生物化学8-脂代谢

甘油
ATP
22个ATP分子
ATP NADH
丙酮酸 乙酰CoA
3 NADH + FADH2 + GTP 柠檬酸循环和线粒体呼吸链 CO2 + H2O
脂肪酸的分解代谢
含 碳 的 脂 肪 酸 （ 软 脂 酸 ） 16
主要方式： β- 氧化途径
脂肪酸在氧化分解时，碳链的断裂发 生在脂肪酸羧基端的β-位（每次切除2个 碳原子）。反应在线粒体基质中进行。
亚油酸和亚麻酸是人体必需脂肪酸
合成
（花生、芝麻、棉籽油中富含）
多不饱和脂肪酸 如：花生四烯酸 EPA（二十碳五烯酸，鱼油主要成分） DHA（二十二碳六烯酸，脑黄金）
不饱和脂肪酸的氧化
1. 氧化反应发生在线粒体基质中；
2. 活化和跨越线粒体内膜都与饱和脂肪酸相同；
3. 进行β-氧化，到达双键位置； 4. 分子内双键需要2个酶：异构酶和还原酶。 5. 进行β-氧化。
脂肪酸β-氧化过程与柠檬酸循环中的部分反应过程 类似， 试写出这两个途径中的类似的反应过程。
脂肪酸β-氧化 柠檬酸循环
脂酰CoA脱氢生成α-β 烯脂酰CoA
琥珀酸生成延胡索酸
α-β 烯脂酰CoA水化生成L-β 羟脂酰CoA
L-β 羟脂酰CoA再脱氢生成β-酮脂酰CoA
延胡索酸生成苹果酸
苹果酸生成草酰乙酸
酮体生成的意义
1. 酮体具水溶性，能透过血脑屏障及毛细血管壁， 是输出脂肪能源的一种形式。 2. 长期饥饿时，酮体供给脑组织50—70%的能量。 3. 禁食、应激及糖尿病时，心、肾、骨骼肌摄取酮 体代替葡萄糖供能，节省葡萄糖以供脑和红细胞 所需，并可防止肌肉蛋白的过多消耗。
脂肪酸氧化、糖异生、酮体代谢的关系
糖酵解 丙酮酸
3-磷酸甘油醛 糖异生
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖
甘 油 进 入 糖 酵 解 途 径
己糖激酶
6-磷酸葡萄糖酶
1-磷酸葡萄糖 UTP 糖原
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸果糖 磷酸果糖激酶 1,6-二磷酸果糖酶
糖 酵 解
1,6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛
糖 异 生
甘油
磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油
磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶 丙酮酸
NADH
FADH2 乙酰CoA
-2
脂酰CoA
乙酰CoA
乙酰CoA
三羧酸循环
1☓7
8 ☓ 12 94
1☓7
8
CO2
合 计
7
7
94 ATP + (7☓3) ATP + (7☓2) ATP = 129 ATP
1分子葡萄糖分解代谢产生的能量: 38 ATP
单位摩尔质量脂肪酸产生的能量是葡萄糖的3.4倍
一分子硬脂酸（18碳烷酸）氧化能产生多少 ATP？写出分析过程。（TCA、电子传递链及 氧化磷酸化正常）
脂肪酸的其它氧化方式：ω-氧化
动物体内：C10或C11脂肪酸
-氧化
ω-氧化：
碳链末端碳原子（ ω-碳原子） 氧化 二羧酸（进入线粒体பைடு நூலகம்） 双向β- 氧化
琥珀酰CoA
三羧酸循环
脂肪酸的其它氧化方式：ω-氧化
-氧化：

-氧化
脂肪酸 R-CH2-COOH
单氧化酶 （O2、Fe2+、抗坏血酸）
植物种子萌发时
肝细胞 脂滴 脂肪酸 脂肪酸氧化 乙酰CoA 酮体生成 草酰乙酸 酮体为肌肉、肾、 脑提供能量 葡萄糖为其它组 织提供能量 葡萄糖 乙酰乙酸 β- 羟基丁酸 丙 酮
β-酮脂酰CoA
乙酰CoA CoASH
3. 再脱氢 4. 硫解
产生能量： 1个FADH2 1个NADH n个乙酰CoA
软 脂 酸 （ 碳 ） 氧 化 步 骤
乙酰CoA
16
软脂酸β-氧化的反应式
C15H31CO～SCoA ＋ 7 CoA－SH + 7 FAD + 7 NAD+ + 8 H2O 8 CH3CO～SCoA ＋ 7 FADH2 + 7 NADH + 9 H+
2. 丙酰CoA
ATP + CO2
琥珀酰CoA
三羧酸循环
奇数碳脂肪酸： 许多植物 海洋生物 石油酵母 反刍动物胃中
草酰乙酸
糖异生 葡萄糖 彻底氧化生成 CO2 + H2O + ATP
如果饮食中不含葡萄糖，试问食用奇数碳脂肪 酸好？还是食用偶数碳脂肪酸好？
奇数碳脂肪酸好 奇数碳脂肪酸降解产生乙酰CoA外，还产生丙 酰CoA。丙酰CoA代谢生成TCA循环中的中间 代谢物琥珀酰CoA，继续生成草酰乙酸，草酰 乙酸经糖异生可生成葡萄糖。
不饱和脂肪酸的氧化---- 单不饱和脂肪酸
例: 油酸 18:1 ∆9
油酰CoA
烯脂酰CoA异构酶
不是烯脂酰CoA水合酶的底物
不饱和脂肪酸的氧化---- 多不饱和脂肪酸
例: 亚油酸 18:2 ∆9,12
烯脂酰CoA异构酶
2,4-二烯脂酰CoA还原酶
烯脂酰CoA异构酶
酮体（Ketone Bodies）
146个ATP 脂肪酸激活：-2ATP 8轮β-氧化：9个乙酰CoA、8个NADH、8个FADH2 9*12=108 8*3=24 8*2=16 148个ATP
思考题
1. 骆驼在沙漠中行走，可以长时间不喝水，为什么？ 2. 食用肉碱可以减肥吗？
CH3
左旋肉碱
CH3-N-CH2-CH-CH2-COOH
乙酰CoA
血 液
乙酰乙酸
β-羟基丁酸 肝外组织
TCA
酮体
酮体的生成和利用
肝脏中生成
脂肪酸 Fatty acid
血液中循环
糖异生
心肌、肾、肌肉中利 用
柠檬酸 Citrate 乙酰CoA Acetyl CoA 三羧酸循环 草酰乙酸 Oxaloacetate
β-氧化 乙酰CoA Acetyl CoA
乙酰乙酰CoA Acetoacetyl CoA 羟甲基戊二酸单酰 CoA HMG-CoA 乙酰乙酸 Acetoacetate
脂肪酸 ＋ CoASH
ATP
脂酰CoA
AMP + PPi
消耗 2个ATP
脂酰CoA穿过线粒体膜的转运
线粒体内膜
脂酰CoA 肉碱
肉碱脂酰转移酶Ⅱ
移位酶
肉碱
脂酰肉碱 脂酰肉碱
脂酰CoA
肉碱脂酰转移酶Ⅰ
基质
脂肪酸β-氧化的限速酶
CH3
肉碱
饥饿、高脂低糖膳食、糖尿病可使 其活性增加
CH3-N-CH2-CH-CH2-COOH CH3 OH
R-CH-COOH
-羟基酸
例：植烷酸代谢
植烷酸是膳食中的 一个重要的组成成分， 存在于反刍动物的脂肪等中。
OH
氧化、脱羧
R-COOH + CO2 脂肪酸 少1个碳原子
如果只食用脂肪类食物（不含碳水化合物）只用 脂肪作为唯一能量来源，会产生什么样的后果？
体内缺糖时，丙酮酸糖异生，羧化生成草酰乙酸，继 而生成葡萄糖供能， 如果不食糖，草酰乙酸含量下降， 脂肪酸降解的乙酰CoA，与糖代谢产生的草酰乙酸结 合，进入TCA循环，如果草酰乙酸缺少，乙酰CoA不 能正常进入TCA循环产能， 乙酰CoA转化成酮体，导致酸中毒。
第8章 脂类代谢
第8章 脂类代谢
脂肪代谢与合成
(Lipids metabolism)
（甘油、脂肪酸、酮体）
磷脂代谢
类脂代谢
（类固醇、前列腺素、脂溶性维生素）
第8章 脂类代谢
脂肪的主要功能是贮存能量和提供能量， 氧化提供必要水分，防止热量流失。
马拉松
红喉蜂鸟
飞行速度是50-90公里/小时， 可连续飞行60小时。
不饱和脂肪酸的氧化
四类不饱和脂肪酸（哺乳动物）：
1. 2. 3. 4. 棕榈油酸: 油 酸: 亚 油 酸: 亚 麻 酸: 16：1 ∆9 18：1 ∆9 18：2 ∆9,12 18：3 ∆9,12,15 16碳一烯脂酸，双键位于第9位碳原子 18碳一烯脂酸，双键位于第9位 18碳二烯酸，双键位于第9、12位 18碳三烯酸，双键位于第9、12、15位
磷酸烯醇式 丙酮酸羧激酶 草酰乙酸
丙酮酸羧化酶
Asp等生糖氨基酸
乳酸
Ala，Ser等生糖氨基酸
甘 油 彻 底 氧 化 产 能 情 况
葡萄糖
糖 酵 解
6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 NADH 1,3-二磷酸甘油酸 ATP 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 NADH 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油
CH3 OH
3. 1分子甘油完全降解产生多少ATP？
脂肪酸的β-氧化
脂酰CoA
脱氢
偶数碳原子
α-β 烯脂酰CoA
水化
乙酰CoA
奇数碳原子
L-β 羟脂酰CoA
再脱氢
β-酮脂酰CoA
硫解
丙酰CoA
脂酰CoA
奇数碳原子饱和脂肪酸的氧化
1. β- 氧化
丙酰CoA 羧化酶
n 乙酰CoA + 丙酰CoA
甲基丙二酸 单酰CoA 差向异构酶 甲基丙二酸 单酰 CoA 变位酶
冬眠动物依赖体内贮存 的脂肪越冬
脂类的消化吸收和转运
脂肪的主要成分是甘油三酯
脂 类
脂肪酸
类固醇
脂类维生素 萜类
多异戊二烯类化合物
类花生酸
甘油磷脂
三酰甘油 （脂肪和油）
蜡
鞘脂
醚磷脂
磷脂酸
脑苷脂
血小板 缩醛磷脂 磷脂酰 磷脂酰 磷脂酰 磷脂酰 其他 乙醇胺 丝氨酸 胆碱 肌醇 磷脂 激活因子
磷 脂
鞘磷脂
软脂酸完全氧化的反应式
C15H31CO～SCoA ＋ 23 O2 + 131 Pi + 131 ADP CoASH ＋ 16CO2 + 123 H2O + 131 ATP
脂肪酸活化时消耗两个高能磷酸键（2个ATP），净生成129个ATP。
1分子软脂酸（含16 碳）β-氧化产生的能量：
ATP 脂肪酸 脂酰CoA
以脂的形式贮存能量具有显著的优越性，为什么 还要以糖原的形式贮存能量？
脂肪代谢氧化时需要氧才能产生可利用的能量，缺氧 条件下，不能提供任何能量， 糖是唯一能在缺氧条件下产生能量的化合物， 中枢神经系统不能拥有大量脂肪酸，不能利用脂肪酸 产能，尽管中枢神经系统不是厌氧组织，还是依赖葡 萄糖氧化提供能量。
神经 酰胺
神经节 苷脂
鞘 糖 脂
其他 鞘糖脂
脂肪酸
脂肪酸：最简单的脂，大多数脂肪酸的碳原子数在12 ~ 20， 几乎都是偶数。分饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类。
脂肪酸 脂酰基 疏水尾部
CH3
ω 末端C
CH2-CH2-CH2-COOH
γ β α C-3 C-2
C-1
脂肪的分解代谢
脂肪动员：
脂肪组织中脂肪的水解与利用。脂肪在脂肪酶作用下水解为
酮体：是脂肪酸在肝细胞线粒体基质中氧化产生的中间代谢产物， 是正常、有用的代谢物。
脂肪酸
β- 氧化
乙酰CoA
β- 羟基丁酸脱氢酶
乙酰乙酸
乙酰乙酸脱羧酶
β- 羟基丁酸
丙 酮
生成量小
酮体是燃料分子：“水溶性脂”，在心、肾氧化较脂肪酸快，可代替葡 萄 糖作为脑细胞的主要燃料。在肝脏中合成，不能在肝脏内分解。
脂肪酸的β-氧化
脂肪酸
活化 ATP + CoASH
消耗能量： 2个ATP
脂酰CoA
脱氢酶
FAD
FADH2
1. 脱氢
继续β-氧化
-2C
-2C
-2C
α-β 烯脂酰CoA 乙酰CoA
水化酶 H2O
2. 水化
脂酰CoA
比原来少2个C
合成脂肪酸 三羧酸循环 L-β 羟脂酰CoA
硫解酶
酮体
脱氢酶
NAD+ NADH + H+
其他方式：
ω- 氧化途径 - 氧化途径
脂肪酸的β- 氧化（Beta-Oxidation of Fatty Acids）
脂肪酸降解过程分三个阶段：
1. 脂肪酸的活化：在细胞胞液中进行；
2. 脂酰CoA转运到线粒体内；
3. β - 氧化：以二碳为单位降解。
脂肪酸的活化：
脂酰CoA合成酶
细胞胞液中
NADH NAD+
丙酮酸 Pyruvate
丙酮 Acetone
乙酰乙酰CoA Acetoacetyl CoA 乙酰乙酸 Acetoacetate
NADH
NAD+
琥珀酸 Succinate 琥珀酰CoA Succinyl CoA
β-羟基丁酸 3-Hydroxybutyrate
运送H+
β-羟基丁酸 3-Hydroxybutyrate
甘油和脂肪酸，经质膜进入血液以供其他组织氧化利用。 激素敏感性甘油三酯脂肪酶：脂肪分解限速酶，受激素调控
☺ 脂解激素：促进脂肪动员的激素（肾上腺素、胰高血糖素、
促肾上腺皮质激素） ☻ 抗脂解激素：抑制脂肪动员的激素（胰岛素、前列腺素）
脂肪酶
脂肪（甘油三酯）
甘油
脂肪酸
甘油的代谢
甘油降解在肝细胞的细胞胞液中，转化为糖酵解的中间产物。
脂肪酸
脂酰CoA
脱氢
酮体氧化
肝脏
心肌和肾脏优先利用酮体， 脑缺糖时利用酮体， 肝脏和红细胞不能利用酮体。
ATP CO2 + H2O
α,β-烯脂酰CoA
水化
TCA
β-羟脂酰CoA
再脱氢
乙酰CoA
乙酰乙酰CoA 乙酰乙酸 丙酮 β-羟基丁酸 乙酰乙酰CoA
β-酮脂酰CoA
硫解
脂酰CoA （-2C） ATP CO2 + H2O
CH2OH HO-C-H CH2OH
ATP ADP 甘油磷酸激酶
CH2OH HO-C-H O
磷酸甘油脱氢酶
CH2OH
C=O O
CH2O- P-O- NAD+ NADH + H+ CH2O- P-O-
甘油
O-
O-
3-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
糖酵解的中间产物
三羧酸循环
CO2+H2O+ATP
乙酰CoA 线粒体呼吸链 葡萄糖及糖原