脂肪酸的合成代谢.ppt

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1、第二节 脂肪酸的合成代谢,一.甘油的合成,由糖酵解的中间产物磷酸二羟丙酮还原而成。,甘油的合成在细胞质中进行。,事实上，在甘油和脂肪酸缩合连结成脂肪时，所需要的是3-磷酸甘油，而不是游离的甘油。,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,原料：乙酰CoA,产物：不超过16碳的饱和脂肪酸,部位：动物体 细胞质植物体 叶绿体和前质体,Overview Fatty acids are synthesized by the condensation of two-carbon units.However,in terms of the enzymic steps involved,the proces

2、s is not the reversed of-oxidation.Fatty acid synthesis involves a separate series of reactions to build up long-chain hydrocarbons from acetyl CoA units.The key differences between fatty acid synthesis and breakdown are:,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,1.fatty acid synthesis occurs in the cytosol of both prok

3、aryotes and eukaryotes whereas their degradation occurs in the mitochondria of eukaryotes;2.fatty acid synthesis uses NADPH as the reductant whereas NADH is produced in-oxidation;3.during their synthesis,fatty acids are covalently linked to an acyl carrier protein(ACP),as opposed to CoA in their deg

4、radation;4.the enzyme activities of fatty acid synthesis in higher organisms are present in a single polypeptide chain called fatty acid synthase,whereas in-oxidation the individual activities are present on separate enzymes.,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(1)乙酰CoA的来源和转运,Tran

5、sport into the cytosol Fatty acids are synthesized in the cytosol,but acetyl CoA is produced from pyruvate in the mitochondria.Thus the acetyl CoA must be transferred from the mitochondria into the cytosol to allow fatty acid synthesis to occur.However,the inner mitochondrial membrane is not readily

6、 permeable to this molecule.This problem is overcome by the condensation of acetyl CoA with oxaloacetate to form citrate.,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(1)乙酰CoA的来源和转运,因为乙酰CoA在线粒体产生，乙酰CoA不能直接穿过线粒体内膜，需要通过“柠檬酸穿梭”的方式从线粒体基质到达细胞质，才能用于合成脂肪酸。,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(1)乙酰CoA的来源和转运,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,1.脂肪

7、酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(1)乙酰CoA的来源和转运,循环的净结果是将乙酰CoA从线粒体转运到了细胞质，同时也消耗了化学能ATP。在植物体中，线粒体内产生的乙酰CoA先脱去CoA以乙酸的形式运出线粒体，再在线粒体外由脂酰CoA合成酶催化重新形成乙酰CoA。,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(2)丙二酸单酰CoA的形成,The first committed step in fatty acid biosynthesis is the carboxylation of acetyl CoA to form malonyl C

8、oA using CO2 in the form of bicarbonate HCO3-.This reaction is catalyzed by the enzyme acetyl CoA carboxylase which has biotin as a prosthetic group,a common feature in CO2-binding enzymes.,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(2)丙二酸单酰CoA的形成,在脂肪酸的从头合成过程中，参入脂肪酸链的二碳单位的直接提供者并不是乙酰CoA，而是乙酰CoA的羧化产物 丙二酸单酰CoA（

9、malonyl-CoA）。,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(2)丙二酸单酰CoA的形成,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,乙酰CoA羧化酶的组成,在原核生物中，由两种酶和一种蛋白质组成三元多酶复合体 生物素羧基载体蛋白（biotin carboxyl-carrier protein，BCCP）生物素羧化酶 羧基转移酶,在动物及高等植物体内，乙酰CoA羧化酶是由多个亚基组成的寡聚酶，每个亚基兼具上述的三种催化活性，但只有当它们聚合成完整的寡聚酶后才有活性。,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(2)丙二酸单酰CoA的形

10、成,乙酰CoA的羧化为不可逆反应，是脂肪酸合成的限速步骤，故乙酰CoA羧化酶的活性高低控制着脂肪酸合成的速度。,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(2)丙二酸单酰CoA的形成,影响乙酰CoA羧化酶活性的因素：（在动物体中）柠檬酸：促进无活性的单体聚合成有活性的全酶，从而加速脂肪酸的合成；软脂酰CoA：促使全酶的解体，因而抑制脂肪酸的合成。,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）,FA的组成,乙酰CoA-ACP转移酶 丙二酸单酰CoA-ACP转移酶-酮脂酰

11、-ACP合酶-酮脂酰-ACP还原酶-羟脂酰-ACP脱水酶 烯脂酰-ACP还原酶 硫酯酶ACP 脂酰基载体蛋白,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,脂肪酸合酶系统（fatty acid synthase system，FAS）,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(3)脂肪酸链的合成,ACP：不同生物体中的ACP十分相似：大肠杆菌中的ACP是一个由77个氨基酸残基组成的热稳定蛋白质，在它的第36位丝氨酸残基的侧链上，连有辅基4-磷酸泛酰巯基乙胺。,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(3)脂肪酸链的合

12、成,ACP辅基犹如一个转动的手臂，以其末端的巯基携带着脂酰基依次转到各酶的活性中心，从而发生各种反应，如下图所示。,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,FAS上的活性巯基：（用于运载脂酰基）中央巯基 ACP上的巯基；外围巯基 b-酮脂酰-ACP合酶上的巯基，由该酶的一个Cys残基提供。,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,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ACP还原酶,-羟脂酰ACP脱水酶,烯脂酰ACP还原酶,1.脂肪酸从头合成的过程,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,(3)脂肪酸链的合成,整个过

13、程都是在脂肪酸合酶系统中进行。,这一阶段包含有多轮酶促反应，每经历一轮可以使脂肪酸链在羧基端延长一个二碳单位，同时消耗2分子还原剂NADPH。,从乙酰CoA的穿梭、丙二酸单酰CoA的生成，到脂肪酸链的形成，需要消耗化学能ATP及还原剂NADPH。整个合成的碳源来自乙酰CoA，尽管CO2参与了合成，但没有被消耗，其作用是乙酰CoA通过羧化将ATP的能量贮存在丙二酸单酰CoA中，从而在缩合反应中通过脱羧放能而使反应向正方向即合成的方向进行，这要比两分子的乙酰CoA进行的缩合反应更易进行。,2.脂肪酸从头合成的化学计量,(一)脂肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,2.脂肪酸从头合成的化学计量,(一)脂

14、肪酸的从头合成,二.脂肪酸的合成,由此可见，由脂肪酸合酶系统形成1分子软脂酸需要消耗1分子乙酰CoA、7分子丙二酸单酰CoA以及14分子还原辅酶，同时释放出7分子CO2。,1.延长发生的部位,(二)脂肪酸碳链的延长,二.脂肪酸的合成,2.延长过程,该过程是以脂酰CoA（不是脂肪酸）作为起点(引物)，通过与从头合成相似的步骤，即缩合还原脱水再还原，逐步在羧基端增加二碳单位。至于延长的具体方式，在细胞的不同部位都不相同。,(二)脂肪酸碳链的延长,二.脂肪酸的合成,线粒体中的延长过程：相当于脂肪酸b-氧化过程的逆转，只是第二次还原反应由还原酶而不是脱氢酶催化，电子载体为NADPH而不是FADH2；内

15、质网上的延长过程：与从头合成过程相似，只是脂酰基的载体为CoA而不是ACP。,2.脂肪酸碳链的延长过程,(二)脂肪酸碳链的延长,二.脂肪酸的合成,1)动物体中脂肪酸链的延长,植物的脂肪酸延长系统有两个 叶绿体或前质体中的只负责将软脂酸转变为硬脂酸（18:0），这一过程类似于从头合成途径；碳链的进一步延长则由内质网上的延长系统完成。,2.脂肪酸碳链的延长过程,(二)脂肪酸碳链的延长,二.脂肪酸的合成,(2)植物体中脂肪酸链的延长,2.脂肪酸碳链的延长过程,(二)脂肪酸碳链的延长,二.脂肪酸的合成,在生物体内存在大量的各种不饱和脂肪酸，如棕榈油酸（16:1D9）、油酸（18:1D9）、亚油酸（18

16、:2D9,12）、亚麻酸（18:3D9,12,15）等，它们都是由饱和脂肪酸经去饱和作用而形成的。去饱和作用有需氧和厌氧两条途径，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厌氧微生物中。,(三)脂肪酸碳链的去饱和,二.脂肪酸的合成,1.需氧途径,该途径由去饱和酶系催化，需要O2和NADPH的共同参与。去饱和酶系由去饱和酶（desaturase）及一系列的电子传递体组成。在该途径中，一分子氧接受来自去饱和酶的两对电子而生成两分子水，其中一对电子是通过电子传递体从NADPH获得，另一对则是从脂酰基获得，结果NADPH被氧化成NADP+，脂酰基被氧化形成双键。（参见下图）,(三)脂肪酸碳链的去饱和,二.脂

17、肪酸的合成,去饱和作用一般首先发生在饱和脂肪酸的9、10位碳原子上，生成单不饱和脂肪酸（如棕榈油酸、油酸）。接下来，对于动物，尤其是哺乳动物，从该双键向脂酸的羧基端继续去饱和形成多不饱和脂肪酸。,二.脂肪酸的合成,1.需氧途径,(三)脂肪酸碳链的去饱和,而植物则是从该双键向脂酸的甲基端继续去饱和生成如亚油酸、亚麻酸等的多烯脂肪酸。此外，植物也可以不通过这条需氧途径，而是在内质网膜上由单不饱和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式继续去饱和的，它也是一个需氧的过程。,二.脂肪酸的合成,1.需氧途径,(三)脂肪酸碳链的去饱和,由于动物不能合成亚油酸和亚麻酸，但对维持其生长十分重要，所以必须从食物中获得，这些

18、脂肪酸对人类和哺乳动物是必需脂肪酸。但动物能通过去饱和作用和延长脂肪酸碳链的过程将它们转变为二十碳四烯酸。,二.脂肪酸的合成,1.需氧途径,(三)脂肪酸碳链的去饱和,厌氧途径是厌氧微生物合成单不饱和脂肪酸的方式。这一过程发生在脂肪酸从头合成的过程中。当FAS系统从头合成到10个碳的羟脂酰-ACP（b-羟癸酰-ACP）时，接下来的脱水作用不是由b-羟脂酰-ACP脱水酶催化发生在a、b位之间，而是由另一专一性的b-羟癸酰-ACP脱水酶催化发生在b、g位之间，生成b、g-烯癸酰-ACP，然后不再进行烯脂酰-ACP的还原反应，而是继续参入二碳单位，进行从头合成的反应过程。这样，就可产生不同长短的单不饱和脂肪酸。,1.厌氧途径,(三)脂肪酸碳链的去饱和,二.脂肪酸的合成,厌氧途径只能生成单不饱和脂肪酸，因此厌氧微生物中不存在多不饱和脂肪酸。,二.脂肪酸的合成,1.厌氧途径,(三)脂肪酸碳链的去饱和,原料：磷酸甘油、脂酰CoA（3分子）,三.三酰甘油的生物合成,