第二十九章
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第二十九章 脂类的生物合成. 一、甘油代谢. 甘油三酯 甘油二酯 甘油单酯. HSL. 脂肪酶. 脂肪酸. 脂肪酸. 脂肪酶. 脂肪酸. 贮存脂肪的动员. 甘油. 甘油的去路. NADH+H +. NAD +. -. -. -. CH 2 OH. CH 2 OH. CH 2 OH. -. -. -. HO-CH. HO-CH. C=O. CH 2 O-P. CH 2 OH. CH 2 O-P. 3 磷酸甘油脱氢酶. 甘油的来源.

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第二十九章 脂类的生物合成

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Presentation Transcript


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第二十九章脂类的生物合成


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一、甘油代谢

甘油三酯 甘油二酯 甘油单酯

HSL

脂肪酶

脂肪酸

脂肪酸

脂肪酶

脂肪酸

贮存脂肪的动员

甘油


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甘油的去路


3539405

NADH+H+

NAD+

-

-

-

CH2OH

CH2OH

CH2OH

-

-

-

HO-CH

HO-CH

C=O

CH2O-P

CH2OH

CH2O-P

3磷酸甘油脱氢酶

甘油的来源

1、 来自EMP途径

磷酸酶

Pi

2、来自脂肪的水解


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二、脂类的合成

(一)饱和脂肪酸的生物合成(从头合成)

场所:细胞溶胶

原料:丙二酸单酰CoA(源于乙酰CoA)

还原力:NADPH


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1、乙酰CoA的转运

乙酰CoA的来源

脂肪酸β氧化

线粒体

氨基酸代谢

丙酮酸脱氢酶系

线粒体

丙酮酸

三羧酸转运体系

柠檬酸穿梭系统


2 coa

O

=

CH3-C~SCOA+HCO3-+ATP

O

=

HOOC-CH2-C~SCOA

2、丙二酸单酰CoA的形成

乙酰CoA羧化酶

+ADP+Pi


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大肠杆菌乙酰CoA羧化酶(别构酶)

生物素羧化酶(biotin carboxylase,BC)

羧基转移酶(trans carboxylase,CT)

生物素羧基载体蛋白

(biotin carboxyl carrier protein,BCCP)

组 成


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羧基转移酶

生物素羧化酶


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CO2

CO2

O

=

CH3-C~SCOA

作用调节(柠檬酸正调节,软脂酰CoA变构抑制)

生物素羧化酶

BCCP-CO2 +ADP

ATP+HCO3-+BCCP

羧基转移酶

BCCP-CO2 +

O

HOOC-CH2-C~SCOA +BCCP

哺乳动物、鸟类的乙酰CoA羧化酶为相同亚单位二聚体


3 fas

磷酸泛酰巯基乙胺

3、脂肪酸合酶复合体(大肠杆菌FAS)

⑴组成

  • 酰基载体蛋白(ACP-SH)

  • 乙酰CoA-ACP酰基转移酶

  • 丙二酸单酰CoA-ACP酰基转移酶

  • β-酮脂酰- ACP合酶

  • β-酮脂酰- ACP还原酶

  • β-羟脂酰- ACP脱水酶

  • 烯脂酰-ACP还原酶

SH

ACP


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ACP:转移脂酰基

与脂酰基形成硫酯键

磷酯键相连


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⑵反应历程

①启动/进位

乙酰CoA:ACP转移酶,AT

哺乳动物不经过

乙酰ACP中间体


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②装载

丙二酸单酰CoA:ACP转移酶,MT


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③缩合

β 酮酰ACP合酶, KS

乙酰乙酰ACP


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④还原

D-αβ 羟丁酰ACP

β 酮酰ACP还原酶,KR


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反式丁烯酰ACP

⑤脱水

β-羟脂酰-ACP脱水酶,HD


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丁酰ACP

⑥还原

烯脂酰-ACP还原酶,ER


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AT


3539405

软脂酸的生物合成


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⑦释放

动物细胞:终产物是软脂酰-ACP

H2O

软脂酰-ACP硫酯酶

ACP、软脂酸

(棕榈酸前体)

  • 一分子软脂酸合成时,8个2C单位中,

    第1个为乙酰CoA,其它7个为丙二酸单酰CoA


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O

O

=

=

CH3-C-CH2-C~SACP

O

=

HOOC-CH2-C~SACP

O

=

β-酮脂酰-ACP合酶

CH3-C~S-合酶+

+合酶-SH+CO2

缩合反应中, β-酮脂酰-ACP合酶对链长有专一性,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。

硫酯酶水解

软脂酰-ACP

ACP+软脂酸(棕榈酸)

释放

H2O


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O

=

CH3-C~SCOA

O

=

HOOC-CH2-C~SACP

O

丙二酸单酰转移酶

=

HOOC-CH2-C~SCOA

HOOC-CH2-C~SCOA

+ACP-SH

+COA-SH

  • 乙酰基转移反应

CoA-SH

ACP-SH

O

=

CH3-C~SACP

ACP脂酰基转移酶

  • 丙二酸单酰基转移反应


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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-酮脂酰-ACP合酶

CH3-C~S-合酶+

+合酶-SH+CO2

  • 还原反应

β-酮脂酰-ACP还原酶

+NADPH+ +H +

+NADP+

D-β-羟丁酰-ACP


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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-羟脂酰-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-烯脂酰-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


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  • 总反应式

O

=

8CH3-C~SCOA

+7ATP+14NADPH++14H +

CH3 (CH2)14COOH

+14NADP++8CoASH +7ADP+7Pi+6H2O

  • 脂肪酸合成与糖代谢的联系:

原料(乙酰辅酶A)

羧化反应中消耗的ATP

由EMP途径提供

部分由磷酸戊糖途径提供

还原力NADPH

部分由EMP中NADH间接转化


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三羧酸载体

胞液

线粒体基质

柠檬酸

柠檬酸

ATP,CoASH

乙酰辅酶A

柠檬酸裂解酶

ADP+Pi

线粒体内膜

草酰乙酸

草酰乙酸

乙酰CoA

丙酮酸氧化

脂肪酸氧化

氨基酸代谢

NADH+H+

丙酮酸羧化酶

H2O

ATP

CO2

NAD+

苹果酸

苹果酸

脂肪酸合成

NADP+

苹果酸酶

NADPH+H+(8个)

CO2

丙酮酸

丙酮酸


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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 +

奇数碳原子饱和脂肪酸合成以丙二酸单酰ACP为起始物,逐步加入丙二酸单酰ACP


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4、不同生物的脂肪酸合成酶


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5、饱和脂肪酸从头合成与β-氧化的比较

区别要点 从头合成 β-氧化

细胞内发生场所 胞液 线粒 体

酰基载体 ACP-SHCoA-SH

电子供体或受体 NADP FAD、NAD

转运体系 三羧酸系统 肉碱转运

二碳单位参与/断裂形式 丙二酸单酰ACP 乙酰COA

对HCO3-和柠檬酸的需求 需要 不需要

-羟酰基中间物立体构型D型 L型

能量 耗能及NADPH 产生ATP


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  • 在动物体内,软脂酸是合成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

(二)脂肪酸碳链的延长与去饱和

1、碳链的延长

线粒体延长系统

内质网延长系统


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线粒体内

  • β-氧化的逆转

  • NADPH为氢供体

  • 二碳片段供体乙酰COA

  • 烯脂酰CoA还原酶代替

    脂酰CoA脱氢酶


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光面内质网膜上的延长

  • NADPH为氢供体

  • 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)


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2、不饱和脂肪酸的合成

(1)单不饱和脂肪酸的合成

单烯不饱和脂肪酸

  • 大多为顺式

  • 双键多在C9-C10之间(棕榈酸和油酸)


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  • 需氧途径(真核生物)

  • 动物体内(肝或脂肪组织)

位于光面内质网

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+

FADH2

NAD+

2H+ +O2


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脂酰CoA去饱和酶

混合功能氧化酶


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(2)多烯不饱和脂肪酸的合成

  • 厌氧细菌中基本不存在多烯不饱和脂肪酸

  • 高等动植物体内含量丰富,是由单烯脂肪酸继续去饱和而产生的。


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软脂酸

棕榈酸

硬脂酸

油酸

仅在植物中发生

亚油酸

亚麻酸

花生四烯酸


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  • 必需脂肪酸(essential fatty acid,EFA)

    哺乳动物缺乏在C9位以外引入双键的酶,

    亚油酸(18:2)、亚麻酸(18:3)和

    花生四烯酸(20:4)只能由外界摄入而得,

    称为∽。


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植物中去饱和酶作用于磷脂中的FA


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-

-

-

-

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

-

-

-

-

C=O

HO-CH

HO-CH

C=O

CH2O-P

CH2O-P

CH2O-P

CH2OH

ATP

ADP

(三)脂酰甘油的生物合成

P

原料: 3- -甘油和脂酰-CoA

  • 3- –甘油

P

NADH+H+

NAD+

EMP

3-磷酸脱氢酶

3- p –甘油

甘油激酶

脂肪降解


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-

-

-

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

磷酸甘油脂酰转移酶

脂酰-CoA

脂酰-CoA合成酶

RCH2CH2CH2COOH

RCH2CH2CH2CO~SCoA

CoASH+ATP

AMP+PPi

(二)合成过程

①合成磷脂酸

O

=

=

CH2O-C-R1

-

HO-CH

(溶血磷脂酸)

-

CH2O-P

O

=

O

O

=

R2-C~SCOA

=

(磷脂酸)

COA-SH


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O

O

H2O

=

=

Pi

CH2O-C-R1

CH2O-C-R1

O

O

=

=

R2-C-O-CH

R2-C-O-CH

-

-

CH2OH

CH2O-C-R3

R3-C~SCOA

COA-SH

二酰甘油脂酰转移酶

②二酰甘油的生成

磷脂酸

-

磷脂酸磷酸酶

③三酰甘油的生成

O

=

二酰甘油

-

O

=


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原料之一:3-P-甘油


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磷脂酸

原料之二:脂酰CoA


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三脂酰甘油

甘油磷脂


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(四)磷脂类的合成

甘油磷脂的生物合成


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1、甘油磷脂在大肠杆菌中的合成

磷脂酰甘油

磷脂酰乙醇胺

二磷脂酰甘油

  • 以磷脂酸作 前体

  • 以CDP衍生物形式作活化载体


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磷脂酸胞苷转移酶

合酶

合酶

磷脂酰甘油磷酸

磷脂酰丝氨酸,PS


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磷脂酰乙醇胺

磷脂酰甘油


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二磷脂酰甘油


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2、甘油磷脂在真核生物中的合成

两条途径

磷脂酰胆碱

磷脂酰乙醇胺


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磷脂酸骨架亦可来自

磷酸二羟丙酮

途径一:


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途径二:

胆碱激酶

位于细胞质

限速酶

胞质中无活性

进入内质网激活

胞苷转移酶

磷脂酰乙醇胺的合成途径类似


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酵母、肝脏、细菌中的支路

S-腺苷甲硫氨酸提供甲基


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1、鞘磷脂的合成

(五)鞘磷脂和鞘糖脂的合成

软脂酰CoA

3酮鞘氨醇合酶

3酮鞘氨醇


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3酮鞘氨醇还原酶

二氢鞘氨醇


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N-脂酰-二氢鞘氨醇


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二氢神经酰胺还原酶(FAD)

神经酰胺

葡糖神经酰胺

葡糖脑苷脂

磷酸胆碱转移酶

2、鞘糖脂的合成

始于神经酰胺

鞘磷脂


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(六)胆固醇的合成


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1、Step1:甲羟戊酸的形成

HMG-CoA还原酶


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HMG-CoA还原酶的调控

——位于光面内质网

  • 表达水平:胆固醇 酶表达量

  • 降解速度:胆固醇 酶降解速度

  • 共价修饰调节:

    磷酸化失活

    去磷酸化激活(蛋白磷酸酶)


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2、Step2:

自甲羟戊酸到

异戊酰焦磷酸和

二甲烯丙基焦磷酸

甲羟戊酸激酶

磷酸甲羟戊酸激酶

5’焦磷酸甲羟戊酸


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5’焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶

异戊酰焦磷酸

二甲烯丙基焦磷酸


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3、Step3:三十碳鲨烯合成

6个异戊二烯焦磷酸衍生物参与

10C


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法尼焦磷酸,15C

法尼焦磷酸,15C

形成鲨烯,30C


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4、鲨烯环合形成羊毛固醇

鲨烯单加氧酶

鲨烯环氧化物


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鲨烯环化酶

羊毛固醇

5、Step5:生成胆固醇


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  • 胆固醇的生物合成

  • 原料:乙酰COA

  • 步骤

  • 甲羟基戊酸的的生成

  • 异戊烯醇焦磷酸酯的生成

  • 鲨烯的生成

  • 羊毛固醇的生成

  • 胆固醇的生成


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一 、 甘油磷脂的降解与生物合成

磷脂酶

  • 甘油磷脂的降解

脂酰甘油磷酸胆碱+脂肪酸

A1、A2、C、D

O

A1

=

CH2O-C-R1

2-脂酰甘油磷酸胆碱+脂肪酸

O

A2

=

-

1-脂酰甘油磷酸胆碱+脂肪酸

R2-C-O-CH

O

-

=

CH2O-P-OCH2CH2N+(CH3)3

-

O-

C

D

二酰甘油+磷酸胆碱

卵磷脂

(磷脂酰胆碱)

磷脂酸 +胆碱

A1:动物体中;A2:蛇、蝎、蜂毒和动物胰脏中

C: 蛇、微生物分泌的毒素、动物脑

D:高等植物中


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食物

卵磷脂

降解

卵磷脂(磷脂酰胆碱——PC)可由脑磷脂的氨基甲基化而来

从头合成途径:

3 S-腺苷-同型半胱氨酸

磷脂酰乙醇胺+3 S-腺苷-甲硫氨酸

卵磷脂(PC)

节约利用途径 (动物)

胆碱激酶

胆碱+ATP 磷酸胆碱+ADP

磷酸胆碱+CTP CDP-胆碱 + Ppi

CDP-胆碱 + 甘油二酯磷脂酰胆碱+CMP

转移酶

磷脂酰胆碱转移酶


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二 糖脂的降解与生物合成

  • 糖脂的降解

脂肪酸+单糖及衍生物+甘油+鞘氨醇等

脂酶和糖苷酶

糖脂

软脂酰CoA + L-丝氨酸


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胆固醇的转化

  • 转化为胆酸及其衍生物

  • 转化为类固醇激素

  • 转化为VD

紫外线

VD3

7-脱氢胆固醇

麦角固醇

紫外线

VD2


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