第28章脂肪酸的分解代谢.ppt

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1、第28章 脂肪的分解代谢,脂类lipids,脂肪（甘油三酯TG）是体内储存能量的 fat(triglyceride)主要形式（可变脂）,类脂lipoid,胆固醇（cholesterol,Ch）胆固醇酯（cholesterol ester,ChE）磷脂(phospholipid,PL)糖脂（glycolipid,GL）,细胞膜等结构的重要组分(基本脂),脂类：脂肪及类脂的总称，是一类不溶于水而易溶于 有机溶剂，并能为机体所利用的有机化合物。,脂类的分类：,一、脂质的消化、吸收和传送,甘油三脂的分子结构,CH2-O-CO-R1CH-O-CO-R2CH2-O-CO-R3,甘油三酯/三脂酰甘油trig

2、lyceride,TG/triacyl glycerol,TAG,甘油二酯 Diglyceride,DG甘油一酯 Monoglyceride,MG,甘油部分可来自食物脂肪分解和糖代谢。脂肪酸部分可来自机体自身合成（饱和脂肪酸 或单不饱和脂肪酸）或来自食物（特别是 某些不饱和脂肪酸，如必需脂肪酸）。,甘油三脂在动物的饮食脂肪中及作为能量代谢的主要贮存形式中约占90%，脂肪完全氧化成CO2和H2O所放出的能量比蛋白质和糖类要高出2倍以上。,表 食物成分含有的能量,（一）脂 肪 的 消化,脂肪的消化发生在脂质-水界面上，需要肝脏产生的胆汁盐和磷脂酰胆碱做乳化剂。脂肪的消化开始于胃（胃脂肪酶），主要消

3、化在小肠中，由胰脏分泌的脂肪酶完成，需要催化作用辅脂肪酶。此外酯酶和磷脂酶也参与消化作用。,脂肪,脂肪酶,甘油+脂肪酸,CH2-O-C-R1,R2-C-O-CH,CH2OH,第一步为限速步骤，磷酸化的脂肪酶有活性，动物的脂肪酶存在于脂肪细胞中，而植物的脂肪酶存在脂体、油体及乙醛酸循环体中。,脂肪酶,酯酶,它催化单酰甘油、胆固醇酯和维生素A分子中的酯键。如胆固醇酯酶水解胆固醇酯产生胆固醇和脂肪酸。,可水解磷脂产生溶血磷脂和脂肪酸,磷脂酶A2,（一）脂 肪 的 吸收,游离脂肪酸、胆固醇和甘油-2-单酯等脂解产物经胆汁盐（胆酸、甘氨胆酸和牛磺胆酸）乳化被动扩散进入小肠上皮黏膜细胞。它们在细胞内光滑内

4、质网内重新酯化形成含三脂酰甘油，后者和蛋白质形成乳糜微粒。进入血液，再经淋巴系统进入各个组织。小分子脂肪酸由于水溶性较高，可不经过淋巴系统而直接渗入门静脉血液中。乳糜微粒中的三脂酰甘油在脂蛋白脂肪酶作用下，水解为游离脂肪酸和甘油，游离脂肪酸可被组织吸收，甘油进入肝、肾进一步代谢。贮存在脂肪组织内的三脂酰甘油在三脂酰甘油脂肪酶作用下水解为游离脂肪酸和甘油。游离脂肪酸进入血液，和清蛋白形成复合体。,甘 油 的 氧 化 分 解 与 转 化,甘油激酶,磷酸酯酶,NAD+,NADH+H+,磷酸甘油脱氢酶,异构酶,磷酸丙糖,糖异生,葡萄糖,EMP,-,-,乙酰COA,TCA,CO2+H2O,糖代谢与脂代谢

5、通过磷酸二羟丙酮联系起来。动物的脂肪细胞中无甘油激酶，则甘油需要经血液运到 肝细胞中进行氧化分解。,1分子甘油彻底氧化分解产生的能量？,二 脂肪酸的氧化分解,饱和脂肪酸的氧化分解不饱和脂肪酸的氧化分解,-氧化作用-氧化作用-氧化作用,单不饱和脂肪酸的氧化分解多不饱和脂肪酸的氧化分解,奇数C原子脂肪酸的氧化分解,脂肪酸彻底氧化为CO2和H2O可分为三个步骤：长链脂肪酸降解为乙酰-CoA；乙酰-CoA 经柠檬酸循环氧化成CO2；从还原的电子载体到线粒体的电子传递。,饱和脂肪酸的-氧化作用,概念脂肪酸的-氧化作用能量计算乙醛酸循环乙醛酸循环的生物学意义乙酰COA的可能去路,1.概 念,饱和脂肪酸在一

6、系列酶的作用下，羧基端的位C原子发生氧化，碳链在位C原子与位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化.,R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,脂肪酸的分解发生在原核生物的细胞质及真核生物的线粒体基质中。,1904年，F.Knoop的标记实验：,实验前提：已知动物体内不能降解苯环实验方案：用苯基标记的饱和脂肪酸饲喂动物,马尿酸,苯乙尿酸,饱和脂肪酸-氧化的实验证据：,（1）脂肪酸的活化,脂肪酸首先在线粒体外或细胞质中被活化，形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。在 催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸

7、转变成脂酰CoA：,2.脂肪酸的-氧化,总反应：,脂酰CoA合成酶(硫激酶),（2）脂酰CoA转运入线粒体,对于动物来说，-氧化在线粒体基质中进行，而脂肪酸第一步活化在细胞质中，10个碳原子以下的脂酰-CoA很容易穿过线粒体内膜，但10个碳原子以上的脂酰CoA不能进入线粒体，后面的步骤发生在线粒体中，所以涉及特殊的 转运机制来帮助跨膜。,1、载体肉碱（carnitine）1）结构：L-(CH2)3N+CH2CH(OH)CH2COO-L-羟-三甲氨基丁酸 2）部位:线粒体膜 3）功能：运载脂酰CoA进入线粒体,2、机理：脂酰肉碱转移酶 FA分解限速酶（线粒体外膜）脂酰肉碱转移酶同工酶（线粒体内膜

8、）,L-羟-三甲氨基丁酸,FFA,CoA,ATP,AMP+PPi,脂酰CoA,肉碱/脂酰肉碱肉碱移位酶,脂酰肉碱转移酶 I,脂酰-CoA CoA,肉碱 脂酰肉碱,脂酰CoA合成酶,脂酰肉碱转移酶,肉 碱 脂酰肉碱,脂酰肉碱 脂酰-CoA,-氧化,CoA,线粒体内膜,线粒体外膜,线粒体基 质,长链脂酰CoA进入线粒体的机制,+,细胞质,(3)-氧化的反应历程（偶数C原子）,脂肪酸的活化,氧化脱H,水合,氧化脱H,RCH2C-CH2COSCOA,O,=,（少2个C的脂酰COA）,以16C的脂肪酸（软脂酸）为例，经过7次循环，产生7个 NADH，7个FADH2，8分子乙酰COA。,硫解断裂,-氧化的

9、反应历程,小 结,RCH2CH2COOH,RCH2CH2COSCOA,（脂酰COA）,-,（2反式烯脂酰COA）,-,（L-羟脂酰COA）,（-酮脂酰COA）,R-CSCOA+CH3-CSCOA,继续-氧化,脂酰COA脱H酶（3种）,中长链脂酰COA脱H酶缺陷症,牙买加呕吐病：一种浆果内含降糖氨基酸，其代谢物抑制该酶,H,H,-,3.能 量 计 算,以16C的软脂酸为例8乙酰COA 彻底氧化 TCA 10ATP 108=80ATP7FADH2 1.57=10.5ATP7NADH+7H+2.57=17.5ATP,108(131)ATP,第一步消耗了2个高能磷酸键，所以应为108-2=106,12

10、9个高能磷酸键。,当软脂酸氧化时，自由能变化为-2340千卡摩尔，ATP水解生 成 ADP+Pi时，自由能变化为-7.30千卡摩尔。7.3106,2340,100%33%(40%),所以软脂酸在-氧化时能量转化率,约为33%（40%）,乙 酰 COA 的 可 能 去 路,TCA CO2+H2O+能量乙醛酸循环 糖异生 糖脂肪酸、固醇等合成的原料在动物肝、肾脏中有可能产生乙酰乙酸、D-羟丁酸和丙酮（酮体）。,在动物肌肉中乙酰COA可以进入TCA。,在动物肝、肾的线粒体内乙酰COA进入酮体的合成：,乙酰-COA,COA-SH,硫解酶,HMGCOA合酶,乙酰-COA+H2O,COA-SH,HMGCO

11、A裂解酶,乙酰-COA,乙酰乙酸,D-羟丁酸,丙酮,D-羟丁酸脱氢酶,NADH+H+NAD+,CO2,在严重饥饿或胰岛素水平过低时，草酰乙酸缺少，则乙酰-COA水平升高丙酮中毒；酸中毒,自动,一般情况：乙酰乙酸在肌肉线粒体中的分解,-酮酯酰COA转移酶,-氧化,TCA,+,+,饱和脂肪酸的-氧化作用,1.概 念,脂肪酸在一些酶的催化下，其-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化。RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2,2.-氧化的可能反应历程,（少一个C原子）,书中植烷酸的例子哺乳动物将绿色蔬菜的叶绿醇氧化为植烷酸-氧化 降植烷酸

12、氧化,植烷酸的代谢,RCH2CH2COOH,H2O2,（-氢过氧脂肪酸）,-,RCH2CH2COOH,=,CO2,RCH2COOH,脂肪过氧化物酶,（少一个C的脂肪醛）,（少一个C的脂肪酸）,-氧化对于降解支链脂肪酸、奇数脂肪酸或过分长链脂肪酸有重要作用。,饱和脂肪酸的-氧化作用（12C以下的脂肪酸）,在动物体内，12碳以上的脂肪酸是通过-氧化进行分解作用；存在的少量的少于12碳的脂肪酸可在微粒体中经-氧化作用分解，其在脂肪酸分解代谢中不占主要地位。,1.概 念,脂肪酸在酶催化下，其碳（末端甲基C）原子发生氧化，先生成-羟脂酸，继而氧化成,-二羧酸的反应过程，称为-氧化。,2.反 应 历 程（

13、12C以下）,CH3(CH2)n COOH,HOCH2(CH2)n COOH,醇酸脱氢酶,OHC(CH2)n COOH,HOOC(CH2)n COOH,从脂肪酸两端进行-氧化（海洋中浮游细菌降解海面浮油）-氧化加速了脂肪酸的降解速度。,不饱和脂肪酸的氧化分解,1.单不饱和脂肪酸的氧化（单个双键，油酸）,3-顺-十二烯脂酰COA,H,油酰COA(18:1,9),-,=,3次-氧化,3CH3-CSCOA,3 2 1,-,-,3顺-2反烯脂酰COA 异构酶（-氧化中无）,=,-,3 2 1,2-反-十二烯脂酰COA,烯脂酰COA 水合酶,O,CH3(CH2)7CH2C-CH2-C-SCOA,H,-,

14、=,OH,-,5次-氧化,6CH3-C-SCOA,O,=,能量计算？9乙酰-CoA、8NADH+8H+、7FADH2910ATP+8 2.5ATP+7 1.5ATP=130.5ATP,多不饱和脂肪酸的氧化2个双键，亚油酸（18：2，9,12）,H,-,=,3次-氧化,3CH3-CSCOA,-,-,=,H,H,-,-,O,H,-,H,-,O,9-cis,12-cis,3-cis,6-cis,烯脂酰COA 异构酶,-,-,=,H,-,O,H,-,2-trans,6-cis,1次-氧化,-,-,=,O,-cis4,-,-,=,H,-,O,H,-,脂酰COA脱H酶,2-trans,4-cis,-,=,

15、H,-,H,-,O,2,4-烯脂酰-COA 还原酶,3-trans,烯脂酰COA 异构酶,-,=,H,-,O,H,-,2-trans,4次-氧化,5乙酰-CoA,丙酸代谢的一条途径,丙酰COA羧化酶,甲基丙二酰COA消旋酶,HO C CH CSCoA,O,=,CH3,O,=,D-甲基丙二酰-CoA,HO C CH CSCoA,O,=,CH3,O,=,维生素B12,甲基丙二酰COA变位酶,柠檬酸循环,（五）奇数C原子的脂肪酸氧化生成丙酰-COA,丙酸的氧化,生物素,L-甲基丙二酰-CoA,丙酸代谢的-羟丙酸支路途径,脂酰COA脱H酶,FAD FADH2,烯脂酰COA水合酶,H2O,水解酶,H2O

16、 HSCOA,脱氢酶,NAD+NADH+H+,脱氢酶,NADP+CO2+NADPH+H+,HSCOA,TCA,丙酸的来源,反刍动物胃中碳水化合物经细菌发酵产生大量丙酸某些含有支链氨基酸降解（如Val Ile）产生丙酸脂肪酸的降解 所以丙酸代谢非常重要,四、酮体的生成和利用,酮体（ketone bodies）：脂肪酸在肝脏中分解氧化时生成的乙酰-CoA在酶的催化下转变成的三种中间代谢物的总称。包括乙酰乙酸 羟丁酸和丙酮。,肝外组织（如心肌 骨骼肌）：氧化乙酰CoATCACO2H2O肝组织：氧化乙酰CoA酮体,酮体生成及利用的特点：肝内生酮肝外用。,酮体的生成 场所：肝细胞线粒体 原料：乙酰CoA

17、 反应：3分子乙酰CoA缩合 裂解出酮体三物质 过程：右图 限速酶：HMG CoA合成酶,生成的酮体迅速透过肝线粒体膜入血，输送到肝外组织进一步氧化分解。,2.酮体的利用（1）琥珀酰CoA转硫酶（心肾脑骨骼肌线粒体）,（2）乙酰乙酰CoA硫解酶（心肾脑骨骼肌线粒体）CH3COCH2COSCoA 2CH3COSCoA,乙酰乙酰CoA硫解酶,CoASH,（3）乙酰乙酰硫激酶（肾心脑线粒体）,CH3COCH2COOHCoASHATP CH3COCH2COSCoAAMPPPi,乙酰乙酰硫激酶,羟丁酸的氧化：羟丁酸乙酰乙酸 进一步氧化丙酮的氧化：丙酮丙酮酸乳酸葡萄糖,羟丁酸脱氢酶,3.酮体生成的生理意义

18、：（）肝脏向肝外组织提供的第二能源（）饥饿，低糖时代替葡萄糖供能（）防止肌肉蛋白的过多消耗,正常人体血液酮体：.030.5mmol/L 血中酮体0.5mmol/L 酮血症（ketonemia）酮症酸中毒(ketoacidosis)尿中出现酮体 酮尿症(ketonuria)酮症酸中毒是临床上较常见的酸中毒，严重时可危及生命。,4.酮体生成的调节（1）饱食和饥饿的影响饱食胰岛素脂肪动员酮体生成饥饿胰高血糖素脂肪动员酮体生成（2）肝细胞糖原含量及代谢的影响肝糖原丰富，糖代谢旺盛FFATGPL 酮体生成肝糖原不足，糖代谢减弱FFA 氧化酮体生成（3）丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体糖代乙酰CoA柠

19、檬酸乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA生成,（）,五、磷脂的代谢,磷脂：含磷酸的脂类。甘油磷脂：由甘油构成的磷脂。鞘磷脂：由鞘氨醇构成的磷脂。,磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）甘油磷脂 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰甘油 二磷脂酰甘油（心磷脂）磷脂 磷脂酰肌醇 鞘磷脂,磷脂在生物体内经磷脂酶催化，被水解为甘油、脂肪酸、磷酸和各种氨基醇（如胆碱、胆胺和丝氨酸）等。,磷脂水解后，最后的产物脂肪酸进入氧化途径，甘油和磷酸进入糖代谢，各种氨基醇可以参加磷脂的再合成；胆碱还可通过转甲基作用变为其他物质。,（一）甘油磷脂的组成分类及结构 甘油磷脂的基体结构：,（二）甘油磷脂的降解,（二）鞘磷脂的降解,六、糖脂的

20、代谢,糖脂的降解 糖脂上的糖基成分可以在一些糖苷酶（如-半乳糖苷酶、-葡萄糖苷酶、-葡萄糖苷酶、唾液酸苷酶等）的作用下被水解下来,其他的成分在各种脂酶（如神经酰氨酶）的作用下可水解成甘油或鞘氨醇、脂肪酸等。例如,当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)、-半乳糖苷酶等酶的催化下,迅速水解成甘油、脂肪酸和半乳糖。,七、甾类的代谢,七、甾类的代谢,八、脂肪酸代谢的调节,（一）脂肪酸进入线粒体的调控 在细胞内，脂肪酸分解代谢的调控主要由线粒体控制脂肪酸进入线粒体内。脂肪酸进入细胞后，在细胞质中由硫激酶催化生成脂

21、酰-CoA，脂酰-CoA必须转化为脂酰肉碱才能穿越线粒体内膜，脂酰肉碱是由外膜上的脂酰肉碱转移酶催化脂酰-CoA和肉碱而生成的，该酶强烈地受丙二酸单酰-CoA抑制，当丙二酸单酰-CoA浓度高时，阻止脂肪酸的分解。（二）心脏中脂肪酸氧化的调节脂肪酸在心脏中主要是分解代谢。分解产生的能量是心脏能量的主要来源。如果心脏用能减少，柠檬酸循环和氧化磷酸化的活动随之减弱，导致乙酰-CoA和NADH的积聚。乙酰-CoA浓度升高抑制了硫解酶的活性，从而抑制了-氧化。NADH增高，NAD+减少，影响了L-3-羟脂酰-CoA脱氢酶活性，从而也抑制了氧化。,（三）激素对脂肪酸代谢的调节胰高血糖素和肾上腺素能使脂肪组织中的cAMP含量升高。cAMP激活了cAMP-依赖性蛋白激酶，使三酰甘油脂肪酶磷酸化转变为有活性形式，从而加速了脂肪组织中的脂肪水解作用，提高了血液中脂肪酸水平。最终活化了其他组织中的-氧化。此外cAMP-依赖性蛋白激酶还抑制了脂肪酸合成的关键酶乙酰-CoA羧化酶，抑制了脂肪酸的合成。（四）根据机体代谢需要的调控（五）饮食改变导致相关酶水平的调整,