第七章脂类代谢西南大学生物化学 ppt课件.ppt
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1、Metabolism of Lipids,第十章 脂代谢,2022/11/23,2,一、脂类概述二、脂肪的分解代谢三、脂肪的生物合成,2022/11/23,3,第一节 概 述,一、脂类的概念: 脂类是生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的一大类物质的总称,包括脂肪和类脂。,2022/11/23,4,脂类 (lipids),脂肪(fat):甘油三酯(triacylglycerols,TG),类脂(lipoids):,胆固醇(cholesterol,Ch),胆固醇酯(cholesteryl ester,CE),磷脂,(phospholipids,PL),糖脂(glucolipids,GL),二、脂类的分
2、类,2022/11/23,5,三、脂类的生理功能,1g 脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ,而1g 糖原彻底氧化仅供能 16.7KJ.,合理饮食 脂肪氧化供能占 1525%,空腹 脂肪氧化供能占 50% 以上,禁食13天 脂肪氧化供能占 85%,饱食、少动 脂肪堆积,发胖,1、贮能物质/供能物质 脂肪是机体内代谢燃料的贮存形式,并能在体内氧化释放大量能量以供机体利用。,2022/11/23,6,2、提供给机体必需脂成分 (1)必需脂肪酸:是指机体需要,但自身不能合成,必须要靠食物提供的一些多烯脂肪酸。 亚油酸 18碳脂肪酸,含两个不饱和键; 亚麻酸 18碳脂肪酸,含三个不饱和键; 花生四烯酸 2
3、0碳脂肪酸,含四个不饱和键; (2)生物活性物质 激素、胆固醇、维生素等。,2022/11/23,7,3、生物体结构物质 (1)作为细胞膜的主要成分 几乎细胞所含的磷脂都集中在生物膜中,是生物膜结构的基本组成成分。 (2)保护和保温作用 脂肪组织较为柔软,存在于各重要的器官组织之间,使器官之间减少摩擦,对器官起保护作用。 4、用作药物 卵磷脂、脑磷脂可用于肝病、神经衰弱及动脉粥样硬化的治疗等。,2022/11/23,8,代谢失调会导致疾病: 如:肥胖症、血管硬化、 结石、脂肪肝、酮尿,2022/11/23,9,主要脂类水解酶类:,酯酶,脂酶,主要水解脂肪酸与一元醇构成的酯。,水解三酰甘油酯键。
4、可形成单酰甘油、二酰甘油、甘油和脂肪酸。,水解磷脂,四、脂类水解,动植物、微生物(主要是真菌)体内都有不同种类的脂类水解酶(如动物小肠中来自胰腺的胰脂酶)。,2022/11/23,10,各类脂酶的水解情况,1、酯酶:主要水解脂肪酸与一元醇构成的酯。 R1COOR2 + H2OR1COOH + R2OH,脂肪酶(有两类),2022/11/23,11,2、脂酶,2022/11/23,12,五、脂肪吸收和转运 (人和动物在小肠粘膜细胞),脂肪吸收的三种形态:完全水解甘油和脂肪酸不完全水解单酰甘油、二酰甘油、 甘油和脂肪酸完全不水解经胆汁乳化为脂肪微粒,2022/11/23,13,甘油三脂,乳糜微粒,
5、高密度脂蛋白,低密度脂蛋白,极低密度脂蛋白,乳糜微粒,组织和器官,血液系统,水解、氧化,储存(肝脂),长链脂酸 的吸收和转运,(膜外),(膜内),2022/11/23,14,第二节 脂肪的分解代谢,脂肪在3种脂肪酶作用下逐步水解为游离脂肪酸和甘油,释放入血供给全身各组织细胞摄取利用过程,称脂肪动员。,3种脂肪酶,激素敏感性甘油三酯脂肪酶(hormone-sensitive triglyceride lipase,HSL),甘油二脂脂肪酶,甘油三脂脂肪酶,一、甘油三脂的水解(脂肪动员),2022/11/23,15,脂解激素:肾上腺素、胰高血糖素 抗脂解激素:胰岛素、前列腺素E2及烟酸,限速酶:激
6、素敏感性甘油三酯脂肪酶,2022/11/23,16,胰高血糖素,胰岛素,(+),(-),腺苷酸环化酶,ATP,cAMP,(+),蛋白激酶,HSL,TG,DG,MG,FFA,甘油,FFA,限速酶,脂肪的动员,2022/11/23,17,甘油三脂的水解过程:,结果是生成三分子的自由脂肪酸 (free fatty acid,FFA)和一分子的甘油,2022/11/23,18,二、甘油的代谢,在脂肪细胞中,没有甘油激酶,无法脂解甘油。 甘油经血液输送到肝脏后,在ATP存在下,甘油才被磷酸化和氧化产生磷酸二羟丙酮。,2022/11/23,19,甘油彻底氧化的总能量:总计18.5个ATP!,2022/11
7、/23,20,甘油彻底氧化的总能量1、甘油转变3-磷酸甘油:消耗1分子ATP2、转变为磷酸二羟丙酮:生成1分子 NADH+H+3、转变为丙酮酸: 1分子NADH+H+ 2分子ATP4、转变为乙酰CoA: 1分子NADH+H+5、经过TCA: 3分子NADH+H+、1分子FADH2、1分子GTP6、甘油彻底氧化成CO2后,总能量: 6NADH+H+ +1FADH2 +1GTP+ 2ATP-1ATP= 18.5ATP,2022/11/23,21,(一) 饱和脂肪酸的-氧化作用,三、 脂肪酸的氧化分解(-氧化),1904年Franz Knoop提出: 脂肪酸的-氧化作用是指脂肪酸在氧化分解时,碳链的
8、断裂发生在脂肪酸的-位,即脂肪酸碳链的断裂方式是每次切除2个碳原子。 脂肪酸的-氧化是含偶数碳原子或奇数碳原子饱和脂肪酸的主要分解方式。 脂肪酸的-氧化在线粒体中进行,2022/11/23,22,1904年,F.Knoop的标记实验:,马尿酸,苯乙尿酸,2022/11/23,23,具 体 过 程,2022/11/23,24,1、 脂肪酸的活化脂酰CoA的生成,脂酰-CoA (高能化合物),AMP + PPi,消耗2高能键,长链脂肪酸氧化前必须进行活化,活化在线粒体外进行。内质网和线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+存在条件下,催化脂肪酸活化,生成脂酰CoA,2022/1
9、1/23,25,C4-C10脂肪酸直接穿越,线粒体内活化 C12以上的脂肪酸细胞质中活化,转运入,2、转运进入线粒体基质中,为什么需要转运过程?脂酰-CoA不能自由通过线粒体膜。,借助于两种肉碱脂肪酰转移酶(酶和酶)催化的移换反应才能完成。其中肉碱脂肪酰转移酶是脂肪酸-氧化的关键酶。,2022/11/23,26,脂酰CoA溶解差,难以逾越,外膜,水腔,内膜,?性质载体能完成由水腔进入内膜的转运任务呢?,两性肉毒碱L-羟基-三甲基铵基丁酸,2022/11/23,27,非极性,极性,脂酰肉碱,肉毒碱转酰基酶,线粒体内膜,2022/11/23,28,脂酰肉碱,移位酶,肉碱,脂酰CoA,HSCoA,氧
10、化,肉毒碱转酰基酶,2022/11/23,29,3、 -氧化的反应过程,脂酰CoA在线粒体的基质中进行-氧化分解,反应过程包括脱氢、水化、再脱氢和硫解四个循环反应,每个循环释放出1分子乙酰CoA和比原来的脂酰CoA减少了2个碳的新的脂酰CoA。如此反复进行,直至脂酰CoA全部变成乙酰CoA(偶数碳脂酸)。,2022/11/23,30,(1)脱氢,脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化,在C2和C3(即、位)碳原子之间脱氢,形成反式双链的脂酰辅酶A,即生成2反烯脂酰CoA,该脱氢反应的辅基为FAD。,2022/11/23,31,(2) 水化 (水合反应),2反烯脂酰CoA,L()-羟脂酰CoA,2反烯
11、脂酰CoA在烯脂酰CoA水合酶催化下,在双键上加水生成L-羟脂酰CoA。 该酶的专一性强,仅能使2不饱和脂酰CoA水化,2022/11/23,32,(3) 脱 氢,L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA脱氢酶催化下,脱去碳原子与羟基上的氢原子生成-酮脂酰CoA,该反应的辅酶为NAD+ 。 此脱氢酶对底物链长短无专一性,但是具有立体专一性,只催化L型异构体即L(+)-羟脂酰CoA的脱氢。,2022/11/23,33,(4) 硫 解,重复步骤1、2、3、4,终产物,在-酮脂酰CoA硫解酶催化下,-酮脂酰CoA与CoA作用,生成1分子乙酰CoA和1分子比原来少两个碳原子的脂酰CoA。 少了两个碳原子的脂
12、酰CoA ,可以循环上述反应过程,直到完全分解成乙酰CoA。,2022/11/23,34,脂酰CoA的-氧化过程,2022/11/23,35,4. 脂肪酸的氧化分解的产能,每一次循环,消耗一个ATP分子的两个高能磷酸键,生成一分子FADH2,一分子NADH,一分子乙酰CoA和一分子减少两个碳原子的脂酰CoA。,脂肪酸通过-氧化生成的乙酰CoA,一部分用来合成新的脂肪酸和其它生物分子,大部分则进入三羧酸循环完全氧化,产生ATP。,2022/11/23,36,一次循环:,碳原子数为Cn的脂肪酸进行氧化,则需要作(n/21)次循环才能完全分解为n/2个乙酰CoA。,以软脂酸(16C),106,129
13、,2022/11/23,37,(二) 脂肪酸的其它氧化分解方式,1. 奇数碳原子脂肪酸的分解 天然脂类中含有的脂肪酸绝大多数是偶数碳原子,但在许多植物及一些海洋生物体内的脂类含有一定量的奇数碳原子脂肪酸。 含奇数碳原子的脂肪酸的氧化按偶数碳原子脂肪酸相同的方式进行-氧化,但在氧化降解的最后一轮,产物是丙酰CoA和乙酰CoA. 丙酰CoA 转变为琥珀酰辅酶A后进入三羧酸循环.,2022/11/23,38,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。,2. 饱和脂肪酸的-氧化作用,1)脂肪酸的-碳被氧化成羟基,生成-羟基酸。
14、2)-羟基酸可进一步脱羧、氧化转变成少一个碳原子的脂 肪酸。3)反应由单氧化酶催化,需要有O2、Fe2+和抗坏血酸等参加,2022/11/23,39,3.饱和脂肪酸的-氧化作用(12C以下的脂肪酸),在动物体中,C10 或C11脂肪酸的碳链末端碳原子(-碳原子)可以先被氧化,形成二羧酸。二羧酸进入线粒体内后,可以从分子的任何一端进行-氧化,最后生成的琥珀酰CoA可直接进入三羧酸循环。,2022/11/23,40,2022/11/23,41,4.不饱和碳脂肪酸的氧化,在氧化过程中生成:顺烯脂酰CoA不能被烯脂酰CoA水化酶作用; 单不饱和脂肪酸的氧化需要异构酶使顺 式变为反式结构后才能进行。 多
15、不饱和脂肪酸的氧化需要差向酶参与。,2022/11/23,42,单不饱和脂肪酸的氧化,2022/11/23,43,多不饱和脂肪酸的氧化,2022/11/23,44,本小节要求,掌握脂肪及类脂的生理功能;掌握胆汁酸盐在脂类消化吸收中的作用及脂类的吸收形式。 掌握脂肪动员的概念、限速酶;脂肪酸-氧化过程;了解脂肪的合成过程。,2022/11/23,45,四、酮体的生成和利用,-羟丁酸约70 乙酰乙酸约30 丙酮含量极微,脂肪酸氧化产生的乙酰CoA,在肌肉细胞中可进入TCA循环进行彻底氧化分解;但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路,即形成乙酰乙酸、D-羟丁酸和丙酮,这三者统称为酮体.,2022/11
16、/23,46,生成和利用的场所,生成:肝细胞线粒体利用:肝外组织(心、肾、脑、骨骼肌等)线粒体,2022/11/23,47,1、酮体的生成,1) 2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下,缩合成乙酰乙酰CoA,并释放1分子的CoASH。 2) 乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟甲基戊二酸单酰CoA(HMG CoA),并释放1分子CoASH。 3) HMG CoA在HMG CoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在线粒体内膜-羟丁酸脱氢酶作用下,被还原成-羟丁酸。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮。,2022/11/23,48,1乙酰乙酸,部分CH3
17、COSCoA + CH3COSCoA,CH3COCH2COSCoA,HSCoA,乙酰乙酰CoA,直接或间接,CH3COCH2 COOH,HSCoA,CH3COCH3,丙酮,-羟丁酸,硫解酶,脂在肝氧化的正常产物,2022/11/23,49,2.酮体的利用,注意: 肝并不能降解(利用)酮体产能(缺酶),由血液传递给其它组织利用。但积累过多会形成酮尿或酮血,又由于乙酰乙酸、-羟丁酸为酸性,酮血病人有酸中毒的危险。,2022/11/23,50,1)丙酮,乙酰CoA,TCA,2022/11/23,51,(2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙酰乙酰CoA。,(3) 乙酰乙酰
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