生物化學(xué)課件：第六章 第二節(jié) 脂肪的合成代謝

第二節(jié)脂肪的合成代謝一.甘油的合成由糖酵解的中間產(chǎn)物磷酸二羥丙酮還原而成。甘油的合成在細(xì)胞質(zhì)中進行。

事實上，在甘油和脂肪酸縮合連結(jié)成脂肪時，所需要的是3-磷酸甘油，而不是游離的甘油。(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成原料：乙酰CoA

產(chǎn)物：不超過16碳的飽和脂肪酸部位：動物體——細(xì)胞質(zhì)植物體——葉綠體和前質(zhì)體

(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(1)乙酰CoA的來源和轉(zhuǎn)運脂肪酸b-氧化丙酮酸氧化脫羧氨基酸氧化……

這些代謝過程都在線粒體內(nèi)進行，因此產(chǎn)生的乙酰CoA必須轉(zhuǎn)移到線粒體外，才能用于合成脂肪酸。

乙酰CoA不能直接穿過線粒體內(nèi)膜，需要通過“檸檬酸穿梭”的方式從線粒體基質(zhì)到達(dá)細(xì)胞質(zhì)。1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成檸檬酸穿梭

檸檬酸

檸檬酸(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(1)乙酰CoA的來源和轉(zhuǎn)運

線粒體內(nèi)的乙酰CoA先與草酰乙酸縮合成檸檬酸，通過內(nèi)膜上檸檬酸的載體透過內(nèi)膜進入細(xì)胞質(zhì)中，然后檸檬酸裂解成乙酰CoA和草酰乙酸，前者即可參與脂肪酸的合成，而草酰乙酸也不能直接透過內(nèi)膜，它必須轉(zhuǎn)變成蘋果酸或丙酮酸，由它們經(jīng)內(nèi)膜載體返回線粒體，到達(dá)線粒體的蘋果酸或丙酮酸分別以不同的方式重新生成草酰乙酸，從而完成了乙酰CoA的一次轉(zhuǎn)運。1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(1)乙酰CoA的來源和轉(zhuǎn)運

循環(huán)的凈結(jié)果是將乙酰CoA從線粒體轉(zhuǎn)運到了細(xì)胞質(zhì)，同時也消耗了化學(xué)能ATP。

在植物體中，線粒體內(nèi)產(chǎn)生的乙酰CoA先脫去CoA以乙酸的形式運出線粒體，再在線粒體外由脂酰CoA合成酶催化重新形成乙酰CoA。因此植物體內(nèi)可能不存在“檸檬酸穿梭”。1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸單酰CoA的形成

在脂肪酸的從頭合成過程中，參入脂肪酸鏈的二碳單位的直接提供者并不是乙酰CoA，而是乙酰CoA的羧化產(chǎn)物——丙二酸單酰CoA（malonyl-CoA）。1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸單酰CoA的形成①丙二酸單酰CoA的形成(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成②乙酰CoA羧化酶的組成

在原核生物中，乙酰CoA羧化酶由兩種酶和一種蛋白組成的多酶復(fù)合體—

生物素羧基載體蛋白（biotincarboxyl-carrier

protein，BCCP）

生物素羧化酶

羧基轉(zhuǎn)移酶

在動物及高等植物體內(nèi)，乙酰CoA羧化酶是由多個亞基組成的寡聚酶，每個亞基兼具上述的三種催化活性，但只有當(dāng)它們聚合成完整的寡聚酶后才有活性。

1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(2)丙二酸單酰CoA的形成③脂肪酸從頭合成的調(diào)控

乙酰CoA的羧化為不可逆反應(yīng)，是脂肪酸合成的限速步驟，故乙酰CoA羧化酶的活性高低控制著脂肪酸合成的速度。

影響乙酰CoA羧化酶活性的因素：（在動物體中）

檸檬酸：促進無活性的單體聚合成有活性的全酶，從而加速脂肪酸的合成；

軟脂酰CoA：促使全酶的解體，因而抑制脂肪酸的合成。1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸鏈的合成①脂肪酸合酶系統(tǒng)（fattyacidsynthase

system，F(xiàn)AS）

多酶復(fù)合體FA的組成①乙酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶②丙二酸單酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶③β-酮脂酰-ACP合酶④β

-酮脂酰-ACP還原酶⑤β

-羥脂酰-ACP脫水酶⑥烯脂酰-ACP還原酶⑦硫酯酶ACP——脂?；d體蛋白1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸鏈的合成FA的組成①②③④⑥⑤ACPACP④①②⑥③⑤⑦ACP①②⑥⑤③④大腸桿菌酵母脊椎動物×6×2多酶復(fù)合體寡聚酶a6b6寡聚酶a2多1種

硫酯酶

活性a亞基b亞基6種酶以ACP為中心

有序地組合在一起

ACP脂肪酸合酶系統(tǒng)

AcylCarrierProtein不同生物體中的ACP十分相似大腸桿菌中的ACP由77個aa

殘基組成的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)Ser36

的側(cè)鏈上，連有輔基4'-磷酸泛酰巰基乙胺NHCH2CH2SHCONH(CH2)2COCHOHC(CH3)2CH2POOHOCH2CHNHC泛酸巰基乙胺多肽鏈Ser惻鏈OO1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸鏈的合成

ACP輔基猶如一個轉(zhuǎn)動的手臂，以其末端的巰基攜帶著脂酰基依次轉(zhuǎn)到各酶的活性中心，從而發(fā)生各種反應(yīng)，如下圖所示。①②③④⑥⑤ACP(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成FAS上的活性巰基：（用于運載脂?；┲醒霂€基——ACP上的巰基；外圍巰基——b-酮脂酰-ACP合酶上的巰基，由該酶的一個Cys殘基提供。SHSH中央巰基外圍巰基SHSHSHSOCH3CSSHOCH3CSSOCH3CC～OH2CHOOCSHSC～OH2COCH3CSHSC～OH2COHCH3CSHSC～OHCCHH3CSHSC～OH2CCH2H3COCSCoAH3C～HSCoA1SCoAC～OH2CHOOCSCoA2CO23NADPH.H+NADP+4H2O5NADPH.H+NADP+6H2OCH3(CH2)nCOOH7第一輪1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸鏈的合成②脂肪酸鏈的形成過程

這一過程是以乙酰CoA為起點(引物)，由丙二酸單酰CoA在羧基端逐步添加二碳單位，合成出不超過16碳的脂?；詈笾；凰獬捎坞x的脂肪酸。

整個過程都是在脂肪酸合酶系統(tǒng)中進行。1.脂肪酸從頭合成的過程(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成(3)脂肪酸鏈的合成②脂肪酸鏈的形成過程第二階段包含有多輪酶促反應(yīng)，每經(jīng)歷一輪(六步反應(yīng))，可以使脂肪酸鏈在羧基端延長一個二碳單位，同時消耗2分子還原劑NADPH。進位鏈的延伸水解從乙酰CoA的穿梭、丙二酸單酰CoA的生成，到脂肪酸鏈的形成，需要消耗化學(xué)能ATP及還原劑NADPH。整個合成的碳源來自乙酰CoA，盡管CO2參與了合成，但沒有被消耗，其作用是乙酰CoA通過羧化將ATP的能量貯存在丙二酸單酰CoA中，從而在縮合反應(yīng)中通過脫羧放能而使反應(yīng)向正方向即合成的方向進行，這要比兩分子的乙酰CoA進行的縮合反應(yīng)更易進行。

2.脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成2.脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量(一)脂肪酸的從頭合成二.脂肪酸的合成

由此可見，由脂肪酸合酶系統(tǒng)形成1分子軟脂酸需要消耗1分子乙酰CoA、7分子丙二酸單酰CoA以及14分子還原輔酶Ⅱ，同時釋放出7分子CO2。8SCoA14NADPH.H+14NADP+7ATP7ADP+7PiOCSCoA8H3C～＋H2OCH3(CH2)14COOH＋OCSCoAH3C～＋8SCoACH3(CH2)14COOH14NADPH.H+14NADP+7ATP7ADP+7PiH2O81.脂肪酸碳鏈的延長發(fā)生的部位(二)脂肪酸碳鏈的延長二.脂肪酸的合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動物體線粒體植物體葉綠體或前質(zhì)體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)2.脂肪酸碳鏈的延長過程該過程是以脂酰CoA（不是脂肪酸）作為起點(引物)，通過與從頭合成相似的步驟，即縮合→還原→脫水→再還原，逐步在羧基端增加二碳單位。

至于延長的具體方式，在細(xì)胞的不同部位都不相同。(二)脂肪酸碳鏈的延長二.脂肪酸的合成線粒體中的延長過程：相當(dāng)于脂肪酸b-氧化過程的逆轉(zhuǎn)，只是第二次還原反應(yīng)由還原酶而不是脫氫酶催化，電子載體為NADPH而不是FADH2；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的延長過程：與從頭合成過程相似，只是脂?；妮d體為CoA而不是ACP。2.脂肪酸碳鏈的延長過程(二)脂肪酸碳鏈的延長二.脂肪酸的合成1)動物體中脂肪酸鏈的延長植物的脂肪酸延長系統(tǒng)有兩個——葉綠體或前質(zhì)體中的只負(fù)責(zé)將軟脂酸轉(zhuǎn)變?yōu)橛仓幔?8:0），這一過程類似于從頭合成途徑；碳鏈的進一步延長則由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的延長系統(tǒng)完成。2.脂肪酸碳鏈的延長過程(二)脂肪酸碳鏈的延長二.脂肪酸的合成(2)植物體中脂肪酸鏈的延長細(xì)胞內(nèi)進行部位動物植物線粒體葉綠體、前質(zhì)體ACP內(nèi)質(zhì)網(wǎng)電子供體脂?；妮d體二碳單位的供體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)NADPH丙二酸單酰CoA不明確NADHNADPHCoA乙酰CoA丙二酸單酰CoACoANADPH2.脂肪酸碳鏈的延長過程(二)脂肪酸碳鏈的延長二.脂肪酸的合成在生物體內(nèi)存在大量的各種不飽和脂肪酸，如棕櫚油酸（16:1D9）、油酸（18:1D9）、亞油酸（18:2D9,12）、亞麻酸（18:3D9,12,15）等，它們都是由飽和脂肪酸經(jīng)去飽和作用而形成的。去飽和作用有需氧和厭氧兩條途徑，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厭氧微生物中。(三)脂肪酸碳鏈的去飽和二.脂肪酸的合成1.需氧途徑該途徑由去飽和酶系催化，需要O2和NADPH的共同參與。去飽和酶系由去飽和酶（desaturase）及一系列的電子傳遞體組成。在該途徑中，一分子氧接受來自去飽和酶的兩對電子而生成兩分子水，其中一對電子是通過電子傳遞體從NADPH獲得，另一對則是從脂酰基獲得，結(jié)果NADPH被氧化成NADP+，脂?；谎趸纬呻p鍵。（參見下圖）(三)脂肪酸碳鏈的去飽和二.脂肪酸的合成1.需氧途徑動物：Cytb5植物：鐵硫蛋白脂?；膯捂IFADNADPH+H+NADP+2e2e2Fe3+去飽和酶4e2H2O雙鍵2e4H++O2動物和植物體內(nèi)的去飽和酶系略有不同：動物中的結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，植物中的游離在細(xì)胞液中；動物中的以脂酰CoA以底物，植物中的以脂酰ACP為底物；兩者的電子傳遞體的組成也略有差別，動物體內(nèi)的細(xì)胞色素b5在植物體內(nèi)為鐵硫蛋白。二.脂肪酸的合成1.需氧途徑(三)脂肪酸碳鏈的去飽和去飽和作用一般首先發(fā)生在飽和脂肪酸的9、10位碳原子上，生成單不飽和脂肪酸（如棕櫚油酸、油酸）。接下來，對于動物，尤其是哺乳動物，從該雙鍵向脂酸的羧基端繼續(xù)去飽和形成多不飽和脂肪酸。二.脂肪酸的合成1.需氧途徑(三)脂肪酸碳鏈的去飽和而植物則是從該雙鍵向脂酸的甲基端繼續(xù)去飽和生成如亞油酸、亞麻酸等的多烯脂肪酸。此外，植物也可以不通過這條需氧途徑，而是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上由單不飽和脂肪酸以磷脂或甘油糖脂的形式繼續(xù)去飽和的，它也是一個需氧的過程。二.脂肪酸的合成1.需氧途徑(三)脂肪酸碳鏈的去飽和由于動物不能合成亞油酸和亞麻酸，但對維持其生長十分重要，所以必須從食物中獲得，這些脂肪酸對人類和哺乳動物是必需脂肪酸。但動物能通過去飽和作用和延長脂肪酸碳鏈的過程將它們轉(zhuǎn)變?yōu)槎妓南┧?。?脂肪酸的合成1.需氧途徑(三)脂肪酸碳鏈的去飽和厭氧途徑是厭氧微生物合成單不飽和脂肪酸的方式。這一過程發(fā)生在脂肪酸從頭合成的過程中。當(dāng)FAS系統(tǒng)從頭合成到10個碳的羥脂酰-ACP（b-羥癸酰-ACP）時，接下來的脫水作用不是由b-羥脂酰-ACP脫水酶催化發(fā)生在a、b位之間，而是由另一專一性的b-羥癸酰-