第5章脂代谢.ppt
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1、第五章,脂类代谢,Metabolism of Lipid,主讲人:黄延红 E-mail:,定义:脂类(lipid)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。包括脂肪(fat)和类脂(lipoid)。,三脂酰甘油 (triacylglycerols, TAG)也称为甘油三酯 (triglyceride, TG),胆固醇 (cholesterol, CHO) 胆固醇酯 (cholesterol ester, CE) 磷脂 (phospholipid, PL) 鞘脂 (sphingolipids),脂肪和类脂总称为脂类(lipids) 。,三脂酰甘油 (triacylglycer
2、ol, TAG),也称为甘油三酯 (triglyceride, TG),胆固醇 (cholesterol, CHOL) 胆固醇酯 (cholesterol ester, CE) 磷脂 (phospholipid, PL) 糖脂 (glycolipid) 鞘脂 (sphingolipid),定义:,分类:,脂类概述,类脂(lipoid),脂肪 (fat),结构通式为: CH3(CH2)nCOOH,脂肪酸(fatty acid, FA),构成脂类物质的醇,甘油 胆固醇 鞘氨醇,脂肪酸 (fatty acids),简称脂酸,包括饱和脂酸(saturated fatty acid)和不饱和脂酸(uns
3、aturated fatty acid)。 后者中多不饱和脂酸,机体自身不能合成,必须由食物提供,是动物不可缺少的营养素,故称为营养必需脂酸(essential fatty acid),包括亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。它们是前列腺素、血栓烷及白三烯等生理活性物质的前体。,构成脂类物质的醇,甘油 胆固醇 鞘氨醇,甘油三脂,X=胆碱、水、乙醇胺、 丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等。,甘油磷脂,甘油,甘油三酯,甘油磷脂 (phosphoglyceride),X=胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等。,动物胆固醇(27碳)和胆固醇酯,FA,鞘 脂,鞘磷脂,鞘糖脂,鞘氨醇,脂类的分类、含量
4、、分布及生理功能,不饱和脂酸的命名及分类 The Naming and Classification of Unsaturated Fatty Acids,第一节,编码体系 从脂酸的羧基碳起计算碳原子的顺序。 或n编码体系 从脂酸的甲基碳起计算其碳原子顺序。,系统命名法,一、脂酸的系统命名遵循有机酸命名的原则,标示脂酸的碳原子数即碳链长度和双键的位置。,CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)4-CH2-CH2-CH-COOH, ,脂酸链C原子的不同表示方法,脂肪酸的系统命名法,CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 18 : 2
5、 9,12 十八碳二烯酸, 9,12 =6,9,亚油酸,哺乳动物不饱和脂酸按(或n)编码体系分类,(一)脂酸根据其碳链长度分为短链、中链和长链脂酸,二、脂酸主要根据其碳链长度和饱和度分类,碳链长度10的脂酸称为短链脂酸 将碳链长度20的脂酸称为长链脂酸,(二)脂酸根据其碳链是否存在双键分为饱和脂酸和不饱和脂酸,饱和脂酸的碳链不含双键,2.不饱和脂酸的碳链含有一个或一个以上双键,单不饱和脂酸(monounsaturated fatty acid),多不饱和脂酸(polyunsaturated fatty acid),不饱和脂酸的双键位置不同分属于w-3、w-6、w-7和w-9簇,同簇的不饱和脂酸
6、可由其母体代谢产生,如花生四烯酸可由-6簇母体亚油酸产生。但-3、-6和-9簇多不饱和脂酸在体内彼此不能相互转化。动物只能合成-9及-7系的多不饱和脂酸,不能合成-6及-3系多不饱和脂酸。,表5-1 常见的脂酸,常见的脂肪酸,机体需要但不能自身合成,必须从植物油中摄取的脂酸。主要是一些多不饱和脂酸,如亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等。,必需脂肪酸,脂类的消化与吸收 Digestion and Absorption of Lipid,第二节,部位 :主要在小肠上段。,乳化剂:胆汁酸盐,将脂类乳化成微团,消化酶,胰脂酶,辅脂酶,磷脂酶A2,胆固醇酯酶,一、脂类的消化发生在脂-水界面,且需胆汁酸盐参与,
7、胆盐在脂肪消化中的作用,参与脂类消化的主要酶类,乳化,消化酶,甘油三酯,食物中的脂类,2-甘油一酯 + 2FFA,磷脂,溶血磷脂 + FFA,胆固醇酯,胆固醇 + FFA,微团 (micelles),消化脂类的酶,辅脂酶,辅脂酶对胰脂酶具有辅助作用。 辅脂酶本身不具脂肪酶的活性,但具有结合甘油三酯及胰脂酶的结构域,并可解除胆汁酸盐对胰脂酶的抑制,促进胰脂酶水解甘油三酯。,脂肪与类脂的消化产物,包括甘油一酯、脂酸、胆固醇及溶血磷脂等以及中链脂酸及短链脂酸构成的甘油三酯与胆汁酸盐,形成混合微团(mixed micelles),被肠粘膜细胞吸收。,消化的产物,十二指肠下段及空肠上段。,二、饮食脂肪在
8、小肠被吸收,吸收部位,吸收方式,长链脂酸及2-甘油一酯,肠粘膜细胞(酯化成TG),胆固醇及游离脂酸,肠粘膜细胞(酯化成CE),溶血磷脂及游离脂酸,肠粘膜细胞(酯化成PL),甘油一酯途径,甘油三酯的消化与吸收,甘油三酯的代谢Metabolism of Triglyceride,第三节,甘油三酯是甘油的脂酸酯 甘油三酯的分解代谢 脂肪动员 甘油进入糖代谢 脂酸的氧化 脂酸的其他氧化方式 酮体的生成和利用 脂酸的合成代谢 甘油三酯的合成代谢 多不饱和脂酸的重要衍生物,本节主要内容:,甘油三酯(triacylglycerol)是非极性、不溶于水的甘油脂酸三酯,基本结构为甘油的三个羟基分别被相同或不同的
9、脂酸酯化。 含有同一种脂酸的甘油三酯称为简单甘油三酯; (simple triacylglycerol); 含有两种或三种脂酸的甘油三酯称为混合甘油三酯(mixed triacylglycerol) 。,一、甘油三酯是甘油的脂酸酯,脂酸组成的种类决定甘油三酯的熔点,随饱和脂酸的链长和数目的增加而升高。,一、甘油三酯是甘油的脂酸酯,(二)甘油三酯的主要作用是为机体提供能量,(一)甘油三酯是脂酸的主要储存形式,1. 甘油三酯是机体重要的能量来源,2. 甘油三酯是机体的主要能量储存形式,男性:21%,女性:26,1g 甘油三酯= 38kJ 1g糖= 17kJ,定义 脂肪动员(fat mobiliza
10、tion)是指储存在脂肪细胞中的脂肪,被脂肪酶逐步水解为FFA及甘油,并释放入血以供其他组织氧化利用的过程。,二、甘油三酯的分解代谢主要是脂酸的氧化,(一)脂肪动员是甘油三酯分解的起始步骤,关键酶 激素敏感性甘油三酯脂肪酶 (hormone-sensitive triglyceride lipase , HSL),肾上腺素 胰高血糖素 ACTH TSH等,胰岛素 前列腺素E2等,激素敏感性甘油三酯脂酶,脂解激素,抗脂解激素,脂肪动员过程,甘油二酯,甘油三酯,甘 油,甘油三酯脂酶,甘油一酯,FFA,甘油二酯 脂酶,FFA,甘油一酯 脂酶,FFA,脂解与抗 脂解激素,脂肪动员过程:,脂解激素-受体
11、,G蛋白,AC,ATP,cAMP,PKA,HSL (无活性),HSL(有活性),HSL-激素敏感性甘油三酯脂肪酶,信号转导,(二)甘油经糖代谢途径代谢,肝、肾、肠等组织,组 织:除脑组织外,大多数组织均可进行, 其中肝、肌肉最活跃。,亚细胞:胞液、线粒体,部位,(三)脂酸经-氧化分解供能,Step1:脂酸活化成脂酰CoA,Step2:脂酰CoA进入线粒体,Step3:脂酸的-氧化,主要过程,Step4:乙酰CoA进入三羧酸循环,1. 脂酸的活化形式为脂酰CoA(胞液),脂酰CoA合成酶,ATP AMP PPi,+ CoA-SH,反应消耗2ATP,脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthe
12、tase)存在于内质网及线粒体外膜上。,2.脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体,是脂酸-氧化的主要限速步骤,肉碱脂酰转移酶(carnitine acyl transferase,CAT)是脂酸-氧化的限速酶。,2.脂酰CoA进入线粒体(限速步骤),胞浆,基质,线粒体膜,转位酶,肉碱,脂酰肉碱,RCOSCoA,HSCoA,CAT-II,CAT-I:脂酰肉碱转移酶-I为限速酶。,脂酰CoA进入线粒体后逐步氧化分解,经过脱氢、加水、再脱氢、硫解 生成少两个碳原子的脂酰CoA和一分子乙酰CoA的过程,由于此氧化过程主要发生在脂酰基的 -碳原子上,故称 -氧化。,3. 脂酸的-氧化的最终产物主要是乙酰CoA
13、,-氧化过程:,脱氢,H,R C C CSCoA,H,H,H,加水,R C C CSCoA,H,H,再脱氢,R C C CSCoA,H,H,O,H,H,硫解,SCoA,H,脱氢,加水,再脱氢,硫解,脂酰CoA,L(+)-羟脂酰CoA,酮脂酰CoA,脂酰CoA+乙酰CoA,5,肉碱转运载体,线粒体膜,脂酸分解代谢总图,-氧化是重点,氧化对象是脂酰, 脱氢加水再脱氢,硫解切掉两个碳, 产物乙酰COA,最后进入三循环。,脂酸的-氧化,(1)活化:消耗2个高能磷酸键的能量。,4.脂酸氧化是体内能量的重要来源 以16碳软脂酸的氧化为例,(2)氧化 7 轮循环产物: 8分子乙酰CoA 7分子NADH+H+
14、 7分子FADH2,(3)能量计算: 生成ATP 810 + 72.5 + 71.5 = 108 净生成ATP 108 2 = 106,软脂酸与葡萄糖在体内氧化产生ATP的比较,1. 不饱和脂肪酸的氧化,(四)脂肪酸的其他氧化方式,3. 奇数碳原子脂肪酸的氧化,生成的丙酰CoA,可转变为琥珀酰CoA,顺反异构酶、表构酶,2. 过氧化酶体的氧化,长链脂酸变成短链脂酸,再进入线粒体,FAD为辅基,脱下的氢产生H2O2,1.不饱和脂酸的氧化,(四)脂酸的其他氧化方式,亚油酰CoA (9顺,12顺),3次氧化,十二碳二烯脂酰CoA (3顺,6顺),十二碳二烯脂酰CoA (2反,6顺),3顺,2反-烯脂
15、酰 CoA异构酶,2次氧化,1.不饱和脂酸的氧化,八碳烯脂酰CoA (2顺),D(+)-羟八碳脂酰CoA,L(-)-羟八碳脂酰CoA,4 乙酰CoA,4次氧化,-羟脂酰CoA 表构酶,烯脂酰CoA 水化酶,长链脂酸,(过氧化酶体),脂肪酸氧化酶 (FAD为辅酶),较短链 脂酸,(线粒体),氧化,2.过氧化酶体脂酸氧化,CH3CH2COCoA,D-甲基丙二酰CoA,L-甲基丙二酰CoA,琥珀酰CoA,TAC,乙酰乙酸(acetoacetate)、-羟丁酸(-hydroxybutyrate)、丙酮(acetone)三者总称为酮体(ketone bodies)。,代谢定位: 生成:肝细胞线粒体 利用
16、:肝外组织(心、肾、脑、骨骼肌等)线粒体,(五)酮体的生成和利用,关键酶: HMGCoA合成酶,CoASH,CoASH,NAD+,NADH+H+,-羟丁酸 脱氢酶,HMGCoA 合成酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,1.酮体在肝细胞中生成,NAD+,NADH+H+,琥珀酰CoA,琥珀酸,CoASH+ATP,PPi+AMP,CoASH,2.酮体在肝外组织利用,琥珀酰CoA转硫酶 (心、肾、脑及骨骼肌的线粒体),乙酰乙酰CoA硫激酶 (肾、心和脑的线粒体),乙酰乙酰CoA硫解酶(心、肾、脑及骨骼肌线粒体),2乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,乙酰CoA,乙酰乙酸,HMGCoA,D(-)-羟
17、丁酸,丙酮,乙酰乙酰CoA,琥珀酰CoA,琥珀酸,2乙酰CoA,酮体的生成和利用总示意图,酮体的生成和利用,3.酮体生成的生理意义,酮体是肝脏输出能源的一种形式。并且酮体可通过血脑屏障,是肌肉尤其是脑组织的重要能源。 酮体利用的增加可减少糖的利用,有利于维持血糖水平恒定,节省蛋白质的消耗。,酮体一家兄弟三,丙酮还有乙乙酸, 再加-羟丁酸, 生成部位是在肝, 肝脏生酮肝不用,体小易溶往外送, 容易摄入组织中,氧化分解把能功。,酮体的代谢,4. 酮体生成的调节,(1)饱食及饥饿的影响(主要通过激素的作用),(2)肝细胞糖原含量及代谢的影响,反之,糖代谢减弱,脂酸-氧化及酮体生成均加强。,丙二酰Co
18、A竞争性抑制肉碱脂酰转移酶,抑制脂酰CoA进入线粒体,脂酸氧化减弱,酮体生产减少。,(3)丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体,糖代谢障碍,脂肪动员增加,-氧化增强, 酮体生成增多,可导致酮血症、酸中毒。 丙酮为挥发性物质,可经呼吸排出体外。,胰岛素分泌不足时:,糖尿病时易产生酮症酸中毒?,三、脂酸在脂酸合成酶系的催化下合成,组 织:肝(主要)、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等组织 亚细胞: 胞液:主要合成16碳的软脂酸(棕榈酸) 肝线粒体、内质网:碳链延长,1. 合成部位,(一)软脂酸的合成,乙酰CoA NADPH ATP、HCO3、Mn2+,2. 合成原料,乙酰CoA全部在线粒体内产生,通过柠檬酸
19、-丙酮酸循环 (citrate pyruvate cycle)出线粒体。,线 粒 体 膜,胞液,线粒体基质,丙酮酸,丙酮酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸,乙酰CoA,苹果酸,乙酰CoA,线 粒 体 膜,胞液,线粒体基质,丙酮酸,丙酮酸,苹果酸,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸,苹果酸酶,苹果酸,CO2,柠檬酸-丙酮酸循环,(1)丙二酰CoA的合成,3. 脂酸合成酶系及反应过程,+,HCO3-,乙酰辅酶A羧化酶,乙酰CoA羧化酶 (acetyl CoA carboxylase)是脂酸合成的限速酶,存在于胞液中,其辅基是生物素,Mn2+是其激活剂。其活性受别构调节和磷酸化、去磷酸化修饰调节 。,(2)
20、脂酸合成,从乙酰CoA及丙二酰CoA合成长链脂酸,是一个重复加成过程,每次延长2个碳原子。,各种生物合成脂酸的过程基本相似。,有7种酶蛋白(脂肪酰基转移酶、丙二酰CoA酰基转移酶、-酮脂肪酰合成酶、-酮脂肪酰还原酶、-羟脂酰基脱水酶、脂烯酰还原酶和硫酯酶),聚合在一起构成多酶体系。,软脂酸合成酶,大肠杆菌,三个结构域:,7种酶活性都在一条多肽链上,属多功能酶,由一个基因编码;有活性的酶为两相同亚基首尾相连组成的二聚体。,高等动物,底物进入缩合单位 还原单位 软脂酰释放单位,脂肪酸合成酶系结构模式,ACP,乙酰CoA:ACP转移酶 丙二酸单酰CoA:ACP转移酶 -酮脂酰-ACP合酶 -酮脂酰-
21、ACP还原酶 -羟脂酰-ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶,脂酸合成酶系,其辅基是4-磷酸泛酰氨基乙硫醇, 是脂酰基载体。,酰基载体蛋白(ACP),底物进入,软脂酸的合成过程,转位,丁酰基由E2-泛-SH(ACP上)转移至 E1-半胱-SH(CE上)。,经过7轮循环反应,每次加上一个丙二酰基,增加两个碳原子,最终释出软酯酸。,软脂酸合成的反应流程,软脂酸合成的总反应:,CH3COSCoA + 7 HOOCH2COSCoA + 14NADPH+H+,CH3(CH2)14COOH + 7 CO2 + 6H2O + 8HSCoA + 14NADP+,软脂酸的合成总图,以丙二酰CoA为二碳单位供体,由
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