脂肪酸降解PPT学习教案

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1、会计学12胆汁盐乳化食胆汁盐乳化食 脂成脂成混合微团混合微团小肠小肠脂肪酶脂肪酶 分解甘油三酯分解甘油三酯FA等降解产物被小肠等降解产物被小肠 黏膜吸收并重新转化黏膜吸收并重新转化 成成甘油三酯甘油三酯甘油三酯与胆固醇和甘油三酯与胆固醇和 载脂蛋白载脂蛋白结合成结合成乳糜微粒乳糜微粒乳糜微粒经由淋巴和乳糜微粒经由淋巴和 血液转运到周边组织血液转运到周边组织被载脂蛋白被载脂蛋白C-II激活激活 的的脂蛋白脂肪酶脂蛋白脂肪酶释放释放 出出FA和甘油和甘油 FA进入细胞进入细胞 FA被氧化用作燃料或被氧化用作燃料或 重新被酯化用于贮存重新被酯化用于贮存 食脂在小肠吸收食脂在小肠吸收1. 脂肪的消化、

2、脂肪的消化、 动员和转运动员和转运(cf. p401)第1页/共25页3载脂蛋白载脂蛋白磷脂磷脂甘油三酯和胆固醇酯甘油三酯和胆固醇酯胆固醇胆固醇可激活位可激活位于毛细血于毛细血管壁上的管壁上的脂蛋白脂脂蛋白脂肪酶肪酶- 表面为一层磷脂，表面为一层磷脂， 头部与水接触头部与水接触- 甘油三酯螯合在甘油三酯螯合在 内部，占总质量的内部，占总质量的 80%以上以上- 凸出的载脂蛋白凸出的载脂蛋白 (B-48, C-III和和C-II) 均为乳糜微粒组分均为乳糜微粒组分 的吸收和代谢信号的吸收和代谢信号乳糜微粒乳糜微粒 chylomicron (直径直径100500 nm)自学自学(cf. Fig.

3、15-2)第2页/共25页4 激素触发储脂动员激素触发储脂动员= 低血糖低血糖通过通过肾上腺素肾上腺素和和胰高血糖素胰高血糖素 对脂肪细胞腺苷酰环化酶的级联放对脂肪细胞腺苷酰环化酶的级联放 大作用而促进储存甘油三酯的降解大作用而促进储存甘油三酯的降解- 激素经由激素经由GS蛋白蛋白 激活环化酶生成激活环化酶生成cAMP- 被被cAMP激活的激活的 蛋白激酶蛋白激酶A将将激素敏感激素敏感 脂酶脂酶和和脂滴相关蛋白脂滴相关蛋白磷磷 酸化，使脂酶接近脂滴酸化，使脂酶接近脂滴 以水解其甘油三酯以水解其甘油三酯- 游离游离FA经由经由血清血清 白蛋白白蛋白转运至肌细胞转运至肌细胞- FA氧化并释出氧化并

4、释出ATP 供肌肉收缩等耗能代谢供肌肉收缩等耗能代谢自学自学(cf. Fig. 15-3)第3页/共25页5 甘油可进入糖酵解甘油可进入糖酵解 (肝、肾肝、肾)L-甘油甘油-3-P二羟丙酮二羟丙酮-PD-G3Plower activity in myocyte第4页/共25页6 (长链长链) FA活化后才能进入线粒体活化后才能进入线粒体- 活化态为活化态为酯酰酯酰-CoA- 酯酰酯酰-CoA合成酶合成酶- 消耗消耗两个两个高能磷酸键高能磷酸键(1 ATP)羧酸酯离子取代羧酸酯离子取代ATP的的 & 磷酰基磷酰基(= 腺苷酰化腺苷酰化)CoA-SH对酶结合的混对酶结合的混合酸酐合酸酐亲核攻击亲核

5、攻击，取代，取代AMP形成形成(硫硫)酯酰酯酰-CoA总反应高度放总反应高度放能而不可逆能而不可逆保留有保留有ATP的部分能量的部分能量(cf. p406)第5页/共25页7 酯酰酯酰-CoA进入线粒体进入线粒体(肉碱穿梭肉碱穿梭)- 在在外膜外膜的的肉碱酯酰基转移酶肉碱酯酰基转移酶作用下，作用下， 酯酰基被转移给肉碱酯酰基被转移给肉碱-OH (1st转酯基转酯基)- 酯酰酯酰-肉碱酯经由跨内膜的肉碱酯经由跨内膜的酯酰酯酰-肉碱肉碱/肉碱肉碱 转运蛋白转运蛋白易化扩散进入基质易化扩散进入基质- 在内膜在内膜内表面内表面的的肉碱酯酰基转移酶肉碱酯酰基转移酶作用下，作用下， 酯酰基被转移给线粒体酯

6、酰基被转移给线粒体CoA (2nd转酯基转酯基)CoA IS IC=O IR转转酯酯基基(cf. Fig. 15-4)= -氧化限速酶氧化限速酶第6页/共25页8可以分为三个阶段可以分为三个阶段- 长链长链FA经由经由重复的重复的4步反应步反应 氧化成乙酰氧化成乙酰-CoA (= -氧化氧化) 以以软脂酸软脂酸(16C)为例，经为例，经7轮轮 -氧化后可得氧化后可得8个乙酰个乙酰-CoA- 乙酰基经由乙酰基经由柠檬酸循环柠檬酸循环氧化氧化 生成生成CO2- 阶段阶段1 & 2释出的释出的e经由线经由线粒粒 体体呼吸链呼吸链传递给传递给O2，同时提，同时提 供能量以供能量以氧化磷酸化氧化磷酸化方

7、式合方式合 成成ATP2. 脂肪酸氧化脂肪酸氧化第7页/共25页9苯乙酸苯乙酸苯甲苯甲酸酸 生物化学经典实验生物化学经典实验 苯环化合物示踪法苯环化合物示踪法(Franz Knoop, 1905)以以苯环苯环标记标记FA末端末端 -甲基甲基，饲喂动物后分析其尿液中的饲喂动物后分析其尿液中的代谢产物并发现：代谢产物并发现：- 偶数碳偶数碳FA总是得到总是得到 苯乙酸苯乙酸/苯乙尿酸苯乙尿酸- 奇数碳奇数碳FA则总是得到则总是得到 苯甲酸苯甲酸/马尿酸马尿酸结论：结论：体内的体内的FA氧化分解是氧化分解是由由羧基末端的羧基末端的C 开始、每次开始、每次均断裂均断裂2C单位单位方式进行的方式进行的

8、1875-1946 -氧化方式氧化方式自学自学18C17C(cf. Tab. 15-2)第8页/共25页10 饱和脂肪酸的饱和脂肪酸的 -氧化氧化酯酰酯酰-CoA在其脱氢酶在其脱氢酶作用下氧化成作用下氧化成 反式反式-2-烯酯酰烯酯酰-CoA (= C C 之间之间 脱氢生成反式双键脱氢生成反式双键)- 三种同工酶三种同工酶分别专一作用于短、分别专一作用于短、 中及长链酯酰中及长链酯酰-CoA在在烯酯酰烯酯酰-CoA水合酶水合酶作用下，反式作用下，反式- 2-烯酯酰烯酯酰-CoA水合形成水合形成3-羟羟酯酰酯酰- CoA (L- -羟酯酰羟酯酰-CoA)在在羟酯酰羟酯酰-CoA脱氢酶脱氢酶作用

9、下，作用下，3-羟羟 酯酰酯酰-CoA转化成转化成3-酮酮酯酰酯酰-CoA ( -酮酯酰酮酯酰-CoA)在在酯酰酯酰-CoA乙酰基转移酶乙酰基转移酶/硫解酶硫解酶 作用下，另一作用下，另一CoA与与C 羰基连接，羰基连接， 将将3-酮酯酰酮酯酰-CoA硫解断裂成硫解断裂成 乙酰乙酰-CoA和缩短了和缩短了2C单位的单位的 酯酰酯酰-CoA，后者随即进入，后者随即进入 下一轮反应下一轮反应机制机制琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶机制机制延胡索酸酶延胡索酸酶机制机制苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶肉豆蔻酰肉豆蔻酰-CoA脱氢脱氢(反式反式)水合水合再脱氢再脱氢硫解硫解两侧羰基的两侧羰基的存在使存在使C C 不稳定

10、：不稳定：C 羰基更容易羰基更容易被亲核攻击被亲核攻击(cf. Fig. 15-5)第9页/共25页11C16 (软脂酸软脂酸)Acetyl -CoA8 acetyl-CoAs- FA经过一轮经过一轮 -氧化后可得：氧化后可得：乙酰乙酰-CoA (2C unit)2 pairs of e4 H+ 软酯酰软酯酰-CoA + CoA + FAD + NAD+ + H2O 肉豆蔻酰肉豆蔻酰-CoA + 乙酰乙酰-CoA + FADH2 + NADH + H+- 肉豆蔻酰肉豆蔻酰-CoA随即进入下一轮反应，重复七轮随即进入下一轮反应，重复七轮 后最终将后最终将软酯酰软酯酰-CoA氧化成八个乙酰氧化成八

11、个乙酰-CoA- 总反应：总反应： 软酯酰软酯酰-CoA + 7 CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 乙酰乙酰-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ -氧化的重复进行氧化的重复进行第10页/共25页12 软酯酰软酯酰-CoA彻底氧化产能结算彻底氧化产能结算* 以以1.5 ATP/FADH2和和2.5 ATP/NADH计算所得计算所得 柠檬酸循环中底物水平磷酸化得到的柠檬酸循环中底物水平磷酸化得到的GTP净得净得106 ATP ( 2 ATP/酯酰基活化酯酰基活化)6.6 ATP/C(vs. 55.3 ATP/C for Glc) -氧化氧化柠檬酸

12、循环柠檬酸循环+氧化磷酸化氧化磷酸化第11页/共25页13 不饱和脂肪酸的氧化不饱和脂肪酸的氧化单不饱和脂肪酸的氧化如单不饱和脂肪酸的氧化如油酸油酸(18:19) - 前三轮前三轮 -氧化后形成氧化后形成12C的的顺式顺式- 3-烯酯酰烯酯酰-CoA，其，其C3=C4双键双键 妨碍在妨碍在C2-C3间形成新的双键间形成新的双键 - 需要需要烯酰烯酰-CoA异构酶异构酶使该双键使该双键 由由顺式顺式-3转化为转化为反式反式-2后才能后才能 继续后五轮继续后五轮 -氧化氧化 - 这一双键这一双键顺顺-反式转化反式转化绕过了绕过了1st步步 由由酯酰酯酰-CoA脱氢酶脱氢酶产生产生FADH2的的 反

13、应，因而要比同反应，因而要比同C数饱和脂肪酸数饱和脂肪酸 少生成少生成1.5 ATP(= 处理不能被烯酯酰处理不能被烯酯酰-CoA 水合酶作用的水合酶作用的顺式双键顺式双键)十二烯酰十二烯酰-CoA转化成转化成反式反式底物底物第12页/共25页14多不饱和脂肪酸的氧化如多不饱和脂肪酸的氧化如亚油亚油酸酸(18:29,12)还需要有还需要有2,4-二二烯酰烯酰-CoA还原酶的参与还原酶的参与(cf. Fig. 15-6)前三轮反应后得到的前三轮反应后得到的cis- 3,cis- 6-十二烯酰十二烯酰-CoA不能用作不能用作 -氧氧化酶系的底物：化酶系的底物：其双键不仅为顺其双键不仅为顺式，而且位

14、置也不同式，而且位置也不同，但通过烯，但通过烯酰酰-CoA异构酶和异构酶和2,4-二烯酰二烯酰-CoA还原酶还原酶的联合作用仍可使该的联合作用仍可使该中间物重新进入正常的中间物重新进入正常的 -氧化途氧化途径径 C2和和C5位加位加H自学自学第13页/共25页15 奇数碳脂肪酸的氧化奇数碳脂肪酸的氧化(反刍类的细菌作用等反刍类的细菌作用等)前几轮反应与偶数前几轮反应与偶数碳碳FA的相同，但最后的相同，但最后一轮会将剩余的一轮会将剩余的5C戊酰戊酰-CoA裂解出裂解出3C的丙酰的丙酰-CoA，后者要再通过，后者要再通过另外三种另外三种酶酶作用才能转化为琥珀酰作用才能转化为琥珀酰-CoA： - 丙

15、酰丙酰-CoA在其在其羧化酶羧化酶作用下生成作用下生成 D-甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA - D-甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA在其在其差向异构酶差向异构酶 作用下转化成作用下转化成L型差向异构物型差向异构物 - L-甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA再由其再由其变位酶变位酶 作用生成琥珀酰作用生成琥珀酰-CoA，使相邻，使相邻C上上 的两个取代基团的两个取代基团相互换位相互换位L-甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA琥珀酰琥珀酰-CoA丙酰丙酰-CoAD-甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA自学自学(cf. Fig. 15-7)第14页/共25页16 辅酶辅酶B12作用机制作用机制 (cf. Fig. 15-9)(

16、= C2位的位的-CO-S-CoA基团与基团与C3位的位的H互换互换)甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA琥珀酰琥珀酰-CoA甲基丙二酰甲基丙二酰-CoA变位酶变位酶该被移位的该被移位的H不会与溶剂不会与溶剂H2O中的相混中的相混自学自学第15页/共25页17 脂肪酸降解的调控脂肪酸降解的调控= 反向协调反向协调肉碱酯酰基肉碱酯酰基 转移酶转移酶和乙酰和乙酰-CoA 羧化酶羧化酶 (ACC)活性活性丙二酸单酰丙二酸单酰-CoA是是FA合成的合成的1st个中间物个中间物自学自学第16页/共25页18 过氧化物体和乙醛酸过氧化物体和乙醛酸 循环体也可进行循环体也可进行 -氧化氧化- 植物的植物的 -氧化主

17、要发生在氧化主要发生在 过氧化物体过氧化物体与线粒体与线粒体 -氧化的氧化的主要差别为：主要差别为： - 1st步脱氢步脱氢反应的反应的e直接直接 传递给传递给O2生成生成H2O2 - 2nd步脱氢步脱氢生成的生成的 NADH 不能在过氧化物体不能在过氧化物体/乙醛乙醛 酸循环体中被再氧化，酸循环体中被再氧化， 需经由胞液进入线粒体需经由胞液进入线粒体 - 氧化生成的氧化生成的乙酰乙酰-CoA亦亦 进入胞液用作合成前体进入胞液用作合成前体 (eg. 种子萌发时种子萌发时)自学自学第17页/共25页19 三酯酰甘油在萌发种子三酯酰甘油在萌发种子 中被转化为中被转化为Glc而用作而用作 各种生物合

18、成前体各种生物合成前体自学自学第18页/共25页20 脂肪酸的脂肪酸的 -氧化氧化(少量，非产能性少量，非产能性)- -氧化酶系仅分布在肝、肾氧化酶系仅分布在肝、肾 细胞内质网中，优先底物多细胞内质网中，优先底物多 为为1214C的中链的中链FA- 由由FA的的C 开始经由三步连开始经由三步连 续氧化及脱氢生成续氧化及脱氢生成二羧酸二羧酸 中间物中间物，后者，后者任一端任一端与与CoA 缩合后转入线粒体继续缩合后转入线粒体继续 -氧氧 化而生成相应的二羧酸化而生成相应的二羧酸 (precursors for other biomolecules)月桂酸月桂酸己二酸己二酸自学自学第19页/共25

19、页21 植烷酸的植烷酸的 -氧化氧化= 消除分支消除分支FA的的C -CH3 以继续以继续 -氧化氧化- 酶系存在于酶系存在于过氧化物体过氧化物体C 羟化羟化降植烷酸降植烷酸降植烷醛降植烷醛三甲基十三烷醇三甲基十三烷醇丙酰丙酰-CoA植烷酰植烷酰-CoA -羟羟-植烷酰植烷酰-CoA脱羧成少脱羧成少1C的的醛醛醛再氧化成醛再氧化成C 无无-CH3的的羧酸羧酸自学自学第20页/共25页22 来自来自 -氧化的乙酰氧化的乙酰-CoA超过柠檬酸循环所超过柠檬酸循环所 需量时，即可经由生酮作用转化成需量时，即可经由生酮作用转化成酮体酮体： 丙酮、乙酰乙酸和丙酮、乙酰乙酸和 -羟丁酸羟丁酸- 乙酰乙酰-

20、CoA进入柠檬酸循环的进入柠檬酸循环的流量流量要取决于要取决于 草酰乙酸草酰乙酸的可利用量的可利用量- 草酰乙酸来自于酵解产物草酰乙酸来自于酵解产物丙酮酸丙酮酸的羧化，即的羧化，即 依赖于酵解的进行和碳水化合物的供应依赖于酵解的进行和碳水化合物的供应- 当机体当机体摄入高脂肪、低碳水化合物摄入高脂肪、低碳水化合物或不能利用血糖或不能利用血糖(如糖尿病如糖尿病)或碳水化合物摄入量长期偏低或碳水化合物摄入量长期偏低则则乙酰乙酰-CoA 草酰乙酸草酰乙酸在在肝细胞肝细胞线粒体基质转化成酮体线粒体基质转化成酮体ketone bodies3. 酮体代谢酮体代谢第21页/共25页23 肝细胞内的酮体生成肝

21、细胞内的酮体生成- 2个乙酰个乙酰-CoA缩合成缩合成乙酰乙酰乙酰乙酰-CoA) (= -氧化中氧化中硫解酶硫解酶的逆反应的逆反应)- 乙酰乙酰乙酰乙酰-CoA再与再与1个乙酰个乙酰-CoA在在 HMG-CoA合酶合酶作用下生成作用下生成HMG-CoA ( -羟羟- -甲戊二酸单酰甲戊二酸单酰-CoA) - HMG-CoA随即在其随即在其裂合酶裂合酶作用下断裂作用下断裂 成成乙酰乙酸乙酰乙酸和乙酰和乙酰-CoA- 乙酰乙酸可被乙酰乙酸可被脱氢酶脱氢酶还原为还原为 -羟丁酸羟丁酸， 亦可经由其亦可经由其脱羧酶脱羧酶或缓慢自发脱羧成或缓慢自发脱羧成 丙酮丙酮(血液中，具有挥发性甜味血液中，具有挥发

22、性甜味)- 乙酰乙酸和乙酰乙酸和 -羟丁酸可经由血液循环羟丁酸可经由血液循环 至肝外组织用作燃料至肝外组织用作燃料- 虽然有虽然有3分子乙酰分子乙酰-CoA参与，但生成参与，但生成 的酮体仅由的酮体仅由1st和和3rd个乙酰个乙酰-CoA构成构成胆固醇胆固醇合成起点合成起点第22页/共25页24- -羟丁酸羟丁酸在其在其脱氢酶脱氢酶作用作用 下被氧化成下被氧化成乙酰乙酸乙酰乙酸- 乙酰乙酸与琥珀酰乙酰乙酸与琥珀酰-CoA 反应生成乙酰乙酰反应生成乙酰乙酰-CoA ( -酮酰酮酰-CoA转移酶转移酶)- 乙酰乙酰乙酰乙酰-CoA再被再被 硫解酶硫解酶裂解成裂解成2个乙酰个乙酰- CoA进入柠檬酸

23、循环进入柠檬酸循环- 心肌和肾皮质等组织心肌和肾皮质等组织利用利用 -羟丁酸和乙酰乙酸为羟丁酸和乙酰乙酸为 能源要比能源要比Glc更为优先更为优先- 在饥饿和糖尿病时，在饥饿和糖尿病时， 脑组织脑组织也可转变为优先也可转变为优先 利用乙酰乙酸利用乙酰乙酸(3/4) 酮体在肝外组织用作燃料酮体在肝外组织用作燃料第23页/共25页25小结：脂肪酸降解小结：脂肪酸降解 -氧化为氧化为四步连续反应，即经由四步连续反应，即经由脱氢、水合、再脱氢脱氢、水合、再脱氢 和和硫解硫解以以乙酰乙酰-CoA形式从饱和酯酰形式从饱和酯酰-CoA的羧基端依的羧基端依 次移除次移除2C单位单位 不饱和不饱和FA的氧化需要

24、的氧化需要另外两种酶另外两种酶参与，以处理不能参与，以处理不能 被烯脂酰被烯脂酰-CoA水合酶作用的水合酶作用的顺式双键顺式双键 奇数碳奇数碳FA经由最后一轮经由最后一轮 氧化会生成氧化会生成丙酰丙酰-CoA，后者，后者 可以通过可以通过三种酶三种酶的作用的作用异构化异构化成琥珀酰成琥珀酰-CoA 酮体包括酮体包括丙酮、乙酰乙酸丙酮、乙酰乙酸和和D- -羟丁酸羟丁酸，均在，均在肝脏肝脏 生成，后两种可用作生成，后两种可用作肝外组织燃料肝外组织燃料，即氧化成乙酰，即氧化成乙酰- CoA并进入柠檬酸循环并进入柠檬酸循环 吸收吸收/动员进入细胞后，动员进入细胞后，FA先在线粒体外膜先在线粒体外膜活化成酯活化成酯 酰酰-CoA硫酯硫酯，并经由，并经由肉碱穿梭肉碱穿梭进入线粒体进入线粒体第24页/共25页