脂肪酸合成代謝（課堂PPT）

1、第二節(jié)第二節(jié) 脂肪酸的合成代謝脂肪酸的合成代謝一一. 甘油的合成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。由糖酵解的中間產(chǎn)物磷酸二羥丙酮還原而成。甘油的合成在甘油的合成在細胞質(zhì)細胞質(zhì)中進行。中進行。 事實上，在甘油和脂肪酸縮合連結(jié)成脂肪時，事實上，在甘油和脂肪酸縮合連結(jié)成脂肪時，所需要的是所需要的是3-3-磷酸甘油，而不是游離的甘油。磷酸甘油，而不是游離的甘油。 (一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成原料：乙酰乙酰CoACoA 產(chǎn)物：不超過不超過1616碳的飽和脂肪酸碳的飽和脂肪酸部位：動物體動物體 細胞質(zhì)細胞質(zhì)植物體植物體 葉綠體葉綠體和和前質(zhì)體前質(zhì)體 Overvi

2、ew Fatty acids are synthesized by the condensation of two-carbon units. However, in terms of the enzymic steps involved, the process is not the reversed of -oxidation. Fatty acid synthesis involves a separate series of reactions to build up long-chain hydrocarbons from acetyl CoA units. The key diff

3、erences between fatty acid synthesis and breakdown are: (一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1.fattyacidsynthesisoccursinthecytosolofbothprokaryotesandeukaryoteswhereastheirdegradationoccursinthemitochondriaofeukaryotes;2.fattyacidsynthesisusesNADPHasthereductantwhereasNADHisproducedin-oxidation;3.duringthei

4、rsynthesis,fattyacidsarecovalentlylinkedtoanacylcarrierprotein(ACP),asopposedtoCoAintheirdegradation;4.theenzymeactivitiesoffattyacidsynthesisinhigherorganismsarepresentinasinglepolypeptidechaincalledfattyacidsynthase,whereasin-oxidationtheindividualactivitiesarepresentonseparateenzymes.(一) 脂肪酸的從頭合成

5、二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙酰CoACoA的來源和轉(zhuǎn)運的來源和轉(zhuǎn)運 Transport into the cytosol Fatty acids are synthesized in the cytosol, but acetyl CoA is produced from pyruvate in the mitochondria. Thus the acetyl CoA must be transferred from the mitochondria into

6、 the cytosol to allow fatty acid synthesis to occur. However, the inner mitochondrial membrane is not readily permeable to this molecule. This problem is overcome by the condensation of acetyl CoA with oxaloacetate to form citrate. 1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙酰Co

7、ACoA的來源和轉(zhuǎn)運的來源和轉(zhuǎn)運 因為乙酰因為乙酰CoACoA在在線粒體產(chǎn)生，線粒體產(chǎn)生，乙酰乙酰CoACoA不能直不能直接穿過線粒體內(nèi)膜，需要通過接穿過線粒體內(nèi)膜，需要通過“檸檬酸穿梭檸檬酸穿梭”的的方式從線粒體基質(zhì)到達細胞質(zhì)，才能用于合成脂方式從線粒體基質(zhì)到達細胞質(zhì)，才能用于合成脂肪酸。肪酸。(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙酰CoACoA的來源和轉(zhuǎn)運的來源和轉(zhuǎn)運(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(1) (1) 乙酰乙

8、酰CoACoA的來源和轉(zhuǎn)運的來源和轉(zhuǎn)運 循環(huán)的凈結(jié)果是將乙酰循環(huán)的凈結(jié)果是將乙酰CoACoA從線粒體轉(zhuǎn)運到了細從線粒體轉(zhuǎn)運到了細胞質(zhì)，同時也胞質(zhì)，同時也消耗了化學(xué)能消耗了化學(xué)能ATPATP。 在植物體中，線粒體內(nèi)產(chǎn)生的乙酰在植物體中，線粒體內(nèi)產(chǎn)生的乙酰CoACoA先脫去先脫去CoACoA以乙酸的形式運出線粒體，再在線粒體外由脂酰以乙酸的形式運出線粒體，再在線粒體外由脂酰CoACoA合成酶催化重新形成乙酰合成酶催化重新形成乙酰CoACoA。1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸單酰丙二酸單酰CoACoA的

9、形成的形成 The first committed step in fatty acid biosynthesis is the carboxylation of acetyl CoA to form malonyl CoA using CO2 in the form of bicarbonate HCO3-. This reaction is catalyzed by the enzyme acetyl CoA carboxylase which has biotin as a prosthetic group, a common feature in CO2-binding enzymes

10、. 1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸單酰丙二酸單酰CoACoA的形成的形成 在脂肪酸的從頭合成過程中，參入脂肪酸鏈的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二碳單位的直接提供者并不是乙酰CoA，而是乙酰而是乙酰CoA的羧化產(chǎn)物的羧化產(chǎn)物 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA（malonyl-CoA）。）。1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸單酰丙二酸單酰CoACoA的形成的形成(一)

11、脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成乙酰乙酰CoACoA羧化酶的組成羧化酶的組成 在原核生物中，由兩種酶和一種蛋白質(zhì)組成三元在原核生物中，由兩種酶和一種蛋白質(zhì)組成三元多酶復(fù)合體多酶復(fù)合體 生物素羧基載體蛋白生物素羧基載體蛋白（biotin carboxyl-carrierbiotin carboxyl-carrier protein protein，BCCPBCCP） 生物素羧化酶生物素羧化酶 羧基轉(zhuǎn)移酶羧基轉(zhuǎn)移酶 在動物及高等植物體內(nèi)，乙酰在動物及高等植物體內(nèi)，乙酰CoACoA羧化酶是由多個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亞基組成的寡聚酶，每個亞基兼具

12、上述的三種催化活性，但只有當它們聚合成完整的寡聚酶后才有活性。性，但只有當它們聚合成完整的寡聚酶后才有活性。 1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2) (2) 丙二酸單酰丙二酸單酰CoACoA的形成的形成 乙酰乙酰CoACoA的羧化為不可逆反應(yīng)，是脂肪酸合成的羧化為不可逆反應(yīng)，是脂肪酸合成的限速步驟，故的限速步驟，故乙酰乙酰CoACoA羧化酶羧化酶的活性高低控制的活性高低控制著脂肪酸合成的速度。著脂肪酸合成的速度。1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成

13、(2) (2) 丙二酸單酰丙二酸單酰CoACoA的形成的形成 影響乙酰影響乙酰CoACoA羧化酶活性的因素：（在動物體中）羧化酶活性的因素：（在動物體中） 檸檬酸檸檬酸：促進無活性的單體聚合成有活性的全酶，從：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；而加速脂肪酸的合成； 軟脂酰軟脂酰CoACoA：促使全酶的解體，因而抑制脂肪酸的合促使全酶的解體，因而抑制脂肪酸的合成。成。1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成脂肪酸合酶系統(tǒng)（脂肪酸合酶系統(tǒng)（fatty acid synthase system，F(xiàn)AS） FA

14、的組成的組成 乙酰乙酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 丙二酸單酰丙二酸單酰CoA-ACP轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP合酶合酶 -酮脂酰酮脂酰-ACP還原酶還原酶 -羥脂酰羥脂酰-ACP脫水酶脫水酶 烯脂酰烯脂酰-ACP還原酶還原酶 硫酯酶硫酯酶ACP 脂?；d體蛋白脂?；d體蛋白1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成脂肪酸合酶系統(tǒng)（脂肪酸合酶系統(tǒng)（fatty acid synthase system，F(xiàn)AS）1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3)

15、 (3) 脂肪酸鏈的合成脂肪酸鏈的合成ACPACP：不同生物體中的不同生物體中的ACPACP十分相似：大腸桿菌中的十分相似：大腸桿菌中的ACPACP是一個由是一個由7777個氨基酸殘基組成的熱穩(wěn)定蛋白個氨基酸殘基組成的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)，在它的第質(zhì)，在它的第3636位絲氨酸殘基的側(cè)鏈上，連有輔位絲氨酸殘基的側(cè)鏈上，連有輔基基4-4-磷酸泛酰巰基乙胺。磷酸泛酰巰基乙胺。1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3) (3) 脂肪酸鏈的合成脂肪酸鏈的合成 ACPACP輔基猶如一個輔基猶如一個轉(zhuǎn)動的手臂，以其末轉(zhuǎn)動的手臂，以其末端的巰基攜

16、帶著脂酰端的巰基攜帶著脂?；来无D(zhuǎn)到各酶的活基依次轉(zhuǎn)到各酶的活性中心，從而發(fā)生各性中心，從而發(fā)生各種反應(yīng)，如下圖所示種反應(yīng)，如下圖所示。(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成FASFAS上的活性巰基：（用上的活性巰基：（用于 運 載 脂于 運 載 脂酰基）?；┲醒霂€基中央巰基 ACPACP上的巰上的巰基；基；外圍巰基外圍巰基 - -酮脂酰酮脂酰- -ACPACP合酶上合酶上的 巰 基 ，的 巰 基 ，由 該 酶 的由 該 酶 的一個一個CysCys殘殘基提供。基提供。1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成

17、乙酰乙酰CoA:ACP轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶丙二酸單酰丙二酸單酰CoA:ACP轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 -酮脂酮脂酰酰ACP合酶合酶 -酮脂酮脂酰酰ACP還原酶還原酶 -羥脂羥脂酰酰ACP脫水酶脫水酶烯脂烯脂酰酰ACP還原酶還原酶1. 1. 脂肪酸從頭合成的過程脂肪酸從頭合成的過程(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(3) (3) 脂肪酸鏈的合成脂肪酸鏈的合成整個過程都是在整個過程都是在脂肪酸合酶系統(tǒng)脂肪酸合酶系統(tǒng)中進行。中進行。 這一階段包含有多輪酶促反應(yīng)，每經(jīng)歷一輪可以這一階段包含有多輪酶促反應(yīng)，每經(jīng)歷一輪可以使脂肪酸鏈在羧基端使脂肪酸鏈在羧基端延長一個二碳單位，同時消耗延長一個二碳單位，同

18、時消耗2 2分子還原劑分子還原劑NADPHNADPH。 從乙酰從乙酰CoACoA的穿梭、丙二酸單酰的穿梭、丙二酸單酰CoACoA的生成，到脂的生成，到脂肪酸鏈的形成，需要消耗化學(xué)能肪酸鏈的形成，需要消耗化學(xué)能ATPATP及還原劑及還原劑NADPHNADPH。 整個合成的碳源來自乙酰整個合成的碳源來自乙酰CoACoA，盡管盡管COCO2 2參與了合參與了合成，但沒有被消耗，其作用是乙酰成，但沒有被消耗，其作用是乙酰CoACoA通過羧化通過羧化將將ATPATP的能量貯存在丙二酸單酰的能量貯存在丙二酸單酰CoACoA中，從而在縮中，從而在縮合反應(yīng)中通過脫羧放能而使反應(yīng)向正方向即合成合反應(yīng)中通過脫羧放

19、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的方向進行，這要比兩分子的乙酰CoACoA進行的縮進行的縮合反應(yīng)更易進行。合反應(yīng)更易進行。 2. 2. 脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成2. 2. 脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量脂肪酸從頭合成的化學(xué)計量(一) 脂肪酸的從頭合成二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成 由此可見，由脂肪酸合酶系統(tǒng)形成由此可見，由脂肪酸合酶系統(tǒng)形成1 1分子軟脂酸需分子軟脂酸需要消耗要消耗1 1分子乙酰分子乙酰CoACoA、7 7分子丙二酸單酰分子丙二酸單酰CoACoA以及以及1414分分子還原輔酶子還原

20、輔酶，同時釋放出，同時釋放出7 7分子分子COCO2 2。1.1.延長發(fā)生的部位延長發(fā)生的部位(二) 脂肪酸碳鏈的延長二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)動物體動物體線粒體線粒體植物體植物體葉綠體葉綠體或或前質(zhì)體前質(zhì)體2. 2. 延長過程延長過程該過程是以該過程是以脂酰脂酰CoA（不是脂肪酸）作為起點不是脂肪酸）作為起點(引物引物)，通過與從頭合成相似的步驟，即，通過與從頭合成相似的步驟，即縮合縮合還還原原脫水脫水再還原再還原，逐步在羧基端增加二碳單位。，逐步在羧基端增加二碳單位。 至于延長的具體方式，在細胞的不同部位都不至于延長的具體方式，在細胞的不同部位都不相同。相同。(二) 脂肪

21、酸碳鏈的延長二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成線粒體中的延長過程線粒體中的延長過程：相當于脂肪酸相當于脂肪酸 -氧化過氧化過程的逆轉(zhuǎn)程的逆轉(zhuǎn)，只是第二次還原反應(yīng)由，只是第二次還原反應(yīng)由還原酶還原酶而不是脫而不是脫氫酶催化，電子載體為氫酶催化，電子載體為NADPH而不是而不是FADH2；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的延長過程內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的延長過程：與從頭合成過程相似，：與從頭合成過程相似，只是脂?；妮d體為只是脂酰基的載體為CoA而不是而不是ACP。2. 2. 脂肪酸碳鏈的延長過程脂肪酸碳鏈的延長過程(二) 脂肪酸碳鏈的延長二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1) 1) 動物體中脂肪酸鏈的延長動物體中脂肪酸鏈的延長植物的脂肪

22、酸延長系統(tǒng)有兩個植物的脂肪酸延長系統(tǒng)有兩個 葉綠體或前質(zhì)體中的只負責將軟脂酸轉(zhuǎn)變?yōu)橛踩~綠體或前質(zhì)體中的只負責將軟脂酸轉(zhuǎn)變?yōu)橛仓幔ㄖ幔?8:0），這一過程類似于從頭合成途徑；），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)完成成。 2. 2. 脂肪酸碳鏈的延長過程脂肪酸碳鏈的延長過程(二) 脂肪酸碳鏈的延長二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成(2)(2)植物體中脂肪酸鏈的延長植物體中脂肪酸鏈的延長細胞內(nèi)進行細胞內(nèi)進行部位部位動動 物物植植 物物線粒體線粒體葉綠體、前質(zhì)體葉綠體、前質(zhì)體ACPACP內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)電子供體電子供體脂?；妮d體

23、脂酰基的載體二碳單位的供體二碳單位的供體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)NADPHNADPH丙二酸單酰丙二酸單酰CoACoA不不明明確確NADHNADHNADPHNADPHCoACoA乙酰乙酰CoACoA 丙二酸單酰丙二酸單酰CoACoACoACoANADPHNADPH2. 2. 脂肪酸碳鏈的延長過程脂肪酸碳鏈的延長過程(二) 脂肪酸碳鏈的延長二二. 脂肪酸的合成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，在生物體內(nèi)存在大量的各種不飽和脂肪酸，如棕櫚油酸（如棕櫚油酸（16:116:1D D9 9）、）、油酸（油酸（18:118:1D D9 9）、）、亞油亞油酸（酸（18:218:2D D9,129,12）、

24、）、亞麻酸（亞麻酸（18:318:3D D9,12,159,12,15）等，它等，它們都是由飽和脂肪酸經(jīng)去飽和作用而形成的。們都是由飽和脂肪酸經(jīng)去飽和作用而形成的。去飽和作用有去飽和作用有需氧和厭氧需氧和厭氧兩條途徑，前者主兩條途徑，前者主要存在于真核生物中，后者存在于厭氧微生物中。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二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 需氧途徑該途徑由去飽和酶系催化，需要該途徑由去飽和酶系催化，需要O O2 2和和NADPHNADPH的共同參與。的共同參與。去飽和酶系由去飽和酶系由去飽和酶去飽和酶（desaturasedesaturase）

25、及一系列的電子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電子而生成兩分子水，其中一對電子是通過電子傳遞體從NADPHNADPH獲得，另一對則是從脂酰基獲得，結(jié)果獲得，另一對則是從脂?；@得，結(jié)果NADPHNADPH被氧化成被氧化成NADPNADP+ +，脂酰基被氧化形成雙鍵。（參見下圖）脂?；谎趸纬呻p鍵。（參見下圖）(三) 脂肪酸碳鏈的去飽和二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成去飽和作用一般去飽和作用一般首先發(fā)生在飽和脂肪酸的首先發(fā)生在飽和脂肪酸的9 9、1010位

26、位碳碳原子上，生成單不飽和脂肪酸（如棕櫚油酸、油原子上，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。鍵向脂酸的羧基端繼續(xù)去飽和形成多不飽和脂肪酸。二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成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，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。它也是一個需氧的過程。二二. 脂肪酸的合成脂肪酸的合成1. 需氧途徑