第三章 酶
一、酶的组成
单纯酶:仅由氨基酸残基构成的酶。
结合酶:酶蛋白:决定反应的特异性;
辅助因子:决定反应的种类与性质;可以为金属离子或小分子有机化合物。
可分为辅酶:与酶蛋白结合疏松,可以用透析或超滤方法除去。
辅基:与酶蛋白结合紧密,不能用透析或超滤方法除去。
酶蛋白与辅助因子结合形成的复合物称为全酶,只有全酶才有催化作用。
参与组成辅酶的维生素
转移的基团 辅酶或辅基 所含维生素
氢原子 NAD+﹑NADP+ 尼克酰胺(维生素PP)
FMN﹑FAD 维生素B2
醛基 TPP 维生素B1
酰基 辅酶A﹑硫辛酸 泛酸、硫辛酸
烷基 钴胺类辅酶类 维生素B12
二氧化碳 生物素 生物素
氨基 磷酸吡哆醛 吡哆醛(维生素B6)
甲基、等一碳单位 四氢叶酸 叶酸
二、酶的活性中心
酶的活性中心由酶作用的必需基团组成,这些必需基团在空间位置上接近组成特定的空间结构,能与底物特异地结合并将底物转化为产物。对结合酶来说,辅助因子参与酶活性中心的组成。但有一些必需基团并不参加活性中心的组成。
三、酶反应动力学
酶促反应的速度取决于底物浓度、酶浓度、PH、温度、激动剂和抑制剂等。
1、底物浓度
1)在底物浓度较低时,反应速度随底物浓度的增加而上升,加大底物浓度,反应速度趋缓,底物浓度进一步增高,反应速度不再随底物浓度增大而加快,达最大反应速度,此时酶的活性中心被底物饱合。
2)米氏方程式
V=Vmax[S]/Km+[S]
a.米氏常数Km值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
b.Km值愈小,酶与底物的亲和力愈大。
c.Km值是酶的特征性常数之一,只与酶的结构、酶所催化的底物和反应环境如温度、PH、离子强度有关,与酶的浓度无关。
d.Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度呈正比。
2、酶浓度
在酶促反应系统中,当底物浓度大大超过酶浓度,使酶被底物饱和时,反应速度与酶的浓度成正比关系。
3、温度
温度对酶促反应速度具有双重影响。升高温度一方面可加快酶促反应速度,同时也增加酶的变性。酶促反应最快时的环境温度称为酶促反应的最适温度。酶的活性虽然随温度的下降而降低,但低温一般不使酶破坏。
酶的最适温度不是酶的特征性常数,它与反应进行的时间有关。
4、PH
酶活性受其反应环境的PH影响,且不同的酶对PH有不同要求,酶活性最大的某一PH值为酶的最适PH值,如胃蛋白酶的最适PH约为1.8,肝精氨酸酶最适PH为9.8,但多数酶的最适PH接近中性。
最适PH不是酶的特征性常数,它受底物浓度、缓冲液的种类与浓度、以及酶的纯度等因素影响。
5、激活剂
使酶由无活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂,大多为金属离子,也有许多有机化合物激活剂。分为必需激活剂和非必需激活剂。
6、抑制剂
凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂。大多与酶的活性中心内、外必需基团相结合,从而抑制酶的催化活性。可分为:
1)不可逆性抑制剂:以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合,使酶失活。此种抑制剂不能用透析、超滤等方法去除。又可分为:
a.专一性抑制剂:如农药敌百虫、敌敌畏等有机磷化合物能特民地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基的羟基结合,使酶失活,解磷定可解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用。
b.非专一性抑制剂:如低浓度的重金属离子如汞离子、银离子可与酶分子的巯基结合,使酶失活,二巯基丙醇可解毒。化学毒气路易士气是一种含砷的化合物,能抑制体内的巯基酶而使人畜中毒。
2)可逆性抑制剂:通常以非共价键与酶和(或)酶-底物复合物可逆性结合,使酶活性降低或消失。采用透析或超滤的方法可将抑制剂除去,使酶恢复活性。可分为:
a.竞争性抑制剂:与底物竞争酶的活性中心,从而阻碍酶与底物结合形成中间产物。如丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用;磺胺类药物由于化学结构与对氨基苯甲酸相似,是二氢叶酸合成酶的竞争抑制剂,抑制二氢叶酸的合成;许多抗代谢的抗癌药物,如氨甲蝶呤(MTX)、5-氟尿嘧啶(5-FU )、6-巯基嘌呤(6-MP)等,几乎都是酶的竞争性抑制剂,分别抑制四氢叶酸、脱氧胸苷酸及嘌呤核苷酸的合成。
Vmax不变,Km值增大
b.非竞争性抑制剂:与酶活性中心外的必需基团结合,不影响酶与底物的结合,酶和底物的结合也不影响与抑制剂的结合。
Vmax降低,Km值不变
c.反竞争性抑制剂:仅与酶和底物形成的中间产物结合,使中间产物的量下降。
Vmax、 Km均降低
四、酶活性的调节
1、酶原的激活
有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体,必须在一定条件下,这些酶的前体水解一个或几个特定的肽键,致使构象发生改变,表现出酶的活性。酶原的激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程。生理意义是避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化,并使酶在特定的部位环境中发挥作用,保证体内代谢正常进行。
2、变构酶
体内一些代谢物可以与某些酶分子活性中心外的某一部位可逆地结合,使酶发生变构并改变其催化活性,有变构激活与变构抑制。
3、酶的共价修饰调节
酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合,从而改变酶的活性,这一过程称为酶的共价修饰。在共价修饰过程中,酶发生无活性与有活性两种形式的互变。酶的共价修饰包括磷酸化与脱磷酸化、乙酰化与脱乙酰化、甲基化与脱甲基化、腺苷化与脱腺苷化等,其中以磷酸化修饰最为常见。
五、同工酶
同工酶是指催化相同的化学反应,而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。同工酶是由不同基因或等位基因编码的多肽链,或由同一基因转录生成的不同mRNA翻译的不同多肽链组成的蛋白质。翻译后经修饰生成的多分子形式不在同工酶之列。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。
如乳酸脱氢酶是四聚体酶。亚基有两型:骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)。两型亚基以不同比例组成五种同工酶,如LDH1(HHHH)、LDH2(HHHM)等。它们具有不同的电泳速度,对同一底物表现不同的Km值。单个亚基无酶的催化活性。心肌、肾以LDH1为主,肝、骨骼肌以LDH5为主。
肌酸激酶是二聚体,亚基有M型(肌型)和B型(脑型)两种。脑中含CK1(BB型);骨骼肌中含CK3(MM型);CK2(MB型)仅见于心肌。
第四章 维生素
一、脂溶性维生素
1、维生素A
作用:与眼视觉有关,合成视紫红质的原料;维持上皮组织结构完整;促进生长发育。
缺乏可引起夜盲症、干眼病等。
2、维生素D
作用:调节钙磷代谢,促进钙磷吸收。
缺乏儿童引起佝偻病,成人引起软骨病。
3、维生素E
作用:体内最重要的抗氧化剂,保护生物膜的结构与功能;促进血红素代谢;动物实验发现与性器官的成熟与胚胎发育有关。
4、维生素K
作用:与肝脏合成凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ有关。
缺乏时可引起凝血时间延长,血块回缩不良。
二、水溶性维生素
1、维生素B1
又名硫胺素,体内的活性型为焦磷酸硫胺素(TPP)
TPP是α-酮酸氧化脱羧酶和转酮醇酶的辅酶,并可抑制胆碱酯酶的活性,缺乏时可引起脚气病和(或)末梢神经炎。
2、维生素B2
又名核黄素,体内的活性型为黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基,缺乏时可引起口角炎、唇炎、阴囊炎、眼睑炎等症。
3、维生素PP
包括尼克酸及尼克酰胺,肝内能将色氨酸转变成维生素PP,体内的活性型包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)。
NAD+和NADP+在体内是多种不需氧脱氢酶的辅酶,缺乏时称为癞皮症,主要表现为皮炎、腹泻及痴呆。
4、维生素B6
包括吡哆醇、吡哆醛及吡哆胺,体内活性型为磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。
磷酸吡哆醛是氨基酸代谢中的转氨酶及脱羧酶的辅酶,也是δ-氨基γ-酮戊酸(ALA)合成酶的辅酶。
5、泛酸
又称遍多酸,在体内的活性型为辅酶A及酰基载体蛋白(ACP)。
在体内辅酶A及酰基载体蛋白(ACP)构成酰基转移酶的辅酶。
6、生物素
生物素是体内多种羧化酶的辅酶,如丙酮酸羧化酶,参与二氧化碳的羧化过程。
7、叶酸
以四氢叶酸的形式参与一碳基团的转移,一碳单位在体内参加多种物质的合成,如嘌呤、胸腺嘧啶核苷酸等。叶酸缺乏时,DNA合成受抑制,骨髓幼红细胞DNA合成减少,造成巨幼红细胞贫血。
8、维生素B12
又名钴胺素,唯一含金属元素的维生素。
参与同型半工半胱氨酸甲基化生成蛋氨酸的反应,催化这一反应的蛋氨酸合成酶(又称甲基转移酶)的辅基是维生素B12,它参与甲基的转移。一方面不利于蛋氨酸的生成,同时也影响四氢叶酸的再生,最终影响嘌呤、嘧啶的合成,而导致核酸合成障碍,产生巨幼红细胞性贫血。
9、维生素C
促进胶原蛋白的合成;是催化胆固醇转变成7-α羟胆固醇反应的7-α羟化酶的辅酶;参与芳香族氨基酸的代谢;增加铁的吸收;参与体内氧化还原反应,保护巯基等作用。
第二篇 物质代谢及其调节
第一章 糖代谢
一、糖酵解
1、过程:
见图1-1
糖酵解过程中包含两个底物水平磷酸化:一为1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸;二为磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸。
2、调节
1)6-磷酸果糖激酶-1
变构抑制剂:ATP、柠檬酸
变构激活剂:AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖(产物反馈激,比较少见)和2,6-双磷酸果糖(最强的激活剂)。
2)丙酮酸激酶
变构抑制剂:ATP 、肝内的丙氨酸
变构激活剂:1,6-双磷酸果糖
3)葡萄糖激酶
变构抑制剂:长链脂酰辅酶A
注:此项无需死记硬背,理解基础上记忆是很容易的,如知道糖酵解是产生能量的,那么有ATP等能量形式存在,则可抑制该反应,以利节能,上述的柠檬酸经三羧酸循环也是可以产生能量的,因此也起抑制作用;产物一般来说是反馈抑制的;但也有特殊,如上述的1,6-双磷酸果糖。特殊的需要记忆,只属少数。以下类同。关于共价修饰的调节,只需记住几个特殊的即可,下面章节提及。
(1)糖原 1-磷酸葡萄糖
(2)葡萄糖 己糖激酶 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖6-磷酸果糖-1-激酶
ATP ADP ATP ADP
磷酸二羟丙酮
1,6-二磷酸果糖
3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸
NAD+ NADH+H+
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸激酶
ADP ATP ADP ATP
丙酮酸 乳酸
NADH+H+ NAD+
注:红色表示该酶为该反应的限速酶;蓝色ATP表示消耗,红色ATP和NADH等表示生成的能量或可以转变为能量的物质。以下类同。
(图1-1)
3、生理意义
1)迅速提供能量,尤其对肌肉收缩更为重要。若反应按(1)进行,可净生成3分子ATP,若反应按(2)进行,可净生成2分子ATP;另外,酵解过程中生成的2个NADH在有氧条件下经电子传递链,发生氧化磷酸化,可生成更多的ATP,但在缺氧条件下丙酮酸转化为乳酸将消耗NADH,无NADH净生成。
2)成熟红细胞完全依赖糖酵解供能,神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃,即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量。
3)红细胞内1,3-二磷酸甘油酸转变成的2,3-二磷酸甘油酸可与血红蛋白结合,使氧气与血红蛋白结合力下降,释放氧气。
4)肌肉中产生的乳酸、丙氨酸(由丙酮酸转变)在肝脏中能作为糖异生的原料,生成葡萄糖。
4、乳酸循环
葡萄糖 葡萄糖 葡萄糖
糖 糖
异 酵
生 解
途 途
径 径
丙酮酸 丙酮酸
乳酸 乳酸 乳酸
(肝) (血液) (肌肉)
乳酸循环是由于肝内糖异生活跃,又有葡萄糖-6-磷酸酶可水解6-磷酸葡萄糖,释出葡萄糖。肌肉除糖异生活性低外,又没有葡萄糖-6-磷酸酶。
生理意义:避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起酸中毒。
二、糖有氧氧化
1、过程
1)、经糖酵解过程生成丙酮酸
2)、丙酮酸 丙酮酸脱氢酶复合体 乙酰辅酶A
NAD+ NADH+H+
限速酶的辅酶有:TPP﹑FAD﹑NAD+﹑CoA及硫辛酸
3)、三羧酸循环
草酰乙酸+乙酰辅酶A 柠檬酸合成酶 柠檬酸 异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶
NAD+ NADH+H+
α-酮戊二酸 α-酮戊二酸脱氢酶复合体 琥珀酸酰CoA 琥珀酸
NAD+ NADH+H+ GDP GTP
延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸
FAD FADH2 NAD+ NADH+H+
三羧酸循环中限速酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体的辅酶与丙酮酸脱氢酶复合体的辅酶同。
三羧酸循环中有一个底物水平磷酸化,即琥珀酰COA转变成琥珀酸,生成GTP;加上糖酵解过程中的两个,本书中共三个底物水平磷酸化。
2、调节
1)丙酮酸脱氢酶复合体
抑制:乙酰辅酶A、NADH、ATP
激活:AMP、钙离子
2)异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶
NADH、ATP反馈抑制
3、生理意义
1)基本生理功能是氧化供能。
2)三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质三大营养物质代谢的最终共同途径。
3)三羧酸循环也是三大代谢联系的枢纽。
4、有氧氧化生成的ATP
葡萄糖有氧氧化生成的ATP
反 应 辅酶 ATP
第一阶段 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 -1
6-磷酸果糖 1,6双磷酸果糖 -1
2*3-磷酸甘油醛 2*1,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2*3或2*2(详见)
2*1,3-二磷酸甘油酸 2*3-磷酸甘油酸 2*1
2*磷酸烯醇式丙酮酸 2*丙酮酸 2*1
第二阶段 2*丙酮酸 2*乙酰CoA NAD+ 2*3
第三阶段 2*异柠檬酸 2*α-酮戊二酸 NAD+ 2*3
2*α-酮戊二酸 2*琥珀酰CoA NAD+ 2*3
2*琥珀酰CoA 2*琥珀酸 2*1
2*琥珀酸 2*延胡索酸 FAD 2*2
2*苹果酸 2*草酰乙酸 NAD+ 2*3
净生成 38或36个ATP
5、巴斯德效应
有氧氧化抑制糖酵解的现象。
三、磷酸戊糖途径
1、 过程
6-磷酸葡萄糖
NADP+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
NADPH
6-磷酸葡萄糖酸内酯
6-磷酸葡萄糖酸
NADP+
NADPH
5-磷酸核酮糖
5-磷酸核糖 5-磷酸木酮糖
7-磷酸景天糖 3-磷酸甘油醛
5-磷酸木酮糖 4-磷酸赤藓糖 6-磷酸果糖
3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖
6-磷酸果糖
2、生理意义
1)为核酸的生物合成提供5-磷酸核糖,肌组织内缺乏6-磷酸葡萄糖脱氢酶,磷酸核糖可经酵解途径的中间产物3- 磷酸甘油醛和6-磷酸果糖经基团转移反应生成。
2)提供NADPH
a.NADPH是供氢体,参加各种生物合成反应,如从乙酰辅酶A合成脂酸、胆固醇;α-酮戊二酸与NADPH及氨生成谷氨酸,谷氨酸可与其他α-酮酸进行转氨基反应而生成相应的氨基酸。
b.NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶,对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量进而保护巯基酶的活性及维持红细胞膜完整性很重要,并可保持血红蛋白铁于二价。
c.NADPH参与体内羟化反应,有些羟化反应与生物合成有关,如从胆固醇合成胆汁酸、类固醇激素等;有些羟化反应则与生物转化有关。
四、糖原合成与分解
1、合成
过程:
葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 UDPG焦磷酸化酶 尿苷二磷酸葡萄糖
UTP PPi (UDPG)
糖原合成酶 (G)n+1+UDP
(G)n
注:1)UDPG可看作是活性葡萄糖,在体内充作葡萄糖供体。
2)糖原引物是指原有的细胞内较小的糖原分子,游离葡萄糖不能作为UDPG的葡萄糖基的接受体。
3)葡萄糖基转移给糖原引物的糖链末端,形成α-1,4糖苷键。在糖原合酶作用下,糖链只能延长,不能形成分支。当糖链长度达到12~18个葡萄糖基时,分支酶将约6~7个葡萄糖基转移至邻近的糖链上,以α-1,6糖苷键相接。
调节:糖原合成酶的共价修饰调节。
2、分解
过程:
(G)n+1磷酸化酶 (G)n+1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 G+Pi
注:1)磷酸化酶只能分解α-1,4糖苷键,对α-1,6糖苷键无作用。
2)糖链分解至离分支处约4个葡萄基时,转移酶把3个葡萄基转移至邻近糖链的末端,仍以α-1,4糖苷键相接,剩下1个以α-1,6糖苷键与糖链形成分支的葡萄糖基被α-1,6葡萄糖苷酶水解成游离葡萄糖。转移酶与α-1,6葡萄糖苷酶是同一酶的两种活性,合称脱支酶。
3)最终产物中约85%为1-磷酸葡萄糖,其余为游离葡萄糖。
调节:磷酸化酶受共价修饰调节,葡萄糖起变构抑制作用。
五、糖异生途径
1、 过程
乳酸 丙氨酸等生糖氨基酸
NADH
丙酮酸 丙酮酸
ATP 丙酮酸 丙酮酸
丙酮酸羧化酶
草酰乙酸 草酰乙酸 (线粒体内)
天冬氨酸 苹果酸
GTP 天冬氨酸
NADH
草酰乙酸 苹果酸
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
磷酸烯醇式丙酮酸
2-磷酸甘油酸 (胞液)
ATP 3-磷酸甘油酸
NADH 1,3-二磷酸甘油酸 甘油 ATP
3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油
NADH
1,6-双磷酸果糖
果糖双磷酸酶
6-磷酸果糖
6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 糖原
葡萄糖-6-磷酸酶
葡萄糖
注意:1)糖异生过程中丙酮酸不能直接转变为磷酸烯醇式丙酮酸,需经过草酰乙酸的中间步骤,由于草酰乙酸羧化酶仅存在于线粒体内,故胞液中的丙酮酸必须进入线粒体,才能羧化生成草酰乙酸。但是,草酰乙酸不能直接透过线粒体膜,需借助两种方式将其转运入胞液:一是经苹果酸途径,多数为以丙酮酸或生糖氨基酸为原料异生成糖时;另一种是经天冬氨酸途径,多数为乳酸为原料异生成糖时。
2)在糖异生过程中,1,3-二磷酸甘油酸还原成3-磷酸甘油醛时,需NADH,当以乳酸为原料异生成糖时,其脱氢生成丙酮酸时已在胞液中产生了NADH以供利用;而以生糖氨基酸为原料进行糖异生时,NADH则必须由线粒体内提供,可来自脂酸β-氧化或三羧酸循环。
3)甘油异生成糖耗一个ATP,同时也生成一个NADH
2、 调节
2,6-双磷酸果糖的水平是肝内调节糖的分解或糖异生反应方向的主要信号,糖酵解加强,则糖异生减弱;反之亦然。
3、 生理意义
1)空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成糖,以维持血糖水平恒定。
2)补充肝糖原,摄入的相当一部分葡萄糖先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物,后者再异生成糖原。合成糖原的这条途径称三碳途径。
3)调节酸碱平衡,长期饥饿进,肾糖异生增强,有利于维持酸碱平衡。
第二章 脂类代谢
一、甘油三酯的合成代谢
合成部位:肝、脂肪组织、小肠,其中肝的合成能力最强。
合成原料:甘油、脂肪酸
1、 甘油一酯途径(小肠粘膜细胞)
2-甘油一酯 脂酰CoA转移酶 1,2-甘油二酯 脂酰CoA转移酶 甘油三酯
脂酰CoA 脂酰CoA
2、甘油二酯途径(肝细胞及脂肪细胞)
葡萄糖 3-磷酸甘油 脂酰CoA转移酶 1脂酰-3-磷酸甘油 脂酰CoA转移酶
脂酰CoA 脂酰CoA
磷脂酸 磷脂酸磷酸酶 1,2甘油二酯 脂酰CoA转移酶 甘油三酯
脂酰CoA
二、甘油三酯的分解代谢
1、脂肪的动员 储存在脂肪细胞中的脂肪被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸(FFA)及甘油并释放入血以供其它组织氧化利用的过程。
甘油三酯 激素敏感性甘油三酯脂肪酶 甘油二酯 甘油一酯 甘油
+FFA +FFA +FFA
α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 糖酵解或糖异生途径
2、脂肪酸的β-氧化
1)脂肪酸活化(胞液中)
脂酸 脂酰CoA合成酶 脂酰CoA(含高能硫酯键)
ATP AMP
2)脂酰CoA进入线粒体
脂酰CoA 肉毒碱 线 肉毒碱 脂酰CoA
肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ 粒 酶Ⅱ
CoASH 脂酰肉毒碱 体 脂酰肉毒碱 CoASH
3)脂肪酸β-氧化
脂酰CoA进入线粒体基质后,进行脱氢、加水、再脱氢及硫解等四步连续反应,生成1分子比原来少2个碳原子的脂酰CoA、1分子乙酰CoA、1分子FADH2和1分子NADH。以上生成的比原来少2个碳原子的脂酰CoA,可再进行脱氢、加水、再脱氢及硫解反应。如此反复进行,以至彻底。
4)能量生成
以软脂酸为例,共进行7次β-氧化,生成7分子FADH2、7分子NADH及8分子乙酰CoA,即共生成(7*2)+(7*3)+(8*12)-2=129
5)过氧化酶体脂酸氧化 主要是使不能进入线粒体的廿碳,廿二碳脂酸先氧化成较短链脂酸,以便进入线粒体内分解氧化,对较短链脂酸无效。
三、酮体的生成和利用
组织特点:肝内生成肝外用。
合成部位:肝细胞的线粒体中。
酮体组成:乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮。
1、 生成
脂肪酸 β-氧化 2*乙酰CoA 乙酰乙酰CoA HMGCoA合成酶 羟甲基戊二酸单酰CoA
(HMGCoA)
HMGCoA裂解酶 乙酰乙酸 β-羟丁酸脱氢酶 β-羟丁酸
NADH
丙酮
CO2
2、 利用
1) β-羟丁酸
ATP+ HSCoA 乙酰乙酸 琥珀酰CoA
乙酰乙酸硫激酶 琥珀酰CoA转硫酶
AMP 乙酰乙酰CoA 琥珀酸
乙酰乙酰CoA硫解酶
乙酰CoA
三羧酸循环
2)丙酮可随尿排出体外,部分丙酮可在一系列酶作用下转变为丙酮酸或乳酸,进而异生成糖。在血中酮体剧烈升高时,从肺直接呼出。
四、脂酸的合成代谢
1、 软脂酸的合成
合成部位:线粒体外胞液中,肝是体体合成脂酸的主要场所。
合成原料:乙酰CoA、ATP﹑NADPH﹑HCO3-﹑Mn++等。
合成过程:
1)线粒体内的乙酰CoA不能自由透过线粒体内膜,主要通过柠檬酸-丙酮酸循环转移至胞液中。
2)乙酰CoA 乙酰CoA羧化酶 丙二酰CoA
ATP
3)丙二酰CoA通过酰基转移、缩合、还原、脱水、再还原等步骤,碳原子由2增加至4个。经过7次循环,生成16个碳原子的软脂酸。更长碳链的脂酸则是对软脂酸的加工,使其碳链延长。在内质网脂酸碳链延长酶体系的作用下,一般可将脂酸碳链延长至二十四碳,以十八碳的硬脂酸最多;在线粒体脂酸延长酶体系的催化下,一般可延长脂酸碳链至24或26个碳原子,而以硬脂酸最多。
2、不饱和脂酸的合成
人体含有的不饱和脂酸主要有软油酸、油酸、亚油酸,亚麻酸及花生四烯酸等,前两种单不饱和脂酸可由人体自身合成,而后三种多不饱和脂酸,必须从食物摄取。
五、前列腺素及其衍生物的生成
细胞膜中的磷脂 磷脂酶A2 花生四烯酸 PGH合成酶 PGH2 TXA2合成酶 TXA2
PGD2、PGE2、PGI2等
脂过氧化酶 氢过氧化廿碳四烯酸
脱水酶
白三烯(LTA4)
六、甘油磷脂的合成与代谢
1、 合成
除需ATP外,还需CTP参加。CTP在磷脂合成中特别重要,它为合成CDP-乙醇胺、CDP-胆碱及CDP-甘油二酯等活化中间物所必需。
1)甘油二酯途径 CDP-乙醇胺 CMP
磷脂酰乙醇胺
葡萄糖 3-磷酸甘油 磷脂酸 甘油二酯 转移酶 (脑磷脂)
磷脂酰胆碱
CDP-胆碱 CMP (卵磷脂)
脑磷脂及卵磷脂主要通过此途径合成,这两类磷脂在体内含量最多。
2)CDP-甘油二酯途径 肌醇
磷脂酰肌醇
丝氨酸
葡萄糖 3-磷酸甘油 磷脂酸 CDP-甘油二酯 合成酶 磷脂酰丝氨酸
CTP PPi 磷脂酰甘油
二磷脂酰甘油
(心磷脂)
此外,磷脂酰胆碱亦可由磷脂酰乙醇胺从S-腺苷甲硫氨酸获得甲基生成;磷脂酰丝氨酸可由磷脂酰乙醇胺羧化生成。
2、降解
生物体内存在能使甘油磷脂水解的多种磷脂酶类,根据其作用的键的特异性不同,分为磷脂酶A1和A2,磷脂酶B,磷脂酶C和磷脂酶D。
磷脂酶A2特异地催化磷酸甘油酯中2位上的酯键水解,生成多不饱和脂肪酸和溶血磷脂。后者在磷脂酶B作用,生成脂肪酸及甘油磷酸胆碱或甘油磷酸乙醇胺,再经甘油酸胆碱水解酶分解为甘油及磷酸胆碱。磷脂酶A1催化磷酸甘油酯1位上的酯键水解,产物是脂肪酸和溶血磷脂。
七、胆固醇代谢
1、 合成
合成部位:肝是主要场所,合成酶系存在于胞液及光面内质网中。
合成原料:乙酰CoA(经柠檬酸-丙酮酸循环由线粒体转移至胞液中)、ATP、NADPH等。
合成过程:
1) 甲羟戊酸的合成(胞液中)
2*乙酰CoA 乙酰乙酰CoA HMGCoA HMGCoA还原酶 甲羟戊酸
NADPH
2) 鲨烯的合成(胞液中)
3)胆固醇的合成(滑面内质网膜上)
合成调节:
1)饥饿与饱食 饥饿可抑制肝合成胆固醇,相反,摄取高糖、高饱和脂肪膳食后,肝HMGCoA还原酶活性增加,胆固醇合成增加。
2) 胆固醇 胆固醇可反馈抑制肝胆固醇的合成。主要抑制HMGCoA还原酶活性。
3)激素 胰岛素及甲状腺素能诱导肝HMGCoA还原酶的合成,增加胆固醇的合成。胰
高血糖素及皮质醇则能抑制并降低HMGCoA还原酶的活性,因而减少胆固醇的合成;甲状腺素除能促进合成外,又促进胆固醇在肝转变为胆汁酸,且后一作用较强,因而甲亢时患者血清胆固醇含量反而下降。
2、 转化
1)胆固醇在肝中转化成胆汁酸是胆固醇在体内代谢的主要去路,基本步骤为:
胆酸
胆固醇 7α-羟化酶 7α-羟胆固醇 甘氨酸或牛磺酸 结合型胆汁酸
NADPH 鹅脱氧胆酸
胆酸 肠道细菌 7-脱氧胆酸
甘氨酸 牛磺酸 鹅脱氧胆酸 石胆酸
2)转化为类固醇激素 胆固醇是肾上腺皮质、睾丸,卵巢等内分泌腺合成及分泌类固醇激素的原料,如睾丸酮、皮质醇、雄激素、雌二醇及孕酮等。
3)转化为7-脱氢胆固醇 在皮肤,胆固醇可氧化为7-脱氢胆固醇,后者经紫外光照射转变为维生素D。
3、胆固醇酯的合成
细胞内游离胆固醇在脂酰胆固醇脂酰转移酶(ACAT)的催化下,生成胆固醇酯;
血浆中游离胆固醇在卵磷脂胆固醇脂酰转移酶(LCAT)的催化下,生成胆固醇酯和溶血卵磷酯。
八、血浆脂蛋白
1、分类
1)电泳法:α﹑前β﹑β及乳糜微粒
2)超速离心法:乳糜微粒(含脂最多),极低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL),分别相当于电泳分离的CM﹑前β-脂蛋白﹑β-脂蛋白及α-脂蛋白等四类。
2、组成
血浆脂蛋白主要由蛋白质、甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯组成。乳糜微粒含甘油三酯最多,蛋白质最少,故密度最小;VLDL含甘油三酯亦多,但其蛋白质含量高于CM;LDL含胆固醇及胆固醇酯最多;含蛋白质最多,故密度最高。
血浆脂蛋白中的蛋白质部分,基本功能是运载脂类,称载脂蛋白。HDL的载脂蛋白主要为apoA,LDL的载脂蛋白主要为apoB100,VLDL的载脂蛋白主要为apoB﹑apoC,CM的载脂蛋白主要为apoC。
3、生理功用及代谢
1)CM 运输外源性甘油三酯及胆固醇的主要形式。成熟的CM含有apoCⅡ,可激活脂蛋白脂肪酶(LPL),LPL可使CM中的甘油三酯及磷脂逐步水解,产生甘油、脂酸及溶血磷脂等,同时其表面的载脂蛋白连同表面的磷脂及胆固醇离开CM,逐步变小,最后转变成为CM残粒。
2)VLDL 运输内源性甘油三酯的主要形式。VLDL的甘油三酯在LPL作用下,逐步水解,同时其表面的apoC、磷脂及胆固醇向HDL转移,而HDL的胆固醇酯又转移到VLDL。最后只剩下胆固醇酯,转变为LDL。
3)LDL 转运肝合成的内源性胆固醇的主要形式。肝是降解LDL的主要器官。apoB100水解为氨基酸,其中的胆固醇酯被胆固醇酯酶水解为游离胆固醇及脂酸。游离胆固醇在调节细胞胆固醇代谢上具有重要作用:①抑制内质网HMGCoA还原酶;②在转录水平上阴抑细胞LDL受体蛋白质的合成,减少对LDL的摄取;③激活ACAT的活性,使游离胆固醇酯化成胆固醇酯在胞液中储存。
4)HDL 逆向转运胆固醇。HDL表面的apoⅠ是LCAT的激活剂,LCAT可催化HDL生成溶血卵磷脂及胆固醇酯。
九、高脂血症
高脂蛋白血症分型
分型 脂蛋白变化 血脂变化
Ⅰ CM↑ 甘油三酯↑↑↑
Ⅱa LDL↑ 胆固醇↑↑
Ⅱb LDL﹑VLDL↑ 胆固醇↑↑甘油三酯↑↑
Ⅲ IDL↑ 胆固醇↑↑甘油三酯↑↑
Ⅳ VLDL↑ 甘油三酯↑↑
Ⅴ VLDL﹑CM↑ 甘油三酯↑↑↑
注:IDL是中间密度脂蛋白,为VLDL向LDL的过度状态。
家族性高胆固醇血症的重要原因是LDL受体缺陷