生物化学 第四章 脂类代谢
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一、脂质的消化 (一)单胃动物的消化与吸收 1、口腔消化:幼龄动物的唾液脂肪酶,对乳脂有较好的消化作 用,但此酶随年龄增加分泌减少,成年动物没有此酶。 2、胃中消化:食肉动物胃中有脂肪酶,但对饲料中脂肪消化作 用很弱,猪胃中也由此酶,仅对短、中链脂肪酸组成的脂肪有 一定的消化作用。 3、小肠消化:脂类消化的主要场所是在小肠中: (1)胰液中有多种水解脂类的酶: 胰脂肪酶:甘油三酯甘油二酯 + 甘油一酯+游离脂肪酸+甘 油 磷脂酶:磷脂甘油磷酸+脂肪酸
(一)酮体的生成
酮体主要在肝细胞线粒体中生成。 酮体生成的原料为乙酰CoA。 1、两分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下,缩合生成一分子乙 酰乙酰CoA。
(2) 乙酰乙酰CoA再与1分子乙酰CoA缩合,生成HMG-CoA。HMG-CoA合酶 是酮体生成的关键酶。
(3) HMG-CoA裂解生成1分子乙酰乙酸和1分子乙酰CoA。
对于任一偶数碳原子的长链脂肪酸,其净生成的ATP数目可按下式计算:
(2)脂肪酸β -氧化过程中生成的乙酰CoA是一种十分重要的中间化合物 乙酰辅酶A是人体内重要的化学物质。首先,丙酮酸氧化脱羧,脂酸 的β -氧化的产物。同时,它是脂酸合成,胆固醇合成和酮体生成的碳来 源。三大营养物质的彻底氧化殊途同归,都会生成乙酰辅酶A以进入三羧 酸循环。 乙酰辅酶A是能源物质代谢的重要中间代谢产物,在体内能源物质代 谢中是一个枢纽性的物质。糖、脂肪、蛋白质三大营养物质通过乙酰辅 酶A汇聚成一条共同的代谢通路——三羧酸循环和氧化磷酸化,经过这条 通路彻底氧化生成二氧化碳和水,释放能量用以ATP的合成。乙酰辅酶A 是合成脂肪酸、酮体等能源物质的前体物质,也是合成胆固醇及其衍生 物等生理活性物质的前体物质。
R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH
(一)脂肪酸的活化 1、生成酯酰-CoA 脂肪酸首先在线粒体外或胞浆中被活化形成脂酰CoA,然后进入线 粒体或在其它细胞器中进行氧化。 在脂酰CoA合成酶(硫激酶) 催化下,由ATP提供能量,将脂肪酸转 变成脂酰-CoA. 脂酰CoA合成酶(存在于内质网及线粒体外膜上。
发生酮血症的同时,在尿液中有大量的酮体出现,称酮尿症。
简单概括:严重饥饿或未经治疗的糖尿病人血糖浓度低,导致脂肪 酸氧化加速,产生大量乙酰—CoA。而葡萄糖异生使草酰乙酸耗尽,而后 者又是乙酰—CoA进入柠檬酸循环所必需的,由此乙酰—CoA转向酮体的 方向。最终血液和尿液中出现了大量的酮体。
酮体为酸性物质,若在血中 含量过多,超过血液的缓冲能 力时,可以引起酸中毒。 当血酮体阳性而尿酮体阴性 或反应较弱时,提示患者存在 肾功能衰竭。
三、酮体代谢
脂肪酸的β -氧化过程中产生大量的乙酰CoA,在肌肉中进入三 羧酸循环,但在肝细胞中氧化不完全而形成乙酰乙酸(约占30%);β 羟丁酸(70%)和极少量的丙酮。乙酰乙酸、β -羟丁酸、丙酮这三种 物质统称为酮体。 血浆水平:0.03~0.5mmol/L 代谢定位: 生成:肝细胞线粒体 利用:肝外组织(心、肾、脑、骨骼肌等)线粒体
脂酰CoA进入线粒体的过程
胞液 外膜 肉碱 内膜 基质
RCO~SCoA
RCO-肉碱 HSCoA
脂酰转 移酶Ⅰ
HSCoA
*
脂酰转 移酶Ⅱ RCO-肉碱 转位酶 RCO~SCoA 肉碱
(二)β-氧化的反应过程
1、FAD脱氢
β
O H3C (CH2)7 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C S CoA O
蜡:主要成分是高级脂肪酸和高级一元醇所构成的酯,还 含有少量游离高级脂肪酸、高级醇和烃。 存在:
存在于植物根、茎、叶、果实的表面,可防止水分的蒸发, 防止细菌及某些药物的侵蚀;
在动物—家畜家禽:水禽(鸭、鹅)的尾骶腺可分泌鲸蜡, 分布在羽毛表面,有防水作用,鲸蜡:由十六醇和软脂酸所 形成的酯。
二、脂质的吸收
脂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(6~10C)及短链脂酸(2~4C)构成的的甘油
三酯与胆汁酸盐,形成混合微团,被肠粘膜细胞吸收。
第二节 甘油脂类的氧化代谢
一、甘油的氧化 二、脂肪酸的β-氧化 三、酮体代谢
一、甘油的氧化
甘油主要由心、肝、骨骼肌等组织摄取利用,在细胞内经甘油激酶 的作用,生成α -磷酸甘油(3-磷酸甘油),后者在磷酸甘油脱氢酶的催 化下生成磷酸二羟丙酮。磷酸二羟丙酮可循糖代谢途径氧化分解释放能 量。1分子甘油彻底氧化可净生成17.5~19.5分子ATP。也可以在肝脏循糖 异生途径转变为糖原和葡萄糖。
3、脂类在小肠的消化:进入十二指肠食糜中的脂类由脂肪酸、 微生物脂类和未被瘤胃微生物消化的饲料脂肪。 由于甘油在瘤胃中被大量转化为挥发性脂肪酸,因而反刍 家畜十二指肠中缺乏甘油一酯,消化过程形成的混合微粒构成 与非反刍动物不同。成年反刍动物小肠中混合微粒由溶血性卵 磷脂、脂肪酸和胆酸构成。未消化的饲料脂类在小肠中的消化 与单胃动物相同。已消化的脂类在胆汁和胰液作用下形成乳糜 微粒。 反刍动物消化道对脂类的消化损失较小,加之微生物脂 类的合成,因此进入十二直肠的脂肪酸总量可能大于摄入量。 用绵羊饲喂高精饲粮,进入十二指肠的脂肪酸量是采饲脂肪酸 的104%。
甘油磷酸酶:甘油磷酸甘油 + 磷酸 胆碱磷酸酶、胆胺磷酸酶、丝氨酸磷酶: 胆固醇酯胆固醇 + 脂肪酸 4、大肠消化:与反刍动物瘤胃消化相似。 5、吸收:部位 小肠 吸收形式:脂类是非极性的,不能与水混溶,必须先形成 一种能溶于水的乳糜微粒,才能通过小肠微绒毛将其吸收。 脂类水解产物通过异化扩散过程吸收。鸡的吸收过程不需 要胆汁参加。甘油和中短链脂肪酸可以通过直接扩散进入 小肠上皮细胞内。
第四章 脂 类 代 谢
第一节 脂质的消化、吸收与转运 第二节 甘油脂类的氧化代谢
第三节 脂类的合成代谢
第一节 脂质的消化、吸收与转运
一、脂质的消化 二、脂质的吸收
脂类的分类 (一)脂类的分类:脂类按其是否能皂化,将其分为两大类: 皂化反应——油脂与氢氧化钠或氢氧化钾混合,得到高 级脂肪酸的钠/钾盐和甘油的反应。这个反应是制造肥皂流程 中的一步,因此而得名。 1、可皂化脂类: (1)简单脂类:只是由各种脂肪酸与醇所构成的酯。包括两 大类: 甘油酯(也叫油脂):
二、脂肪酸的β-氧化
饱和脂肪酸在一系列酶的作用下,羧基端的β 位C原子发生氧化,碳 链在α 位C原子与β 位C原子间发生断裂,每次生成一个乙酰COA和较 原来少二个碳单位的脂肪酸,这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程 称为β -氧化。 组织:除脑组织和成熟红细胞外,大多数组织均可进行,其中肝、肌 肉最活跃。 亚细胞:胞液、线粒体
4、瘤胃壁吸收:瘤胃中产生的短链脂肪酸由瘤胃壁吸收 5、小肠吸收 呈酸性环境的空肠前段主要吸收混合乳糜微粒中的长链脂 肪酸;中、后段空肠主要吸收混合乳糜微粒中的其他脂肪酸; 链长小于或等于14个碳原子的脂肪酸可不形成混合乳糜微粒而 直接被吸收。 溶血磷脂酰胆碱也在中、后段空肠被吸收,胰液分泌不足 时,磷脂酰胆碱可能在回肠吸收积累。
(4)乙酰乙酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下,加氢还原为-羟丁酸。
(5) 乙酰乙酸自发脱羧或由酶催化脱羧生成丙酮。
(二)酮体的利用 利用酮体的酶有两种: 1.琥珀酰CoA转硫酶(主要存在于心、肾、脑和骨骼肌细胞的线粒体中) 2.乙酰乙酸硫激酶(主要存在于心、肾、脑细胞线粒体中)。 (1) -羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶的催化下脱氢,生成乙酰乙酸。
呼吸链
氧 化 的 生 化 历 程
RCH=CH-CO-SCoA
H20
β -烯脂酰CoA 水化酶
RCHOHCH2CO~ScoA β -羟脂酰CoA 脱氢酶 RCOCH2CO-SCoA β -酮酯酰CoA 硫解酶
H2O
NAD
+
NADH CoASH
呼吸链
H20
脂酰CoA R-CO~SCoA+ CH3CO~SCoA 乙酰CoA
2. 脂酰-CoA转运入线粒体(肉毒
碱穿梭)
在线粒体外生成的脂酰CoA需 进入线粒体基质才能被氧化分解, 此过程必须要由肉毒碱来携带脂 酰基。 行,所以涉及特殊的转运机制来 帮助跨膜。中进行,所以涉及特 殊的转运机制来帮助跨膜。
借助于两种肉碱脂酰转移酶同工酶(酶Ⅰ和酶Ⅱ)催化的移换反应以 及肉碱-脂酰肉碱转位酶催化的转运反应才能将胞液中产生的脂酰CoA转运 进入线粒体。此转移过程是脂肪酸氧化的限速步骤。
=
=
=
HSCoA
(三)酮体生成的意义 酮体是肝为肝外组织提供的一种能源物质。酮体分子量小,易溶于水, 能通过血脑屏障、毛细血管壁,是肌肉,尤其是脑组织的重要能源。 由于脂肪酸碳链长,不易通过血脑屏障。脑组织几乎不能摄取脂肪酸, 主要由血糖氧化分解供能。当糖供应不足或利用出现障碍时,酮体可以代 替葡萄糖成为脑组织和肌肉的主要能源。
H 3C
C S CoA
O H3C (CH2)7 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C
H3C
CoA
S
O
CoA
O H3C (CH 2)7 CH2 CH2 CH2 C
C S
CoA
O
O C
H3C
S CoA
O C
C
CoA
H3C (CH2)7 CH2
5 H3C
S
CoA
RCH2CH2CO-SCoA 脂酰CoA 脱氢酶 FAD FADH2
(2) 乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下转变为乙 酰乙酰CoA。
(3) 乙酰乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下,裂解为两分子乙 酰CoA。
O O CH3CCH2CSCoA (乙酰乙酰CoA)
Biblioteka Baidu
乙酰乙酰CoA硫解酶
O 2 CH3CSCoA
(4) 生成的乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化分解。
第三节 脂类的合成代谢
一、脂肪酸的合成 二、脂酰甘油的合成 三、磷脂的合成
一、脂肪酸的合成
1、脂肪酸的合成
脂肪酸的从头合成是在胞液中,在线粒体中形成的乙酰辅酶A必 需借助载体出线粒体,进入胞浆中参与脂肪酸的合成。
组织:肝(主要) 、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)丙二酰-CoA的合成 在关键酶乙酰CoA羧化酶的催化下,将乙酰CoA羧化为丙二酸单酰CoA。 乙酰CoA羧化酶是脂酸合成的限速酶,存在于胞液中,其辅基是生物素, Mn2+是其激活剂。
乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA 乙酰CoA
TCA
ATP
乙酰CoA
三羧酸循环
乙酰CoA 生成酮体 2ATP
呼吸链
彻底氧化
肝外组织氧化利用
FADH2
H2O
3ATP
NADH + H+
呼吸链
H2O
(三)脂肪酸β -氧化生理意义
1、为机体提供能量
1分子FADH2可生成2分子ATP,1分子NADH可生成3分子ATP,故一 次-氧化循环可生成5分子ATP。 1分子乙酰CoA经彻底氧化分解可生成12分子ATP。
(1)酮体易运输:长链脂肪酸穿过线粒体内膜需要载体肉毒碱转运, 脂肪酸在血中转运需要与白蛋白结合生成脂酸白蛋白,而酮体通过线粒 体内膜以及在血中转运并不需要载体。 (2)易利用:脂肪酸活化后进入β -氧化,每经4步反应才能生成一 分子乙酰CoA,而乙酰乙酸活化后只需一步反应就可以生成两分子乙酰 CoA,β -羟丁酸的利用只比乙酰乙酸多一步氧化反应。因此,可以把酮 体看作是脂肪酸在肝脏加工生成的半成品。 (3)肌肉组织利用酮体,可以抑制肌肉蛋白质的分解,防止蛋白质 过多消耗。 (4)酮体生成增多常见于饥饿、妊娠中毒症、糖尿病等情况下。低 糖高脂饮食也可使酮体生成增多。
(二)反刍动物的消化与吸收 1、口腔消化:幼龄反刍动物脂类消化同单胃动物。 2、脂类在瘤胃中消化:瘤胃中脂类消化,实质上是微生物 消化,从而导致脂类在量和质量发生明显变化:
(1)使饲料中大量不饱和脂肪酸由于瘤胃微生物作用,变 为饱和脂肪酸,必需脂肪酸减少。瘤胃微生物使饲粮中90% 以上的含有多个不饱和双键的脂肪酸被氢化,使之变为饱 和脂肪酸。氢化作用必须在脂类水解释放出不饱和脂肪酸 后才能发生。 (2)部分氢化的不饱和脂肪酸发生异构变化。 (3)脂类中的甘油被大量转化为挥发性脂肪酸。 (4)支链脂肪酸和奇数碳原子脂肪酸增加。