四川省精品课程 生物化学 第十章 脂类代谢 (Lipid Metabolism) 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。 四川省精品课程 生物化学 脂类 脂肪：又称三酯酰甘油或甘油三脂 类脂 固醇类：如胆固醇(cholesterol) 磷脂(phospholipid,PL) 糖脂(glycolipides) (triglyceride,TG) 脂类代谢对于生命活动具有重要意义 （一）储能和供能的主要物质 1g 脂肪在体内彻底氧化供能约38KJ，而1g 糖 彻底氧化仅供能 17.2KJ 脂肪组织储存脂肪, 约占体重1020% . 合理饮食 脂肪氧化供能占 1525% 禁食13天 脂肪氧化供能占 85% 饱食、少动 脂肪堆积，发胖 空腹 脂肪氧化供能占 50% 以上 (二)生物膜的重要结构成分 四川省精品课程 生物化学 人类的某些疾病如动脉粥样硬化和酮 尿症等都与脂类代谢紊乱有关。 (三)参与代谢调控 四川省精品课程 生物化学 第一节、脂肪的消化、吸收和转运 第二节、脂肪的分解代谢 第三节、脂肪的合成代谢 第四节、磷脂代谢 第五节、胆固醇代谢 一、脂类的消化 小肠上段是主要的消化场所 脂类(TG、Ch、PL等) 微团 胆汁酸盐乳化 胰脂肪酶、辅脂酶等水解 甘油一脂、溶血磷脂、 长链脂肪酸、胆固醇等 混合微团 乳化 第一节 脂肪的消化、吸收和转运 在十二指肠下段及空肠上段吸收 混合 微团 扩散 小肠粘膜 细胞内 重新酯化 载脂蛋白结合 乳糜微粒 门静脉肝脏 二、 脂类的吸收 四川省精品课程 生物化学 脂类的消化、吸收和运输 四川省精品课程 生物化学 (一)血脂的含量及组成 三、血脂 1.血脂：血浆中所含脂类的总称，主要包括 甘油三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯及游 离脂肪酸等。 血脂与血浆中的蛋白质结合形成水溶性 复合物-LP形式存在和运输。 血浆脂蛋白分类示意图 密 度 颗 粒 四川省精品课程 生物化学 由肝脏、脂肪细胞及其他组织合成后释 放入血； 肠道中食物脂类的消化吸收； 储存脂肪动员释放入血。 (二)血脂的来源和去路： 来源 ： 四川省精品课程 生物化学 血脂的去路： 进入脂肪组织储存； 构成生物膜； 氧化供能； 转变为其它物质。 四川省精品课程 生物化学 第二节、脂肪的分解代谢 脂肪 脂肪酶 甘油+脂肪酸 一、甘油的分解与合成代谢 糖异生 葡萄糖 EMP CH3 C=O COOH - 乙酰COA TCA CO2+H2O 3-磷酸甘油醛 CHO CH CH2O OH P 四川省精品课程 生物化学 三：脂肪酸的分解代谢 w 脂肪酸的-氧化作用是指脂肪酸在氧化分解时，碳链 的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。 w 脂肪酸的-氧化在线粒体中进行. w 脂肪酸的氧化分成三步进行：活化、转运入线粒体、 氧化为乙酰-CoA. 四川省精品课程 生物化学 二、脂肪酸的分解代谢 饱和脂肪酸的氧化分解 不饱和脂肪酸的氧化分解 v-氧化作用 v-氧化作用 v-氧化作用 v单不饱和脂肪酸的氧化分解 v多不饱和脂肪酸的氧化分解 R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH 饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，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. 1、脂肪酸的活化 脂肪酸 (脂酰CoA合成酶) 四川省精品课程 生物化学 2.脂酰CoA进入线粒体 v 对于动物来说，-氧化在线粒体基质中进行氧化在线粒体基质中进行 ，而脂肪酸第一步活化在胞液中，而脂肪酸第一步活化在胞液中，脂酰CoA（ 10C以上）不能进入线粒体，后面的步骤发生后面的步骤发生 在线粒体中，所以需要特殊的转运机制来帮助在线粒体中，所以需要特殊的转运机制来帮助 跨膜。跨膜。 四川省精品课程 生物化学 肉碱 转运脂酰辅酶A进入线粒体 四川省精品课程 生物化学 此过程为脂肪酸-氧化的限速步骤 ，CAT-是限速酶，丙二酸单酰CoA 是 强烈有竞争性抑制剂。 脱H ： FADFADH2 脂酰COA脱H酶（ 3种） - RCH2C=CCOSCOA H - H （2反式烯脂酰COA ） 水化 ： 脱H ： - 烯脂酰COA水化酶 RCH2CH-CH2COSCOA OH （L- 羟脂酰COA） NAD+NADH+H+ L- 羟脂酰COA脱H酶 RCH2C-CH2COSCOA O = （- 酮脂酰COA） 3、 -氧化的反应历程（偶数C原子） RCH2C-CH2COSCOA O = COASH 酮脂酰硫解酶 （3种） O = RCH2-CSCOA+ CH3-CSCOA O = （ 少2个C的脂酰COA ） 硫解 ： 四川省精品课程 生物化学 4、 脂肪酸-氧化的生理意义 v 脂肪酸的完全氧化可以为机体生命活动提供能量。 例如：软脂酸（十六酸），经过7次-氧化，可以 生成8个乙酰CoA，软脂酸完全氧化 的反应式为： C16H31COSCoA + 7CoA-SH + 7FAD + NAD+ +7H2O 8CH3COSCoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ 1分子软脂酸完全氧化净生成 129 个ATP。 四川省精品课程 生物化学 v -氧化的产物乙酰CoA还可以作为合 成脂肪酸、酮体和某些氨基酸的原料 v -氧化过程产生的大量的水可以供动 物对水的需要 5、 奇数碳饱和脂肪酸的-氧化 (丙酰CoA) 丙酰CoA羧化酶 (甲基丙二酰CoA) (琥珀酰CoA) The last -oxidation cycle of a fatty acid with an odd number of carbons gives propionyl-CoA 6、 脂肪酸氧化的其他途径 (1) 脂肪酸的-氧化 (2) 脂肪酸的-氧化 CH3(CH2)nCOOH HOOC(CH2)nCOOH -氧化 R-CH2CH2COOH R-CH-COOH R-COOH CO2 OH O2 四川省精品课程 生物化学 u 体内不饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的一 半以上。也在线粒体中进行-氧化。含有 一个双键的不饱和脂肪酸氧化在未遇双键 前其反应过程与饱和脂肪酸的-氧化完全 相同。 u 当遇到双键后，还需要另一个特异性的 酶： 3-顺，2-反烯酰CoA异构酶催化 ：如油酸=18:19 如下图所示 1、单不饱和脂肪酸的氧化 四川省精品课程 生物化学 单不饱和脂肪酸的氧化 多不饱和脂肪酸如亚油酸(18:29,12 )的氧化 需要增加两个酶： 3-顺，2-反烯酰CoA异构酶 2,4-二烯酰CoA还原酶. H H H | | | H3C-(CH2)7-C=C-CH2COSCoA H3C-(CH2)7-CH2-C=C-COSCoA 4 3 2 1 | H 4 3 2 1 2、多不饱和脂肪酸的氧化 四川省精品课程 生物化学 多不饱和脂肪酸的氧化 四川省精品课程 生物化学 三 酮体(Ketone Bodies)Ketone Bodies)的代谢 酮体指的是 乙酰乙酸 (acetoacetate)， -羟丁酸 ( hydroxybutyrate) 丙酮 (acetone) CH3COCH2COSCoA 乙酰乙酰CoA CH3COSCoA 乙酰CoA CH3CCH2COSCoA OH CH2COOH -羟-甲基戊二酸单酰CoA CH3CCH2COOH OH -羟丁酸 CH3COCH2COOH 乙酰乙酸 CH3COCH3 丙酮 CH3COSCoA 乙酰CoA CoA-SH 硫解酶 CoA-SH HMG-CoA 合酶 HMG-CoA 裂解酶 NADH+H+ NAD+ -羟丁酸 脱氢酶 CO2 乙酰乙酸 脱羧酶 关键酶 （一）酮体的生成途径 （二） 酮体的氧化（肝外组织） CH3CHOHCH2COOH CH3COCH2COOH CH3COCH2COOH + HOOCCH2CH2COSCoA 琥珀酰辅酶A转硫酶 CH3COCH2COSCoA + HOOCCH2CH2COOH -羟丁酸脱氢酶 (1) (-羟丁酸) (乙酰乙酸) (乙酰乙酸CoA) CH3COCH2COOH+ CoASH +ATP 乙酰乙酸硫激酶 CH3COCH2COSCoA + AMP + PPi CH3COCH2COSCoA + CoASH 2CH3COSCoA (2) 硫解酶 (乙酰乙酸CoA) 四川省精品课程 生物化学 丙酮去路: 随尿排出 直接从肺部呼出 转变为丙酮酸或甲酸和乙酸 四川省精品课程 生物化学 1. 酮体具水溶性，能透过血脑屏障及毛细 血管壁，是输出脂肪能源的一种形式。 2. 长期饥饿时，酮体供给脑组织5070% 的能量。 3. 禁食、应激及糖尿病时，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。 酮体生成的生理意义： 尿排泄量 mg/24hour 血中浓度 mg/100ml 正常1253 严重酮症（未治疗 的糖尿病） 500090 长期饥饿和糖尿病时，酮体生成增多。当肝内产 生酮体超过肝外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。 二者统称为酮体症(酮症).酮症可导致代谢性酸中毒 ，称酮症酸中毒，严重酮症可导致人死亡。 酮症及其产生原因： 四川省精品课程 生物化学 第三节、脂肪的合成代谢 Pi CH2OH C=O CH2O-P - 3-磷酸甘油脱氢酶 NAD+NADH+H+ 磷酸酶 CH2OH HO-CH CH2OH - CH2OH HO-CH CH2O-P - 1、 来自EMP途径 2、来自脂肪的水解 甘油+ATP3-磷酸甘油 甘油激酶 一、磷酸甘油的生成 二、脂肪酸的合成代谢 主要有两种方式： 1）从二碳物开始的全程合成途径，主要在 细胞质中 2）延伸合成，主要在线粒体和内质网中 (1)丙二酸单酰CoA的合成 CH3COSCoA+ HCO3- + ATP 乙酰CoA羧化酶 Mn2+、生物素 HOOC-CH2COSCoA + ADP + Pi 丙二酸单酰 CoA 关键酶 一）、胞浆中的脂肪酸合成系统 HCO3-+ATP ADP+Pi 酶-生物素 酶-生物素-CO2 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA 1. 转移 （2）丙二酸单酰CoA转变为软脂酸的过程: ACP-酰基转移酶 -酮脂酰-ACP合成酶 ACP：酰基载体蛋白 ACP丙二酸单酰转移酶 丙二酰 2. 缩合脱羧 乙酰乙酰-ACP 3.还原 -酮脂酰-ACP还原酶 乙酰乙酰-ACP D-羟丁酰-ACP 4.脱水 D-羟丁酰-ACP 巴豆酰ACP 脱水酶 5.再还原 巴豆酰ACP 丁酰ACP 烯脂酰-ACP还原酶 缩合脱羧 还原 脱水 再还原 丁酰 丙二酰 己酰 脂肪酸合成酶系结 构与催化的反应 乙酰CoA7丙二酸单酰CoA 14NADPH14H+H2O 软脂酸14NADP+7CO27H2O8CoA-SH 脂肪酸合成酶系 （7次循环） 软脂酸（16C）合成的总反应式： (3) 乙酰CoA（碳源）的来源及转运 来源 v线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖） v脂肪酸的-氧化 v氨基酸的氧化 转运 v柠檬酸穿梭（三羧酸