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1、第十章 脂类与脂类代谢 第一节 脂类的概述,脂类（lipids）泛指不溶于水，易溶于有机溶剂的各类生物分子。脂类都含有碳、氢、氧元素，有的还含有氮和磷。脂类所包括的物质范围很广，结构差异也大。他们的共同特征是以长链或稠环脂肪烃分子为母体。脂类分子中没有极性基团的称为非极性脂；有极性基团的称为极性脂。极性脂的主体是脂溶性的，其中的部分结构是水溶性的。,1、脂类的分类,1.1单纯脂单纯脂是脂肪酸与醇结合成的脂，没有极性基团，是非极性脂，又称中性脂。三酰甘油、胆固醇酯、蜡等都是单纯脂。蜡是由高级脂肪酸和高级一元醇形成的酯。,单纯脂是由一分子甘油与一至三分子脂肪酸所形成的脂。根据脂肪酸数量，可分为单酰
2、甘油、二酰甘油和三酰甘油（过去称为甘油三脂）。前两者在自然界中存在极少，而三酰甘油是脂类中含量最丰富的一类。通常所说的油脂就是指三酰甘油,三酰甘油的结构,是由偶数碳原子构成的一元酸，最多见的是C16、C18、C22等长链脂肪酸。碳链无分支。分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。大部分的不饱和脂肪酸在体内可以合成，亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸不能合成，必需从食物中获取，称为必需脂肪酸。,人体及高等动物体内的脂肪酸有以下特点：,1.2复合脂,复合脂又称类脂，是含有磷酸等非脂成分的脂类。复合脂含有极性基团，是极性脂。磷脂是主要的复合脂，分为甘油磷脂类和鞘氨醇磷脂。甘油磷脂又称磷酸甘油酯，是磷脂酸的衍生物。甘油
3、磷脂中的取代基最常见的是胆碱、乙醇胺和丝氨酸，称为卵磷脂、脑磷脂和丝氨酰磷脂，都不溶于水而溶于有机溶剂。,1.3 非皂化脂,包括类固醇、萜类和前列腺素类。不含脂肪酸，不能被碱水解，称为非皂化脂。类固醇又称甾醇，是以环戊烷多氢菲为母核的一种脂类。胆固醇是人体内最重要的类固醇，它因有羟基而属于极性脂。萜类是异戊二烯聚合物，前列腺素是二十碳酸衍生物。,胆固醇的结构,1.4 衍生脂,指上述物质的衍生产物，如甘油、脂肪酸及其氧化产物，乙酰辅酶A。1.5 结合脂类脂与糖或蛋白质结合，形成糖脂和脂蛋白。,2 脂类分布与功能,2.1 三酰甘油主要是储备能源2.2 极性脂参与生物膜的构成2.3 有些脂类及其衍生
4、物具有重要生物活性2.4 有些脂类是生物表面活性剂 2.5 作为溶剂,第二节 甘油三脂的分解代谢,一、甘油三脂的水解组织脂肪酶有三种，脂肪酶、甘油二脂脂肪酶和甘油单脂脂肪酶，逐步水解R3、R1、R2，生成甘油和游离脂肪酸。第一步是限速步骤，肾上腺素、肾上腺皮质激素、高血糖素通过cAMP和蛋蛋白激酶激活，胰岛素和前列腺素E1相反，有抗脂解作用。,甘油三脂水解的过程,二、甘油代谢脂肪细胞没有甘油激酶，所以甘油被运到肝脏，由甘油激酶磷酸化为3-磷酸甘油，再由磷酸甘油脱氢酶催化为磷酸二羟丙酮，进入酵解或异生，并生成NADH。,三、脂肪酸的氧化,3.1 饱和偶数碳脂肪酸的氧化1.脂肪酸的活化：脂肪酸先生
5、成脂酰辅酶A才能进行氧化，称为活化。由脂酰辅酶A合成酶（硫激酶）催化，线粒体中的酶作用于410个碳的脂肪酸，内质网中的酶作用于12个碳以上的长链脂肪酸。,2.转运,肉碱的穿梭过程,3.-氧化：氧化、水合、氧化、断裂,4、脂肪酸-氧化作用小结,（1）脂肪酸-氧化时仅需活化一次，消耗1个ATP的两个高能键（2）-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤（3）每循环一次产生1个FADH2、1个NADH、1 个乙酰-CoA，共计 1.5+2.5+10=14ATP以软脂酸为例：7次循环：7 X（1.5+2.5+10）+10=108 ATP 活化消耗：-2个高能磷酸键净生成：108-2=106 ATP,
6、5、-氧化的调节,脂酰基进入线粒体的速度是限速步骤，长链脂酸生物合成的第一个前体丙二酸单酰CoA的浓度增加，可抑制肉碱脂酰转移酶，限制脂肪酸氧化。NADH/NAD+比率高时，羟脂酰CoA脱氢酶便受抑制。乙酰CoA浓度高时，可抑制硫解酶，抑制氧化,3.2 不饱和脂肪酸的氧化,1.单不饱和脂肪酸的氧化：油酸在9位有顺式双键，三个循环后形成3顺烯脂酰辅酶A。在3顺2反烯脂酰辅酶A异构酶催化下继续氧化。这样一个双键少2个ATP。,油脂酸的氧化途径,2.多不饱和脂肪酸的氧化：,亚油酸在9位和12位有两个顺式双键，4个循环后生成2顺烯脂酰辅酶A，水化生成D-产物，在-羟脂酰辅酶A差向酶作用下转变为L型，继
7、续氧化,亚油脂酸的氧化途径,3.3 奇数碳脂肪酸的氧化,奇数碳脂肪酸经氧化可产生丙酰辅酶A，某些支链氨基酸也生成丙酸。丙酸有下列两条代谢途径：1.丙酰辅酶A在丙酰辅酶A羧化酶催化下生成D-甲基丙二酸单酰辅酶A，并消耗一个ATP。在差向酶作用下生成L-产物，再由变位酶催化生成琥珀酰辅酶A，进入三羧酸循环。需腺苷钴胺素作辅酶。2.丙酰辅酶A经脱氢、水化生成-羟基丙酰辅酶A，水解后在-羟基丙酸脱氢酶催化下生成丙二酸半醛，产生一个NADH。丙二酸半醛脱氢酶催化脱羧，生成乙酰辅酶A，产生一个NADPH。,3.4 脂肪酸的-氧化,存在于植物种子、叶子，动物脑和肝脏。以游离脂肪酸为底物，涉及分子氧或过氧化氢
8、，对支链、奇数和过长链（22）脂肪酸的降解有重要作用。哺乳动物叶绿素代谢时，经过水解、氧化，生成植烷酸，其位有甲基，需通过氧化脱羧才能继续氧化。,氧化有以下途径：,1.脂肪酸在单加氧酶作用下羟化，需Fe2+和抗坏血酸，消耗一个NADPH。经脱氢生成-酮脂肪酸，脱羧生成少一个碳的脂肪酸。2.在过氧化氢存在下，经脂肪酸过氧化物酶催化生成D-氢过氧脂肪酸，脱羧生成脂肪醛，再脱氢产生脂肪酸或还原。,3.5-氧化,12个碳以下的脂肪酸可通过-氧化降解，末端甲基羟化，形成一级醇，再氧化成醛和羧酸。一些细菌可通过-氧化将烷烃转化为脂肪酸，从两端进行-氧化降解，速度快。,四、酮体代谢,乙酰辅酶A在肝和肾可生成
9、乙酰乙酸、-羟基丁酸和丙酮，称为酮体。肝通过酮体将乙酰辅酶A转运到外周组织中作燃料。心和肾上腺皮质主要以酮体作燃料，脑在饥饿时也主要利用酮体。平时血液中酮体较少，有大量乙酰辅酶A必需代谢时酮体增多，可引起代谢性酸中毒，如糖尿病。4.1 酮体的合成,4.2 酮体分解,羟丁酸可由羟丁酸脱氢酶氧化生成乙酰乙酸，在肌肉线粒体中被3-酮脂酰辅酶A转移酶催化生成乙酰乙酰辅酶A和琥珀酸。也可由乙酰乙酰辅酶A合成酶激活，但前者活力高且分布广泛，起主要作用。乙酰乙酰辅酶A可加入-氧化。,4.3 酮体生成及利用的生理意义,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
10、供必要的能源。,4.4 酮体生成的调节,1）饱食：胰岛素增加，脂解作用抑制，脂肪动员减 少，进入肝中脂酸减少，酮体生成减少。饥饿：胰高血糖素增加，脂肪动员量加强，血中游离脂酸浓度升高，利于氧化及酮体的生成。2）肝细胞糖原含量及其代谢的影响：肝细胞糖原含量丰富时，脂酸合成甘油三酯及磷脂。肝细胞糖原供给不足时，脂酸主要进入线粒体，进入氧化，酮体生成增多。3）丙二酸单酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体,第三节 甘油三酯的合成代谢,一、软脂酸的合成,1、乙酰辅酶A的转运,柠檬酸的穿梭机制,2 丙二酸单酰辅酶A的生成,乙酰辅酶A以丙二酸单酰辅酶A的形式参加合成。由乙酰辅酶A羧化酶催化。此反应是脂肪酸合成的
11、限速步骤，被柠檬酸别构激活，受软脂酰辅酶A抑制。此酶有三个亚基：生物素羧化酶（BC）、生物素羧基载体蛋白（BCCP）和羧基转移酶（CT）,3 脂肪酸合成酶体系,有7种蛋白，以脂酰基载体蛋白为中心，中间产物以共价键与其相连。载体蛋白含巯基，与辅酶A类似，可由辅酶A合成。,4、脂肪酸的生物合成步骤,5 软脂酸的合成与氧化的区别,二、其他脂肪酸的合成,（一）、脂肪酸的延长1.线粒体酶系：在基质中，可催化短链延长。基本是-氧化的逆转，但第四个酶是烯脂酰辅酶A还原酶，氢供体都是NADPH。2.内质网酶系：粗糙内质网可延长饱和及不饱和脂肪酸，与脂肪酸合成相似，但以辅酶A代替ACP。可形成C24,（二）、不
12、饱和脂肪酸的形成,1.单烯脂酸的合成：需氧生物可通过单加氧酶在软脂酸和硬脂酸的9位引入双键，生成棕榈油酸和油酸。消耗NADPH。厌氧生物可通过-羟脂酰ACP脱水形成双键。2.多烯脂酸的合成：由软脂酸通过延长和去饱和作用形成多不饱和脂肪酸。哺乳动物由四种前体转化：棕榈油酸（n7）、油酸（n9）、亚油酸（n6）和亚麻酸（n3），其中亚油酸和亚麻酸不能自己合成，必需从食物摄取，称为必需脂肪酸。其他脂肪酸可由这四种前体通过延长和去饱和作用形成。,三、甘油三酯的合成,主要在肝脏和脂肪组织1、前体合成包括L-磷酸甘油和脂酰辅酶A。细胞质中的磷酸二羟丙酮经-磷酸甘油脱氢酶催化，以NADH还原生成磷酸甘油。也
13、可由甘油经甘油激酶磷酸化生成，但脂肪组织缺乏有活性的甘油激酶。,2、生成磷脂酸磷酸甘油与脂酰辅酶A生成单脂酰甘油磷酸，即溶血磷脂酸，再与脂酰辅酶A生成磷脂酸。都由甘油磷酸脂酰转移酶催化。磷酸二羟丙酮也可先酯化，再还原生成溶血磷脂酸。3、合成过程先被磷脂酸磷酸酶水解，生成甘油二酯，再由甘油二酯转酰基酶合成甘油三酯。,四、各组织的脂肪代谢,脂肪组织脂解的限速酶是脂肪酶，生成的游离脂肪酸进入血液，可用于氧化或合成，而甘油不能用于合成。肝脏可将脂肪酸氧化或合成酮体或合成甘油三酯。,第四节 磷脂代谢,磷脂类合成反应几乎是在膜结构表面进行的，在真核生物中主要是内质网、线粒体和高尔基体，细菌是在内原生质膜。
14、,一、甘油磷脂的代谢,（一）甘油磷脂的合成代谢甘油磷脂的生物合成是甘油3磷酸或磷酸二羟丙酮经酰基化转化为磷脂酸，可进一步经两种途径转换为磷脂。磷脂酸与CTP作用，生成CDP-二酰甘油，它在细菌中转换为磷脂酰丝氨酸，在动物、大肠杆菌中，磷脂酰丝氨酸可脱羧生成磷脂酰乙醇胺。CDP-二脂酰甘油是磷脂合成中的关键中间体。从头合成途径，在真核生物中，磷脂酸水解为甘油二酯，与CDP-胆碱或CDP-乙醇氨生成磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺。,1.脑磷脂的合成：,乙醇胺的磷酸化，乙醇胺激酶催化羟基磷酸化，生成磷酸乙醇胺。与CTP生成CDP-乙醇胺，由磷酸乙醇胺胞苷转移酶催化，放出焦磷酸。与甘油二酯生成脑磷脂，放出C
15、MP。由磷酸乙醇胺转移酶催化。该酶位于内质网上，内质网上还有磷脂酸磷酸酶，水解分散在水中的磷脂酸，用于磷脂合成。肝脏和肠粘膜细胞的可溶性磷脂酸磷酸酶只能水解膜上的磷脂酸，合成甘油三酯。,2.卵磷脂合成：,与脑磷脂类似，利用已有的胆碱，先磷酸化，再连接CDP作载体，与甘油二酯生成卵磷脂。从头合成途径：将脑磷脂的乙醇胺甲基化，生成卵磷脂。供体是S-腺苷甲硫氨酸，由磷脂酰乙醇胺甲基转移酶催化，生成S-腺苷高半胱氨酸。共消耗3个供体。,3.磷脂酰肌醇的合成：,磷脂酸与CTP生成CDP-二脂酰甘油，放出焦磷酸。由磷脂酰胞苷酸转移酶催化。CDP-二脂酰甘油：肌醇磷脂酰转移酶催化生成磷脂酰肌醇。磷脂酰肌醇激
16、酶催化生成PIP，PIP激酶催化生成PIP2。磷脂酶C催化PIP2水解生成IP3和DG，IP3使内质网释放钙，DG增加蛋白激酶C对钙的敏感性，通过磷酸化起第二信使作用。,（二）甘油磷脂的分解代谢,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、磷酸等，然后再进一步降解。磷脂酶有以下4类：磷脂酶A1-水解C1；磷脂酶A2-水解C2；磷脂酶C-水解C3，生成1，2-甘油二酯，与第二信使有关；磷脂酶D-生成磷脂酸和碱基；磷脂酶B-同时水解C1和C2。,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
17、助因子参与。,1.鞘磷脂的合成,合成鞘氨醇：软脂酰辅酶A与丝氨酸经缩合、还原、氧化等一系列酶促反应形成。氨基被脂酰辅酶A酰化，生成神经酰胺。由鞘氨醇酰基转移酶。神经酰胺与CDP-胆碱生成鞘磷脂，由神经酰胺胆碱磷酸转移酶催化。,2.鞘糖脂的合成,脑苷脂：神经酰胺与UDP葡萄糖生成葡萄糖脑苷脂，由葡萄糖基转移酶催化，是-糖苷键。也可先由糖基与鞘氨醇反应，再酯化。脑硫脂：硫酸先与2分子ATP生成PAPS，再转移到半乳糖脑苷脂的3位。由微粒体的半乳糖脑苷脂硫酸基转移酶催化。神经节苷脂：以神经酰胺为基础合成，UDP为糖载体，CMP为唾液酸载体，转移酶催化。其分解在溶酶体进行，需要糖苷酶等。酶缺乏可导致脂
18、类沉积症，神经发育迟缓，存活期短。,第五节 胆固醇代谢,胆固醇是类固醇家族中的重要成员，生物膜的主要组成成分。合成在肝脏和小肠的胞液和微粒体中进行，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。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、胆固醇的生物合成,胆固醇的所有碳原子都是来自乙酰辅酶A，它的甲基和羧基碳全部进入类固醇的核中。胆固醇的生物合成可分为5个阶段：,乙酸二羟甲基戊酸异戊烯醇焦磷酸酯鲨烯羊毛固醇胆固醇C2 C6 C5 C30 C30 C27,1.二羟甲基戊酸(MVA)的合成,3分子乙酰辅酶A在羟甲
19、基戊二酰辅酶A(HMGCoA)还原酶催化下，消耗2分子NADPH，生成甲羟戊酸。反应不可逆，是酮体和胆固醇合成的分支点。此反应是胆固醇合成的限速步骤，酶有立体专一性，受胆固醇抑制。酶的合成和活性都受激素控制,cAMP可促进其磷酸化，降低活性。,2.异戊烯醇焦磷酸酯(IPP)的合成二羟甲基戊酸经2分子ATP活化，再脱羧,生成异戊烯醇焦磷酸酯(IPP)。IPP是活泼前体，可缩合形成胆固醇、脂溶性维生素、萜类等许多物质。3.生成鲨烯6个IPP缩合生成鲨烯，由二甲基丙烯基转移酶催化。鲨烯是合成胆固醇的直接前体，水不溶。,4.生成羊毛固醇固醇载体蛋白将鲨烯运到微粒体，环化成羊毛固醇，需分子氧和NADPH
20、参加。5.生成胆固醇羊毛固醇经切除甲基、双键移位、还原等步骤生成胆固醇。需固醇载体蛋白，7脱氢胆固醇是中间物之一。,二、胆固醇及其转化产物,1、胆固醇酯的合成；2 胆汁酸的合成；3、类固醇激素的合成；4 维生素D的合成。,三、胆固醇合成的调节,1.膳食因素：饥饿或禁食可抑制HMG-CoA还原酶的活性，使胆固醇的合成减少；摄取高糖、高饱和脂肪膳食后，HMG-CoA活性增加而导致胆固醇合成增多。2.胆固醇及其衍生物：胆固醇及其氧化产物，如7-羟胆固醇，25-羟胆固醇等可反馈抑制HMG-CoA还原酶的活性。3.激素：胰岛素和甲状腺激素可通过诱导HMG-CoA还原酶的合成而使酶活性增加；胰高血糖素和糖
21、皮质激素则可抑制HMG-CoA还原酶的活性。,第六节 血浆脂蛋白代谢,血浆中所含脂类物质统称为血脂。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。,1、血浆脂蛋白分类：,根据电泳迁移率的不同进行分类，可分为四类：乳糜微粒-脂蛋白前-脂蛋白-脂蛋白。按脂蛋白密度高低进行分类，也分为四类：乳糜微粒CM、极低密度脂蛋白V
22、LDL、低密度脂蛋白LDL、高密度脂蛋白HDL,2、血浆脂蛋白组成：,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。,3、血浆脂蛋白结构,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。,血浆脂蛋白结构,4、载脂蛋白的功能:,转运脂类物质。作为脂类代谢酶的调节剂：作为脂蛋白受体的识别标记：
23、参与脂质交换：作为连接蛋白：,第七节 脂类代谢的调控,1、脂解的调控脂解是脂类分解代谢的第一步，受许多激素调控，脂肪酶是限速酶。肾上腺素、去甲肾上腺素和胰高血糖素通过cAMP激活，作用快。生长激素和糖皮质激素通过蛋白合成加速反应，作用慢。甲状腺素促进脂解的原因一方面是促进肾上腺素等的分泌，另一方面可抑制cAMP磷酸二酯酶，延长其作用时间。甲基黄嘌呤（茶碱、咖啡碱）有类似作用，所以使人兴奋.。,胰岛素、烟酸和腺苷可抑制腺苷酸环化酶，起抑制脂解作用。胰岛素还可活化磷酸二酯酶，并促进脂类合成，具体是提供原料和活化有关的酶，如促进脂肪酸和葡萄糖过膜，加速酵解和戊糖支路，激活乙酰辅酶A羧化酶等。,2、脂
24、肪酸代谢调控,长链脂肪酸的跨膜转运决定脂肪酸的合成与氧化。肉碱脂酰转移酶是氧化的限速酶，受丙二酸单酰辅酶A抑制，饥饿时胰高血糖素使其浓度下降，肉碱浓度升高，加速氧化。能荷高时还有NADH抑制3-羟脂酰辅酶A脱氢酶，乙酰辅酶A抑制硫解酶。,通过小分子效应物调节酶活性 最重要的是柠檬酸，可激活乙酰辅酶A羧化酶，加快限速步骤。乙酰辅酶A和ATP抑制异柠檬酸脱氢酶，使柠檬酸增多，加速合成。软脂酰辅酶A拮抗柠檬酸的激活作用，抑制其转运，还抑制6磷酸葡萄糖脱氢酶产生NADPH及柠檬酸合成酶产生柠檬酸的过程。乙酰辅酶A羧化酶还受可逆磷酸化调节，磷酸化则失去活性，所以胰高血糖素抑制合成，而胰岛素有去磷酸化作用，促进合成。食物可改变有关酶的含量，称为适应性调控。,3、胆固醇代谢调控,1.反馈调节 胆固醇抑制HMG辅酶A还原酶活性，长期禁食则增加酶量。2.低密度脂蛋白的调节作用 细胞从血浆LDL获得胆固醇，游离胆固醇抑制LDL受体基因，减少受体合成，降低摄取。,
