上节课复习： 脂肪，甘油三酯，天然脂肪酸多为偶数C，16C或18C多见；不饱和脂肪酸中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸是必需脂肪酸。

Presentation on theme: "上节课复习： 脂肪，甘油三酯，天然脂肪酸多为偶数C，16C或18C多见；不饱和脂肪酸中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸是必需脂肪酸。"— Presentation transcript:

0 脂类化学及脂类代谢 Lipids & Lipids Metabolism
宋潇达

1 上节课复习： 脂肪，甘油三酯，天然脂肪酸多为偶数C，16C或18C多见；不饱和脂肪酸中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸是必需脂肪酸。 磷脂按其化学结构分为甘油磷脂和鞘磷脂。 甘油磷脂结构，分类：包括磷脂酰胆碱（卵磷脂，PC）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂，PE）、磷脂酰丝氨酸(PS）、磷脂酰甘油、二磷脂酰甘油（心磷脂）及磷脂酰肌醇（PI）六类，每一类又因组成的脂酸不同而有若干种。 鞘磷脂、脑苷脂和神经节苷脂属鞘脂类，在神经组织和脑内含量较高。不含甘油，由一分子脂肪酸，一分子鞘氨醇或其衍生物，一分子极性头基团组成。 固醇是环戊烷多氢菲的衍生物。胆固醇作用。 脂肪酶 ，磷脂酶 小肠可吸收脂类的水解产物。胆汁酸盐帮助乳化，结合载脂蛋白形成乳糜微粒经肠粘膜细胞吸收进入血循环。 乳糜微粒(CM)是转运外源性脂类（主要是TG）的脂蛋白。 表格，CM，VLDL，LDL，HDL

2 目录 Section 1. 脂类化学 Section 2. 脂类代谢 Section 3. 类脂的代谢 Section 4. 脂类代谢的调节
脂类的消化和吸收 脂类储存及转运 脂肪的分解 脂肪的合成 Section 3. 类脂的代谢 Section 4. 脂类代谢的调节 介绍重点在于脂类的合成和分解，酮体。 目录

3 Section 2. 脂类代谢 脂肪的分解 糖酵解 丙酮酸 糖异生 葡萄糖 甘油 其它组织细胞 甘油三酯 脂肪酸β氧化 乙酰辅酶A 脂肪酸
肝细胞 脂肪的分解 糖酵解 丙酮酸 糖异生 葡萄糖 甘油 脂肪细胞 其它组织细胞 甘油三酯 脂肪酸β氧化 乙酰辅酶A 脂肪酸 介绍脂肪的分解为甘油和脂肪酸，通过血液去不同的地方代谢。 CO2 H2O TAC

4 甘油的代谢 甘油激酶 磷酸甘油脱氢酶 （线粒体）
甘油在整个脂肪酸的代谢中占比重很小。肌肉和脂肪组织的甘油激酶活性很低，所以基本上甘油是在肝脏中代谢，结果是生成CO2，H2O，或者进入糖异生途径。 磷酸甘油脱氢酶 （线粒体）

5 脂肪酸β氧化：fatty acid’s β-C atom is oxidized ----------1904 Franz Knoop
脂肪酸的代谢： 脂肪酸β氧化：fatty acid’s β-C atom is oxidized Franz Knoop 1904年Franz Knoop 脂肪酸标记实验: Odd-Chain Fatty acid Fed: Break Down Excretion Even-Chain Fatty acid Fed: 脂肪酸不溶于水，在血液中与清蛋白结合后（10:1），运送全身各组织，在组织的线粒体内氧化分解，释放大量的能量，以肝脏和肌肉最为活跃。1904年，Knoop用苯环作标记，追踪脂肪酸在动物体内的转变过程，发现当奇数碳脂肪酸衍生物被降解时，尿中检测出的是马尿酸，如果是偶数碳，尿中排出的是苯乙尿酸。显然脂肪酸酰基链的降解发生在β-碳原子上，即每次从脂酸链上切下一个二碳单位。以后的科学实验证明β-氧化学说是正确的，切下的二碳单位是乙酰CoA，脂肪酸进入线粒体前先被活化。 举例讲解脂肪酸氧化的实验。苯环标记。1950年后相关脂肪酸β氧化的酶被发现，证明了科诺普的假说是正确的 Break Down Excretion

6 1950年 Albert Lehninger 发现这个反应在线粒体中进行。
F. Lynen and E. Reichart 证明二碳单位的释放是以乙酰辅酶A的形式，而不是乙酸的形式。 1950年 Albert Lehninger 发现这个反应在线粒体中进行 F. Lynen and E. Reichart 证明二碳单位的释放是以乙酰辅酶A的形式，而不是乙酸的形式。

7 饱和偶数脂肪酸的β-氧化作用 细胞质 线粒体膜 Step1. 脂肪酸活化 线粒体基质 Step2. 脂酰CoA进入线粒体
三步的过程：脂肪酸的氧化是在线粒体内进行的, 而脂酰CoA不能自由通过线粒体内膜进入基质, 需耍通过线粒体内膜上肉毒碱转运才能将脂酰基带入线粒体。内膜两侧的脂酰CoA肉毒碱酰基转移酶Ⅰ、Ⅱ（同工酶）催化完成脂酰基的转运和肉毒碱的释放。酶Ⅰ是FFA氧化分解的主要限速酶。 左旋肉碱（Carnitine） Step3. β-氧化

8 ⌘ 至少有三种acyl-CoA synthetase (thiokinases )催化反应，识别脂肪链的长度有区别
Step1. 脂肪酸活化 脂肪酸的活化，在胞液中FFA通过与CoA酯化被激活,催化该反应的酶是脂酰CoA合成酶，需ATP、Mg2+参与。反应产生的PPi立即被焦磷酸酶水解，阻止了逆反应，所以1分子FFA的活化实际上消耗2个高能磷酸键。 ⌘ 至少有三种acyl-CoA synthetase (thiokinases )催化反应，识别脂肪链的长度有区别 ⌘ PPi的水解促进acyl-CoA的合成 ⌘ 两步催化反应 ⌘ 经历acyl-adenylate中间体

9 脂肪酸放射性标记实验： 机理： 脂肪酸放射性标记实验 ΔG’°= -15 kJ/mol ΔG’°= -19 kJ/mol

10 ⌘ Carnitine acyltransferase催化反应生成酰化左旋肉碱
Step2.脂酰CoA进入线粒体 Carnitine 左旋肉碱 Acyl Carnitine 酯酰肉碱 ⌘ Carnitine acyltransferase催化反应生成酰化左旋肉碱 ⌘ 分为两类Carnitine acyltransferase（肉碱-软酯酰转移酶）： Carnitine acyltransferase I intermembrane space Carnitine acyltransferase II the mitochondrial matrix 脂肪酸的氧化是在线粒体内进行的, 而脂酰CoA不能自由通过线粒体内膜进入基质, 需耍通过线粒体内膜上肉毒碱转运才能将脂酰基带入线粒体。内膜两侧的脂酰CoA肉毒碱酰基转移酶Ⅰ、Ⅱ（同工酶）催化完成脂酰基的转运和肉毒碱的释放。酶Ⅰ是FFA氧化分解的主要限速酶。

11 ⌘ 保持内外的CoASH浓度 （体内CoASH库） ⌘ 脂肪酸β-氧化的限速步骤

12 左旋肉碱左式肉碱最初是以黄粉虫的生长因子而被发现，曾被命名为维生素Bt
左旋肉碱与减肥： 左旋肉碱左式肉碱最初是以黄粉虫的生长因子而被发现，曾被命名为维生素Bt 在世界各地左旋肉碱被包装为营养补充剂，并声称能够减肥。 一般应用于竞技运动员减脂抗疲劳。 左旋肉碱的副作用：一. 腹泻。 二. 会营养不良 三.会呕吐，发热， 四. 有兴奋作用，可能会 影响睡眠。 右旋肉碱: 肌肉会受到损害，造成肌无力，肌萎缩，肌疼痛 左旋肉碱与减肥,结合生化讨论下

13 再氧化成酮 Oxidation (NAD+) 硫解断裂 Cleavage (CoASH)
Step3. β-氧化 氧化成烯 Oxidation (FAD) 水合加成 Hydration (HOH) 再氧化成酮 Oxidation (NAD+) 硫解断裂 Cleavage (CoASH) ⌘ 前三步反应在分解代谢中经常出现 （比如柠檬酸循环） β-氧化的步骤简单描述下，介绍前三步反应在分解代谢中经常出现 （比如柠檬酸循环）

14 1. 氧化成烯 Oxidation (FAD) ⌘ 机理包括质子的夺取，双键的形成和FAD参与的水的移去 ⌘有四种脂酰辅酶A脱氢酶（C4-C6）；（C6-C10）；（C10-C12）； （C12-C18） ⌘ 电子通过黄素蛋白传递进入呼吸链 ⌘ 比较柠檬酸循环中琥珀酸脱氢酶（Complex II） ⌘ 被hypoglycin所抑制（来源于非洲荔枝）

15 Glu FAD

16

17 非洲荔枝

18 2. 水合加成 Hydration (HOH) ⌘ 顺式加成， ⌘ 注意是L型的中间体与后面合成的相对比

19 3.再氧化成酮 Oxidation (NAD+)
4. 硫解断裂 Cleavage (CoASH) 硫解酶

20 β-氧化总结 β-氧化的挑战 单一不饱和脂肪酸 多不饱和脂肪酸 奇数脂肪酸

21 不饱和脂肪酸代谢 Unsaturated FA metabolism
单双键不饱和脂肪酸 β,γ double bond 例：棕榈油酸辅酶A （Palmitoleic CoA） ⌘ 当β氧化进行到顺式双键位于β，γ位 ⌘ 异构化为反式α，β位，进入第三步水合 ⌘ 缺少双键形成的一个FADH2 ⌘ 烯脂酰CoA异构酶催化异构化 γ β α enoyl-CoA isomerase γ β α

22 多双键不饱和脂肪酸 Δ2,4 double bond
例：亚油酸辅酶A linoleic CoA 烯脂酰辅酶A异构酶

23 多双键不饱和脂肪酸 Δ3,5 double bond

24 奇数脂肪酸的氧化作用 最终产物在β-氧化后获得丙酰辅酶A 参与三羧酸循环 丙酰辅酶A 琥珀酰辅酶A ⌘ 参与三羧酸循环： ⌘ 不是在三羧酸循环中被氧化成CO2和水，产生能量 ⌘ 在三羧酸循环中起到催化剂的作用 ⌘ 如果需要彻底氧化必须先转化为丙酮酸，乙酰辅酶A，进入三羧酸循环

25 丙酰辅酶A 丙酮酸辅酶A羧化酶 （S）甲基丙二酸单酰辅酶A 甲基丙二酸单酰辅酶A异构酶 （R）甲基丙二酸单酰辅酶A 甲基丙二酸单酰辅酶A变位酶 琥珀酰辅酶A

26 甲基丙二酸单酰辅酶A变位酶 Co > Co+2

27

28 自由基重排机理

29 过氧化物酶体的β-氧化 作用：氧化支链的脂肪酸和长链 脂肪酸（>22C） 过氧化物酶体硫解酶活性不高， 往往小脂肪酸会被移出

30 过氧化物酶体氧化机理

31 酮体的代谢Ketone Body Pathway
酮体包括： 乙酰乙酸 β-羟丁酸 丙酮 ⌘ 酮体在肝脏生成，脂肪酸氧化不完全，生成的中间产物。 ⌘ 酮体的生成依据体内乙酰辅酶A的水平来调节。 ⌘ 意义：能够透过血脑屏障，供能肌肉和脑组织； 长期饥饿和糖供给不足时供能 ⌘ 酮体是脂肪在肝脏内的正常产物，输出能量的一种形式 ⌘ 酮体溶于水，分子量比较小

32 酮体之间的转化：

33 酮体的生成：

34 酮体的利用：

35 乙酰乙酸的利用： 乙酰乙酸必须转化为乙酰辅酶A才能被利用。 首先转化为辅酶A的形式。

36 β-羟丁酸的利用

37 脂肪酸的合成： 就像糖酵解/糖异生；糖原合成/糖原分解一样，并不是简单的可逆反应。 主要有四大不同点。

38 脂肪酸的合成路线：

39 脂肪酸的合成路线

40 总结：脂肪酸的氧化与合成异同点 脂肪酸氧化 脂肪酸合成 位置 线粒体/过氧化物酶体 细胞质 转运 肉毒碱穿梭 柠檬酸穿梭 脂酰载体 辅酶A 脂酰载体蛋白 碳单位 C2 起始受体/供体 乙酰辅酶A，C2 丙二酰辅酶A，C3 氧化还原 FAD，NAD+ NADPH 酶的形态 单独酶 多功能二聚体 中间体构型 L型羟基酸 D型羟基酸 长度 到16C

41 线粒体中乙酰辅酶A通过柠檬酸穿梭（Citrate Shuttle）进入细胞质。
柠檬酸裂解酶 柠檬酸合酶 苹果酸脱氢酶 书上叫做柠檬酸-丙酮酸穿梭 丙酮酸羧化酶 苹果酸酶

42 NADPH和乙酰辅酶A的来源： 前面总结的表格我们知道NADPH在脂肪酸合成中起到关键作用，NADPH的来源如这张图所示

43 总结：柠檬酸穿梭（Citrate Shuttle）
所用到的酶： 丙酮酸羧化酶 （ATP，生物素，CO2） 柠檬酸合酶 柠檬酸裂解酶 （ATP） 苹果酸脱氢酶 （NADH） 苹果酸酶 （NADP+） 每次穿梭消耗2 ATP 结果：丙酮酸进入线粒体，柠檬酸出线粒体（也叫做柠檬酸-丙酮酸循环）

44 乙酰辅酶A羧化酶： ⌘ 脂肪酸在细胞质中合成的第一步为乙酰辅酶A在乙酰辅酶A羧化酶的作用下 生成丙二酰单酰辅酶A ⌘ 含有生物素作为辅基，起到羧基转移作用 ⌘为动物脂肪酸合成中的限速酶

45 ⌘ ACC 单体< == > ACC 多聚体
⌘ 低活性 高活性 ⌘ 变构的激活： 柠檬酸(+) 棕榈酸脂酰辅酶A(-) ⌘ 丙二酸单酰辅酶A抑制催化活性

46 ⌘ 磷酸化失活现象，那些激素？

47 1.加入柠檬酸后活性能够提高为什么？ 2.失活的酶加入柠檬酸后活性也会提高？

48 脂肪酸合成反应： ⌘ 在合成中会用到一种蛋白：脂酰基载体蛋白 Acyl Carrier Protein (ACP) ⌘ 77个氨基酸，用来承载生长中的脂肪链。 ⌘ 从结构上看，就是一个巨大的辅酶A

49 脂酰基载体蛋白和乙酰辅酶A CoASH ACP

50 脂酰基载体蛋白和乙酰辅酶A

51 脂肪酸合成酶复合体： ⌘ 多酶复合体 ⌘ 250kD的二聚体 ⌘ 活性中心包括MT,AT上的Ser ⌘ 第3-6步重复用来延长脂肪酸链

52 从化合物角度来看： 合成丙二酰单酰辅酶A 载入乙酰ACP和丙二酰ACP 缩合两个前体 还原 脱氢 消除（最终）

53 合成丙二酰单酰辅酶A 载入乙酰ACP和丙二酰ACP 缩合两个前体 还原 脱氢 消除（最终）

54 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 中央巯基SH 外围巯基SH 从酶的角度来看：

55

56

57 脂肪酸的合成产物为 16C饱和脂肪酸（棕榈酸） 不饱和脂肪酸及更长碳链 脂肪酸如何得到？ 线粒体，内质网（细胞质）

58 延长： 线粒体：β氧化的逆反应； 内质网：类似脂肪酸合成，用CoA代替ACP 增加不饱和度： 微粒体：氧化反应，O2，NADPH or NADH（两类酶）。 只能在4，5，6，9上加双键，不能在大于9位上加双键（动物）

59 Section 3. 类脂的代谢 他汀类药物发现与胆固醇的合成 他汀类降血脂药物：历史上最成功的治疗药物，成就多个“重磅炸弹”
2013年4月至2014年3月全美药品总销量 通过他汀类药物发现与胆固醇的合成来讲解胆固醇的合成

60 他汀类药物是如何发现的？ 背景：在1960年，胆固醇的合成路径已经被科学界掌握。胆固醇的合成大致分为三个阶段：乙酰辅酶A---羟甲戊酸---角鲨烯---胆固醇。乙酰辅酶A经过限速酶（3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶）成为羟甲戊酸为整个反应的关键步骤。许多研究机构和制药公司都开始积极地寻找HMG-CoA还原酶抑制剂。 1976年，日本东京一家小型制药公司---三共制药的远藤章博士宣布找到了世界上第一个HMG-CoA还原酶抑制剂——美伐他汀。三共却并没能抓住先机将其投放市场。 1978年，三共制药启动美伐他汀的临床试验。 1976年，默沙东公司邀请远藤章前来美国作学术交流，默沙东公司很快就在成千上万个土壤样品中找到了另一种新的他汀──洛伐他汀（lovastatin），并即刻开始了临床实验。

61 1933年に農家に生まれ、少年時代から菌類に親しむ。
1957年同大を卒業して三共株式会社に入社し。 1966年東北大学農学博士。 1966年から1968年、アルバート・アインシュタイン医科大学（ニューヨーク）に留学。 帰国後有効なコレステロール低下剤の開発を目指して、2年間に6000株の菌類を調べ 1973年に青カビ（ペニシリウム・シトリヌム）の培養液からコレステロール合成阻害剤 ML-236B（コンパクチン）を発見。 1974年初めに開発が中止される。 1978年2月、コンパクチンによる重症患者の治療に踏み切る。 1979年1月 - 東京農工大学農学部助教授。 1980年夏には発ガン性があるとする誤判断で開発を完全に中止。 遠藤章 1933年11月4日－ 日本の生化学者、応用微生物学者

62 1980年，美伐他汀在动物实验中观察到引起肿瘤的现象，三共误判终止了研发。
默沙东的首席科学家罗伊-瓦格罗斯依旧迎难而上继续洛伐他汀临床试验。 1987年，洛伐他汀获得FDA批准上市，第一个成功上市的他汀药。 总结：在他汀药物出现之前，默沙东公司还只是一家较大的制药公司之一。他汀药物空前成功使默沙东公司一跃成为世界上最大的制药公司之一。尽管三共公司第一个发现他汀，但却痛失市场先机，错失挤入制药巨人行列的绝佳机会。

63 Section 4.脂类代谢的调节

64 谢谢！