生物化学

《生物化学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学（68页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,第十三章、脂类代谢,,脂类,,(lipids),脂肪,(fat):,甘油三酯,(,t,riacyl,g,lycerols,,TG,),类脂,(lipoids):,胆固醇,(,ch,olesterol,Ch),胆固醇酯,(,c,holesteryl,e,ster,,CE,),磷脂,(,phospholipids,PL),,糖脂,(,g,luco,l,ipids,,GL,),脂类,(Lipid Classes),,,Triacylglycerols ,TG,,R,2,COOH,多为花生四烯酸,(a

2、rachidonic acid),Phospholipids,PL,,Cholesterol (Ch),,Cholesteryl Ester(CE),,第一节 脂类的消化和吸收,一、消化（,digestion,）,：,,小肠,(small intestine),：,胆汁酸盐、胰脂酶、辅酯酶、胰磷脂酶,A,2,、胆固醇酯酶,,,,,,,,,消化产物,：甘油一酯、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂等,,胆汁盐,(bile),：,作用：是较强的,乳化剂,，可增加消化酶对脂类的接触面积，有利于脂类的消化和吸收。,,二、吸收：,1,、脂肪消化产物,脂肪酸,、,2-,单酰甘油,由小肠上皮粘膜细胞吸收后又转化为,三

3、酯酰甘油,，随后和蛋白质一起形成,乳糜微粒,释放到血液，经淋巴系统送到各种组织。,,2,、在脂肪组织、骨骼肌毛细血管中，脂肪消化产物为,游离脂肪酸,和,甘油,，游离脂肪酸被吸收，甘油被运到肝脏和肾脏。,（图）,,脂类吸收途径,,第二节、脂肪的分解代谢,,一、脂肪的分解,首先分解为,甘油,和,脂肪酸,；,,甘油,通过磷酸化、氧化（甘油→甘油-3-磷酸→二羟丙酮磷酸）进入糖酵解；,,脂肪酸,经,β-,氧化（脂酸→乙酰,CoA）,进入三羧酸循环。,,二、甘油的降解,,三、脂肪酸的氧化,脂肪酸氧化的化学步骤,,1、长链脂肪酸降解为乙酰-,CoA；→,,2、乙酰-,CoA,经过柠檬酸循环氧化成,CO,2

4、,；→,,3、,从还原的电子载体到线粒体呼吸链的电子传递。,,（一）脂肪酸的活化,脂肪酸必须先在胞液中活化为脂酰,CoA,，,位于内质网和线粒体外膜的,脂酰,CoA,合成酶催化该反应,。,,（二）脂酰,CoA,进入线粒体,1,、原因,,脂肪酸分解发生于,原核生物的细胞溶胶及,真核生物的线粒体基质,中。,,2,、方法,,（1）短或中长链的脂酰-,CoA（10,个碳原子以下）可容易地渗透通过线粒体内膜。,,（2）,长链脂酰-,CoA,（12C,以上）,要与极性的肉（毒）碱分子结合，才能穿过线粒体内膜,。,（图）,,肉碱(,carnitine,)：,L-β-,羟基-,γ-,三甲氨基丁酸,,脂酰,Co

5、A,进入线粒体,载体蛋白,,3、肉碱转运脂酰,CoA,进入线粒体,反应由,肉碱脂酰转移酶,(,CAT-1,和,CAT-ll,),催化。,,此过程为脂肪酸,β -,氧化的,限速步骤,，,CAT-l,是限速酶,，,丙二酸单酰,CoA,是强烈的竞争性抑制剂。,（图）,,,CoASH,CoASH,Carnitine acyltransferase Ⅱ,Carnitine acyltransferase Ⅰ,限速酶,,（三）,β-,氧化,1、,β-,氧化,：,脂肪酸的降解始发于羧基端的第二位（,β-,位）的碳原子，在此处切掉两个碳原子单元（乙酰-,CoA）。,,脂肪酸的,β-,氧化为,Knoop,的发现

6、。,,生物体内脂酸的分解途径主要为,β,氧化,。,,,2,、亚细胞部位：线粒体基质,在脂酰基,β-,碳原子上依次进行,脱氢,、,加水,、,再脱氢,及,硫解,4步连续反应,，使脂酰基在,α,与,β-,碳原子间断裂，生成1分子乙酰,CoA,和少2个碳原子的脂酰,CoA。,3,、,β-,氧化过程,,(1) 脱氢,β,α,α,β,,(2) 加水,α,β,β,,(3) 再脱氢,β,α,,(4) 硫解,β,α,,全部反应过程：,,4,、脂肪酸,β-,氧化特点：,1,、脂肪酸仅需,活化一次,（,cytosol,），,消耗一个,ATP,的,两个,高能键；,,2,、,Acyl-CoA,由,肉碱,运入线粒体；

7、,限速酶,：,CAT-Ⅰ,；,,3,、,β-,氧化： 包括脱氢,,、加水、再脱氢、硫解四个重复步骤。,,4,、,β-,氧化是一个高效的放能过程：,,β-,氧化每一轮产生,1个,NADH,，,1,个,FADH2,和,1个乙酰-,CoA,；,,乙酰-,CoA,进入柠檬酸循环又生成3个,NADH， 1,个,FADH2,和一分子,GTP（,总计,10个,ATP,）；,,脂肪酸活化为脂酰-,CoA,时,消耗了2个,高能磷酸键。,,,以,软脂酸,（,C16,）,为例：,,8个乙酰,CoA：8x10=80ATP,,7,个,FADH,2,：7,,7,个,NADH：,7,,起始活化消耗：2,ATP,,总计产能：

8、80+10.5+17.5-2=106,,（四）不饱和脂肪酸的氧化,1、体内,不饱和脂肪酸,约占脂肪酸总量的一半以上，在未遇双键前，,反应过程与饱和脂肪酸的,β－,氧化基本相同,。,,2、,需要1~2种特殊的酶,：,,⑴天然脂肪酸的顺式双键需经线粒体特异,Δ,3,-,顺,Δ,2,-,反,烯酰,CoA,异构酶,催化：(如油酸=18:1,,Δ,9,),,⑵多不饱和脂肪酸的另外双键还需,2,4-二烯酰,CoA,还原酶,。,,,（五）奇数碳脂肪酸的,β-,氧化,1、在大多数哺乳动物中，奇数碳原子的脂肪酸是罕见的，但在反刍动物中，奇数碳原子的脂肪酸有一定的数量。,,2、,β－,氧化的产物为,若干个乙酰,C

9、oA,和,一个丙酰,CoA,。,,3、丙酰,CoA,的去路,,①、丙酰,CoA+HCO,3,-,+ATP→,甲基丙二酰单酰,CoA+AMP+PPi,,,,②、甲基丙二酰单酰,CoA →,琥珀酰,CoA,,琥珀酰,CoA,可以进入柠檬酸循环。,丙酰,CoA,羧化酶,变位酶,,（六）脂肪酸代谢的调节,1、脂类的代谢也受神经和激素控制。,,2、激素控制,,①、胰岛素可,抑制,脂肪分解,,②、,肾上腺素、生长激素、促肾上腺皮质激素、甲状腺素和性激素有,促进,储脂动员和氧化的作用,。,,③、激素代谢反常会导致脂代谢障碍。,,四、酮体,酮体,（,ketone body）：,乙酰乙酸,、,D-β-,羟丁酸,

10、和,丙酮,这三个化合物统称为酮体。,,,（一）乙酰-,CoA,的代谢结局,1、进入,柠檬酸循环,及电子传递系统，最终完全氧化为,CO,2,和,H,2,O。,,2、生成胆固醇，即,胆固醇生物合成的起始化合物,。,,3、作为,脂肪酸合成的前体,。,,4、转化为,酮体,。,,…………,,,（二）肝脏中酮体的形成,1,、,酮体的合成主要是肝脏的功能,,（1）肝细胞线粒体中含有活性较强的酮体合成的酶系。,,（,2,）,β-,羟丁酸,约70％，,乙酰乙酸,约30％，,丙酮,含量极微。,,（3）肝脏缺乏利用酮体的酶，因此不能利用酮体。,,2,、,酮体的生成途径,,乙酰乙酸,脱羧酶,,（三）酮体生成的生理意义

11、,1,、有利的一面,,（1） 酮体具有,水溶性,，生成后进入血液，输送到肝外组织利用；,,（2）作为燃料，经柠檬酸循环提供能量。,,因此，,酮体是输出脂肪能源的一种形式,。,,如：禁食、应急及糖尿病时，,心、肾、骨骼肌摄取酮体代替葡萄糖供能,，节省葡萄糖以供脑和红细胞所需，并可防止肌肉蛋白的过多消耗。,,长期饥饿时，酮体供给脑组织50~70%的能量。,,,2,、不利的一面,（1）,丙酮,是,有毒,的。,乙酰乙酸,、,β-,羟丁酸皆为酸性,，使血液,pH,值降低，常有酸中毒的危险。,,（2）,酮尿症/酮血症,,长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，草酰乙酸耗尽，酮体生成增多,。当肝内产生酮体超过肝外

12、组织氧化酮体的能力时，血中酮体蓄积，称为酮血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。,,第四节、脂类的生物合成,一、脂肪酸的生物合成,,脂酸合成的前体：,乙酰,CoA,。,,合成部位：,（细胞溶胶）,,胞液中,均含有从乙酰,CoA,合成脂肪酸的酶系，称为脂肪酸合成酶系。,,合成原料,：,Acetyl-CoA、NADPH、ATP、HCO,3-,(CO,2,),及,Mn,2+,,,,1,、脂肪酸合成所需的碳源,实质均来自乙酰,-CoA,，但形式上只有,1,个乙酰,-CoA,参与合成，其余均以,丙二酸单酰,-CoA,的形式参与合成。,,2,、乙酰,-CoA,主要存在于线粒体中，必须在,三羧酸转运体系,的帮助下

13、（乙酰,-CoA,转化为柠檬酸）跨过线粒体。,,（一）乙酰,CoA,,（1）乙酰,CoA,的转运,,,三羧酸转运体系,,（二）丙二酸单酰,CoA,的形成,1、脂肪酸合成起始于乙酰-,CoA,转化成丙二酸单酰-,CoA，,该反应是在,乙酰-,CoA,羧化酶,作用下实现的。,,2、,乙酰-,CoA,羧化酶催化,的反应是脂肪酸合成中的限速步骤。,,3、乙酰,CoA,羧化酶的组成,,包括,生物素羧基载体蛋白（,BCCP）、,生物素羧化酶、羧基转移酶,3个亚基，辅基为,生物素,。,,丙二酸单酰,CoA,的合成,关键酶,,（三）,脂肪酸合成酶,1、组成,,在动物细胞中，,脂肪酸合成酶复合体,包含,7种酶活

14、性,和,1个,酰基载体蛋白,(,acyl carrier protein,,ACP,),,。,,（1） 乙酰,CoA－ACP,转酰基酶,,（2）丙二酰,CoA－ACP,转酰基酶,,（3）,β-,酮脂酰－,ACP,合酶,,（4）,β-,酮脂酰－,ACP,还原酶,,（5）,β-,羟脂酰－,ACP,脱水酶,,（6） 烯脂酰－,ACP,还原酶,,（,7,）软脂酰,—ACP,硫脂酶,,,转酰基酶,CO,2,β,-,酮脂酰-,ACP,合酶,3,CoASH,HOOCCH,2,CO-SCoA,丙二酰,CoA-ACP,转酰基酶,2,1,b,β,-,酮脂酰-,ACP,还原酶,NADP,+,NADPH+H,+,4,

15、5,HO H,β,-,羟脂酰-,,ACP,脱水酶,,NADP,+,NADPH+H,+,烯脂酰-,ACP,还酶,6,加氢,启动,脱水,加氢,装载,缩合,HSCoA,乙酰,CoA-ACP,转酰基酶,,CH,3,COSCoA,1,a,,（四）由脂肪酸合酶催化的各步反应,1,、启动,,—,SH,ACP—,SH,E,CH,3,CO~SCoA,CoASH,乙酰-,CoA： ACP,转酰酶,—,SH,ACP—,S,—CO—CH,3,E,,2,、装载,启动和装载两步反应为下一步缩合准备了两个底物。,,3,、缩合,1、反应由,β-,酮酰-,ACP,合酶催化。,,2、,反应产物为乙酰乙酰-,ACP。,—S—CO—

16、CH,3,ACP—S—COCH,2,*COOH,E,*,CO,2,,—SH,ACP—S—COCH,2,COCH,3,E,,4,、还原,NADPH,作为还原剂参与此反应,。,,脂酸生物合成中所需的,NADPH,大部分是,戊糖磷酸途径,供给的，有些来自,苹果酸酶反应,。,—SH,ACP—S—,COCH,2,CHCH,3,E,OH,—SH,ACP—S—,COCH,2,COCH,3,E,NADPH+H,+,NADP,+,β-,酮酰,-,ACP,还原酶,,5,、脱水,脱水酶,—SH,ACP—S,—CO—C=C-CH,3,E,H,—,—,H,—SH,ACP—S—,COCH,2,CHCH,3,E,OH,H,

17、2,O,,6,、还原,1、,还原剂是,NADPH,。,,2、,乙酰基是接受了丙二酸衍生物的二碳原子的片段而增长碳链的,。,,3、每一循环延伸两个碳原子，,每一轮反应经,缩合,、,还原,、,脱水,、,还原,4个步骤完成。,,7,、释放,1、动物细胞中延伸的程序在到达,16个碳原子时,即行停止，这是正常的脂肪酸合酶作用的终点。,—SH,ACP—S—,CO(CH,2,),13,CH,2,CH,3,E,CH,3,CH,2,(CH,2,),13,COOH,+,—SH,ACP—SH,E,H,2,O,硫酯酶,软脂酸,,软脂酸（16,C）,合成的总反应式：,,（五）脂肪酸合成途径与脂肪酸降解（,β-,氧化）的

18、比较,①、场所不同。,,脂肪酸合成,发生于,细胞溶胶,中；,降解,发生于,线粒体,。,,②、载体不同。,,脂肪酸合成,中载体为,ACP,；,降解,中载体为,CoA,。,,③、酶和辅助因子不同,,④、反应不同。,,脂肪酸合成,中的4步反应是：,缩合、还原、脱水、还原,，,降解,中4步反应是：,氧化、水合、氧化、裂解,。,,⑤转运机制不同。,,在,脂肪酸合成,中，,有三羧酸/柠檬酸转运机制,，运送,乙酰-,CoA,；,,在,降解,中，有,肉碱载体系统,，运送,脂酰-,CoA,。,,⑥、反应单位不同。,,在,脂肪酸合成,中，脂肪链获取2碳单元得自于与,丙二酸单酰-,CoA,缩合；,,在,降解,中，以

19、,乙酰-,CoA,形式的2碳单元离去。,,,⑦脂肪酸合成时，羧基是最后形成的；降解时，羧基的离去开始于第一步。,,⑧、羟酯基中间体在脂肪酸合成中有着,D-,构型；降解中则为,L-,构型。,,⑨性质不同。,,脂肪酸合成,由,还原途径,构成，需要有,NADPH,参与；,,降解,则由,氧化途径,构成，需要,FAD,和,NAD,+,参与。,,（六）脂肪酸碳链的延长,1、,场所,：软脂酰,CoA,或软脂酸生成后， 可在,滑面内质网,及,线粒体,经脂肪酸碳链延长酶系的催化作用下，形成更长碳链的饱和脂肪酸。,,2、,载体,：碳链延长的碳源不是 丙二酸单酰,ACP，,而是乙酰,CoA（,线粒体）或丙二酸单酰,

20、CoA,（内质网酶系）。,,（七）不饱和脂肪酸的合成,人体内有,Δ,4,，Δ,5,，Δ,8,及,Δ,9,去饱和酶，催化饱和脂肪酸引入双键，使之转变为不饱和脂肪酸。,,至今在体内尚未发现有,Δ,9,以上的去饱和酶，即在第10,C,与甲基末端间再引入第二个双键。,,只有植物和某些微生物才能使第12和第13位碳之间脱氢，形成第二个双键。,,某些微生物能合成含3个、4个甚至更多双键的不饱和脂酸。,,（八）脂肪酸合成的调节,1,、,乙酰,-CoA,羧化酶是限速酶,。,,在动物体内，,柠檬酸别构激活,乙酰,-CoA,羧化酶，,软脂酰,-CoA,反馈抑制,乙酰,-CoA,羧化酶活性；,,乙酰,CoA,羧化酶的别构调节和激素调节,真核生物:,,,2,、代谢物的调节,,进食糖类，有利于脂酸的合成,,3,、激素的调节,,胰岛素,，“储存激素”，可,增加,脂肪的合成,,胰高血糖素,，“释放激素”，,抑制,脂酸合成,,,二、脂酰甘油的生物合成,１、合成部位,,以,肝、脂肪组织,及,小肠,为主,，其中,肝,的合成能力最强。,,２、前体分子,,脂酰,CoA,和,甘油-3-磷酸,，,,其中：,脂酰,CoA,来自脂肪酸的活化,；,,甘油-3-磷酸,来自糖酵解和甘油降解,。,,甘油-3-磷酸,生成,：糖酵解,和,甘油降解,磷酸甘油脱氢酶,甘油激酶,,３、合成步骤,磷脂酸磷酸酶,,