第七章,脂质代谢,Metabolism of Lipids,脂质的构成、功能及分析 The composition, function and analysis of lipids,第一节,脂肪和类脂总称为脂质(lipids) 。,三脂酰甘油 (triacylglycerol, 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:,一、脂质是种类繁多、结构复杂的一类大分子物质,类脂(lipoid),脂肪 (fat),CH2O O-CH CH2O,H,H,H,(一)、甘油三酯是甘油的脂酸酯,甘油三酯(triacylglycerol)是非极性、不溶于水的甘油脂酸三酯。,（二）脂肪酸是脂肪烃的羧酸,脂肪酸（fatty acids）的结构通式为: CH3（CH2）nCOOH。 高等动植物脂肪酸碳链长度一般在1420之间，为偶数碳。,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,单不饱和脂酸(monounsaturated fatty acid),多不饱和脂酸(polyunsaturated fatty acid),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,标示脂酸的碳原子数即碳链长度和双键的位置。,表7-1 常见的脂肪酸,表7-2 不饱和脂肪酸,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。,磷脂（phospholipids）由甘油或鞘氨醇、脂肪酸、磷酸和含氮化合物组成。,甘油磷脂：由甘油构成的磷脂（体内含量最多） 鞘磷脂：由鞘氨醇构成的磷脂,X指与磷酸羟基相连的取代基，包括胆碱、水、乙醇胺、丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等。,（三）磷脂可分为甘油磷脂和鞘磷脂两类,分类：,由甘油构成的磷脂称为甘油磷脂,组成：甘油、脂酸、磷脂、含氮化合物,结构：,功能：含一个极性头、两条疏水尾，构成生物膜的磷脂双分子层。,X = 胆碱、水、乙醇胺、 丝氨酸、甘油、肌醇、磷脂酰甘油等,机体内几类重要的甘油磷脂,磷脂酰肌醇 (phosphatidyl inositol),磷脂酰丝氨酸 (phosphatidyl serine),胆固醇(cholesterol)结构：,固醇共同结构： 环戊烷多氢菲,（四）胆固醇以环戊烷多氢菲为基本结构,动物胆固醇(27碳),植物(29碳),酵母(28碳),二、脂质具有多种复杂的生物学功能,（一）甘油三酯是机体重要的能源物质,1g TG = 38KJ 1g 蛋白质 = 17KJ 1g 葡萄糖 = 17KJ,首先，甘油三酯氧化分解产能多。 第二，甘油三酯疏水，储存时不带水分子，占体积小。 第三，机体有专门的储存组织脂肪组织。 甘油三酯是脂肪酸的重要储存库。 甘油二酯还是重要的细胞信号分子。,（二）脂肪酸具有多种重要生理功能,1. 提供必需脂肪酸,人体自身不能合成，必须由食物提供的脂肪酸，称为营养必需脂酸(essential fatty acid)，包括亚油酸（18:2，9,12） 、亚麻酸（18:3，9,12,15）和花生四烯酸（20:4，5,8,11,14） 。,前列腺素 (prostaglandin, PG) 血栓噁烷 (thromboxane, TX) 白三烯 (leukotrienes, LT),2. 合成不饱和脂肪酸衍生物,(LTB4),二十碳多不饱和脂酸花生四烯酸衍生而来,（二）磷脂是重要的结构成分和信号分子,1. 磷脂是构成生物膜的重要成分,磷脂分子具有亲水端和疏水端，在水溶液中可聚集成脂质双层，是生物膜的基础结构。,2. 磷脂酰肌醇是第二信使的前体,磷脂酰肌醇4、5位被磷酸化生成的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）是细胞膜磷脂的重要组成，主要存在于细胞膜的内层。在激素等刺激下可分解为甘油二酯（DAG）和三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3），均能在胞内传递细胞信号。 各种磷脂在不同生物膜中所占比例不同。,（四）胆固醇是生物膜的重要成分和具有重要生物学功能固醇类物质的前体,胆固醇是细胞膜的基本结构成分 胆固醇可转化为一些具有重要生物学功能的固醇化合物 可转变为胆汁酸、类固醇激素及维生素D3,脂质的消化与吸收 Digestion and Absorption of Lipids,第二节,条件 乳化剂（胆汁酸盐、甘油一酯、甘油二酯等）的乳化作用； 酶的催化作用,部位 主要在小肠上段,一、胆汁酸盐协助脂质消化酶消化脂质,胆盐在脂肪消化中的作用,乳化,消化酶,甘油三酯,食物中的脂类,2-甘油一酯 + 2 FFA,磷脂,溶血磷脂 + FFA,胆固醇酯,胆固醇 + FFA,微团 (micelles),消化脂类的酶,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(6C10C)及短链脂酸(2C4C)构成的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、吸收的脂质经再合成进入血循环,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,甘油三酯的合成代谢 脂肪酸的合成代谢 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,本节主要内容,脂肪组织：主要以葡萄糖为原料合成脂肪，也利用CM或VLDL中的FA合成脂肪。,一、不同来源脂肪酸在不同器官以不完全相同的途径合成甘油三酯,肝脏：肝内质网合成的TG，组成VLDL入血。,小肠粘膜：利用脂肪消化产物再合成脂肪。,（一）合成主要场所,甘油和脂酸主要来自于葡萄糖代谢 CM中的FFA（来自食物脂肪）,甘油一酯途径（小肠粘膜细胞）,甘油二酯途径（肝、脂肪细胞）,（二）合成原料,（三）合成基本过程,甘油一酯途径,甘油二酯途径,3-磷酸甘油主要来自糖代谢。,肝、肾等组织含有甘油激酶，可利用游离甘油。,二、内源性脂肪酸的合成需先合成软脂酸再加工延长,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,NADPH的来源:,磷酸戊糖途径（主要来源）,胞液中异柠檬酸脱氢酶及苹果酸酶催化的反应,乙酰CoA、ATP、HCO3-、NADPH、Mn2+,2. 合成原料,乙酰CoA的主要来源:,乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过 柠檬酸-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,（1）丙二酸单酰CoA的合成,总反应式:,丙二酰CoA +ADP + Pi,ATP + HCO3- + 乙酰CoA,3. 脂肪酸合酶及反应过程,（2）脂酸合成,从乙酰CoA及丙二酸单酰CoA合成长链脂肪酸，是一个重复加成过程，每次延长2个碳原子。,各种生物合成脂肪酸的过程基本相似。,有7种酶蛋白（酰基载体蛋白、乙酰基转移酶、-酮脂酰合酶 、丙二酸单酰转移酶 、-酮脂酰还原酶、脱水酶和烯脂酰还原酶），聚合在一起构成多酶体系。,大肠杆菌脂肪酸合酶复合体,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。,哺乳类动物脂肪酸合酶,底物进入缩合单位 还原单位 软脂酰释放单位,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,乙酰CoA,丙二酰CoA,H,乙酰转移酶,转酰基酶,H,H,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，每次加上一个丙二酸单酰基，增加两个碳原子，最终释出软脂肪酸。,软脂酸的合成总图,软脂酸合成的总反应:,CH3COSCoA + 7 HOOCH2COSCoA + 14NADPH+H+,CH3(CH2)14COOH + 7 CO2 + 6H2O + 8HSCoA + 14NADP+,（二）脂酸碳链的加长,动物：有4、5、8、9去饱和酶，镶嵌在内质网上，脱氢过程有线粒体外电子传递系统参与。,植物：有9、12、15 去饱和酶,（三）不饱和脂酸的合成需多种去饱和酶催化,1. 代谢物改变原料供应量和乙酰CoA羧化酶活性调节脂肪酸合成,乙酰CoA羧化酶的别构调节物 抑制剂：软脂酰CoA及其他长链脂酰CoA 激活剂：柠檬酸、异柠檬酸,进食糖类而糖代谢加强，NADPH及乙酰CoA供应增多，异柠檬酸及柠檬酸堆积，有利于脂酸的合成。,大量进食糖类也能增强各种合成脂肪有关的酶活性从而使脂肪合成增加。,（四）脂肪酸合成受代谢物和激素调节,2. 胰岛素是调节脂肪酸合成的主要激素,胰高血糖素：激活AMPK，使之磷酸化而失活 胰岛素：通过磷蛋白磷酸酶，使之去磷酸化而复活,乙酰CoA羧化酶的共价调节：,定义 脂肪动员(fat mobilization)是指储存在脂肪细胞中的脂肪，在肪脂酶作用下逐步水解释放FFA及甘油供其他组织氧化利用的过程。,三、甘油三酯氧化分解产生大量ATP供机体需要,（一）甘油三酯分解代谢从脂肪动员开始,脂肪动员过程：,HSL-激素敏感性甘油三酯脂肪酶,脂解激素,对抗脂解激素因子,关键酶 激素敏感性甘油三酯脂肪酶 (HSL),能促进脂肪动员的激素，如胰高血糖素、去甲肾上腺素、ACTH 、 TSH等。,抑制脂肪动员，如胰岛素、前列腺素E2、烟酸等。,脂肪动员调节：,（二）甘油转变为3-磷酸甘油后被利用,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）-氧化是脂肪酸分解的核心过程,1.脂酸的活化-脂酰CoA的生成,2.脂酰CoA进入线粒体,（线粒体外）,反应过程,（肉碱脂酰转移酶是脂酸-氧化的限速酶）,3. 脂酰CoA分解产生乙酰CoA、FADH2、NADH,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,肉碱转运载体,线粒体膜,活化：消耗2个高能磷酸键,-氧化：,每轮循环 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解产物：1分子乙酰CoA 1分子少两个碳原子的脂酰CoA 1分子NADH+H+ 1分子FADH2,4. 脂肪酸氧化是机体ATP的重要来源, 以16碳软脂肪酸的氧化为例,7 轮循环产物：8分子乙酰CoA 7分子NADH+H+ 7分子FADH2,能量计算： 生成ATP 810 + 72.5 + 71.5 = 108 净生成ATP 108 2 = 106,1. 不饱和脂酸-氧化需转变构型,（四）不同的脂肪酸还有不同的氧化方式,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-烯脂酰 CoA异构酶,2次氧化,1. 不饱和脂酸-氧化需转变构型,长链脂酸(C20、C22),（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. 超长碳链脂肪酸需先在过氧化酶体氧化