生物化学第25章脂类生物合成

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脂肪酸的生物合成 脂肪酸合成的起始：乙酰CoA的羧化
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生物素羧化酶
转羧酶 3
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BCCP-生物素
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乙酰CoA的羧化
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• 乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase，ACC）（EC 6.4.1.2）是催化脂肪酸合成代谢第 一步反应的限速酶，在ATP供能、Mg2+存在下，以HCO3-为羧基供体，将乙酰辅酶A羧化生成 丙二酰单酰辅酶A，是生物素依赖性酶。
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• CO2在脂肪酸的生物合成中是一种必不可少的参加者。CO2的特殊作用是什么？如果把 可溶性的肝细胞抽提液与14CO2以及脂肪酸合成中所需要的其他组分一起保温，所合成 的软脂酸含有14C标记吗?为什么?
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• 对于软脂酸的生物合成，必须有胞液NADPH的来源。大约一半的NADPH来自胞液中磷酸戊 糖支路，其余者主要来自(肝脏或脂肪组织)胞液苹果酸酶的作用。苹果酸酶催化下面的反应：
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ACC存在于大多数生物组织中，包括细菌、古菌、真菌、酵母、植物、动物和人类。 ACC第一大类为多亚基型ACC，即异质型，存在于细菌、双子叶植物和非禾本科单子叶植物的质体 中 。 Escherichia coli 的 ACC 是 第 一 类 中 的 典 型 代 表 ， 由 4 个 亚 基 组 成 ， 即 生 物 素 羧 化 酶 （Biotin carboxylase，BC）、生物素羧基载体蛋白（Biotin carboxyl carrier protein，BCCP）以及羧基 转移酶（Carboxyltransferase，CT）的2个亚基α-CT 和β-CT。 这些亚基结合在一起形成ACC全酶，可 能以(BC)2(BCCP)4(CTα,CTβ)2形式存在，但全酶很不稳定，易解离成各种不同的形式。
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第二大类ACC为多功能型ACC，即同质型，人类和大多数真核生物的ACC属于这一类。此类 ACC单体的相对分子质量在200×103以上，BC、BCCP、CT 功能域依次存在于一条多肽链上，此 外在各个功能域之间还存在一些真核生物特有的肽段，占总肽链长约1/3，功能尚不清楚。人类有 两类ACC：相对分子质量为265×103的ACC1，存在于大多数脂肪组织（肝脏、脂肪质）中，催化 长链脂肪酸合成的限速反应；相对分子质量为280×103的ACC2，分布在心脏、肌肉组织中，对脂 肪酸的氧化产生影响。两类酶由独立的基因编码。
其中的NADPH来自于三羧酸转运体系和戌糖磷酸途径。
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软脂酸合成简图
脂肪酸的生物合成
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脂肪酸的生物合成
脂肪酸的合成与降解比较
生物合成
氧化降解
细胞溶胶cytosol
线粒体Mitochondria
中间体载体蛋白ACP
辅酶A
过程中需要的酶不一样
沟通体系为三羧酸转运体系 肉碱载体体系
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比较：脂肪酸的-氧化（2）
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Step 7:释放
脂肪酸的生物合成
在脂肪酸合成的每一循环中延长了二个碳原子，动物细胞中 延伸到16个碳为止，最终产物是软脂酰ACP，它在软脂酰ACP硫酯酶作用下，软脂酸从脂肪酸合酶复合体中被释放。
8乙酰CoA + 7ATP + 14NADPH + 6H+ 软脂酸 + 14NADP+ + 8CoA~SH + 6H2O + 7ADP + 7Pi
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脂肪酸合成的调节
脂肪酸的生物合成
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柠檬酸
柠檬酸 裂解酶
胰岛素（磷酸化/活化）
乙酰CoA
乙酰CoA 羧化酶
丙二酸单酰CoA
丙酮酸脱氢酶 复合体
丙酮酸
胰高血糖素、肾上腺素 （磷酸化/活化）
软脂酰CoA
活化 抑制
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脂肪酸合成的调节
脂肪酸的生物合成
无活性的单体和活性的多聚体之间乙酰CoA羧化酶的平衡
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脂肪酸的生物合成 脂肪酸合成的Step 2： 脂肪酸合酶
酰基载体蛋白ACP是相对分子量较低的蛋白质，它在脂肪酸的合成中相当于脂肪酸降解中乙 酰辅酶A的作用。它的辅基是磷酸泛酰巯基乙胺，后者与ACP的Ser残基相连，另一端的SH基 与脂酰基形成硫酯键。
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• 在人类和其它哺乳动物中该酶属于组织特异性酶，存在两种基因形式ACC1和ACC2，ACC因 具有阻断治疗肥胖症、糖尿病和其它代谢病的活性位点受到广泛关注。
• 在禾本科植物中ACC被发现是几类化学除草剂作用于植物的靶蛋白，因此对植物ACC的研究 大多数集中在除草剂筛选和作用机理研究方面。
• 此外，ACC基因在逐渐兴起的转基因油料作物和生物柴油的研究中也处于重要地位，但由于 ACC分布和基因组织形式的复杂性，目前这方面的研究仍处于瓶颈阶段。
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பைடு நூலகம்
脂肪酸的生物合成 三羧酸转运体系
NADH Malate dehydrogenase
Malate
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脂肪酸的生物合成 脂肪酸合成的起始：乙酰CoA的羧化
丙二酸单酰CoA
催化该反应的酶称为乙酰CoA羧化酶，该酶是３种 蛋白质的复合体，其一是生物素羧基载体蛋白BCCP ，它是生物素的载体。生物素的羧基与BCCP的Lys的 -氨基以共价键相连形成生物胞素（biocytin）。
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比较：脂肪酸的-氧化（3） 3-L-羟脂酰-CoA
3-L-羟脂酰-CoA还原酶
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-酮脂酰-CoA
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Step 5:脱水
脂肪酸的生物合成
催化该反应的酶是-羟酰-ACP脱水酶催化下进行的，产物 是,-不饱和化合物，即,-反式-丁烯酰-ACP。
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第25章脂类的生物合成
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主要内容
➢ 脂肪酸的生物合成 ➢ 脂酰甘油的生物合成
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脂肪酸的生物合成
脂肪酸合成需要三种化合物：乙酰 CoA，丙二酰CoA，NADPH. 来源？
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脂肪酸的生物合成
因为脂肪酸合成在细胞溶胶中进行，因此线粒体产生的乙酰CoA必需转移到细胞溶胶中才能参与脂 肪酸合成。然而，线粒体内膜对乙酰CoA不能透过，必需使用柠檬酸作为乙酰基的载体，这称为 “三羧酸转运体系”。
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脂酰甘油的生物合成
脂酰甘油是由二个前体物质合成的，它们是脂酰CoA和甘油-3-磷酸。脂酰CoA来自于脂肪酸的活化。 甘油-3-磷酸则来自于糖酵解中的磷酸二羟丙酮或甘油的磷酸化。
NADH
NAD+
H
P O C2 HC C2 H OH 甘油-3-磷酸脱氢酶
P O CH 2C CH 2OH
3-L-羟酰CoA脱氢酶
L--羟酰-CoA
烯酰CoA水合酶
,-反式烯酰-CoA FADH2
脂酰脱氢酶 FAD
脂酰CoA （Cn+2） 30
脂肪酸的生物合成
脂肪酸碳链的去饱和 动物体内最常见的二个饱和脂肪酸软脂酸和硬脂酸，是棕榈油酸和油酸的前体。这二种不饱和脂肪 酸的C9-10双键是在脂酰-CoA去饱和酶的催化下经氧化加入的。由于哺乳动物体内不存在C9位以外 引入双键的酶，亚油酸(18:2 △9,12)和亚麻酸（18:3△9,12）不能经生物合成得到，只能从膳食中获取， 故称必需脂肪酸(essential fatty acid)。
• 脂肪酸合成的Step 2： 脂肪酸合酶
在原核生物(如大肠杆菌中)催化脂肪酸生成的酶是一 个由7种不同功能的酶与一种酰基载体蛋白(acyl carrier protein，ACP)聚合成的复合体。在真核生物催化此反 应是一种含有双亚基的酶，每个亚基有7个不同催化功 能的结构区和一个相当于ACP的结构区，因此这是一 种具有多种功能的酶。不同的生物此酶的结构有差异。
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Step 3:缩合
脂肪酸的生物合成
催化该反应的酶是-酮酰-ACP合酶催化下进行的，丙二酸 单酰ACP的脱羧活化了它的次甲基，反应产物是乙酰乙酰 ACP。
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Step 4:还原
脂肪酸的生物合成
催化该反应的酶是-酮酰-ACP还原酶催化下进行的，它是 脂肪酸合成中的第一步还原反应，NADPH作为还原剂参加 反应，最终生成D--羟丁酰ACP。
化合物CP-640186能抑制ACC活性，从而降低组织中丙二酰单酰辅酶A的水平，在抑制了脂肪 酸的合成同时促进了脂肪酸的氧化。在兔子、老鼠等被试的动物中CP-640186可以降低脂肪酸总量 和体重，并提高胰岛素的敏感性，因此这类抑制剂可以用来治疗肥胖、糖尿病及其他代谢病。
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脂肪酸的生物合成
脂肪酸的生物合成 脂肪酸合成的Step 2： 脂肪酸合酶
ACP的辅基磷酸泛酰巯基乙胺也是辅酶A的组成部分。
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脂肪酸的生物合成
脂肪酸合成的Step 2： 脂肪酸合酶
在动物体中脂肪酸合酶催化形成脂肪酸的反应共有7步。 分别为：
1、启动：乙酰-CoA：ACP转酰酶 2、装载：丙二酸单酰CoA:ACP转酰酶 3、缩合：-酮酰-ACP合酶 4、还原：-酮酰-ACP还原酶 5、脱水：-羟酰-ACP脱水酶 6、还原：烯酰-ACP还原酶 7、释放：软脂酰-ACP硫酯酶
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脂肪酸碳链的去饱和
脂肪酸的生物合成
C18-stearoly-CoA + O2 + 2H+
C18 9-oleyl-CoA + 2H2O
Desaturase
2 cyt b5 Fe2+
2 cyt b5 Fe3+
2H+ + cyt b5 reductase FAD
cyt b5 reductase FADH2
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Step 1:启动
脂肪酸的生物合成
催化该反应的酶是乙酰CoA:ACP转移酶催化下进行的， 该反应分二步进行，先将乙酰基转到ACP上，随后移到 脂肪酸合酶（HS-合酶）上形成乙酰合酶。
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Step 2:装载
脂肪酸的生物合成
催化该反应的酶是丙二酸单酰CoA转酰酶催化下进行的， 此反应中ACP的游离SH基向丙二酸单酰CoA的羧基进攻， 形成丙二酸单酰ACP。
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比较：脂肪酸的-氧化（2） 反式-△2-烯酰CoA
烯酰-CoA水合酶
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3-L-羟脂酰-CoA
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Step 6:还原
脂肪酸的生物合成
催化该反应的酶是烯酰-ACP还原酶催化下进行的，该反应 是脂肪酸合成第一循环的最后一步，反应生成的丁酰ACP 在下一步中充当循环开始中的乙酰ACP的作用。
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脂肪酸的生物合成 脂肪酸合成的Step 2： 脂肪酸合酶
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软脂酸的合成实际上是一个重 复循环的过程，由1分子乙酰 CoA与7分子丙二酰CoA经转移、 缩合、加氢、脱水和再加氢重
复过程，每一次使碳链延长两 个碳，共7次重复，最终生成含 十六碳的软脂酸
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NADH + H+
NAD+
哺乳动物体内脂肪酸去饱和酶的电子传递系统
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脂肪酸的生物合成
脂肪酸合成的调节 当机体能量足够时，一般会把脂肪酸转化为脂肪，即三酰甘油加以贮存。这个反应是由乙酰辅酶A羧 化酶催化生成丙二酸单酰辅酶A，这是脂肪酸合成的起始，也是合成的限速步骤，即是合成的调控关 键所在。在脊椎动物中脂肪酸合成的主要产物软脂酰CoA对该酶起反馈抑制的作用。
需要丙二酸单酰CoA
不需要
需要NADPH 合成中有D-构型中间体
产生NADH、FDAH2 全部是L-构型
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生 物 合 成
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脂
肪
硫解酶
酸 碳
链
的
加
长
3-L-羟酰CoA还原酶
烯酰CoA脱水酶
烯酰CoA还原酶
脂酰CoA+ 乙酰CoA
脂-CoASH
氧
硫解酶
化
降
解
-酮酰CoA
O
OH
HO-CH2-CH-CH2OH OH
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ATP 甘油激酶
ADP
H P O CH 2C CH 2OH
OH
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三酰甘油的合成
脂酰甘油的生物合成
酰基转移酶 2020/12/19
酰基转移酶 磷脂酸磷脂酶
酰基转移酶 37
Questions
• 业已提出，丙二酸单酰CoA可能是向大脑发送减少胃口效应的一种信号。当喂给老鼠一 种浅蓝菌素（cerulenin）的衍生物（称为C75）时，它们的胃口受到抑制，并且迅速失 重。已知浅蓝菌素及其衍生物是脂肪酸合酶的有效抑制剂。为什么C75可作为一种潜在 的减肥药物?