4.细胞内生物分子的新陈代谢_3 课件(共14张PPT)- 《环境生物化学》同步教学(机工版·2020)

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4.细胞内生物分子的新陈代谢_3 课件(共14张PPT)- 《环境生物化学》同步教学(机工版·2020)

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(共14张PPT)
4.3.1脂肪的酶促水解
脂肪在进行分解代谢之前,须经脂肪酶水解成脂肪酸及甘油,然后循不同途径进行代谢。
1.脂肪酶
脂肪酶(Lipase)的正式名称是甘油酯水解酶,广泛存在于胰脏、蓖麻于及各种微生物中。不同来源的脂肪酶对脂肪酸碳链的长短有选择性,有的脂肪酶主要作用于短碳链(如C4-C10)的脂肪酸甘油酯(此酶应用于乳品工业可增强产品的芳香性);有的主要作用于长碳链(C14以上)的脂肪酸甘油酯。由于脂肪酶不太稳定,较难纯化,而且是在油水不匀系统中反应的,因此研究也较为困难。
脂肪酶对基质的分解和合成都能起催化作用,这性质在其它水解酶中很少有。多数脂肪酶同SH基有关,当通气,加过氧化氢等使SH基氧化后,就抑制水解而进行合成反应。维生素C、半胱氨酸、钙离子等对脂肪水解有促进作用,而油水混合系的乳化程度对酶反应有重要影响。
第4章细胞内生物分子的新陈代谢
4.3 脂肪分解代谢
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真菌(Fungus)中的脂肪酶在细胞内外存在,细胞内贮存的脂肪可被胞内的脂肪酶所水解,外源(外部供给的称外源)的脂肪则被胞外脂肪酶所水解。
不少微生物可用来生产脂肪酶,常用的菌种有根酶、黑曲霉、白地霉、青霉等。许多商品脂肪酶制剂都具有酯酶的活性,也能使低级脂肪酸的一价醇酯加水分解。不同来源的脂肪酶,其性质也不相同。
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2.脂肪的酶促水解
甘油三酯、甘油二酯和甘油一酯的α-酯键皆可被酯酶水解,例如甘油三酯首先被α-酯酶水解成α,β-甘油二酯,然后再水解成β-甘油一酯,α-酯酶亦能水解β-甘油一酯的β-酯键(即C2上的酯键),但作用很慢。β-酯键是由另一酯酶水解成脂肪酸和甘油的,反应过程如下:
第4章细胞内生物分子的新陈代谢
反应生成的脂肪酸与甘油分别进行降解。
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4.3.2脂肪的分解代谢
1.甘油的分解代谢
第4章细胞内生物分子的新陈代谢
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2.脂肪酸的分解-β氧化作用
生物体内由脂肪水解形成的脂肪酸及细胞内的游离脂肪酸降解时,是从脂肪酸的β碳原子开始,依次以2个碳原子为分解单位进行水解,这一过程称为β氧化。此过程所需要的各种酶和辅酶线粒体都具有。辅酶A在脂肪酸氧化过程中超重要作用。今以硬脂酸为例,其反应的具体步骤如下:
第4章细胞内生物分子的新陈代谢
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第4章细胞内生物分子的新陈代谢
1)脂肪酸的活化
脂肪酸在进行β-氧化作用前,必须经过激活。激活反应是在脂酰硫激酶(简称硫激活,又名脂酰辅酶A合成酶)的催化下分两步进行的。第一步由ATP中转移一磷酸腺苷(AMP)来激活脂肪酸的羧基,并同时释放出无机焦磷酸(PPi)。第二步是被激活了的羧基和辅酶A(CoA—SH)的SH基起反应生成脂酰辅酶A和AMP。
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2)脂酰辅酶A脱氢
脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的作用下,于C2和C3(即α和β位)碳原子上脱氢氧化生成一个双键,称α,β烯脂酰 CoA。脂酰脱氢酶象硫激酶一样,对具有碳链长短不同的底物的专一性各不相同,因此可分别催化各种脂酰辅酶A脱氢。它们需要FAD作辅基,是一种不需氧脱氢酶。
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3)α,β-烯脂酰辅酶A的水化
α,β-烯脂酰辅酶A在稀脂酰CoA水化酶的作用下水化,生成β-羟脂酰CoA。
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4)β-羟脂酰辅酶A的脱氢
β-羟脂酰辅酶A在β-羟脂酰脱氧酶的催化下,C3位脱氢,生成β-酮脂酰酰酶A。
脂肪酸变为β-酮酸,便于从脂肪酸碳链上切除两个碳原子。
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5)酮脂酰辅酶A的硫解
β-酮脂酰辅酶A在β-酮脂酰CoA在硫解酶的作用下,同时需要有辅酶A存在,裂解为乙酰CoA和比原来少了2个碳原子的脂酰CoA。
反应分两步完成 :
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1.
少了2个碳原子的酯酰CoA继续重复以上②-⑤步反应,如此循环往复,直至全部氧化成乙酰CoA,如图4-8所示。
2.
反应产生的乙酰辅酶A可以进入TCA循环,彻底氧化成为CO2与H2O
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反应高度放能,整个反应趋于裂解方向。
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3.β-氧化过程中能量的变化
β氧化过程的总反应平衡式(以16个碳原子的软脂酸为例)如下:
由此可见,脂肪酸是生物体能量的主要来源。
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1mo1软脂酸彻底氧化需经7次循环,产生8个乙酰CoA,每摩尔乙酰CoA进入三羧酸循环产生12molATP,这样共产生96molATP(12X8);7molFADH2进入电子传递链共产生14mo1ATP(2X7);7mo1NADH进入电子传递链共产生21molATP(3X7);脂肪酸的活化需消耗2个高能磷酸键。这样彻底氧化1 mol软脂酸净产生129mo1ATP (96+1+21-2)。
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脂肪分解的途径可总结如下:
脂肪
甘油
脂肪酸
磷酸二羟丙酮
乙酰辅酶A
CO2+H2O
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