脂类物质的合成与分解

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1、F按其生物学功能分为：按其生物学功能分为：贮存脂质贮存脂质：酯酰甘油、蜡等；是能源物质。：酯酰甘油、蜡等；是能源物质。结构脂质结构脂质：磷脂等；生物膜的骨架成分。：磷脂等；生物膜的骨架成分。活性脂质活性脂质：萜类化合物、甾醇类化合物；：萜类化合物、甾醇类化合物；是激素、维生素前体。是激素、维生素前体。第一节第一节 生物体内的脂类物质生物体内的脂类物质F按其化学组成与结构分为：按其化学组成与结构分为：单纯脂类单纯脂类：酯酰甘油、蜡等。：酯酰甘油、蜡等。复合脂类复合脂类：磷脂、糖脂、硫脂等。：磷脂、糖脂、硫脂等。异戊二烯脂异戊二烯脂：萜类、类固醇。：萜类、类固醇。脂脂 类类脂肪脂肪(TG(TG）类

2、类 脂脂胆固醇胆固醇CH胆固醇胆固醇脂脂CHE磷脂磷脂PL糖脂糖脂甘油甘油脂肪酸脂肪酸脂肪、甘油三酯、三酰甘油脂肪、甘油三酯、三酰甘油一、脂肪酸一、脂肪酸FF 由一条由一条线性的长线性的长碳氢链碳氢链（疏水尾）（疏水尾）和一个和一个末端羧基末端羧基（亲水头）组成（亲水头）组成的羧酸。通常为的羧酸。通常为C4C36（数字表示（数字表示碳链的碳原子数）。碳链的碳原子数）。F按碳氢链是否含双键，可分为：按碳氢链是否含双键，可分为：饱和脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸：软脂酸(16:0)、硬脂酸、硬脂酸(18:0)。不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸 单不饱和脂肪酸单不饱和脂肪酸：棕榈油酸：棕榈油酸(16:1)多不饱和

3、脂肪酸多不饱和脂肪酸：亚油酸：亚油酸(18:2)、二十二碳六烯酸二十二碳六烯酸(DHA)DHA,DHA,学名学名二十二碳六烯酸二十二碳六烯酸,是大脑营养必不可是大脑营养必不可少的高度少的高度不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸，它除了能阻止，它除了能阻止胆固醇胆固醇在血管壁上的沉积、预防或减轻动脉粥样硬化在血管壁上的沉积、预防或减轻动脉粥样硬化和和冠心病冠心病的发生外，更重要的是的发生外，更重要的是DHADHA对大脑细对大脑细胞有着极其重要的作用。它占了人脑脂肪的胞有着极其重要的作用。它占了人脑脂肪的1010，对脑神经传导和突触的生长发育极为有利。，对脑神经传导和突触的生长发育极为有利。DHADHA一直是

4、儿童营养品的一大焦点。一直是儿童营养品的一大焦点。英国脑营养研究所克罗夫特教授和日本著名营英国脑营养研究所克罗夫特教授和日本著名营养学家奥由占美教授最早揭示了养学家奥由占美教授最早揭示了DHADHA的奥秘，的奥秘，他们的研究结果表明：他们的研究结果表明：DHADHA是人的大脑发育、成长的重要物质之一。是人的大脑发育、成长的重要物质之一。二、单纯脂类二、单纯脂类FF 由由脂肪酸和醇脂肪酸和醇（甘油或高级一元醇）形成的（甘油或高级一元醇）形成的酯。根据醇基不同，可分为酯。根据醇基不同，可分为酰基甘油酰基甘油和和蜡蜡。1.甘油三酯甘油三酯2.蜡蜡三、复合脂类三、复合脂类磷脂磷脂FF 复合脂类包括磷脂

5、、复合脂类包括磷脂、糖脂、硫脂等。糖脂、硫脂等。第二节第二节 脂肪的生物合成脂肪的生物合成FF 脂肪由脂肪由甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸经酶促反应而合经酶促反应而合成的，但二者不能直接合成脂肪，必须转成的，但二者不能直接合成脂肪，必须转变为变为活化形式活化形式的的磷酸甘油磷酸甘油和和酯酰酯酰CoA后才后才能合成脂肪。能合成脂肪。一、磷酸甘油的生物合成一、磷酸甘油的生物合成FF 在在细胞质细胞质中，两种方式合成：中，两种方式合成：磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶甘油激酶甘油激酶3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮甘甘油油二、脂肪酸的生物合成二、脂肪酸的生物合成F脂肪酸的生物合成可分为脂肪酸的生物

6、合成可分为3个过程个过程：1.饱和脂肪酸的从头合成（重要）饱和脂肪酸的从头合成（重要）2.脂肪酸碳链的延长脂肪酸碳链的延长 3.不饱和脂肪酸合成（脂肪酸链去饱和）不饱和脂肪酸合成（脂肪酸链去饱和）(一一)、饱和脂肪酸的从头合成、饱和脂肪酸的从头合成FF 以乙酰以乙酰CoA为原料为原料，可合成，可合成16C及以下及以下的饱和脂肪酸。动物体在细胞液中进行；的饱和脂肪酸。动物体在细胞液中进行；植物体在叶绿体或前质体进行。植物体在叶绿体或前质体进行。1.参与合成的两种酶系统参与合成的两种酶系统 (1)乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶：催化乙酰：催化乙酰CoA转变转变为丙二酸单酰为丙二酸单酰CoA。(2)脂肪

7、酸合酶系统脂肪酸合酶系统：依次发生反应，催：依次发生反应，催化脂酰化脂酰ACP的形成。的形成。脂肪酸合酶系统脂肪酸合酶系统 7种蛋白种蛋白ACP：酰基载体蛋白：酰基载体蛋白MT：丙二酸单酰：丙二酸单酰CoA-ACP转移酶合转移酶合KR：-酮脂酰酮脂酰ACP还原酶还原酶HD：-羟脂酰羟脂酰ACP脱水酶脱水酶ER：烯脂酰：烯脂酰ACP还原酶还原酶AT：乙酰：乙酰CoA-ACP脂酰基转移酶脂酰基转移酶KS：-酮脂酰酮脂酰ACP合酶合酶饱和脂肪酸的合成饱和脂肪酸的合成 部位部位:细胞质细胞质 原料原料乙酰乙酰CoA（直接原料：丙二酸单酰（直接原料：丙二酸单酰CoA）NADPH+H+ATP、CO2、Mg

8、2+、生物素、生物素2.合成原料乙酰合成原料乙酰CoA的准备的准备 乙酰乙酰CoA的来源的来源：线粒体内的丙酮酸氧化：线粒体内的丙酮酸氧化脱羧、脂肪酸脱羧、脂肪酸氧化、氨基酸氧化。氧化、氨基酸氧化。乙酰乙酰CoA的转运的转运：通过：通过“柠檬酸穿梭柠檬酸穿梭”从线粒体转运到胞液。从线粒体转运到胞液。(1)乙酰乙酰CoA的来源及转运的来源及转运胞液乙酰胞液乙酰CoACoA的来源的来源柠檬酸转运柠檬酸转运(2)丙二酸单酰丙二酸单酰CoA的合成的合成此反应此反应不可逆不可逆，是合成脂肪酸的，是合成脂肪酸的限速步骤限速步骤。生物素生物素乙酰乙酰CoA羧化酶羧化酶（1）（2）BCCT生物素生物素蛋白蛋白

9、3.脂肪酸的从头合成脂肪酸的从头合成 (1)第一阶段（酰基转移阶段第一阶段（酰基转移阶段 脂酰基转移酶脂酰基转移酶）乙酰乙酰CoA乙酰乙酰-S-E丙二酸单酰丙二酸单酰CoA丙二酸单酰丙二酸单酰ACP（1）起始反应起始反应ACPACP酰基转酰基转移酶移酶（2）丙二酸单酰基转移反应丙二酸单酰基转移反应ACPACP丙二酸单丙二酸单酰转移酶酰转移酶（3）缩缩 合合 反反 应应-酮脂酰酮脂酰ACPACP合成酶合成酶-酮脂酰酮脂酰ACPACP合成酶合成酶（4）第）第1次次还原反应还原反应-酮脂酰酮脂酰ACPACP还原酶还原酶-酮脂酰酮脂酰ACPACP还原酶还原酶（5）脱水反应脱水反应-羟脂酰羟脂酰ACPA

10、CP脱水酶脱水酶-羟脂酰羟脂酰ACPACP脱水酶脱水酶（6）第二次还原反应第二次还原反应烯脂酰烯脂酰ACPACP还原酶还原酶烯脂酰烯脂酰ACPACP还原酶还原酶缩和缩和还原还原脱水脱水还原还原(2)第第二二阶阶段段（循循环环阶阶段）段）乙酰乙酰乙酰乙酰ACP缩和反应缩和反应首次还原首次还原-羟丁酰羟丁酰ACP脱水反应脱水反应巴豆酰巴豆酰ACP再次还原再次还原丁酰丁酰ACP丙二酸单酰丙二酸单酰CoA酰基转移酰基转移(9)(9)软脂酰软脂酰 sACP+HsACP+H2 2O O 软脂酸软脂酸+ACP-SH+ACP-SH硫解酶硫解酶FF 由于由于-酮脂酰酮脂酰ACP合酶只对合酶只对2C14C的酯的酯

11、酰具有催化活性，故从头合成途径只能合成酰具有催化活性，故从头合成途径只能合成16C及以下的饱和脂酰及以下的饱和脂酰ACP。由乙酰由乙酰CoA从头合成棕榈酸的总反应式为：从头合成棕榈酸的总反应式为：8 CH3CO-SCoA+7 ATP+14(NAPH+H+)+7 H2O CH3(CH2)14COOH+8 CoA-SH+7 ADP+14 NADP+7 Pi消耗能量：消耗能量：142.5+7=42 ATP从头合成过程的特点从头合成过程的特点:1.1.每循环一次每循环一次,碳链延长两个碳碳链延长两个碳原子原子.因而脂肪酸碳链总是因而脂肪酸碳链总是偶数偶数碳原子的碳原子的.2.2.COCO2 2虽然参与

12、合成丙二酸单酰虽然参与合成丙二酸单酰CoA,CoA,但后来又放出但后来又放出.从头合成过程的特点从头合成过程的特点:3.ATP3.ATP由糖酵解过程提供由糖酵解过程提供.4.4.所需要的所需要的NADPHNADPH大部分来大部分来自磷酸戊糖途径自磷酸戊糖途径.F NAPH的来源：的来源：大多数生物从头合成终产物为大多数生物从头合成终产物为软脂酸软脂酸，这是，这是由由缩合酶缩合酶对链长专一性所定的，该酶对对链长专一性所定的，该酶对C C1414酰酰基活性强，不接受基活性强，不接受C C1616酰基。酰基。l脂肪酸从头合成需要短的脂酰脂肪酸从头合成需要短的脂酰CoACoA作为引物，作为引物，主要引

13、物为乙酰主要引物为乙酰CoACoA，l丙酰丙酰CoACoA异丁酰异丁酰CoACoA也可作为引物，它们为也可作为引物，它们为引物可分别形成偶数碳脂肪酸奇数碳脂肪酸引物可分别形成偶数碳脂肪酸奇数碳脂肪酸和支链脂肪酸和支链脂肪酸。思考题？思考题？从从乙酰乙酰CoACoA合成合成1 1分子的软分子的软脂酸，需要多少脂酸，需要多少ATPATP？需要？需要多少多少NADPHNADPH？需要多少乙酰？需要多少乙酰CoACoA？见动画见动画 1(二二)饱饱和和脂脂肪肪酸酸的的延延长长及及去去饱饱和和 脂肪酸碳链的延长（书脂肪酸碳链的延长（书p196）底物：棕榈酰底物：棕榈酰CoA、乙酰、乙酰CoA 还原力：还

14、原力：NADPHFF 单不饱和脂肪酸的合成需要单不饱和脂肪酸的合成需要O2和和NADPH的的参与，不需要参与，不需要ACP。三三 脂肪合成的途径脂肪合成的途径第三节第三节 脂肪的分解代谢与转化脂肪的分解代谢与转化一、脂肪的水解一、脂肪的水解二、甘油的降解与转化二、甘油的降解与转化F磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮是糖酵解途径的一个中间产物，是糖酵解途径的一个中间产物，它可以沿着糖酵解途径的逆过程它可以沿着糖酵解途径的逆过程合成葡萄糖及糖合成葡萄糖及糖原；原；F也可以沿着糖酵解正常途径也可以沿着糖酵解正常途径形成丙酮酸形成丙酮酸，再进，再进入三羧酸循环被完全氧化。入三羧酸循环被完全氧化。甘油代谢甘油代谢

15、部位部位:肝、肾、肠肝、肾、肠甘油甘油-磷酸甘油磷酸甘油参与参与TG的合成的合成参与磷脂合成参与磷脂合成磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮生成糖生成糖糖分解糖分解甘油磷酸激酶甘油磷酸激酶ATP思考？思考？1mol 1mol 甘油完全氧化成甘油完全氧化成COCO2 2和和H H2 2O O时净生成时净生成可生成多少可生成多少mol ATPmol ATP？假设在细胞质生成假设在细胞质生成NADHNADH都通过磷酸甘油穿梭都通过磷酸甘油穿梭进入线粒体进入线粒体(1.5-1(1.5-11.51.52 22.52.5101016.5)16.5)；假设在细胞质生成假设在细胞质生成NADHNADH都通过苹果酸穿梭进都

16、通过苹果酸穿梭进入线粒体。（入线粒体。（1.51.52.52.52 22.52.5101018.5)18.5)三、脂肪酸降解与转化三、脂肪酸降解与转化氧化氧化 乙酰乙酰CoA 氧化氧化氧化氧化乙醛酸循环乙醛酸循环 糖糖 TCA ATP等等-酮体酮体 合成脂肪酸合成脂肪酸 脂肪酸氧化方式有三种：脂肪酸氧化方式有三种：(一一)、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化FF 是指脂肪酸在一系列酶作用下，在是指脂肪酸在一系列酶作用下，在-碳碳原子和原子和-碳原子之间发生断裂，碳原子之间发生断裂，碳原子被碳原子被氧化成酮基，然后裂解生成氧化成酮基，然后裂解生成2个碳原子的乙个碳原子的乙酰酰CoA和较原来少了两个碳原子

17、的脂肪酸的和较原来少了两个碳原子的脂肪酸的过程。过程。FF 氧化在氧化在线粒体内线粒体内进行，植物还可以在进行，植物还可以在乙醛酸体中进行。乙醛酸体中进行。1.脂肪酸的活化脂肪酸的活化脂酰脂酰CoA的生成的生成 RCH2CH2CH2COOH +ATPRCH2CH2CH2COAMP+PPi脂酰CoA合成酶RCH2CH2CH2COAMP CoASHRCH2CH2CH2COSCoA+AMP2.脂酰脂酰CoA进入线粒体进入线粒体肉毒碱穿梭肉毒碱穿梭 在在肉碱肉碱参与下脂肪转入线粒体参与下脂肪转入线粒体的简要过程的简要过程3.氧化途径氧化途径FF 脂酰脂酰CoA在在线粒体线粒体的基质中进行氧化分解。的基

18、质中进行氧化分解。每进行一次每进行一次-氧化，需要经过氧化，需要经过脱氢、水化、脱氢、水化、再脱氢和硫解再脱氢和硫解四步反应，同时释放出四步反应，同时释放出1分子乙分子乙酰酰CoA。反应产物是比原来的脂酰。反应产物是比原来的脂酰CoA减少减少了了2个碳的新的脂酰个碳的新的脂酰CoA。如此反复进行，直。如此反复进行，直至脂酰至脂酰CoA全部变成乙酰全部变成乙酰CoA。氧化过程氧化过程-RCH2CH2CH2COSCoAFADFADH2RCH2CCHHCOSCoA脂酰CoA脱氢酶 脱氢脱氢 水化水化RCH2CCHHCOSCoARCH2CHCHCOSCoAOHH2O烯脂酰CoA水合酶脂酰脂酰CoA,-

19、反烯脂酰反烯脂酰CoA,-反烯脂酰反烯脂酰CoA-羟脂酰羟脂酰CoA 再脱氢再脱氢 硫解硫解RCH2CHCHCOSCoAOHRCH2CCHCOSCoAO烯脂酰CoA脱氢酶NAD+NADH+H+-羟脂酰羟脂酰CoA-酮脂酰酮脂酰CoARCH2CCH COSCoAORCH2COSCoACH3COSCoACoASH+硫解酶-酮脂酰酮脂酰CoA乙乙酰酰CoA羟羟4.能量计算能量计算FF 脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能量。脂肪酸的完全氧化可以产生大量的能量。例如软脂酸（含例如软脂酸（含16碳）经过碳）经过7次次-氧化，可以氧化，可以生成生成8个乙酰个乙酰CoA，每一次，每一次-氧化，还将生成氧化，还将

20、生成1分子分子FADH2和和1分子分子NADH。C15H31COOH+8 CoA-SH+ATP+7 FAD+7 NAD+7 H2O 8 CH3CO-SCoA+AMP+PPi+7 FADH2+7 NADH+7 H+8 CH3CO-SCoA 108 80 ATP 7 FAD 1.5710.5 ATP 7 NADH+7 H+2.5717.5 ATP活化消耗：活化消耗：-2个高能磷酸键个高能磷酸键净生成：净生成：108-2106 ATPFF 软脂酸燃烧热值为软脂酸燃烧热值为 9790 KJ能量利用率能量利用率10630.54/9790=33.1%见动画见动画 2 从头合成从头合成氧化氧化细胞中部位细胞

21、中部位细胞质细胞质线粒体线粒体酶酶 系系6种酶，多酶复合体种酶，多酶复合体4种酶分散存在种酶分散存在酰基载体酰基载体ACPCoA二碳片段二碳片段丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoA 电子供体（受体）电子供体（受体）NADPHFAD、NAD循环循环缩合、还原、脱水、还原缩合、还原、脱水、还原氧化、水合、氧化、裂解氧化、水合、氧化、裂解-羟脂酰基构型羟脂酰基构型D型型L型型底物穿梭机制底物穿梭机制柠檬酸穿梭柠檬酸穿梭肉毒碱穿梭肉毒碱穿梭方向方向甲基到羧基甲基到羧基羧基到甲基羧基到甲基能量变化能量变化消 耗消 耗 7 个个 A T P 及及 1 4 个个NADPH（142.5=35），），共共42ATP（35+7=42）(7FADH2+7NADH-2ATP）共共26ATPFF 软脂酸从头合成与软脂酸从头合成与氧化的区别氧化的区别(二二)、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化FF 是指脂肪酸在一些酶催化下，其是指脂肪酸在一些酶催化下，其碳原碳原子发生氧化，生成一分子子发生氧化，生成一分子CO2和比原来少了和比原来少了一个碳原子的脂肪酸的过程。一个碳原子的脂肪酸的过程。(三三)、脂肪酸的、脂肪酸的氧化氧化FF 是指脂肪酸的末端甲基（是指脂肪酸的末端甲基（端）经氧化端）经氧化转变为转变为羟脂酸，继而再氧化为羟脂酸，继而再氧化为,-二羧酸二羧酸的过程。的过程。