复旦大学生化课件教材-脂肪代谢

脂类代谢(Lipid Metabolism)
脂类代谢[Lipid Metabolism]
一、脂肪的消化与 五、脂肪酸合成
吸收
六、脂肪的合成
二、脂肪的分解 七、磷脂的代谢
三、脂肪酸的氧化 八、鞘脂的代谢
(分解代谢)
九、胆固醇代谢
四、酮体的合成与 十、脂蛋白 分解
脂肪代谢[Fat Metabolism]
运输的脂肪酸解离进入细胞氧化供能。
甘脂 油肪 三组 酯织 的贮 动存 员的
肾上腺素
脂
肪肪
动细
员胞
的中
信激
号素
传诱
导导
脂
脂 肪 动 用 的 激 素 调 节
（+）
胰高血糖素，甲状腺 素，肾上腺皮质激素
甘油代谢
(Glycerol Metabolism)
脂肪细胞缺乏甘油激酶，不能利用甘油， 随血液回到肝脏，可以发生：
顺 3-顺-2-反异构化 时
氧 化
单 不 饱
顺 反 异 构
和 脂 肪 酸 的
不
—+
-
饱
遇
还和
到 4
顺 时
原脂
顺 反
肪 酸
异的
构氧
化
多 酸不 的饱 氧和 化脂
肪
亚油酸
Complete Oxidation of Odd-
Number Fatty Acids
天然脂中的脂肪酸多为偶数碳脂肪酸，奇数 碳脂肪酸在植物和海洋生物中常见。少量的三 碳丙酸被添加到面包和谷类食品中作为霉菌抑 制剂，因此丙酸也随食物进入人体。
左旋肉碱为公认安全、无毒物质。 • 1996年我国第16次全国食品、添加剂标准化技术员
会上通过允许在饮料、乳制品、饼干、固体饮料、 乳粉中使用左旋肉碱。 • 1999年，中华人民共和国农业部公告105号，肉碱盐 酸盐列入“允许使用的饲料添加剂品种目录”。
肉碱 -羟基--三甲基氨基丁酸
脂酰肉碱
肉 碱 与 脂 酰 肉 碱
食物中的脂肪在口腔和胃中都不 发生化学作用，消化发生在小肠：
1.胆汁酸盐乳化脂肪形成混合微 团(mixed micelles);
2. 肠 lipases 分 解 fat 为 glycerol 和 fatty acids;
3.肠粘膜吸收分解产物甘油和脂 肪酸，在肠粘膜中再转化为fat。
胆汁酸盐 甘油三酯
History of L-Canitine
• 1905年俄国科学家（Culewitsch and Kimberg) 从肉浸汁中发现肉碱。
• 1927年确定左旋肉碱的化学结构。
• 1952年美国伊利诺斯州大学的研究人员Carter 等人才确证了维生素BT即肉碱。
• 1953年开始，肉碱列在美国化学文摘中Vitamin BT索引栏目下。
的 氧 化
FA -
-氧化
脂肪过氧化物酶
FA的-氧化
Verkade(1932)发现，喂养一元羧酸后出现了二 元羧酸，十一碳羧酸变成了十一碳、九碳、七碳 的二元羧酸，即除-氧化外，还在远离羰基碳的 碳上发生了氧化反应。多发生于无脊椎动物肝 脏和肾脏的内质网中，底物多为12或10碳的脂肪 酸。第一步反应在碳上引入羟基，氧来自分子 氧，由混合功能加氧酶系统催化完成，涉及细胞 色素P450和电子供体NADPH，还需要醇脱氢酶 和醛脱氢酶的参与。
丁酸和丙酮这三种物质，统称为酮体 （ketone bodies）。 酮体可以运输到肝
外组织为脑和肌肉[骨骼、心、肾皮质]组 织氧化功能。
酮 体
[Ketone Bodies]
硫解酶
HMG-CoA 合成酶
HMG-CoA 裂解酶
分
枝
氨
基
酮 酸 体 胆
固
合 醇 成
酮体分解
肌肉中：
dHE
-羟丁酸乙酰乙酸
• 1959年Fritz发现肉碱能促进脂肪代谢速率（促 进β－氧化）
• 1973年Engle报道首例肉碱缺乏症，并开始用肉 碱进行治疗。
History of L-Canitine [cont.]
• 1985年芝加哥召开国际营养学术会议，将左旋肉碱 列为特定条件下的必需营养物质。
• 1990年收入美国药典22版。 • 1993年获得FDA和WHO认可，美国专家委员会确认
氧化主要发生在肝脏内。
苯 基 标 记
脂肪酸的活化
FA进入肝脏细胞，首先被活化成acyl CoA。 细胞内有两类活化FA的酶：
内 质 网 acyl CoA synthetase ， 也 称 硫 激 酶 （thiokinase），活化12个碳原子以上的FA；线 粒体acyl CoA synthetase，活化4-10碳原子的FA。 反应需ATP。
往
HMG-CoA 还原酶
酮 体
代
谢
酮体生成与分解的生物学意义
• 肝脏产生的酮体在肝外组织中被氧化供 能，心肌、肾上腺皮质和脑组织等在糖 供应不足时，都可以酮体提供能量。
• 在长期饥饿和患糖尿病时，脑中75%的 能量供应来自于酮体。
• 酮体在血液内积累会造成血液pH的下降， 引起酮血症和酸中毒。
不饱和脂肪酸的氧化
算至彻底氧化：总21-3=18 ATP。
过氧化物酶体也氧化脂肪酸
线粒体是脂肪酸氧化的主要场所，但 一定细胞的特定膜结构也会氧化脂肪 酸，过氧化物酶体[Peroxisomes][植物 中常见]可以以与线粒体相似但不完全 相同的方式氧化脂肪酸。
过氧化物酶体氧化脂肪酸四步反 应的第一步黄素蛋白脱氢酶催化脱氢 生成FADH2，电子直接传递给O2生成 H2O2，后者被过氧化氢酶分解解毒。
-
乙线 醛粒 酸体 体、 中过
氧 氧化 化物 的酶 比体 较及
植物乙醛酸循环体和过氧化物酶体 利用-氧化提供合成前体
植物体脂肪酸氧化不在线粒体，在叶组织的过 氧化物酶体和萌发种子的乙醛酸循环体中，乙 醛酸循环体和过氧化物酶体的结构和功能相似， 乙醛酸循环体仅发生于萌发的种子，可看成特 化的过氧化物酶体。
以软脂酸为例，7次循环产生8 acetyl CoA、7FADH2和7（NADH+H+)
总计：812+7(2+3)-2=129 (ATP)。
或8[3 2.5+1.5+1]+7[1.5+2.5]-2=106 ATP
软脂酰-CoA彻底氧化 产生ATP量的表
C2物的去路--酮体代谢
人类及大多数哺乳动物，FA -氧化产 生大量的乙酰CoA，在肌细胞中进入 TCA，在肝组织中，特别是在饥饿、 禁食、糖尿病等情形下，acetyl CoA 可进一步缩合并生成乙酰乙酸、-羟
脂肪的酶解
脂肪组织中的脂肪酶
激素激发贮存脂肪的动员
激素接受“能量需要的”信号，脂肪被动员， 被运输到可以氧化脂肪酸产能的组织（骨骼肌、 心脏和肾上腺皮质）。
低血糖引发分泌的肾上腺素和胰高血糖素与 脂肪细胞表面的受体结合活化产生cAMP，蛋 白激酶磷酸化并活化激素敏感的甘油三酯酯酶， 水解甘油三酯。产生的脂肪酸由脂肪细胞释放 进入血液，血清白蛋白[serum albumin][Mr 62,000]非共价结合脂肪酸（1：10），运输至 骨骼肌、心脏和肾上腺皮质。
脂肪酶
胆
肪汁
酶盐
形、
成甘
的油
乳三
糜酯
微和
滴胰
脂
脂肪的消化和吸收(续）
4.Fat 与 cholesterol 、 apoproteins 结 合 形 成乳糜微粒（chylomicrons）；
5.乳糜微粒通过淋巴系统和血液进入组 织；
6.ApoC-II激活lipoprotein lipase重新水 解fat为FA和glycerol；
R-COO- + ATP + HS-CoA
Mg2+
R-CO-SCoA + AMP + PPi(2Pi) 活化为脂酰CoA，水溶性增加，有利于反应进 行；-氧化的酶对脂酰CoA有专一性。
脂肪酸转变为脂酰-CoA
脂肪酸跨线粒体膜的运输
FA的-oxidation发生在肝脏及 其他组织的线粒体内，中、短链 FA可直接穿过线粒体内膜，长链 FA须经特殊的转运机制才可进入 线粒体内被氧化，即肉碱 (Lcarnitine)转运。
7.FA进入细胞；
8.FA被氧化释放能量，或在肌细胞及脂 肪组织中酯化储存。
的脊 消椎 化动 与物 吸食 收物 过脂 程类
脂肪的分解代谢
脂肪的动员
(Adipokinetic Action）
脂肪组织中的脂肪在激素敏感的脂酶 的作用下水解为脂肪酸和甘油并释放 入血液供其他组织利用的过程。激素 敏感的脂酶受多种激素调控，胰岛素 下调，肾上腺素与胰高血糖素上调激 素敏感脂酶的活性。
牛及其他反刍动物的瘤胃中的碳水化合物发 酵时产生大量丙酸，丙酸被吸收进入血液回到 肝脏或其他组织被氧化。
一些枝链氨基酸(Val、Ile)降解也产生丙酸， 因此丙酸代谢也十分重要。
奇数碳脂肪酸的氧化
少量奇数碳脂肪酸与偶数碳脂肪 酸一样，经多次-氧化最终产生丙酰 CoA，剩下的问题就是丙酸代谢。丙 酸代谢可有两条途径，一是生成琥珀 酰CoA进入TCA（动物）；另一是通 过-羟丙酸支路，最终生成乙酰CoA 进入TCA（植物、微生物中普遍）。
1. 变 为 -p-glycerol ， 与 活 化 的 FA 合 成 FAT；
2. 变为-p-glycerol，生成DHAP，参与 酵解，氧化供能；
3. 变为-p-glycerol，生成DHAP，参与 糖元异生 。
甘
油
进
入
酵
解
途
糖异生
径
甘油代谢
脂肪酸的氧化
Franz Knoop(1904) 通过苯基标 记喂养试验，发现脂肪酸的氧化是从 羧基端的位碳原子开始，每次分解 出一个二碳片段（乙酰CoA） ，提出 了FA的 -oxidation假说 。