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第29章 脂类的生物合成

第29章 脂类的生物合成. 甘油的合成 脂肪酸的合成 二者分别转变为3—磷酸甘油和脂酰 CoA 后的连接. NADH+H +. NAD +. -. -. -. CH 2 OH. CH 2 OH. CH 2 OH. -. -. -. C=O. HO-CH. HO-CH. CH 2 O-P. CH 2 O-P. CH 2 OH. 3-磷酸甘油脱氢酶. 一 甘 油 的 生 物 合 成. 1、. 来自 EMP 途径. 磷酸酶. Pi. 2、 来自脂肪的水解. 甘油激酶. 3-磷酸甘油. 甘油+ ATP.

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第29章 脂类的生物合成

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Presentation Transcript

  1. 第29章 脂类的生物合成

  2. 甘油的合成 • 脂肪酸的合成 • 二者分别转变为3—磷酸甘油和脂酰CoA后的连接

  3. NADH+H+ NAD+ - - - CH2OH CH2OH CH2OH - - - C=O HO-CH HO-CH CH2O-P CH2O-P CH2OH 3-磷酸甘油脱氢酶 一 甘 油 的 生 物 合 成 1、 来自EMP途径 磷酸酶 Pi 2、来自脂肪的水解 甘油激酶 3-磷酸甘油 甘油+ATP

  4. 二 脂 肪 酸 的 生 物 合 成 • 饱和脂肪酸的从头合成 • 脂肪酸碳链的延长 • 不饱和脂肪酸的合成

  5. ㈠ 饱和脂肪酸的从头合成 基本过程：乙酰CoA→软脂酸→其它脂肪酸 细胞内定位：细胞质

  6. 1. 乙酰CoA（碳源）的来源及转运 • 来源 • 线粒体内的丙酮酸氧化脱羧（糖） • 脂肪酸的β-氧化 • 氨基酸的氧化 • 转运 • 柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系）

  7. 线粒体基质 脂肪酸氧化 丙酮酸羧化酶 柠檬酸穿梭（三羧酸转运体系）

  8. O = CH3-C～SCOA+HCO3-+H++ATP O = HOOC-CH2-C～SCOA 丙二酸单酰CoA的形成（来自乙酰CoA 和碳酸盐） • 一分子软脂酸合成时，8个2C单位中，1个为乙酰CoA，其它7个为丙二酸单酰CoA参与合成。 乙酰CoA羧化酶 +ADP+Pi

  9. 乙酰-CoA羧化酶（别构酶） • 组成 • 存在形式 • 作用机制

  10. 组 成 • 生物素羧化酶 • 羧基转移酶（转羧酶） • 生物素羧基载体蛋白（BCCP）

  11. 存 在 形 式 • 原核生物乙酰-CoA羧化酶：上述三种蛋白质组成复合体。 • 真核生物乙酰-CoA羧化酶：由两个相同亚基组成。上述三种蛋白质位于同一条多肽链上。

  12. CO2 CO2 O = CH3-C～SCOA 作 用 机 制（柠檬酸正调节，软脂酰COA变构抑制） 生物素羧化酶 ATP+HCO3-+BCCP-生物素 BCCP-羧基生物素+ADP+Pi 羧基转移酶 BCCP-羧基生物素+ O HOOC-CH2-C～SCOA +BCCP-生物素 丙二酸单酰CoA BCCP：biotin carboxyl carrier protion——生物素羧基载体蛋白

  13. + HCO3- 生物素-酶 CO2-生物素-酶

  14. 4-磷酸泛酰巯基乙胺 (磷酸基团与ACP的36位丝氨酸上的羟基连接) 3. 脂肪酸合酶系统 SH ⑴组成 脂酰基载体蛋白（ACP-SH） • 乙酰-CoA：ACP转酰酶 • 丙二酸单酰COA：ACP转酰酶 • β-酮酰- ACP合酶 • β-酮酰- ACP还原酶 • β-羟酰- ACP脱水酶 • 烯脂酰-ACP还原酶 • 软脂酰-ACP硫酯酶 • 大肠杆菌和植物中，7条多肽链组成聚合体； • 动物中，以含相同亚基的二聚体存在， 每个亚基上包含7条多肽链。 酵母中，两条多肽链，一条含ACP和两种酶活性， 另一条含4种酶活性，两条链组成二聚体，6个二聚体组成大的复合体。 ACP

  15. O O = = CH3-C～SCOA CH3-C～S-合酶 O = HOOC-CH2-C～SACP O 丙二酸单酰COA：ACP转酰酶 = HOOC-CH2-C～SCOA HOOC-CH2-C～SCOA +ACP-SH +COA-SH ⑵ 反 应 历 程 • 乙酰基转移反应 COA-SH ACP-SH O = CH3-C～SACP 乙酰-CoA：ACP转酰酶 ACP-SH -酮酰-ACP合酶 • 丙二酸单酰基转移反应

  16. O OH O O O O = = - = = = CH3-CH-CH2-C～SACP CH3-C-CH2-C～SACP CH3-C-CH2-C～SACP O = HOOC-CH2-C～SACP • 缩合反应 选择丙二酸单酰CoA的意义？ O = β-酮酰-ACP合酶 CH3-C～S-合酶+ +合酶-SH+CO2 • 还原反应 β-酮酰-ACP还原酶 +NADPH+ +H + +NADP+ D-β-羟丁酰-ACP

  17. CH3 H - C==C - H ～SACP OH O - = O CH3-CH-CH2-C～SACP CH3 H - C==C H C ～SACP O • 脱水反应 β-羟酰-ACP脱水酶 - +H2O 3 2 - C = • 再还原反应 （△2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP） β-烯酰-ACP还原酶 - +NADPH+H+ O - - = CH3-CH2-CH-C～SACP +NADP+ = （丁酰-ACP） • 丁酰-ACP与丙二酸单酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成软脂酰-ACP。

  18. O O = = CH3-C-CH2-C～SACP O = HOOC-CH2-C～SACP • 缩合反应 O = β-酮脂酰-ACP合酶 CH3-C～S-合酶+ +合酶-SH+CO2 由于缩合反应中， β-酮酰-ACP合酶是对链长有专一性的酶，仅对14C及以下脂酰-ACP有催化活性，故从头合成只能合成16C及以下饱和脂酰-ACP。 释放 软脂酰-ACP硫酯酶 软脂酰-ACP ACP+软脂酸（棕榈酸） H2O

  19. 总反应式 O = 8CH3-C～SCOA +7ATP+14NADPH++14H + CH3 (CH2)14COOH +14NADP++8CoASH +7ADP+7Pi+6H2O • 那么这个过程与糖代谢有一定关系： 原料（乙酰辅酶A ）来源 羧化反应中消耗的ATP可由EMP途径提供 还原力NADPH从哪来？

  20. 反应中所需的NADPH++H+约有40%来自PPP途径，其余的60%可由EMP中生成的NADH+H+间接转化提供反应中所需的NADPH++H+约有40%来自PPP途径，其余的60%可由EMP中生成的NADH+H+间接转化提供 苹果酸脱氢酶 NADH+H ++草酰乙酸 苹果酸+NAD+ ｛ 苹果酸酶 苹果酸+NADP+ 丙酮酸+CO2+NADPH+H + 总反应： NADH+H++NADP+ +草酰乙酸 丙酮酸+CO2+NADPH+H++NAD+ 奇数碳原子饱和脂肪酸合成以丙二酸单酰ACP为起始物，逐加入 的二碳也是丙二酸单酰ACP。

  21. 4. 饱和脂肪酸的从头合成与β-氧化的比较 区别要点 从头合成 β-氧化 细胞内进行部位 细胞质 线粒 体 酰基载体 ACP-SH COA-SH 转运机制 三羧酸转运机制 肉碱载体系统 二碳单位参与或断裂形式 丙二酸单酰ACP乙酰COA 电子供体或受体 NADPH+H+ FAD,NAD -羟酰基中间物的立体构型不同D型 L型 对HCO3-和柠檬酸的需求 需要 不需要 所需酶 7种 4种 能量需求或放出消耗 7ATP及14NADPH+H+ 产生129或106ATP

  22. ㈡ 脂 肪 酸 碳 链 的 延 长

  23. 在动物体内，软脂酸为合成16C以上更长碳链脂肪酸的前体，需活化成脂酰CoA。 在动物体内，软脂酸为合成16C以上更长碳链脂肪酸的前体，需活化成脂酰CoA。 • 软脂酸+CoASH+ATP 软脂酰-SCoA +AMP+PPi • 碳链延长可以在两个部位完成 • 线粒体内 基本为β-氧化的逆转，NADPH为氢的供体，二碳片段供体为乙酰COA，只是烯酰CoA还原酶代替了脂酰CoA脱氢酶。（见教材图29-10） RCO～SCoA+CH3CO～SCoA RCH2CH2CO～SCoA

  24. 在内质网膜上的延长〔主要为硬脂酸（18：0）〕在内质网膜上的延长〔主要为硬脂酸（18：0）〕 NADPH+H+为氢的供体，丙二酸单酰COA为碳的供体，COA代替ACP为脂酰基载体，从羧基末端延长，中间过程与脂肪合成酶体系相似（缩合、脱水、还原、再还原）。

  25. ㈢ 不 饱 和 脂 肪 酸 的 合 成

  26. 人体内不饱和脂肪酸主要有： 软油酸（16:1, Δ 9） 油酸（18:1, Δ 9） 亚油酸（18:2, Δ 9,12） 亚麻酸（18:3, Δ 9,12,15） 必需脂肪酸 花生四烯酸（20:4, Δ 5,8,11,14） 哺乳动物中有Δ 9﹑ Δ 6 ﹑Δ5 ﹑Δ4　去饱和酶，催化饱和 脂肪酸去饱和。如：

  27. 1. 单不饱和脂肪酸的合成 • 单烯不饱和脂肪酸大多为顺式的，双键大多在(C9-C10 ) 之间[棕榈酸（16:1, Δ9）和油酸（18:1, Δ9） • 需氧途径(真核生物中) • 动物体内（肝或脂肪组织） 2H2O NADH+H+ FAD 2Fe2+ 2Fe3+ 不饱和脂酰CoA NADHCytb5还原酶 Cytb5 去饱和酶 饱和脂酰CoA 2Fe3+ 2Fe2+ NAD+ FADH2 2H+ +O2

  28. 植物体或低等的需氧生物中 酶-O2 饱和脂酰ACP 2e- 2e- 2e- NADPH 黄素蛋白 铁硫蛋白 酶 O2+2H+ 不饱和脂酰ACP 2H2O

  29. 2. 多烯不饱和脂肪酸的合成 • 多烯不饱和脂肪酸在厌氧细菌中基本不存在，但在高等动植物体内含量丰富，他们是由单烯脂肪酸继续去饱和而产生的。但在哺乳动物中，仅能合成单不饱和脂肪酸，不能合成多不饱和脂肪酸，必须由食物供给，如：亚油酸（18：2）、亚麻酸（18：3）、花生四烯酸（20：4）等，这些脂肪酸对生长十分重要，称为必需脂肪酸。

  30. 多烯不饱和脂肪酸的合成途径 • 由单烯脂肪酸（△9）去饱和产生的 C16:0 软脂酸 +C2延长 神经酸 去饱和 -2H 二十四碳烯-15-酸 C18:0 △15-C24:1 △9-C16:1 硬脂酸 棕榈酸 +C2延长 去饱和 -2H +C2延长 △11-C20:1 △13-C22:1 +C2延长 +C2延长 △9-C18:1 -2H △11-C18:1 油酸 △6,9-C18:2 +C2延长 △8,11-C20:2 -2H 顺-十八碳烯-11-酸 △5,8,11-C20:3 去饱和 二十碳三烯-5, 8,11-酸

  31. 脂肪酸合成的调节 柠檬酸 胰岛素（引发磷酸化/活化） 柠檬酸裂解酶 乙酰-CoA 丙酮酸 丙酮酸脱氢酶复合体 乙酰-CoA羧化酶 胰高血糖素、肾上腺素（引发磷酸化/抑制） 丙二酸单酰-CoA 软脂酰-CoA 脊椎动物细胞中的调控 代表活化 代表抑制

  32. Pi 蛋白质磷酸酶 P 乙酰-CoA羧化酶 乙酰-CoA羧化酶多聚体 （无活性） （有活性） cAMP-依赖蛋白激酶 ADP ATP

  33. - - - - CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH - - - - HO-CH C=O C=O HO-CH CH2O-P CH2OH CH2O-P CH2O-P ATP ADP 三、 三 酰 甘 油 的 生 物 合 成 • 原料: 甘油-3-磷酸+脂酰-CoA • 甘油-3-磷酸的来源有两个 NADH+H+ NAD+ EMP 甘油-3-磷酸脱氢酶 二羟丙酮磷酸 脂肪降解 甘油-3-磷酸 甘油激酶 甘油

  34. - - - CH2O-C-R1 CH2O-C-R1 CH2OH - - - HO-CH R2-C-OCH R2-C-OCH CH2O-P CH2O-P CH2O-P O R1-C～SCOA COA-SH 甘油磷酸酰基转移酶 脂酰-CoA 脂酰-CoA合成酶 RCH2CH2CH2COOH RCH2CH2CH2CO～SCoA CoASH+ATP AMP+PPi • 合成过程 • 磷脂酸的生成 O = = CH2O-C-R1 - HO-CH （溶血磷脂酸） O - CH2O-P = O O = R2-C～SCOA = 酰基转移酶 （磷脂酸） COA-SH

  35. O O H2O = = Pi CH2O-C-R1 CH2O-C-R1 O O = = R2-C-O-CH R2-C-O-CH - - CH2O-C-R3 CH2OH R3-C～SCOA COA-SH 二酰甘油酰基转移酶 二酰甘油的生成 磷脂酸 - 磷脂酸磷酸酶 二酰甘油 • 三酰甘油的生成 O = 二酰甘油 - O = 三酰甘油

  36. 磷脂的合成 磷脂：含磷酸的脂类。 甘油磷脂：由甘油构成的磷脂。 鞘磷脂：由鞘氨醇构成的磷脂。 磷脂酰胆碱（卵磷脂） 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） 甘油磷脂 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰甘油 二磷脂酰甘油（心磷脂） 磷脂 磷脂酰肌醇 鞘磷脂

  37. 一. 甘油磷脂的代谢 （一） 甘油磷脂的组成﹑分类及结构 甘油磷脂的基体结构：

  38. （二） 甘油磷脂的合成 1. 合成部位： 全身各组织， 肝﹑肾﹑肠最为活跃。 细胞内定位：内质网 2. 合成的原料及辅助因子： 甘油 脂肪酸 磷酸盐 胆碱 丝氨酸 肌醇 ATP CTP

  39. 合成的基体过程 • （1） 甘油二酯途径 磷脂酰胆碱﹑磷脂酰乙醇胺 • 合成的主要途径 • （2） CDP-甘油二酯途径 磷脂酰肌醇﹑磷脂酰丝氨酸﹑ • 二磷脂酰甘油的合成途径

  40. （1） 甘油二酯途径 磷脂酰胆碱﹑磷脂酰乙醇胺 合成的主要途径

  41. （2） CDP-甘油二酯途径 磷脂酰肌醇﹑磷脂酰丝氨酸﹑ 二磷脂酰甘油的合成途径

  42. 磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰丝氨酸 化 基 甲 羟 化 丝氨酸 乙醇胺

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