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1、第28章 脂肪的分解代謝,,,,,,,,脂類 lipids,,脂肪（甘油三酯TG） 是體內(nèi)儲(chǔ)存能量的 fat (triglyceride) 主要形式（可變脂）,類脂 lipoid,膽固醇（cholesterol, Ch） 膽固醇酯（cholesterol ester, ChE） 磷脂(phospholipid, PL) 糖脂（glycolipid, GL）,,,細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu)的 重要組分(基本脂),脂類：脂肪及類脂的總稱，是一類不溶于水而易溶于 有機(jī)溶劑，并能為機(jī)體所利用的有機(jī)化合物。,脂類的分類：,一、脂質(zhì)的消化、吸收和傳送,甘油三脂的分子結(jié)構(gòu),CH2-O-CO-R1 CH-O-C
2、O-R2 CH2-O-CO-R3,,,甘油三酯 / 三脂酰甘油 triglyceride, TG / triacyl glycerol, TAG,甘油二酯 Diglyceride, DG 甘油一酯 Monoglyceride, MG,甘油部分可來(lái)自食物脂肪分解和糖代謝。 脂肪酸部分可來(lái)自機(jī)體自身合成（飽和脂肪酸 或單不飽和脂肪酸）或來(lái)自食物（特別是 某些不飽和脂肪酸，如必需脂肪酸） 。,,甘油三脂在動(dòng)物的飲食脂肪中及作為能量代謝的主要貯存形式中約占90%，脂肪完全氧化成CO2和H2O所放出的能量比蛋白質(zhì)和糖類要高出2倍以上。,表 食物成分含有的能量,（一） 脂 肪 的 消化,脂
3、肪的消化發(fā)生在脂質(zhì)-水界面上，需要肝臟產(chǎn)生的膽汁鹽和磷脂酰膽堿做乳化劑。脂肪的消化開始于胃（胃脂肪酶），主要消化在小腸中，由胰臟分泌的脂肪酶完成，需要催化作用輔脂肪酶。此外酯酶和磷脂酶也參與消化作用。,脂肪,,脂肪酶,甘油+脂肪酸,CH2-O -C-R1,R2-C-O-CH,CH2OH,,第一步為限速步驟，磷酸化的脂肪酶有活性，動(dòng)物的脂肪 酶存在于脂肪細(xì)胞中，而植物的脂肪酶存在脂體、油體 及乙醛酸循環(huán)體中。,脂肪酶,酯酶,它催化單酰甘油、膽固醇酯和維生素A分子中的酯鍵。如膽固醇酯酶水解膽固醇酯產(chǎn)生膽固醇和脂肪酸。,可水解磷脂產(chǎn)生溶血磷脂和脂肪酸,磷脂酶A2,（一） 脂 肪 的 吸收,游離脂肪酸
4、、膽固醇和甘油-2-單酯等脂解產(chǎn)物經(jīng)膽汁鹽（膽酸、甘氨膽酸和?；悄懰幔┤榛粍?dòng)擴(kuò)散進(jìn)入小腸上皮黏膜細(xì)胞。它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)重新酯化形成含三脂酰甘油，后者和蛋白質(zhì)形成乳糜微粒。進(jìn)入血液，再經(jīng)淋巴系統(tǒng)進(jìn)入各個(gè)組織。 小分子脂肪酸由于水溶性較高，可不經(jīng)過淋巴系統(tǒng)而直接滲入門靜脈血液中。 乳糜微粒中的三脂酰甘油在脂蛋白脂肪酶作用下，水解為游離脂肪酸和甘油，游離脂肪酸可被組織吸收，甘油進(jìn)入肝、腎進(jìn)一步代謝。 貯存在脂肪組織內(nèi)的三脂酰甘油在三脂酰甘油脂肪酶作用下水解為游離脂肪酸和甘油。游離脂肪酸進(jìn)入血液，和清蛋白形成復(fù)合體。,甘 油 的 氧 化 分 解 與 轉(zhuǎn) 化,,,,甘油激酶,磷酸酯酶,NAD
5、+,NADH +H+,,磷酸甘油脫氫酶,,,,異構(gòu)酶,磷酸丙糖,,,,,糖異生,葡萄糖,EMP,-,-,,乙酰COA,,TCA,CO2+H2O,糖代謝與脂代謝通過磷酸二羥丙酮聯(lián)系起來(lái)。 動(dòng)物的脂肪細(xì)胞中無(wú)甘油激酶，則甘油需要經(jīng)血液運(yùn)到 肝細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解。,1分子甘油徹底 氧化分解產(chǎn)生的能量？,二 脂肪酸的氧化分解,飽和脂肪酸的氧化分解 不飽和脂肪酸的氧化分解,,-氧化作用 -氧化作用 -氧化作用,單不飽和脂肪酸的氧化分解 多不飽和脂肪酸的氧化分解,奇數(shù)C原子脂肪酸的氧化分解,脂肪酸徹底氧化為CO2和H2O可分為三個(gè)步驟：長(zhǎng)鏈脂肪酸降解為乙酰-CoA；乙酰-CoA 經(jīng)檸檬酸循環(huán)氧化成CO2
6、；從還原的電子載體到線粒體的電子傳遞。, 飽和脂肪酸的-氧化作用,概念 脂肪酸的-氧化作用 能量計(jì)算 乙醛酸循環(huán) 乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義 乙酰COA的可能去路,1. 概 念,飽和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的位C原子發(fā)生氧化，碳鏈在位C原子與位C原子間發(fā)生斷裂，每次生成一個(gè)乙酰COA和較原來(lái)少二個(gè)碳單位的脂肪酸，這個(gè)不斷重復(fù)進(jìn)行的脂肪酸氧化過程稱為-氧化.,R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,,脂肪酸的分解發(fā)生在原核生物的細(xì)胞質(zhì)及真核生物的線粒體基質(zhì)中。,1904年，F(xiàn).Knoop的標(biāo)記實(shí)驗(yàn)：,實(shí)驗(yàn)前提：已知?jiǎng)游矬w內(nèi)不能降解苯環(huán) 實(shí)驗(yàn)方案：用苯基標(biāo)記的飽和脂肪酸飼喂動(dòng)物,馬尿酸,
7、苯乙尿酸,,,,,飽和脂肪酸-氧化的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：,（1）脂肪酸的活化,脂肪酸首先在線粒體外或細(xì)胞質(zhì)中被活化，形成脂酰CoA，然后進(jìn)入線粒體或在其它細(xì)胞器中進(jìn)行氧化。 在 催化下，由ATP提供能量，將脂肪酸轉(zhuǎn)變成脂酰CoA：,2. 脂肪酸的-氧化,總反應(yīng)：,脂酰CoA合成酶(硫激酶),（2）脂酰CoA轉(zhuǎn)運(yùn)入線粒體,對(duì)于動(dòng)物來(lái)說(shuō)， -氧化在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，而脂肪酸第一步活化在細(xì)胞質(zhì)中，10個(gè)碳原子以下的脂酰-CoA很容易穿過線粒體內(nèi)膜，但10個(gè)碳原子以上的脂酰CoA不能進(jìn)入線粒體，后面的步驟發(fā)生在線粒體中，所以涉及特殊的 轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制來(lái)幫助跨膜。,1、載體肉堿（carnitine） 1）
8、結(jié)構(gòu)： L-(CH2)3N+CH2CH(OH)CH2COO- L- 羥 - - 三甲氨基丁酸 2）部位: 線粒體膜 3）功能：運(yùn)載脂酰CoA進(jìn)入線粒體,2、機(jī)理： 脂酰肉堿轉(zhuǎn)移酶 FA分解限速酶（線粒體外膜） 脂酰肉堿轉(zhuǎn)移酶同工酶（線粒體內(nèi)膜）,L- 羥 - - 三甲氨基丁酸,,,,,,,,,,FFA,CoA,ATP,AMP+PPi,脂酰CoA,,,,,肉堿/脂酰肉堿肉堿移位酶,,,,,,脂酰肉堿 轉(zhuǎn)移酶 I,,,,,,,,,,脂酰-CoA CoA,肉堿 脂酰肉堿,脂酰CoA 合成酶,,脂酰肉堿 轉(zhuǎn)移酶,,,,肉 堿 脂酰肉堿,,,脂酰肉堿 脂酰-CoA,,-氧化,,
9、,,CoA,線粒體內(nèi)膜,線粒體外膜,線粒體基 質(zhì),長(zhǎng)鏈脂酰CoA進(jìn)入線粒體的機(jī)制,,,,,+,,,,,細(xì)胞質(zhì),(3) -氧化的反應(yīng)歷程（偶數(shù)C原子）,脂肪酸的活化,氧化脫H,水合,氧化脫H,,RCH2C-CH2COSCOA,O,=,,,,（ 少2個(gè)C的脂酰COA）,以16C的脂肪酸（軟脂酸）為例，經(jīng)過7次循環(huán)，產(chǎn)生7個(gè) NADH，7個(gè)FADH2， 8分子乙酰COA。,硫解斷裂,,-氧化的反應(yīng)歷程,小 結(jié),RCH2CH2COOH,RCH2CH2COSCOA,（脂酰COA）,,,,,-,（2反式烯脂酰COA）,,,-,（L-- 羥脂酰COA）,（- 酮脂酰COA）,,,R-CSCOA+ CH3-C
10、SCOA,,,,繼續(xù)-氧化,,,脂酰COA脫H酶（3種）,,,,中長(zhǎng)鏈脂酰COA脫H酶 缺陷癥,牙買加嘔吐?。?一種漿果內(nèi)含降 糖氨基酸，其代謝 物抑制該酶,H,H,-,3. 能 量 計(jì) 算,以16C的軟脂酸為例 8乙酰COA 徹底氧化 TCA 10ATP 108=80ATP 7FADH2 1.57=10.5ATP 7NADH+7H+ 2.57=17.5ATP,,,,,,,,108 (131)ATP,第一步消耗了2個(gè)高能磷酸鍵，所以應(yīng)為108-2=106,129個(gè)高能磷酸鍵。,當(dāng)軟脂酸氧化時(shí)，自由能變化為-2340千卡摩爾，ATP水解生 成 ADP+Pi時(shí)
11、，自由能變化為-7.30千卡摩爾。 7.3106,,2340,100%33% (40%),所以軟脂酸在-氧化時(shí)能量轉(zhuǎn)化率,約為33%（40%）,乙 酰 COA 的 可 能 去 路,TCA CO2+H2O+能量 乙醛酸循環(huán) 糖異生 糖 脂肪酸、固醇等合成的原料 在動(dòng)物肝、腎臟中有可能產(chǎn)生乙酰乙酸、D--羥丁酸和丙酮（酮體）。,,,,,在動(dòng)物肌肉中乙酰COA可以進(jìn)入TCA。,在動(dòng)物肝、腎的線粒體內(nèi)乙酰COA進(jìn)入酮體的合成：,,,,,,乙酰-COA,,,,COA-SH,硫解酶,HMGCOA 合酶,乙酰-COA+H2O,,COA-SH,HMGCOA 裂解酶,,乙酰-COA,乙酰乙酸,D -
12、 -羥丁酸,丙酮,,D - -羥丁酸脫氫酶,NADH+H+ NAD+,,,CO2,在嚴(yán)重饑餓或 胰島素水平過 低時(shí)，草酰乙酸 缺少，則乙酰-COA 水平升高丙酮中毒；酸中毒,自動(dòng),一般情況：乙酰乙酸在肌肉線粒體中的分解,,-酮酯酰COA轉(zhuǎn)移酶,,-氧化,,TCA,+,+, 飽和脂肪酸的-氧化作用,,1. 概 念,脂肪酸在一些酶的催化下，其-C原子發(fā)生氧化，結(jié)果生成一分子CO2和較原來(lái)少一個(gè)碳原子的脂肪酸，這種氧化作用稱為-氧化。 RCH2CH2 COOH RCH2COOH+CO2,,,2. -氧化的可能反應(yīng)歷程,（少一個(gè)C原子）,書中植烷酸的例子 哺乳動(dòng)物將綠色蔬菜的葉綠醇氧化為植烷酸
13、-氧化 降植烷酸 氧化,,,,,植烷酸的代謝,RCH2CH2COOH,,H2O2,（-氫過氧脂肪酸）,-,,RCH2CH2COOH,=,,CO2,RCH2COOH,脂肪過氧化物酶,（少一個(gè)C的脂肪醛）,（少一個(gè)C的脂肪酸）,,-氧化對(duì)于降解支鏈脂肪酸、奇數(shù)脂肪酸或過分長(zhǎng)鏈脂肪酸有重要作用。, 飽和脂肪酸的-氧化作用（12C以下的脂肪酸）,在動(dòng)物體內(nèi)，12碳以上的脂肪酸是通過-氧化進(jìn)行分解作用；存在的少量的少于12碳的脂肪酸可在微粒體中經(jīng)-氧化作用分解，其在脂肪酸分解代謝中不占主要地位。,1. 概 念,脂肪酸在酶催化下，其碳（末端甲基C）原子發(fā)生氧化，先生成-羥脂酸，繼而氧化成,-二羧
14、酸的反應(yīng)過程，稱為-氧化。,2. 反 應(yīng) 歷 程（12C以下）,CH3 ( CH2 )n COOH,,HOCH2 ( CH2 )n COOH,,醇酸脫氫酶,OHC( CH2 )n COOH,,HOOC ( CH2 )n COOH,從脂肪酸兩端進(jìn)行-氧化（海洋中浮游細(xì)菌降解海面浮油） -氧化加速了脂肪酸的降解速度。,, 不飽和脂肪酸的氧化分解,,,,,,1. 單不飽和脂肪酸的氧化（單個(gè)雙鍵，油酸）,3-順-十二烯脂酰COA,H,油酰COA(18:1,9 ),-,=,,3次-氧化,,,3CH3-CSCOA,3 2 1,-,-,,,,3順- 2反烯脂酰COA 異構(gòu)酶（-氧化中無(wú)）,=,-,3 2
15、 1,2-反-十二烯脂酰COA,,烯脂酰COA 水合酶,O,CH3(CH2 )7CH2C-CH2-C-SCOA,H,-,=,OH,-,,5次-氧化,6CH3-C-SCOA,O,=,能量計(jì)算？9乙酰-CoA、8NADH+8H+、7FADH2 910ATP+8 2.5ATP+7 1.5ATP=130.5ATP,多不飽和脂肪酸的氧化2個(gè)雙鍵，亞油酸（18：2，9,12）,H,-,=,,3次-氧化,,,3CH3-CSCOA,-,-,,=,H,H,-,-,O,H,-,H,-,O,9-cis, 12-cis,3-cis, 6-cis,烯脂酰COA 異構(gòu)酶,-,-,=,H,-,O,H,-,2-trans,
16、6-cis,,1次-氧化,-,-,=,O,-cis4,-,-,=,H,-,O,H,-,,脂酰COA脫H酶,2-trans, 4-cis,-,=,H,-,H,-,O,,2,4-烯脂酰-COA 還原酶,3-trans,烯脂酰COA 異構(gòu)酶,-,=,H,-,O,H,-,2-trans,,,4次-氧化,5乙酰-CoA,丙酸代謝的一條途徑,丙酰COA羧化酶,甲基丙二酰COA消旋酶,,HO C CH CSCoA,O,=,CH3,O,=,,,,,D-甲基丙二酰-CoA,,,HO C CH CSCoA,O,=,CH3,O,=,,,,,,,,,,,維生素B12,甲基丙二酰COA變位酶,,,檸檬酸循環(huán),（五）奇數(shù)
17、C原子的脂肪酸氧化生成丙酰-COA,丙酸的氧化,生物素,L-甲基丙二酰-CoA,,丙酸代謝的-羥丙酸支路途徑,,,,,,脂酰COA脫H酶,FAD FADH2,,,,烯脂酰COA水合酶,H2O,,水解酶,H2O HSCOA,,,脫氫酶,NAD+ NADH+H+,,,脫氫酶,NADP++ CO2+ NADPH+H+,HSCOA,,TCA,,丙酸的來(lái)源,反芻動(dòng)物胃中碳水化合物經(jīng)細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生大量丙酸 某些含有支鏈氨基酸降解（如Val Ile）產(chǎn)生丙酸 脂肪酸的降解 所以丙酸代謝非常重要,四、酮體的生成和利用,酮體（ketone bodies）：脂肪酸在肝臟中分解氧化時(shí)生成的乙酰-CoA在酶的催化
18、下轉(zhuǎn)變成的三種中間代謝物的總稱。包括乙酰乙酸 羥丁酸和丙酮。,肝外組織（如心肌 骨骼?。?氧化乙酰CoATCACO2H2O 肝組織： 氧化乙酰CoA酮體,酮體生成及利用的特點(diǎn)：肝內(nèi)生酮肝外用。,酮體的生成 場(chǎng)所：肝細(xì)胞線粒體 原料：乙酰CoA 反應(yīng)： 3分子乙酰CoA縮合 裂解出酮體三物質(zhì) 過程 ：右圖 限速酶：HMG CoA合成酶,生成的酮體迅速透過肝線粒體膜入血， 輸送到肝外組織進(jìn)一步氧化分解。,2. 酮體的利用 （1） 琥珀酰CoA轉(zhuǎn)硫酶（心腎腦骨骼肌線粒體）,（2） 乙酰乙酰CoA硫解酶（心腎腦骨骼肌線粒體） CH3COCH2COSCoA 2CH3COSCoA
19、,,乙酰乙酰CoA硫解酶,CoASH,,（3） 乙酰乙酰硫激酶（腎心腦線粒體）,CH3COCH2COOHCoASHATP CH3COCH2COSCoAAMPPPi,,乙酰乙酰硫激酶,,羥丁酸的氧化： 羥丁酸乙酰乙酸 進(jìn)一步氧化 丙酮的氧化：丙酮丙酮酸乳酸葡萄糖,,羥丁酸脫氫酶,3. 酮體生成的生理意義： （）肝臟向肝外組織提供的第二能源 （）饑餓，低糖時(shí)代替葡萄糖供能 （）防止肌肉蛋白的過多消耗,正常人體血液酮體：.030.5mmol/L 血中酮體0.5mmol/L 酮血癥（ketonemia） 酮癥酸中毒(ketoacidosis) 尿中出現(xiàn)酮體 酮尿癥(
20、ketonuria) 酮癥酸中毒是臨床上較常見的酸中毒，嚴(yán)重時(shí)可危及生命。,4. 酮體生成的調(diào)節(jié) （1）飽食和饑餓的影響 飽食胰島素脂肪動(dòng)員酮體生成 饑餓胰高血糖素脂肪動(dòng)員酮體生成 （2） 肝細(xì)胞糖原含量及代謝的影響 肝糖原豐富，糖代謝旺盛FFATGPL 酮體生成 肝糖原不足，糖代謝減弱FFA 氧化酮體生成 （3） 丙二酰CoA抑制脂酰CoA進(jìn)入線粒體 糖代乙酰CoA檸檬酸 乙酰CoA羧化酶丙二酰CoA生成,,,（）,五、磷脂的代謝,磷脂：含磷酸的脂類。 甘油磷脂：由甘油構(gòu)成的磷脂。 鞘磷脂：由鞘氨醇構(gòu)成的磷脂。,磷脂酰膽堿（卵磷脂） 磷脂酰乙醇胺（腦磷脂） 甘油磷
21、脂 磷脂酰絲氨酸 磷脂酰甘油 二磷脂酰甘油（心磷脂） 磷脂 磷脂酰肌醇 鞘磷脂,,,磷脂在生物體內(nèi)經(jīng)磷脂酶催化，被水解為甘油、脂肪酸、磷酸和各種氨基醇（如膽堿、膽胺和絲氨酸）等。,磷脂水解后，最后的產(chǎn)物脂肪酸進(jìn)入氧化途徑，甘油和磷酸進(jìn)入糖代謝，各種氨基醇可以參加磷脂的再合成；膽堿還可通過轉(zhuǎn)甲基作用變?yōu)槠渌镔|(zhì)。,（一） 甘油磷脂的組成分類及結(jié)構(gòu) 甘油磷脂的基體結(jié)構(gòu)：,（二） 甘油磷脂的降解,,（二）鞘磷脂的降解,六、糖脂的代謝,糖脂的降解 糖脂上的糖基成分可以在一些糖苷酶（如-半乳糖苷酶、 -葡萄糖苷酶、-葡萄糖苷酶、唾液酸苷酶等
22、）的作用下被水解下來(lái),其他的成分在各種脂酶（如神經(jīng)酰氨酶）的作用下可水解成甘油或鞘氨醇、脂肪酸等。例如,當(dāng)植物葉細(xì)胞受到破壞時(shí),單半乳糖二脂酰甘油(MGDG)和雙半乳糖二脂酰甘油(DGDG)可在半乳糖脂酶(galactolipase)、-半乳糖苷酶等酶的催化下,迅速水解成甘油、脂肪酸和半乳糖。,七、甾類的代謝,,,七、甾類的代謝,八、脂肪酸代謝的調(diào)節(jié),（一）脂肪酸進(jìn)入線粒體的調(diào)控 在細(xì)胞內(nèi)，脂肪酸分解代謝的調(diào)控主要由線粒體控制脂肪酸進(jìn)入線粒體內(nèi)。脂肪酸進(jìn)入細(xì)胞后，在細(xì)胞質(zhì)中由硫激酶催化生成脂酰-CoA，脂酰-CoA必須轉(zhuǎn)化為脂酰肉堿才能穿越線粒體內(nèi)膜，脂酰肉堿是由外膜上的脂酰肉堿轉(zhuǎn)移酶催化
23、脂酰-CoA和肉堿而生成的，該酶強(qiáng)烈地受丙二酸單酰-CoA抑制，當(dāng)丙二酸單酰-CoA濃度高時(shí)，阻止脂肪酸的分解。 （二）心臟中脂肪酸氧化的調(diào)節(jié) 脂肪酸在心臟中主要是分解代謝。分解產(chǎn)生的能量是心臟能量的主要來(lái)源。如果心臟用能減少，檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化的活動(dòng)隨之減弱，導(dǎo)致乙酰-CoA和NADH的積聚。乙酰-CoA濃度升高抑制了硫解酶的活性，從而抑制了-氧化。NADH增高，NAD+減少，影響了L-3-羥脂酰-CoA脫氫酶活性，從而也抑制了氧化。,（三）激素對(duì)脂肪酸代謝的調(diào)節(jié) 胰高血糖素和腎上腺素能使脂肪組織中的cAMP含量升高。 cAMP激活了cAMP-依賴性蛋白激酶，使三酰甘油脂肪酶磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚孕问?，從而加速了脂肪組織中的脂肪水解作用，提高了血液中脂肪酸水平。最終活化了其他組織中的-氧化。此外cAMP-依賴性蛋白激酶還抑制了脂肪酸合成的關(guān)鍵酶乙酰-CoA羧化酶，抑制了脂肪酸的合成。 （四）根據(jù)機(jī)體代謝需要的調(diào)控 （五）飲食改變導(dǎo)致相關(guān)酶水平的調(diào)整,
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