脂肪代谢

nullnull 本章主要介绍脂类（主要是脂肪）物质在生物体的分解及合成代谢。重点掌握脂肪酸在生物体内的氧化分解途径—β-氧化和酮体的生成作用，了解脂类的功能和其他的氧化分解途径思考null1.奇数C与不饱和C脂肪酸的β氧化 2.酮体的生成与利用学习目的与：重点：难点：1.脂肪酸的β氧化 2.酮体的生成与利用 3.脂肪酸的合成1.脂肪酸的β氧化 2.酮体的生成 3脂肪酸的β氧化与脂肪酸的合成的差异null生物体内的脂类（triglycerides) 功能 血酯 脂肪的分解代谢 脂肪酸的功能 脂肪酸的代谢 甘油(glycerol)的代谢 脂类的生理功能脂类的生理功能组成细胞的必要成分 氧化供能，储存能量 保持体温 保护固定内脏 供给人体必需脂肪酸 促进脂溶性维生素吸收 生 物 体 内 的 脂 类生 物 体 内 的 脂 类脂类单纯脂类复合脂类非皂化脂类酰基甘油酯蜡磷脂糖脂、硫脂萜 类甾醇类含有脂肪酸不含脂肪酸单 纯 脂 类 单 纯 脂 类 1.概念 单纯脂类是由脂肪酸和醇形成的酯2.种类(2) 蜡（1）酰基甘油酯复 合 脂 类复 合 脂 类1.概念2.种类复合脂是指除脂 肪酸与醇组成的 酯外,分子内还含 有其它成分的脂 类。(1) 磷脂(2) 糖脂和硫脂磷脂酰胆碱 磷脂酰胆碱 磷脂酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰肌醇磷脂酰丝氨酸磷脂酰甘油几种糖脂和硫酯几种糖脂和硫酯2,3-双酰基-1--D-吡喃-D-甘油6-亚硫酸-6-脱氧--葡萄糖甘油二酯(硫酯)2,3-双酰基-1-(-D-半乳糖基-1，6- -D-半乳糖基）-D-甘油非 皂 化 脂 类非 皂 化 脂 类1. 概念2. 种类 即异戊二烯脂类, 不含脂肪酸,不能进行皂化。（1）甾醇类（固醇） （2） 萜类化合物 血酯血酯概念：血液中的酯质的总称。甘油酯、固醇以及磷脂和游离的脂肪酸等，含量没有血糖稳定,是血和蛋白的结合物，血液中的脂类越少越好 载脂蛋白：能够和脂结合的蛋白。脂蛋白是储存和运输脂的方式 null 血液是运输脂质的要道. 主要有:甘油脂（单、二、三、酰甘油）、磷脂、胆固醇及固醇脂和游离的脂肪酸。 血脂含量不如血糖恒定，随膳食条件和各种生理条件的影响血脂的含量和成分均有一定变化。 血浆中的脂类并非以游离状态存在，常以脂蛋白的形式存在（蛋白质部分称为载脂蛋白）。脂蛋白是运输和储存脂的主要形式，不同的脂蛋白运输的脂类不同。脂类的消化吸收和运转脂类的消化吸收和运转一、脂类的消化、吸收和运转1、脂类的消化 2、脂类的吸收二、脂类的转运和脂蛋白的作用乳麋微粒（CM）极低密度脂蛋白VLDL低密度脂蛋白LDL高密度脂蛋白HDL脂蛋白的种类null脂肪的消化脂肪的消化主要在肠中进行，胰液和胆汁经胰管和胆管分泌 到十二指肠，胰液中含有胰脂肪酶，能水解部分脂肪成为甘油及 游离脂肪酸，但大部分脂肪仅局部水解成甘油一酯，甘油一酯进 由另一种脂酶水解成甘油和脂肪酸。脂肪的酶促水解脂肪的酶促水解null脂肪的吸收在动物和人体中,小肠既能吸收完全水解的脂肪,也能吸收部分水解或者未经水解的脂肪.吸收后,大多由淋巴细胞系统进入血液循环,一小部分直接经门静脉进肝脏。未被吸收的脂肪进入大肠被细菌分解.未被水解的脂肪也能直接被吸收.但需高度乳化为脂肪微粒. null完全水解后生成的甘油可以和水溶物一起被肠黏膜吸收；脂肪酸需与胆汁按比例结合成可溶于水的复合物被吸收；单脂酰甘油和二脂酰甘油可直接被吸收后再合成脂肪通过淋巴系统进入血液循环.null 甘 油 的 转 化 肝中甘油激酶的催化下，转变为α-磷酸甘油。 甘 油 的 转 化 肝中甘油激酶的催化下，转变为α-磷酸甘油。 （实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成)甘油激酶磷酸甘油脱氢酶异构酶磷酸酶null甘油的去路甘油的来源甘油的来源蛋白质 糖类 脂肪 甘油不能直接参与脂肪的合成，必须转化为磷酸甘油后才可以。脂 肪 的 分 解 代 谢 脂 肪 的 分 解 代 谢 三、脂肪酸的分解代谢β-氧化作用α-氧化作用ω-氧化作用一、脂 肪 的 水 解二、甘 油 的 转 化不饱和及奇数碳链脂肪酸的氧化四、酮体的代谢 脂肪的分解 脂肪的分解 当机体需要时，贮存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸 （free fatty acid，FFA ）和甘油并释放入血液被其他组织氧化利用，这一过程称为脂肪动员。脂肪酶脂肪酶为激素调节酶，在禁食、饥饿或交感神经兴奋时，肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素等分泌增加并使它促进脂肪动员。 胰岛素等则使其活性抑制，具有对抗脂肪动员的作用。脂肪组织贮存的甘油三酯的动员脂肪组织贮存的甘油三酯的动员脂肪酸的功能脂肪酸的功能形成糖酯和磷脂 通过共价键和糖蛋白的蛋白质部分连接 燃料分子 脂肪酸衍生物起激素的作用和细胞内第二信使的作用必需脂肪酸必需脂肪酸由于动物机体缺乏脱饱和酶，不能合成对其生理活动十分重要的多不饱和脂肪酸，而必须从食物中获得（植物和微生物可以合成）,这类不饱和脂肪酸称为必需脂肪酸（essential fatty acid）。 null必需脂肪酸主要有 亚油酸（18：2，△9,12） 亚麻油酸（18：3，△9,12,15） 花生四烯酸（20：4，△5,8,11,14饱和脂肪酸的β-氧化作用 饱和脂肪酸的β-氧化作用 （3） β-氧化过程中能量的释放及转换效率2、氧化过程1、β-氧化作用的概念及试验证据（1） 脂肪酸的活化和转运（2） β-氧化的生化过程β-氧化作用的概念及试验证据β-氧化作用的概念及试验证据 概 念 试验证据 1904年F.Knoop根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验结果，推导出了β-氧化学说。 脂肪酸在体内氧化时在羧基端的β-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，既乙酰CoA，该过程称作β-氧化。Knoop的重要发现Knoop的重要发现 1904年，Franz Knoop将末端碳连有苯基的一些奇数碳和偶数碳脂肪酸衍生物喂狗，然后分离狗尿中的苯化合物。Knoop发现，当奇数碳脂肪酸衍生物被降解时，尿中检测出的是马尿酸（苯甲酸和甘氨酸的结合物）；如果是偶数碳，则尿中排出的是苯乙尿酸（苯乙酸和甘氨酸的结合物）。因此Knoop认为，脂肪酸的氧化发生在β-碳原子上，即每次从脂肪酸链上降解下来的是2碳单位，也就是后来所谓的脂肪酸β-氧化。脂肪酸β-氧化发生在线粒体中。 null脂肪酸的分解脂肪酸的分解代谢部位：原核生物的溶胶和真核生物的线粒体基质中。 活化：消耗能量，反应不可逆 运输机制：长链的酯酰辅酶A不易通过线粒体内膜，需要运输机制。脂肪酸的活化和转运 脂肪酸的活化和转运 a、脂肪酸的活化null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。 脂酰CoA进入线粒体- 肉毒碱穿梭脂酰CoA进入线粒体- 肉毒碱穿梭 脂肪酸活化在细胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内，因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。 null脂肪酸的β-氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。 null 肉毒碱是季胺类化合物，是一种人体必需的营养素，有着重要的生物学功能和临床应用价值。近年来肉毒碱在心脑血管疾病、消化疾病、儿童疾病的预防和治疗，以及血液透析病人的营养支持和运动医学等领域已得到广泛的研究和应用。null肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）结构nullnullE1E2脂酰CoA进入线粒体- 肉毒碱穿梭null其中的肉碱脂酰转移酶Ⅰ和Ⅱ是一组同工酶。前者在线粒体外催化脂酰CoA上的脂酰基转移给肉碱，生成脂酰肉碱；后者则在线粒体内将运入的脂酰肉碱上的脂酰基重新转移至CoA，游离的肉碱被运回内膜外侧循环使用。β-氧化的生化历程β-氧化的生化历程 a、脱氢b、水化c、再脱氢 Ｏ R-CH=CH-C-SCoA Ｏ R-CH2 - CH2CO-SCoA OH O R-CH-CH2C~SCoA O O R-C-CH2C~SCoAd、硫解||||β-氧化的主要生化反应β-氧化的主要生化反应酯酰CoA脱氢酶△2-烯酰CoA水化酶 β-羟脂酰CoA脱氢酶 硫解酶H2O CoASHnull乙酰CoA氧化的生化历程氧化的生化历程 乙酰CoARCH2CH2CO-SCoA脂酰CoA 脱氢酶脂酰CoA β-烯脂酰CoA 水化酶 β-羟脂酰CoA 脱氢酶 β-酮酯酰CoA 硫解酶RCHOHCH2CO~ScoARCOCH2CO-SCoA RCH=CH-CO-SCoA +CH3CO~SCoAR-CO~ScoA 乙酰CoAβ-氧化过程中能量的释放及转换效率β-氧化过程中能量的释放及转换效率净生成：108 – 2 = 106 ATP例：软脂酸 7次β-氧化8 乙酰CoACH3(CH2)14COOH7 NADH7 FADH210 ATP 2.5 ATP 1.5 ATP 108（131） ATPnull乙酰CoA: 9*10=9032+90-2=120ATP2.生物合成的原料：β-氧化的产物乙酰CoA可作酮体和氨基酸合成的原料β-氧化过程产生大量的水可供陆生动物对水的需求。脂肪酸的β-氧化生理意义 以C18 β-氧化:8*(2.5+1.5)=321.提供能量：3. 提供大量的水脂肪酸的α-氧化作用 脂肪酸的α-氧化作用 脂肪酸氧化作用发生在α-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化作用。RCH2COO-RCH(OH)COO-RCOCOO-RCOO-CO2O2NAD +NADH +H+NAD +NADH +H+羟化脂肪酸的α-氧化作用脂肪酸的α-氧化作用 哺乳动物组织可以把绿色植物的叶绿醇首先降解为植烷酸，然后通过α-氧化继续将植烷酸降解。 脂肪酸的ω氧化作用脂肪酸的ω氧化作用 脂肪酸的ω-氧化指脂肪酸的末端甲基（ω-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成α，ω-二羧酸的过程。ω-氧化ω-氧化 动物体内也存在有少量的十二碳以下的脂肪酸，它们通过ω-氧化途径进行氧化分解。 ω-氧化在脂肪酸分解代谢中并不重要，不过一些海洋浮游细菌采用ω-氧化方式快速分解溢出到海面上的石油，在防止海洋污染方面有应用价值。 脂肪代谢和糖代谢的关系脂肪代谢和糖代谢的关系延胡索酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸3-磷酸甘油甘油乙酰 CoA三酰甘油脂肪酸植物和微生物null例:C17奇数饱和碳原子脂肪酸经过多次β-氧化后, 余下一分子三碳化合物--丙酰CoA.奇数饱和碳原子脂肪酸的氧化null2.丙酸的代谢丙酸的代谢ATP、CoASH甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoA硫激酶羧化酶变位酶ATP、CO2 生物素CoB12null（1）动物体内丙酸的来源 ①纤维素在反刍动物瘤胃中发酵产生的丙酸 ：纤维素在反刍动物瘤胃中发酵产生的主要是乙酸（70％），其次是丙酸 （20％）和丁酸（10％）； ②许多氨基酸脱氨后生成奇数碳原子脂肪酸； ③长链奇数碳原子的脂肪酸经过β-氧化最后生成的丙酰 CoA。 丙酸代谢的意义 丙酸代谢的意义 反刍动物体内的葡萄糖，约有50％来自丙酸的异生作用，其余的大部分来自氨基酸的糖异生，丙酸代谢对于反刍动物是非常重要的。丙酸代谢中还需要维生素 B12，因此反刍动物对这种维生素的需要量比其他动物大，不过瘤胃中的微生物能够合成并提供足量的维生素 B12 。null C9为例分析能量变化 3次β-氧化 甲基丙二酸单酰CoA的生成 丙酮酸生成 乙酰CoA的生成 最终4分子乙酰CoA null油酸： 顺-Δ9-C18不饱和脂肪酸的β-氧化不饱和偶数碳原子脂肪酸的降解特点不饱和偶数碳原子脂肪酸的降解特点比饱和脂肪酸多了2种酶 异构酶和构酶 多一个双键，少一次FAD脱氢乙酰辅酶A的结局乙酰辅酶A的结局进入柠檬酸循环彻底氧化分解 作为类固醇的前体生成胆固醇 作为脂肪酸合成的前体 转化为酮体 酮体的代谢酮体的代谢酮体的生成酮体的分解生成酮体的意义 脂肪酸β-氧化产物乙酰CoA,在肌肉中进入三羧酸循环，在肝细胞中可形成乙酰乙酸、D-β-羟丁酸、丙酮等中间产物。这三种物质统称为酮体。null2.酮体的生成酮体的生成酮体的生成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）硫解酶2CH3COSCoACH3COCH2COSCoA乙酰乙酰CoAHMGCoA合成酶CH3COSCoACoASHCoASHnull酮体生成的全套酶系位于肝细胞线粒体的内膜或基质中，其中HMGCoA 合成酶是此途径的限速酶。肝脏中酮体的生成肝脏中酮体的生成酮体的合成主要是肝脏的功能 酮体中丙酮的生成量较小，产生后即被吸收；乙酰乙酸和β-羟丁酸随血液进入肝外组织氧化，为组织供应能量。脑组织一般使用葡萄糖供给能量，当葡萄糖供给不足时，也可由乙酰乙酸和β-羟丁酸供应能量。 在肝脏线粒体中，决定乙酰辅酶A去向的是草酰乙酸。null丙酮呼出丙酮酸或乳酸3.酮体的分解肝脏不能使酮体进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙酰CoA经血液运送到肝外组织，作为它们的能源，尤其是肾、心肌、脑等组织中主要以酮体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一步分解成乙酰CoA参加三羧酸循环。酮体的危害酮体的危害 严重饥饿或糖尿病人体内可产生大量的乙酰乙酸。 上述情况下，血液中出现大量丙酮（有毒物质）。丙酮具有挥发性和特殊气味。 血液中出现乙酰乙酸和β-羟丁酸，使血液的pH降低，发生酸中毒 尿中酮体升高发生酮病。血液或尿液中酮体过高导致昏迷或死亡。人体对葡萄糖的需求人体对葡萄糖的需求人脑以葡萄糖作为主要燃料，对其有高度依赖性。成人每日需要葡萄糖160g，脑每日需要葡萄糖120g。 红细胞也需要葡萄糖 如果肌体处于饥饿或剧烈运动状态必须由非糖物质转化为葡萄糖 肌体只有维持一定的血糖水平，才能保证器官的葡萄糖供给肝外组织用酮体作为燃料——酮体的分解肝外组织用酮体作为燃料——酮体的分解乙酰乙酰CoA硫解酶转移酶琥珀酰CoACoASH--氧化乙酰乙酸脱氢酶NADH+H+NAD+乙酰CoA2--羟丁酸琥珀酸C磷脂的代谢 鞘脂类的代谢 甾醇的代谢磷脂的代谢 鞘脂类的代谢 甾醇的代谢磷脂和糖脂的降解与合成磷脂和糖脂的降解与合成1、磷脂的降解2、磷脂的生物合成3、糖脂的合成与分解null磷脂的分解代谢(一). 磷脂的水解磷脂酶A: 凡是作用于磷脂中一个脂肪酰基的酶统称为磷脂酶A (溶血作用) A1-1, A2 -2(蜂毒,蛇毒,蜥毒,某些细菌，动物中酶原)磷脂酶B: A1与A2的混合物。既作用于A1的产物;又作用于A2的产物。 B酶作用产物为甘油磷酸胆碱（胺）磷脂酶C： 微生物，蛇毒，动物脑中。水解键-3磷脂酶D：高等植物中，作用于键-4磷脂酶的作用部位磷脂酶的作用部位乙醇胺和胆碱的活化乙醇胺和胆碱的活化HOCH2CH2NH2HOCH2CH2N(CH3)3OCH2CH2NH2磷酸乙醇胺CDP-OCH2CH2NH2CDP-乙醇胺乙醇胺激酶CTP:磷酸乙醇胺胞苷转移酶ATP ADPCTP PPi胆碱激酶ATP ADPOCH2CH2N(CH3)3CDP- OCH2CH2N(CH3)3CDP-胆碱CTP:磷酸胆碱胞苷转移酶CTP PPiPP磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱的合成磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱的合成磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）CDP-乙醇胺 CMP磷脂酰胆碱（卵磷脂）葡萄糖3-磷酸甘油磷脂酸1，2-甘油二酯脂酰CoA CoACDP-胆碱 CMP甘油三酯2 RCOCoA 2 CoAPi转酰酶磷酸酯酶转移酶null糖脂的代谢糖脂的代谢1、糖脂的合成2、糖脂的分解胆固醇的代谢 胆固醇的代谢 一、胆固醇的合成二、胆固醇的转化胆固醇合成胆固醇合成 同位素示踪实验证明，复杂的胆固醇分子能在动物体内由小分子物质乙酸缩合而成，乙酰CoA为合成胆固醇的原料。胆固醇的转化胆固醇的转化 动物体内胆固醇可转变成类固醇如：孕酮、肾上腺皮质激素、雌激素、VitD3胆酸等。null一. 胆固醇的合成代谢2. 胆固醇合成的原始材料3. 胆固醇合成的关键酶4.胆固醇合成的三个阶段： 胆固醇代谢1. 胆固醇合成的组织各组织器官均能合成，肝脏为主HMGCoA还原酶乙酰CoA胆固醇的代谢胆固醇的代谢胆固醇是自然界存在最丰富的甾醇化合物，是重要的脂类物质之一。 胆固醇降解不产生二氧化碳与水，经过氧化转化为生物活性物质 代谢的主要途径是转化为胆汁酸，胆汁酸转化为胆汁酸盐，乳化肠内脂质，促进酶对脂质的分解。null胆固醇的转化脂肪酸代谢的调节脂肪酸代谢的调节 脂肪酸的氧化调控关键物质是血液中的脂肪酸 脂肪酸进入线粒体内的调控 心脏中脂肪氧化的调节 激素对脂肪酸代谢的调节 根据肌体代谢需要的调控 长时间膳食改变导致相关酶水平的调节。null脂肪氧化是心脏的主要能源，心脏用能减少，柠檬酸循环和氧化磷酸化作用减慢，乙酰辅酶A和NADH 积累。线粒体中乙酰辅酶A的增加抑制硫解酶的活性，进而抑制脂肪酸的代谢。另一方面， NADH 的增加，影响羟酯酰辅酶A脱氢酶的活性，抑制氧化。 null细胞溶胶中，软酯酰辅酶A过量，肌体不再需要，抑制脂肪酸合成的酶关闭脂肪酸合成途径。 柠檬酸充足，满足机体对能量的需要，合成脂肪酸储存能量。