动物生化第六章脂类代谢1教学文稿.ppt

第六章脂类代谢讲授内容v第一节 脂类的生理功能v第二节脂肪的分解代谢v第三节脂肪的合成代谢v第四节脂肪代谢的调控v第五节类脂的代谢（简介）v第六节脂类在体内的运转情况教学目标v重点掌握脂肪酸氧化过程，参与反应的酶、辅基和辅酶v会计算饱和、不饱和脂肪酸经氧化，柠檬酸循环和氧化磷酸化彻底氧化为CO2和水所产生的能量v了解酮体生成的部位、生成过程及利用v了解脂肪酸合成的过程以及与脂肪酸分解过程的主要差别v了解甘油磷脂以及胆固醇生物合成的基本途径v了解血浆脂蛋白的主要功能一脂类概述v脂类（lipids）是高级脂肪酸的酯及与这些酯相关衍生物的总称v分类脂肪v由甘油的三个羟基与三个脂肪酸缩合而成，也称甘油三酯(triglyceride，TG)类脂v磷脂、糖脂、固醇及其酯和脂肪酸二脂类分类v根据脂类在畜禽体内的分布，又可将其分为v贮脂贮脂主要为中性脂肪，分布在动物皮下结缔组织、大网膜、肠系膜、肾脏周围等组织中，这些贮存脂肪的组织叫脂库贮脂的含量随机体营养状况变动v组织脂组织脂的成分主要由类脂组成，分布于动物体内所有的细胞中，是构成细胞的膜系统的成分其含量一般不受营养等条件的影响，因此相当稳定三脂类的生理功能v脂肪是动物机体用以贮存能量的主要形式v脂肪可以为机体提供物理保护。

v磷脂、糖脂和胆固醇是构成组织细胞的膜系统的主要成分v类脂还能转变为多种生理活性分子四必需脂肪酸v动物可以从糖和氨基酸合成绝大部分的脂类分子v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主要有亚油酸(18：2，9,12)、亚麻油酸(18：3，9,12,15)和花生四烯酸(20：4，5,8,11,14)，而必须从食物中获得(因为植物和微生物可以合成)v这类不饱和脂肪酸称为必需脂肪酸(essentialfattyacid)必需脂肪酸的作用v必需脂肪酸是组成细胞膜磷脂、胆固醇酯和血浆脂蛋白的重要成分v近年来发现，前列腺素、血栓素和白三烯等生物活性物质是由廿碳多烯酸，如花生四烯酸衍生而来的v这些物质几乎参与了所有的细胞代谢调节活动，与炎症、过敏反应、免疫、心血管疾病等病理过程有关第二节脂肪的分解代谢一、脂肪的动员v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，这一过程称为脂肪的动员作用脂肪酶v脂肪酶活性受到多种激素的调控，活性较低，因此，认为它是甘油三酯水解过程的限速酶，又叫做激素敏感脂肪酶v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v相反，胰岛素则使其活性抑制，具有对抗脂肪动员的作用激素敏感脂肪酶的调控二、甘油的代谢v脂肪组织中缺乏甘油激酶活性，不能使甘油分解v溶于水的甘油直接经血液运送至肝、肾、肠等组织v主要在肝中甘油激酶的催化下，转变为磷酸甘油，然后脱氢生成磷酸二羟丙酮三、脂肪酸的分解代谢v脂肪酸的氧化v酮体的生成与利用v丙酸的代谢v脂肪酸的其他氧化方式（一）脂肪酸的氧化1Knoop实验2.氧化的过程1Knoop实验vFranzKnoop(1904年)将不同长短的直链脂肪酸的甲基碳原子与体内不被氧化的苯基连接然后喂狗或兔，结果发现喂苯环标记的偶数碳原子脂肪酸，动物尿中的代谢物为苯乙酸衍生物苯乙尿酸喂苯环标记的奇数碳原子脂肪酸，则尿中发现的代谢物是苯甲酸衍生物马尿酸氧化v学说的提出脂肪酸在体内的氧化分解是从羧基端碳原子开始的，碳链逐次断裂每次产生一个二碳单位，即乙酰CoA。

这就是“氧化学说”v氧化的过程脂肪酸的活化脂酰CoA从胞液转移至线粒体内脱氢加水脱氢硫解脂肪酸的活化 脂酰CoA从胞液转移至线粒体内肉碱即L 羟基三甲基铵基丁酸，是一个由赖氨酸衍生而成的兼性化合物，它的分子式是：(C9H3)3N+一CH2CH(OH)CH2COOH脱氢 加水 脱氢 硫解 脂肪酸的氧化过程脂肪酸氧化过程的能量计算v 现以1分子棕榈酸为例来计算经过氧化完全分解可产生多少分子ATP由于每进行一次氧化可生成乙酰CoA、FADH2和NADH各1分子棕榈酸是十六碳的饱和脂肪酸，共需经过7次氧化过程，其总反应如下：棕榈酰SCoA十7HSCoA十7FAD十7NAD+十7H2O8乙酰CoA十7FADH2十7NADH彻底氧化1分子棕榈酸净生成129分子ATP1分子棕榈酸经过氧化可产生ATP分子数产物 形成ATP数目 说明 脂酰CoA 1（-2）= -2 在脂肪酸活化时要消耗两个高能键 7分子NADH 73=21 7分子FADH2 72=14 8分子乙酰CoA 812=96 7次氧化过程，可产生8分子乙酰CoA 合计 21+14+96-2=129（二）酮体的生成与利用v酮体的概念在肝细胞中脂肪酸的氧化不完全，经常出现一些脂肪酸氧化的中间产物，即乙酰乙酸、羟丁酸和丙酮，统称为酮体肝生成的酮体要运到肝外组织中去利用，所以在正常的血液中也含有少量的酮体酮体的生成v酮体主要是在肝细胞线粒体中，酮体生成的全套酶系位于肝细胞线粒体的内膜或基质中v由乙酰CoA缩合而成，并以羟甲基戊二酸单酰CoA(HMGCoA)为重要的中间产物vHMGCoA合成酶是此途径的限速酶v除肝脏外，肾脏也能生成少量酮体酮体的利用v在肝外组织(包括心肌、骨骼肌及大脑等)中有活性很强的利用酮体的酶，当酮体随着血液流经这些组织时，它们能够氧化酮体供能酮体的生理意义v 当动物机体缺少葡萄糖时，须动员脂肪供应能量，但肌肉组织对脂肪酸只有有限的利用能力，于是可以优先利用酮体以节约葡萄糖，从而满足如大脑等组织对葡萄糖的需要v 大脑不能利用脂肪酸，但能利用显著量的酮体。

特别在饥饿时，人的大脑可利用酮体代替其所需葡萄糖量的约25左右v酮体是小分子，溶于水，能通过肌肉毛细血管壁和血脑屏障，因此可以成为适合于肌肉和脑组织利用的能源物质酮病v肝中产生的酮体多于肝外组织的消耗量，超过了肝外组织所能利用的限度，在体内积存，引起酮病(ketosis)血中酮体含量升高，酮体还可随乳、尿排出体外由于酮体主要成分是酸性的物质，其大量积存的结果常导致动物酸碱平衡失调，引起酸中毒v引起动物发生酮病的基本的生化机制可归结为糖与脂类代谢的紊乱持续的低血糖(饥饿或废食)导致脂肪大量动员，脂肪酸在肝中形成过量的酮体这种情况可以在高产乳牛在开始泌乳后，以及绵羊(尤其是双胎绵羊)在妊娠后期见到v动物体内丙酸的来源纤维素在反刍动物瘤胃中发酵产生挥发性低级脂肪酸，主要是乙酸(70)，其次是丙酸(20)和丁酸(10)许多氨基酸脱氨后也生成奇数碳原子脂肪酸长链奇数碳原子的脂肪酸每经过一次氧化切下来2个碳原子但当分解进行到丙酰CoA时，就不再进行氧化（三）丙酸的代谢丙酸的代谢丙酸代谢意义v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可见丙酸代谢对于反刍动物是非常重要的v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（四）脂肪酸的其他氧化方式v氧化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，然后通过氧化继续将植烷酸降解当脂肪酸进行氧化时，每一次氧化从脂肪酸的羧基端只失去一个碳原子，产生出缩短一个碳原子的脂肪酸和CoAv氧化动物体内也存在有少量的十二碳以下的脂肪酸，它们通过氧化途径进行氧化分解第三节脂肪的合成代谢脂肪合成的场所及原料v哺乳动物的肝脏和脂肪组织是合成脂肪，即甘油三酯的最活跃的组织v高等动物合成甘油三酯所需要的前体是磷酸甘油和脂酰CoA一、磷酸甘油有两个来源v由糖的分解途径的中间物磷酸二羟丙酮还原生成v在甘油激酶(肝)的催化下由甘油和ATP生成二、长链脂肪酸的合成丙二酸单酰CoA的生成v除了起始的一分子乙酰CoA以外，所有的乙酰CoA原料分子首先要羧化成丙二酸单酰CoAv乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成的限速酶脂酰基载体蛋白v参与脂肪酸生物合成的酶有七种，并以没有酶活性的脂酰基载体蛋白(ACP)为中心，构成一个脂肪酸合成酶复合体v它的结构与辅酶A相似。

在脂肪酸合成中，脂酰基通过与磷酸泛酰巯基乙胺上的SH基酯化而相连脂肪酸的生物合成程序v大肠杆菌的棕榈酸的生物合成负载缩合反应还原反应脱水反应第二次还原反应水解或硫解反应v软脂酰ACP是硫解酶的底物，该酶催化生成软脂酸和HSACPH2O软脂酰ACP软脂酸HSACP硫解酶v由乙酰CoA和丙二酸单酰CoA合成软脂酸的总反应的化学计量关系式可表示为：v乙酰CoA7丙二酸单酰CoA14NADPH14H软脂酸7CO214NADP8CoASH6H2O三甘油三酯的合成v哺乳动物的肝脏和脂肪组织是合成甘油三酯最活跃的组织合成甘油三酯所需的前体是磷酸甘油和脂酰CoA在胞液中合成的棕榈酸和主要在内质网形成的其它脂肪酸，以及摄入体内的脂肪酸，都可以进一步合成甘油三酯v甘油三酯的合成有两个途径：甘油磷酸二酯途径甘油一酯途径第四节脂肪代谢的调控一、脂肪组织中脂肪的合成与分解的调节葡萄糖的水平控制着脂化、脂解反应的平衡脂肪动员的标志v血浆中脂肪酸的唯一来源是脂肪组织v因此，一般用血浆中脂肪酸的含量来衡量脂肪的动员程度二、肌肉中糖与脂肪分解代谢的相互调节脂肪酸氧化增加了柠檬酸的浓度，从而抑制了磷酸果糖激酶，减慢了酵解过程葡萄糖/脂肪酸循环的作用v在机体需要时动员脂肪以节约糖v利用血浆脂肪酸的含量变化保持血糖水平的恒定这对于大脑、神经组织和红细胞等对葡萄糖有特殊需要的组织来说，具有重要的生理意义正是由于动员了脂肪酸才节约了糖，并使血糖不致降低过多，以保证这些组织维持正常机能三、肝脏的调节作用v血浆中的游离脂肪酸有一半左右被肝摄入。

脂肪酸在肝脏中的代谢有三个重要的分支v肝脏不断地探测着门脉中血糖的含量，糖原的贮存量，以及酵解和糖异生之间的平衡v最终依据机体的需求决定脂肪酸代谢分支点上的中间产物的去向脂肪酸在肝脏中的代谢的三个重要的分支点脂肪代谢图第五节类脂的代谢一、磷脂的代谢v概念含磷酸的类脂称为磷脂v分类甘油磷脂v含量较多，如卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂和肌醇磷脂等v是细胞膜脂质双层结构的基本成分，也是血浆脂蛋白的重要组成成分鞘磷脂1、甘油磷脂的合成磷脂酶作用于甘油磷脂的方式甘油磷脂的分解甘油磷脂的分解二、胆固醇的合成代谢及转变v胆固醇是动物机体中最重要的一种以环戊烷多氢菲为母核的固醇类化合物最早从动物胆石中分离得到，故得此名它既是细胞膜的重要组分之一，又是动物合成胆汁酸、类固醇激素和维生素D等生理活性物质的前体胆固醇的来源v食物来源v自身合成动物机体的几乎所有组织都可以合成胆固醇，其中肝是合成胆固醇的主要场所，约占合成量的70一80，其次是小肠，占10左右胆固醇合成酶系存在于胞液的内质网膜合成原料是乙酰CoA1分子胆固醇18乙酰CoA+36ATP+16(NADPH+H+)葡萄糖有氧氧化葡萄糖经磷酸戊糖途径乙酰CoA通过柠檬酸丙酮酸循环出线粒体合成原料合成原料合成基本过程v乙酰基（C2）异戊二烯（C5）鲨烯（C30）胆固醇（C27）由乙酰CoA合成异戊烯焦磷酸在硫激酶和HMGCoA合成酶催化下，三分子的乙酰CoA依次缩合形成3羟基3甲基戊二酸单酰CoA（3Hydroxy3methylglutarylCoA:HMGCoA）HMGCoA还原酶催化HMGCoA转化为甲羟戊酸，反应消耗两分子的NADPH。

甲羟戊酸经三步酶促反应：甲羟戊酸磷酸化，第二次磷酸化和脱羧反应，转化为异戊烯焦磷酸（下图）由异戊烯焦磷酸形成鲨烯异构酶催化异戊烯焦磷酸转换为二甲（基）烯丙基焦磷酸（dimethylallylpyrophosphate）二甲（基）烯丙基焦磷酸与另一分子异戊烯焦磷酸缩合，形成10碳分子的牦牛儿焦磷酸（geranylpyrophosphate）牦牛儿焦磷酸再与另一分子异戊烯焦磷酸缩合，形成15碳的焦磷酸法尼酯（farnesylpyrophosphate），两分子焦磷酸法尼酯缩合形成30碳的鲨烯（squalene）（下图）由鲨烯形成胆固醇v鲨烯转换成胆固醇的过程很复杂，右图给出了鲨。