生物化学与分子生物学第七章脂质代谢

1、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),甘油三酯(triacylglycerol)是非极性、不溶于水的甘油脂酸三酯，基本结构为甘油的三个羟基分别被相同或不同的脂酸酯化。 其脂酰链组成复杂，长度和饱和度多种多样。 体内还存在少量甘油一酯（monoacylglycerol）和甘油二酯（diacylglycerol，DAG）。,（一）甘油三酯是甘油的脂酸酯,脂酸组成的种类决定甘油

2、三酯的熔点，随饱和脂酸的链长和数目的增加而升高。,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,（一）脂肪酸是脂肪烃的羧酸,标示脂酸的碳原子数即碳链长度和双键的位置。,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,饱和脂酸的碳链不含双键,饱和脂酸以乙酸(CH3-COOH)为基本结构，不同的饱和脂酸的差别在于这两基团间亚甲基(-CH2-)的数目不同。,2.不饱和脂酸的碳链含有一个或一个以上双键,单不饱和脂酸(monounsaturated fatty acid),多不饱和脂酸(polyunsaturated fatty acid),表7-1 常见的脂肪酸,表7-2 不饱和脂肪酸,同簇的不饱和脂酸可由其母体代谢产生，如花生四烯酸可由-6簇母体亚油酸产生。但-3、-6和-9簇多不饱和脂酸在体内彼此不能相互转化。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（p

3、hospholipids）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),心磷脂 (cardiolipin),由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成的磷脂称为鞘磷酯,鞘氨醇的氨基通过酰胺键与1分子长链脂酸相连形成神经酰胺(ceramide)，为鞘脂的母体结构。,鞘脂(sphingolipids) 含鞘氨醇(sphingosine)或二氢鞘氨醇的脂类。,X磷脂胆碱 、磷脂乙醇胺、单糖或寡糖,按取代基X的不同，鞘脂分为：鞘糖酯、鞘磷脂,胆固醇(cholesterol)结

4、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） 。,2. 合成不饱和脂肪酸衍生物,前列腺素（prostaglandin, PG） 、血栓烷(thromboxane, TX) 、白三烯(leukotrienes, LT)是廿碳多不饱和脂肪衍生物。 前列腺素以前列腺酸（prostanoic acid）为基本骨

5、架，有一个五碳环和两条侧链（R1及R2）。,PG根据五碳环上取代基和双键位置不同，分 9 型：,根据R1及R2两条侧链中双键数目的多少，PG又分为1、2、3类，在字母的右下角提示。,有前列腺酸样骨架，但五碳环为含氧的噁烷代替。,血栓噁烷（thromboxane A2, TX A2）,分子中不含前列腺酸骨架有四个双键，三个共轭双键。,(LTB4),白三烯（leukotrienes，LT）,PGE2诱发炎症，促局部血管扩张。 PGE2、PGA2 使动脉平滑肌舒张而降血压。 PGE2、PGI2抑制胃酸分泌，促胃肠平滑肌蠕动。 PGF2使卵巢平滑肌收缩引起排卵，使子宫体收缩加强促分娩。,1. PG,PG、TX和LT具有很强生物活性,2. TX,PGF2、TXA2 强烈促血小板聚集，并使血管收缩促血栓形成，PGI2 、PGI3对抗它们的作用。 TXA3促血小板聚集，较TXA2弱得多。,3. LT,LTC4、LTD4及LTE4被证实是过敏反应的慢反应物质。 LTD4还使毛细血管通透性增加。 LTB4还可调节白细胞的游走及趋化等功能，促进炎症及过敏反应的发展。,（二）磷脂是重要的结构成分和信号分子,

6、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。 细胞膜中能发现几乎所有的磷脂，甘油磷脂中以磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸含量最高，而鞘磷酯中以神经鞘磷酯为主。 各种磷脂在不同生物膜中所占比例不同。磷脂酰胆碱（也称磷脂酰胆碱）存在于细胞膜中，心磷脂是线粒体膜的主要脂质。,磷脂双分子层的形成,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D3,三、脂质组分的复杂性决定了脂质分析技术的复杂性,（

7、一）用有机溶剂提取脂质 （二）用层析分离脂质 （三）根据分析目的和脂质性质选择分析方法 （四）复杂的脂质分析还需特殊的处理,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,辅脂酶（Mr，10 kDa）在胰腺泡以酶原形式存在，分泌入十二指肠腔后被胰蛋白酶从N端水解，移去五肽而激活。 辅脂酶本身不具脂酶活性，但可通过疏水键与甘油三酯结合（Kd，110-7mol/L）、通过氢键与胰脂酶结合（分子比为1:1；Kd值为510-7mol/L），将胰脂酶锚定在乳化微团的脂-水界面，使胰脂酶与脂肪充分接触，发挥水解脂肪的功能。 辅脂酶还可防止胰脂酶在脂-水界面上变性、失活。 辅脂酶是胰脂酶发挥脂肪消化作用必不可少的辅助因子。,辅脂酶,脂

8、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,三、脂质消化吸收在维持机体脂质平衡中具有重要作用,体内脂质过多，尤其是饱和脂肪酸、胆固醇过多，在肥胖、高脂血症（hyperlipidemia）、动脉粥样硬化（atherosclerosis）、2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）、高血压和癌症等发生中具有重要作用。 小肠被认为是介于机体内、外脂质间的选择性屏障。脂质通过该屏障过多会导致其在体内堆积，促进上述疾病发生。 小肠的脂质消化、吸收能力具有很大可塑性。脂质本身可刺激小肠、增强脂质消化吸收能力。这不仅能促进摄入增多时脂质的消化吸收，保障

9、体内能量、必需脂肪酸、脂溶性维生素供应，也能增强机体对食物缺乏环境的适应能力。 小肠脂质消化吸收能力调节的分子机制可能涉及小肠特殊的分泌物质或特异的基因表达产物，可能是预防体脂过多、治疗相关疾病、开发新药物、采用膳食干预措施的新靶标。,小结：,1.基本概念：如脂类、脂肪、必需脂酸等,3.脂类消化吸收的部位：小肠,4.肠消化脂肪的酶类及辅助因子：胰脂酶及辅脂酶、胆汁酸,5.甘油三酯合成途径甘油一酯途径 CM微粒的合成及功能,2.多不饱和脂肪酸衍生物：前列腺素、血栓烷、白三烯,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,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,思考题:,1.体内哪些部位可以合成甘油三酯?各有什么特点?,肝脏 脂肪组织 小肠粘膜,2.在细胞内,游离的脂酸和甘油可以缩合成TG吗?,缩合之前两者均需活化:脂酸-脂酰CoA 甘油- -磷酸甘油,p174思考题1、4,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。,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,思考题:,1.脂酸合成与脂酸-氧化的比较?,反应的场所 酶学 氢的受体过供体 脂酰基的载体 二碳单位的形式,2.柠檬酸作为TCA循环的中间物,在什么情况下会离开 循环为脂酸合成提供原料呢?,完全取决于细胞 的能量状态,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

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