生物化学脂类的生物合成.ppt

第29章 脂类的生物合成 (Lipid biosynthesis)一、贮存脂肪二、脂类的合成二、脂类的合成脂肪酸的合成在细胞溶胶中发生，其合成的前体是乙酰CoA线粒体中的乙酰CoA必须运出线粒体才能参与脂肪酸的合成乙酰CoA通过三羧酸转运体系运出线粒体 （一）脂肪酸的生物合成 乙酰CoA的三羧酸转运体系丙二酰CoA的合成乙酰CoA首先要羧化成丙二酰CoA，然后才能 参与脂肪酸的合成，催化此反应的是乙酰CoA羧化酶 丙二酰CoA的合成Ⅰ丙二酰CoA的合成Ⅱ大肠杆菌乙酰CoA羧化酶大肠杆菌乙酰CoA羧化酶由3个部分组成，一个是生物素羧基载体蛋白（biotin carboxyl carrier protein，BCCP，22.5 kD亚基组成的二聚体），另外两种蛋白质是生物素羧化酶（51kD亚基组成的二聚体）和转羧酶（30kD和35kD两种亚基组成的α2β2四聚体） 生物素羧基载体蛋白 的功能羧化酶亚基 转羧酶亚基生物素羧基载体蛋白动物的乙酰CoA羧化酶真核生物哺乳类和鸟类的乙酰CoA羧化酶由230kD的原体组成，每个原体上都含有上述3种组分，还有别构调节位点当以原体存在时没有酶活性，聚合成丝状多聚体（4000~8000kD）时有活性。

鸡肝乙酰CoA羧化酶丝状体 活性形式的电镜照片50nm脂肪酸合成ⅠKSase: β-酮酰ACP合酶 ACP： 酰基载体蛋白脂肪酸合成Ⅱ脂肪酸合成Ⅲ在动物中，脂肪酸的合成到 16碳脂肪酸即棕榈酸（软脂酸）为止 脂肪酸合成碳链延伸的方向ACP KSase脂肪酸合酶脂肪酸合酶（fatty acid synthase，FAS）是含有多种酶活性的复合体，它可以催化从丙二酰CoA到脂肪酸的全部反应脂肪酸合酶一般是由酰基载体蛋白（acyl carrier protein，ACP）及6种酶活性组成，脂肪酸合成期间就是通过其羧基固定在酰基载体蛋白的辅基上这个辅基是CoA的一部分，即磷酸泛酰巯基乙胺脂肪酸合酶的辅基CoA酰脂肪酸合酶E. coli和植物的脂肪酸合酶是7种多肽链组成的复合体，其中一链是ACP，其余6链是酶；酵母脂肪酸合酶也是由ACP和6种酶活性组成，但它们分布在2条多肽链上，其中一链具有ACP和2种酶活性，另一链具有4种酶活性，6个二聚体组成一个大复合体（α6β6）酵母脂肪酸合酶酮酰ACP合酶 （缩合酶）酮酰ACP还原酶酰基载体蛋白乙酰基转移酶丙二酰基转移酶β-羟酰基脱水酶烯酰基还原酶α-亚基β-亚基动物脂肪酸合酶动物脂肪酸合酶由2条相同的肽链组成，每一条肽链都含有1个ACP和7种酶活性，2条肽链反平行地组成二聚体。

动物脂肪酸合酶多一个软脂酰－ACP硫酯酶活性，它将最终产物软脂酰－ACP上的脂肪酸水解下来其它生物的最终产物并不水解，而是直接利用软脂酰－ACP进行下一步反应 动物脂肪酸合酶脂肪酸合成途径与 β氧化的比较 见P264脂肪酸碳链的延长碳链的延长（在十六碳的基础上）发生粒体和内质网表面，线粒体中的延长是独立于脂肪酸合成之外的过程，它是脂肪酸降解的逆反应，只是脂肪酸延长最后一步使用NADPH作为还原剂，而脂肪酸降解的最前一步使用FAD作为氧化剂光面内质网表面的延长所用的酶不同，但也是以丙二酰CoA为碳链延长的供体碳链的延长是往羧基方向延长（新加的二碳单位 在羧基端） 脂肪酸碳链延长与降解的比较乙酰CoA+脂酰CoACoA←↓硫解酶β-酮酰CoANADH→↓羟酰CoA脱氢酶β-羟酰CoAH2O ← ↓烯酰CoA脱水酶烯酰CoANADPH →↓烯酰还原酶脂酰CoA（多2 碳）乙酰CoA+脂酰CoA（少2碳 ）CoA→↑硫解酶β-酮酰CoANAD＋→↑羟酰CoA脱氢酶β-羟酰CoAH2O → ↑烯酰CoA水合酶烯酰CoAFAD →↑烯酰脱氢酶脂酰CoA碳链的去饱和动物体内常见的两个饱和脂肪酸软脂酸和硬脂酸是单不饱和脂肪酸棕榈油酸和油酸的前体。

催化氧化反应的脂酰CoA去饱和酶是混合功能氧化酶（mixed-function oxidase）反应需要细胞色素b5、O2及NADH参与脂肪酸的去饱和反应硬脂酰-CoA油酰-CoA底物提供2个电子，Fe2+提供2 个电子，产生2分子水脂肪酸的去饱和反应脂肪酸链的延长 和去饱和Ⅰ脂肪酸链的延长 和去饱和ⅡEPA, DHAω-3 家族ω-6 家族从亚油酸→花生四烯酸 （动物体内）γ-亚油酸亚油酰CoAγ-亚麻酰CoA从亚油酸→花生四烯酸二十碳三烯酰CoA花生四烯酰CoA花生四烯酸必需脂肪酸哺乳动物可以在9位引入双键，形成单不饱和脂肪酸，但不能在9位以上再引入双键，所以亚油酸和α-亚麻酸这样的多不饱和脂肪酸只能从食物中摄取，它们称为必需脂肪酸（essensial fatty acid） 哺乳动物可以在9位或8位以前再引入一个双键脂肪酸的ω－6家族和 ω－3家族亚油酸（18:2Δ9C, 12C）和α-亚麻酸（18:3Δ9C,12C,15C）分属于两个不同的多不饱和脂肪酸家族：ω-6和ω-3，它们分别指最后一个双键距离甲基末端6个碳和3个碳的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）。

人体内ω-6和ω-3 PUFA不能互相转变大多数人可以从食物中获得足够的ω-6PUFA，但有可能缺乏最适量的ω-3 PUFA 人体中其它多不饱和 脂肪酸的合成亚油酸是ω-6家族的原初成员，在人和哺乳动物体内能将它转变成γ-亚麻酸（18:3Δ6C,9C,12C），并可延长为花生四烯酸（20:4Δ5C,8C,11C,14C），后者是维持细胞膜的结构的功能所必需的 α-亚麻酸是ω-3家族的原初成员，人体能从α-亚麻酸开始合成ω-3家族中的EPA（20:5Δ5C,8C,11C,14C,17C）和DHA（22:6Δ4C,7C,10C,13C,16C,19C）ω－6和ω－3多不饱和 脂肪酸的来源家族脂肪酸来 源亚亚油酸植物油（葵花籽、大豆、棉籽、红红花籽、玉米 胚、小麦胚、芝麻、花生、油菜籽）ω－6γ－亚亚麻酸和 花生四烯烯酸肉类类、玉米胚油等（或在体内由亚亚油酸合成）α－亚亚麻酸油脂（芝麻、胡桃、大豆、小麦胚、油菜籽）ω－3 EPA和DHA人乳、海洋动动物：鱼鱼（鲭鲭、鲑鲑、鲱鲱、沙丁鱼鱼 ）等，贝类贝类 、甲壳类类（虾虾、蟹等）（或在体 内由α－亚亚麻酸合成）多不饱和脂肪酸中 双键的排列大多数多不饱和脂肪酸中的双键是非共轭的，少数属于共轭系统，如乌桕酸（10:2Δ2t,4C）和α-桐油酸（18:3Δ9C,11t,13t）。

含有共轭双键的脂肪酸很容易发生聚合作用 乙酰CoA羧化酶的 共价修饰调节丝状多聚体乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成的限速酶乙酰CoA羧化酶的别构调节柠檬酸是乙酰CoA羧化酶的别构激活剂，脂酰 CoA是乙酰CoA羧化酶的别构抑制剂乙酰CoA羧化酶磷酸化后（非活性状态）与柠檬 酸的亲和力减小，与脂酰CoA的亲和力增大，有利于 脂酰CoA的反馈抑制，而不利于柠檬酸的激活作用乙酰CoA羧化酶去磷酸化后（活性状态）与柠檬酸的亲和力增大，与脂酰CoA的亲和力减小，有利于 柠檬酸的激活作用，而不利于脂酰CoA的反馈抑制乙酰CoA羧化酶的调节促进抑制脱磷酸/活化磷酸化/抑制脱磷酸/活化（二）其他脂类的生物合成1.三脂酰甘油的合成甘油-3-磷酸的合成三脂酰甘油是由甘油-3-磷酸和脂酰CoA合成的 甘油-3-磷酸可由二羟丙酮磷酸还原而成，或由甘油激 酶催化甘油磷酸化而成 甘油取代物的构型Ⅰ甘油分子中的β碳称为手性原中心，因为当两个α碳中的任何一个被脂肪酸或磷酸酯化，或三酰甘油中的R1不等于R3时，β碳即变成手性碳L-甘油-3-磷酸和D-甘油-1-磷酸实际上是同一分子，而L-甘油-1-磷酸的构型与前者不同L-甘油-3-磷酸 L-甘油-1-磷酸 D-甘油-1-磷酸甘油取代物的构型Ⅱ1967年国际纯化学及应用化学联合会-国际生物化学联合会的生物化学命名委员会推荐采用立体专一编号（sn-系统），该系统规定手性原中心的S-原（pro-S）羟甲基碳为1-位，手性原中心碳为2-位，R-原（pro-R）羟甲基碳为3-位。

所谓S-原，就是如果增加该碳原子的优先性，甘油将成为S构型，R-原同理可以将甘油看成L-型，从上往下1→3编号三脂酰甘油的合成Ⅰ也可以在二羟 丙酮磷酸的1 位先成酯，再 还原酮基三脂酰甘油的合成Ⅱ脂 质质人红细红细 胞 质质膜人髓磷脂牛心 线线粒体大肠肠杆菌 细细胞膜 磷脂酸1.50.500 磷脂酰酰胆碱19.010.039.00 磷脂酰酰乙醇胺18.020.027.065.0 磷脂酰丝酰丝 氨酸8.08.00.50 磷脂酰酰肌醇1.01.07.00 磷脂酰酰甘油00018.0 心磷脂0022.512.0 鞘磷脂17.58.500 糖脂10.026.000 胆固醇25.026.03.00某些生物膜中主要脂质的 百分组成（%）磷脂酸转变成CDP 二脂酰甘油磷脂酸2.甘油磷脂的合成大肠杆菌中各种磷脂的合成 ⅠCDP－二脂酰甘油磷脂酰丝氨酸 磷脂酰甘油磷酸磷脂酰丝 氨酸合酶磷脂酰甘油 磷酸合酶大肠杆菌中各种磷脂的合成Ⅱ磷脂酰丝氨酸 磷脂酰甘油磷酸二磷脂酰 甘油合酶磷脂酰甘油 磷酸磷酸酶磷脂酰丝氨 酸脱羧酶磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） 磷脂酰甘油二磷脂酰甘油（心磷脂）CDP－二脂酰甘油真核细胞中各种磷脂的合成Ⅰ二羟丙酮磷酸甘油-3- 磷酸磷脂酸二脂酰甘油 CDP－二脂酰甘油真核生物磷脂 的合成甘油磷脂合成途径1-烷基-2-乙酰甘油磷酸胆碱（血小板活化因子）1-烯基-2-脂酰磷酯酰乙醇胺（缩醛磷脂 ） 心脏中缩醛磷脂保护细胞免受单线态氧的毒害。

去饱和血小板活化因子和 缩醛磷脂的结构式先酯化，再用醇取代3.鞘磷脂和鞘糖脂的合成鞘磷脂即鞘氨醇磷脂，在高等动物的脑髓鞘和红 细胞膜中特别丰富，也存在于许多植物种子中鞘磷 脂由鞘氨醇、脂肪酸和磷酸胆碱（少数是磷酸乙醇胺 ）组成鞘糖脂是以神经酰胺为母体的化合物，可与鞘磷脂一起归入鞘脂类鞘糖脂由鞘氨醇、脂肪酸和糖组成 ，糖以糖苷键与鞘氨醇上的羟基相连动物鞘糖脂中 的单糖成分主要是D-葡萄糖、D-半乳糖、N-乙酰葡 糖胺、N-乙酰半乳糖胺、岩藻糖和唾液酸鞘磷脂和鞘糖脂的结构式鞘氨醇神经酰胺鞘磷脂鞘糖脂脂肪酸的羧基与 鞘氨醇的氨基以 酰胺键相连为神 经酰胺鞘磷脂和鞘糖脂的 合成Ⅰ软脂酰CoA丝氨酸3-酮鞘氨醇合酶3-酮鞘氨醇3-酮鞘氨醇还原酶二氢鞘氨醇鞘磷脂和鞘糖脂的 合成ⅡN-脂酰二氢鞘氨醇 （二氢神经酰胺）神经酰胺混合功能氧化酶酰基转移酶鞘磷脂和鞘糖脂的合成Ⅲ神经酰胺鞘磷脂 鞘糖脂乙酰CoA类异戊二烯（5碳 ）鲨烯（30碳）羊毛固醇（30碳）胆固醇（27碳）胆固醇的合成环化环化胆固醇的合成路线甲羟戊酸的合成Ⅰ硫解酶HMG-CoA合酶3-羟-3-甲基戊二酰CoA , HMG-CoA甲羟戊酸的合成Ⅱ3-羟-3-甲基戊二酰CoA , HMG-CoA甲羟戊酸HMG-CoA还原酶HMG-CoA的去向HMG-CoAHMG-CoA 裂解酶乙酰乙酸 甲羟戊酸HMG-CoA还原酶酮体 胆固醇 类异戊烯基焦磷酸 的合成Ⅰ甲羟戊酸甲羟戊酸激酶磷酸甲羟戊酸激酶5-磷酸甲羟戊酸5-焦磷酸甲羟戊酸类异戊烯基焦磷酸 的合成Ⅱ5-焦磷酸甲羟戊酸5-焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶异戊烯基焦磷酸异构酶异戊烯基焦磷酸二甲烯丙基焦磷酸鲨烯的合成Ⅰ牻牛儿基焦磷酸（10碳）二甲烯丙基焦磷酸异戊烯基焦磷酸鲨烯的合成Ⅱ鲨烯合酶 （法尼基转移酶 ）法尼基焦磷酸（15碳）鲨烯（30碳）异戊。