代谢 甘油在甘油激酶(glycerol kinase)的催化， 生成磷酸二羟丙酮(DHAP)。,磷酸二羟丙酮是糖酵解途径的中间产物，因此既可继续氧化，经丙酮酸进入TAC彻底氧化成CO2和H2O，又可经糖异生作用合成葡萄糖，乃至合成多糖。,肝、肾、肠等组织,2、脂肪酸的氧化（重点） 生物体内脂肪酸的氧化分解主要有-氧化、-氧化和-氧化等几条不同途径，其中-氧化途径最为重要和普遍。,2.1 脂肪酸的-氧化( -oxidation) 1904年，Knoop利用在体内不易降解的苯基作为标记物连接在脂肪酸的甲基末端，然后喂狗或兔。结果发现，如果喂环标记的奇数碳原子脂肪酸，动物尿中代谢物为苯甲酸；如果喂苯环标记的偶数碳原子脂肪酸，则在尿中发现的代谢物是苯乙酸。,-氧化是从脂肪酸羧基端-碳原子开始，碳链逐次断裂，每次产生一个乙酰CoA和比原来少2个C的脂肪酸链。 Knoop提出脂肪酸的-氧化学说。这是同位素示踪技术还未建立起来之前，最具创造性的实验之一，后来的同位素示踪技术证明了其正确性。,1. 脂酸的活化形式为脂酰CoA（胞液）,,脂酰CoA合成酶,,,,ATP AMP PPi,脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)存在于内质网及线粒体外膜上。,+ CoA-SH,过程,2.脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体，是脂酸β-氧化的主要限速步骤（重点）,肉碱脂酰转移酶Ⅰ（carnitine acyl transferase Ⅰ）是脂酸β-氧化的限速酶。,3. 脂酸的β-氧化的最终产物主要是乙酰CoA,脱氢,加水,再脱氢,硫解,脂酰CoA,L(+)-β羟脂酰CoA,β酮脂酰CoA,脂酰CoA+乙酰CoA,,,肉碱转运载体,,线粒体膜,脂肪酸β-氧化的特点(重点） 脂肪酸活化生成脂酰CoA是一个耗能过程。 β-氧化过程中有FADH2和NADH生成，这些氢经呼吸链传递给氧生成水需要氧参加，乙酰CoA氧化也需要氧。因此β-氧化是需氧过程。 除脑组织外,大多数组织均可进 行， 其中肝、肌肉最活跃。 细胞定位：细胞液和线粒体进行，红细胞能进行脂肪酸氧化吗？,活化：消耗2个高能磷酸键,β-氧化：,每轮循环 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解产物：1分子乙酰CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH+H+ 1分子FADH2,4. 脂酸氧化是体内能量的重要来源,—— 以16碳软脂酸的氧化为例,7 轮循环产物：8分子乙酰CoA 7分子NADH+H+ 7分子FADH2,能量计算： 生成ATP 8×10 + 7×2.5 + 7×1.5 = 108 净生成ATP 108 – 2 = 106,软脂酸与葡萄糖在体内氧化产生ATP的比较,为什么说运动的时候脂肪是主要的供能物质？参与供能的脂肪主要来自于？,脂肪酸氧化步骤,2.2 α-氧化（了解） 1956年，Stumpf，P.K. 在植物种子和叶子以及动物的脑和肝细胞中发现了α-氧化作用。 在酶的催化下，在脂肪酸-碳原子上发生氧化作用，分解出CO2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸，称为脂肪酸的-氧化。,2.3 脂肪酸的-氧化途径（了解） -氧化是脂肪酸的-端甲基发生氧化，转变成羟甲基然后再氧化成羧基，形成，-二羧酸的过程。,脂肪酸的ω碳原子羟化生成ω-羟脂肪酸，再经ω醛脂肪酸生成α、ω-二羧酸，然后在α或ω-端活化，进入线粒体进行β-氧化。,动物体内12C以下的脂肪酸常通过-氧化途径进行降解。 植物体内的在-端具有含氧官能团(羟基、醛基或羧基)的脂肪酸大多也是通过-氧化作用生成的，这些脂肪酸常常是角质层或细胞壁的组分。,乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮统称为酮体。乙酰乙酸(30%)和-羟丁酸(70%)是酮体的主要成分，它们在血液和尿液中是可溶性的；丙酮含量极少，是一种挥发性物质。,二、酮体(ketone bodies)代谢（酮体的生成和利用）(重点）,,,CoASH,CoASH,NAD+,NADH+H+,,β-羟丁酸 脱氢酶,HMGCoA 合酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,1.酮体在肝细胞中生成,,NAD+,NADH+H+,,琥珀酰CoA,琥珀酸,,,,,CoASH+ATP,PPi+AMP,,,CoASH,2.酮体在肝外组织利用,琥珀酰CoA转硫酶 （心、肾、脑及骨骼肌的线粒体）,乙酰乙酰CoA硫激酶 （肾、心和脑的线粒体）,乙酰乙酰CoA硫解酶（心、肾、脑及骨骼肌线粒体）,2乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,乙酰CoA,乙酰乙酸,HMGCoA,,,,D(-)-β-羟丁酸,丙酮,,乙酰乙酰CoA,琥珀酰CoA,琥珀酸,,,,,2乙酰CoA,酮体的生成和利用的总示意图,3.酮体生成的生理意义（重点）,酮体是肝脏能源的输出形式。并且酮体可通过血脑屏障，是肌肉尤其是脑组织的重要能源。 酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。,若肝中合成酮体的量超过肝外组织利用酮体的能力，二者之间失去平衡，血中酮体浓度就会过高，导致酮血症(acetonemia)和酮尿症(acetonuria)。 乙酰乙酸和β-羟丁酸都是酸性物质，因此酮体在体内大量堆积还会引起酸中毒。,乙醛酸循环(glyoxylate cycle)（了解） 1.乙醛酸循环存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中，它可将脂肪酸降解的主要产物乙酰CoA合成为琥珀酸。,油料种子萌发时，乙醛酸体中进行β-氧化产生 的乙酰CoA一般不用于产能过程，而是通过乙醛酸循环转变为琥珀酸，再经糖异生作用转化为糖。,41,,TCA的总结,,,,乙醛酸循环可以看成是三羧酸循环一个支路。 它在异柠檬酸处分支，绕过了三羧酸循环两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。参与乙醛酸循环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。 异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶是乙醛酸循环的关键酶。,植物线粒体内脂肪酸-氧化能力很低。 乙醛酸循环将乙酰CoA转变为琥珀酸，再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，沿糖异生途径转变为糖类物质。,在脂肪转变为糖的过程中，乙醛酸循环起着 关键的作用，它是连结糖代谢和脂代谢的 枢纽。,3.乙醛酸循环的生物学意义 乙醛酸循环存在于一些细菌、藻类和油料植物的种子的乙醛酸体中。 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。,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要的能源和碳源；而当种子萌发终止，贮脂耗尽，叶片能进行光合作用时，植物的能源和碳源可以由光和CO2获得，乙醛酸体数量迅速下降以至完全消失。 对于一些细菌和藻类，乙醛酸循环使它们能够仅以乙酸盐作为能源和碳源生长的方式。,脂肪的合成代谢(重点） 脂肪生物合成包括甘油的生成 脂肪酸的生成 甘油与脂肪酸合成脂肪,一、甘油的生物合成 甘油是由糖酵解的中间产物，磷酸二羟丙酮在细胞质中合成的。 与脂肪酸缩合成脂肪的是3-磷酸甘油，而不是游离的甘油。,,(1)乙酰CoA的来源和转运 乙酰CoA是合成脂肪酸的主要原料，它来自丙酮酸氧化脱羧及氨基酸氧化等过程。这些代谢过程都是在线粒体内进行，而脂肪酸合成发生在线粒体外。 乙酰CoA不能直接穿过线粒体内膜，需要在ATP供能，通过“柠檬酸穿梭”方式转移到线粒体外。,二、脂肪酸的生物合成 以软脂酸的合成为例：,,,,“柠檬酸穿梭”一次，使1分子乙酰CoA由线粒体进入胞液，同时消耗2分子ATP，为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要。 在植物体中，线粒体内产生的乙酰CoA先脱去CoA以乙酸的形式运出线粒体，在线粒体外由脂酰CoA合成酶催化重新形成乙酰CoA。因此植物体内可能不存在“柠檬酸穿梭”过程。,⑵丙二酸单酰CoA的生成 在乙酰CoA羧化酶(acetyl-CoA carboxylase)的催化下，消耗ATP，乙酰CoA和HCO3- 反应形成丙二酸单酰CoA。,乙酰CoA的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤,⑶脂肪酸合酶系统 脂肪酸合酶系统(fatty acid synthase system，FAS)是一个多酶复合体。它包括： 复合体中还含有脂酰基载体蛋白(acyl carrier protein，ACP)作为辅助蛋白。,①乙酰CoA:ACP乙酰基转移酶 ②丙二酸单酰CoA:ACP丙二酸单酰基转移酶 ③-酮脂酰-ACP合酶 ④-酮脂酰-ACP还原酶 ⑤-羟脂酰-ACP脱水酶 ⑥烯脂酰-ACP还原酶,ACP的辅基尤如一个转动的手臂，以其末端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活性中心，从而发生各种反应。,⑷脂肪酸链的形成过程,生成的丁酰基再与新进位的丙二酸单酰基重复缩合、还原、脱水、再还原的循环反应，又延长两个碳片段，生成己酯酰基，如此反复进行，直到生成软脂酰基为止。,脂酰基水解 当中央巯基上的脂酰基延长到一定程度(不超过16碳)后，在硫酯酶作用下，ACP上的脂酰基或被转移到CoA上，或形成游离脂肪酸，或者直接用于合成磷脂酸。,脂肪酸链的形成过程 脂肪酸链的形成过程是以乙酰CoA为起点，由丙二酸单酰CoA在羧基端逐步添加二碳单位，合成出不超过16碳的脂酰基，最后脂酰基从ACP转移至CoA或被水解成游离的脂肪酸。,由脂肪酸合酶系统形成1分子软脂酸需要消耗 8分子乙酰CoA、7分子ATP、14分子NADPH。 NADPH主要来源于葡萄糖分解的磷酸戊糖途径。此外，苹果酸氧化脱羧也可产生少量NADPH。,脂肪酸的生物合成 以软脂酸的合成： 以乙酰CoA为原料，消耗ATP和NADPH，生成16C的软脂酸，经过加工生成各种脂肪酸。 脂肪酸多种多样，脂肪酸链的长短不一，不饱和键的数目和位置也各不相同。 ①饱和脂肪酸从头合成； 脂肪酸合成过程： ②脂肪酸碳链的延长； ③不饱和键的形成。,,脂肪酸从头合成与-氧化的比较 脂肪酸-氧化和从头合成过程不是简单的逆转关系。 它们反应的组织，细胞定位，转移载体，酰基载体，限速酶，激活剂，抑制剂，供氢体和受氢体以及反应底物与产物均不相同。,三、脂肪(三酰甘油）生物合成 三酰甘油是由3-磷酸甘油逐步与三分子脂酰CoA缩合生成的。 在磷酸甘油脂酰转移酶催化下，3-磷酸甘油与 2分子脂酰CoA缩合形成磷脂酸。 在磷脂酸磷酸酶催化下磷脂酸脱去磷酸生成二酰甘油。 在二酰甘油脂酰转移酶催化下，二酰甘油与1分子脂酰CoA缩合形成三酰甘油。,类脂的代谢,,一、磷脂的代谢 （一）、甘油磷脂,胆碱(卵磷脂）,R1、R2为软脂酸,,,X为胆碱,由Ⅱ型肺泡上皮细胞合成，可降低肺泡表面张力 脑神经细胞中卵磷脂的含量约占其质量的17%~20% 卵磷脂具有乳化、分解油脂的作用,鞘磷酯,鞘氨醇的氨基通过酰胺键与1分子长链脂酸相连形成神经酰胺(ceramide)，为鞘脂的母体结构。,（二）、甘油磷脂的合成与降解,1、甘油磷脂的合成途径之(一),,,,,甘油二酯合成途径,（二）CDP-甘油二酯合成途径,,,磷脂酶 (phospholipase , PLA),（二）甘油磷脂的降解,糖脂的生物合成 ⑴甘油糖脂的生物合成 植物体内甘油糖脂主要有单半乳糖二脂酰甘油和双半乳糖二脂酰甘油，它们是叶绿体膜中的主要脂类，它们的合成是在叶绿体膜上进行的。,二、糖脂的生物合成和降解,①单半乳糖二脂酰甘油(MGDG)的合成 先合成的磷脂酸水解掉磷酸生成二脂酰甘油。在UDP-半乳糖-二脂酰甘油半乳糖基转移酶催化下，二脂酰甘油接受UDP-半乳糖上的半乳糖基生成MGDG。,,②双半乳糖二脂酰甘油(DGDG)的合成 单半乳糖二脂酰甘油再接受一分子UDP-半乳糖上的半乳糖基，即可生成DGDG。 植物体内合成多烯脂肪酸时，去饱和酶的底物不是来自脂肪酸，而是磷脂或甘油糖脂，如MGDG，其脂酰基R2去饱和形成多烯脂肪酸。,⑵鞘糖脂生物合成 鞘糖脂生物合成的前体物质之一是神经酰胺。神经酰胺的末端羟基接受UDP-糖苷上糖基，即可生成各种脑苷脂。,之二：脑苷脂合成还可以鞘氨醇为前体，先接受糖基形成鞘氨醇糖苷然后再脂酰化 最后在脑苷脂糖基上继续添加糖基或其它基团，可形成其它鞘糖脂，如神经节糖脂等。,二、糖脂的生物合成和降解 糖脂的降解 糖苷酶可将糖脂上的糖基水解下来，其他成分在各种脂酶作用下可水解成甘油或鞘氨醇、脂肪酸等。 例如，植物叶细胞受到破坏时，单半乳糖二脂酰甘油(MGDG)和双半乳糖二脂酰甘油(DGDG)可在半乳糖脂酶(galactolipase)、-半乳糖苷酶等酶催化下，迅速水解成甘油、脂肪酸和半乳糖。,组织定位：除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成，以肝、小肠为主。 细胞定位：胞液、光面内质网,（一）合成部位,三、胆固醇的生物合成与转化(重点),1分子胆固醇,,18乙酰CoA + 36ATP + 16(NADPH+H+),葡萄糖有氧氧化,,磷酸戊糖途径,乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环出线粒体,（二）合成原料,甲羟戊酸的合成,（三）合成基本过程,鲨烯的合成,胆固醇的合成,胆固醇的转化 胆固醇在动物体内不仅可以在C3的羟基上接受脂酰CoA的脂酰基而酯化成胆固醇脂，还可转化成具有重要生理功能的物质，如胆酸、类固醇激素、维生素D等。,小结,脂类概述 脂类概念 分类 生理功能 脂类的消化与吸收 理化过程 部位 脂肪的分解代谢 β氧化 关键步骤 关键酶 酮体及生成的意义 乙醛酸循环 及意义,,脂肪的合成代谢 关键酶 过程 与分解代谢异同点 类脂的代谢 磷脂 糖脂 鞘糖脂的合成和分解代谢 胆固醇的合成和转化,