Обмен липидов

Липиды представляют большую группу разнообразных веществ, содержащихся в животных и растительных тканях.

Общие признаки липидов.

1. Плохая растворимость в воде и хорошая растворимость в органических растворителях (эфире, бензоле, ацетоне).

2. По строению большинство липидов являются сложными эфирами.

Функции липидов.

1. Липиды наряду с глюкозой являются источником энергии для организма.

2. Многие липиды являются биологически активными веществами – гормоны, витамины, ненасыщенные жирные кислоты, простаглаандины.

3. Липиды являются обязательным компонентом клеточных мембран.

Классификация липидов

Липиды	Производные липидов
Простые (дикомпонентные)	Сложные (поликомонентные)	1. Каротины 2. Стериды
Триглицериды (жиры)	Фосфолипиды	Гликолипиды	3. Жирорастворимые витамины

Важным компонентом липидов являются карбоновые кислоты с длинными углеводородными радикалами.

Жирные кислоты делят на:

1. Насыщенные или предельные

2. Ненасыщенные или непредельные

Ненасыщенные жирные кислоты делят на:

1. Мононенасыщенные (содержащие 1 двойную связь)

2. Полиненасыщенные – несколько двойных связей.

Наибольшее значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты, содержащие 2 и более кратных связей.

Жирные кислоты
Насыщенные	Ненасыщенные
Мононенасыщенные	Полиненасыщенные
3	6

- номер атома углерода, от которого начинается двойная связь, начиная от -углерода.

Нумерация углеродных атомов в жирной кислоте начинается с карбоксильной группы. Углеродный атом метильной группы на дальнем (дистальном) конце назван -углеродом. Положение двойной связи представлено знаком ³ с номером в верхнем индексе. Индекс обозначает положение двойной связи между 3 и 4 атомами углерода, начиная с -углерода.

В настоящее время для обозначения положения двойной связи используют (омега). - это моследний, удаленный атом углерода, а 3 и 6 обозначают положение двойной связи.

³ и ⁶ – жирные кислоты обладают разными свойствами и функциями.

Функции жирных кислот

1. Насыщенные жирные кислоты в основном энергетический материал (используются и как структурный материал).

2. Полинасыщенные жирные кислоты – эссенциальные соединения. Они не синтезируются в организме (линолевая) или синтезируются в недостаточном количестве.

3. ₃ – необходимы для построения клеточных мембран.

4. ₆-необходимы для синтеза регуляторных молекул: простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов.

В клетках человека наиболее часто встречаются следующие жирные кислоты:

Предельные:
1. Пальмитиновая	С15Н31СООН	16: 0
2. Стеариновая	С17Н35СООН	18:0
Непредельные: (ненасыщенные)
1. Олеиновая	С17Н33СООН	18:1; 9 9
2. Линолевая	С17Н31СООН	18:2; 9, 12 6
3. Линоленовая	С17Н29СООН	18:3; 6, 9, 12, 6
4.Арахидоновая	С19Н39СООН	20:4, 5, 8, 11, 14, 6

Ненасыщенные жирные кислоты подразделяются на моно- и полиненасыщенные. Наибольшее значение имеет арахидоновая кислота и ее производные. Из арахидоновой кислоты синтезируются простагландины, простациклины и лейкотриены, тромбоксаны.

Простогландины (ПГ) содержат циклопентановое кольцо, с которым связаны две боковые цепи. В зависимости от числа двойных связей в боковых цепях различают ПГ₁, ПГ₂, ПГ₃. В зависимости от наличия кето или гидроксогруппы простогландины обозначают как А,В и так далее.

Простогландины – это короткодействующие регуляторы многих процессов (сокращения гладких мышц, кровообращения, передачи нервных импульсов, поддержания водного и электролитного баланса).

В тромбоцитах из арахидоновой кислоты образуются тромбоксаны, которые вызывают агрегацию тромбоцитов и ускоряют процесс свертывания крови.

В лейкоцитах из арахидоновой кислоты синтезируются лейкотриены. Лейкотриены являются мощными активаторами сокращения гладких мышц.

Триглицериды – это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. Триглицериды делят на простые и сложные. Простые триглицериды содержат 3 одинаковых остатка жирных кислот, а сложные триглицериды содержат остатки разных жирных кислот.

СН₂ОСOR СН₂ОСOR₁

| |

CHOCOR СНОСOR₂

| |

СН₂ОСOR СН₂ОСOR₃

В природных жирах преобладают жирные кислоты с четным числом углеродных атомов (С₁₆, С₁₈), с неразветвленной углеродной цепью.

К сложным липидам относятся фосфолипиды. В состав фосфолипидов входят глицерин, два остатка высших жирных кислот, остаток фосфорной кислоты и азотсодержащие соединения:

СН₂ОСOR₁

|

СНОСOR_{2 O} Кефалин

| //

СН₂ – О – P – O – CH₂ – CH₂ – NH₂

| _{Коламин (этаноламин)}

OH

СН₂ОСOR₁

|

СН₂ОСOR_{2 O} Лецитин

| //

СН₂ – О – P – O – CH₂ – CH₂ – N(СН₃)₃

|

OH ^холин

СН₂ОСOR₁

|

СН₂ОСOR_{2 O} Серинфосфатиды

| //

СН₂ – О – P – O – CH₂ – CH₂ – СООН

| |

OH NH₂

_серин

Фосфолипиды – дифильные соединения (есть полярная и неполярная часть).Фосфолипиды всегда расположены на поверхности раздела. Вода – неводный сегмент (клеточные мембраны).

- гидрофильная часть (глицерин)

- гидрофобные хвосты Ж.К.

R₂ в ФЛ всегда полиненасыщенная, чаще всего ₃

Производные липидов

Стериды – производные высокомолекулярных полициклических ненасыщенных спиртов. Представителем стеридов является холестерин и холестериды.

Холестерин и холестериды гидрофобны.

Холестерин входит в состав клеточных мембран, он необходим растущему организму.

Каротины синтезируются в растительных клетках, в основном -каротины. Чем больше каротинов в пище и крови, тем реже возникают злокачественные новообразования. Производные -каротинов является витамин А.

Жирорастворимые витамины А, Е, К. Сейчас витамин D относят к гормонам.

Транспорт липидов

Транспорт липидов осуществляется липопротеидами.

Липопротеид состоит из гидрофобного ядра, образованного триглицеридами и холестерином. Снаружи гидрофобное ядро окружено белком, это фактор стабильности липопротеида (заряд белковой молекулы и водная оболочка не позволяет частицам слипаться).

Фосфолипиды связаны с белком, а хвост фосфолипида погружен в гидрофобное ядро. Фосфолипиды выполняют функцию связывания за счет дифильности. Липопротеид – это не макромолекула, т.к. здесь есть гидрофобные взаимодействия, слабые полярные взаимодействия. Это надмолекулярная структура, она может терять или приобретать новые компоненты.

1. Хиломикроны – самые крупные липопротеиды. Имеют низкую плотность (d0,94 г/см³).Содержат 2% белка, 98% липиды, в основном триглицериды, которые поступают с пищей.

Синтезируются в кишечнике, переносят в основном триглицериды пищи, холестерин из кишечника в жировую ткань и печень. Триглицериды в составе хиломикронов легко гидролизуются в капиллярах жировой ткани и других периферических тканях.

В составе липопротеидов обязательно есть белок. Белки липопротеидов называются аполипопротеинами. Они бывают А,В,С,Д,Е (апо А, апо Е).

Хиломикроны содержат апо-А,В,С,Е.

Плазма крови желтая, прочная, аполесцирующая жидкость. После еды плазма мутная, хилезная, из-за высокого содержания хиломикронов.

2. Липопротеиды очень низкой плотности – ЛПОНП (ЛОНП), плотность (0,94 – 1,006). Содержат 5 – 7% белка, остальные липиды (ТГ + холестерин). ЛПОНП транспортируют эндогенные триглицериды, которые синтезировались в печени, к жировой ткани. В крови ЛПОНП, обогащаясь холестерином превращаются в ЛНП.

Аполипопротеиды представлены апо В,С,Е.

3. Липопротеиды низкой плотности (ЛПНП = ЛНП) – содержат 10 – 15% белка, 50% холестерина. Основная транспортная форма холестерина и холестеридов. Образуется в плазме крови и обеспечивает перенос холестерина к периферическим тканям. Плотность = 1,006 – 1,063 ЛНП – апо-В

4. Липопротеиды высокой плотности (ЛПВП = ЛВП), плотность 1,063 – 1,210. 50% белка, 50% распределены между липидами. Уносят избыток холестерина от тканей к печени. Образуются в крови. ЛВП – апо-Д.

Клинициста интересуют ЛНП и ЛВП.

5. Альбумин + НЭЖК – транспортная форма неэстерифицированных жирных кислот.

Функции аполипопротеинов:

Аполипопротеины В легко связываются с рецептором к ЛНП и проникают в клетку.

Обмен триглицеридов.

В полости рта ТГ не подвергаются расщеплению из-за отсутствия ферментов. В желудке взрослых людей ТГ также не расщепляются, активность липазы желудочного сока низкая.

У детей в желудке, где рН желудочного сока около 5, происходит переваривание эмульгированного жира молока.

Переваривание ТГ начинается в 12-перстной кишке, после их эмульгирования желчными кислотами.

Гидролиз эмульгированных ТГ ступенчатый ферментативный процесс. Сначала гидролизуются сложноэфирные связи в положении 1 и 3, а затем 2.

Продукты гидролиза всасываются: глицерин диффундирует в клетку эпителия кишечника, жирные кислоты с короткой углеродной цепью всасываются путем диффузии, а с длинной углеродной цепью в виде холеиновых кислот. Холеиновые кислоты – это комплекс НЭЖК+2-4 молекулы желчных кислот. В слизистой кишечника комплексы распадаются, жирные кислоты по системе воротной вены идут в печень, а из глицерины и НЭЖК синтезируются эндогенные триглисериды.

Обмен триглицеридов.

Транспортные формы липидов.

1. хиломикроны – крупные, рыхлые, 2% белка, 98% ТГ пищи.

Плазма крови – желтая, позрачная, опалесцирующая жидкость. После еды плазма мутная, хилезная. Так будет пока хиломикроны не будут утилизированы.

2. ЛПОНП – 5-7% белка, остальное ТГ+холестерин, но это эндогенные триглицериды, которые синтезировались в печени.

3. ЛПНП – 10-15% белка, 50% холестерина. Это основная транспортная форма холестерина и холестеридов.

4. ЛПВП – 50% белка, остальные 50% распределены поровну между липидами.

ЛПНП приносят холестерин к тканям.

ЛПВП уносят избыток холестерина от тканей к печени.

5. Альбумины+НЭЖК

Белок липопротеидов – аполипротеин: А, В, С, D, Е.

Хиломикроны А, В, С, Е

ЛПОНП В, С, Е

ЛПНП В

ЛПВП D

Апо В – легко связывается с рецептором и ЛПНП проникает в клетку.

Обмен триглицеридов.

Липиды – разнообразные по химическому строению вещества, нерастворимые в воде и хорошо растворяющиеся в органических растворителях.

Значение липидов в организме:

1. Липиды являются одним из компонентов клеточных мембран.

2. Липиды являются источником энергии для организма.

3. Липиды входят в состав водоотталкивающих и термоизоляционных покровов.

Наиболее распространенные липиды – это нейтральные жиры или триацилглицеролы, или триацилглицериды.

Триацилглицериды – это сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами.

Природные жирные кислоты содержат четное число атомов углерода и имеют неразветвленную цепь. В состав триглециридов входят следующие предельные жирные кислоты: пальмитиновая – С₁₅Н₃₁СООН, стеариновая – С₁₇Н₃₅СООН и непредельные жирные кислоты – олеиновая – С₁₇Н₃₃СООН (содержит одну двойную связь), С₁₇Н₃₁СООН – линолевая (содержит две двойных связи), С₁₇Н₂₉СООН – линоленовая кислота (содержит три двойные связи).

Переваривание и всасывание липидов

В полости рта жиры не подвергаются расщеплению, так как слюна не содержит ферментов, расщепляющих жиры. У взрослыхлюдей жиры проходят через желудок без изменений, так как липаза желудочного сока малоактивна.

Переваривание жиров в полости желудка играет важную роль у детей. рН желудочного сока у детей около 5,0, что способствует перевариванию эмульгированного жира молока.

Расщепление жиров пищи происходит в верхних отделах тонкого кишечника, где есть и условия для эмульгирования жиров. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры оказывают соли желчных кислот.

Гидролиз эмульгированных триглицеридов под действием панкреатической липазы происходит постадийно сначала быстро гидролизуются сложноэфирные связи 1 и 3, а потом идет гидролиз 2-моноглицерида.

Основными продуктами, образующимися в кишечнике, являются жирные кислоты, моноглицериды и глицерин.

Всасывание жиров происходит в проксимальной части тонкого кишечника. Тонкоэмульгированные жиры частично могут всасываться через стенку кишечника без предварительного гидролиза. Однако основная часть жира всасывается лишь после расщепления его панкреатической липазой на жирные кислоты, моноглицериды и глицерин. Жирные кислоты с короткой углеродной цепью и глицерин свободно всасываются в кишечнике и поступают в кровь воротной вены, оттуда – в печень. В составе мицелл высшие жирные кислоты и моноглицериды переносятся от места гидролиза жиров к всасывающей поверхности кишечного эпителия.

Ресинтез жиров в стенке кишечника

В стенке кишечника синтезируются жиры специфичные для организма и отличающиеся по строению от пищевого жира.

Механизм ресинтеза тригицеридов в клетках кишечника сводится к следующему: первоначально из жирных кислот образуется ацил-КоА, после чего происходит ацилирование моноглицеридов с образование ди-, а затем триглицеридов.

Однако в эпителиальных клетках кишечного эпителия содетжатся ферменты – моноглицеридлипаза, расщепляющая моноглицериды на глицерин и жирную кислоту, и глицеролкиназа, способная превращать глицерин в глицерол-3-фосфат. Глицерол-3-фосфат взаимодействует с активной формой жирной кислоты – ацил-КоА, образуя фосфатидную кислоту, которая используется для ресинтеза тригицеридов.

Промежуточный обмен липидов.

Метаболизм липидов включает следующие основные процессы:

1. Расщепление триглицеридов в тканях с образованием высших жирных кислот и глицерина – липолиз.

2. Мобилизацию жирных кислот из жирового депо и их окисление.

3. Образование кетоновых тел.

4. Биосинтез жирных кислот.

5. Биосинтез триглицеридов.

6. Биосинтез фосфоглицеридов.

7. Биосинтез холестерина.

Внутриклеточный липолиз

Главным эндогенным источником жирных кислот служит резервный жир, содержащийся в жировой ткани.

Так как в качестве источников энергии могут использоваться только свободные жирные кислоты, то триглицериды сначала гидролизируются под действием липаз – до глицерина и свободных жирных кислот.

Свободные жирные кислоты из жировых депо могут переходить в плазму крови, после чего они используются тканями и органами в качестве энергетического материала.

В жировой ткани содержится несколько липаз: триглицеридлипаза, диглицеридлипаза и моноглицеридлипаза. В результате липолиза образуются глцерин и свободные жирные кислоты, которые с током крови попадают в органы и ткани, где комплекс распадается, а жирные кислоты подвергаются -окислению частично, а также используются для синтеза триглицеридов, фосфолипидов, этерификации холестерина.

Окисление жирных кислот.

В 1904 г. Франц Кноп пришел к выводу, что жирные кислоты расщепляются путем окисления при -углеродном атоме.

В 1949 г. Юджин Кеннеди и Альберт Ленинджер обнаружили, что окисление жирных кислот происходит в митохондриях. Перед проникновением в митохондрии жирные кислоты подвергаются активации.

1. Активация жирной кислоты происходит в митохондриальной мембране, где она катализируется ацил-КоА-синтетазой:

R – СООН + АТФ + НSКоА R – СОSКоА + АМФ + РР₁

В результате этой реакции образуется Акцил-КоА и одновременно АТФ расщепляется до АМФ и неорганический пирофосфат. Это сопряженная реакция: энергия, высвобождающаяся при расщеплении АТФ на АМФ и пирофосфат, используется в активном центре фермента для образования новой тиоэфирной связи.

2. Перенос остатка жирной кислоты через мембрану митохондрий осуществляется карнитином:

Ацил-КоА + карнитин Ацил-карнитин + НSКоА

На внутренней мембране митохондрий происходит регенерация КоА-производных жирных кислот и Ацил-КоА поступает в матрикс митохондрий:

Ацилкарнитин + НSКоА Ацил-КоА + карнитин

В процессе действуют два пула КоА – цитозольный и митохондриальный. Эти пулы выполняют разные функции. Митохондриальный пул КоА используется для окислительного расщепления пирувата, жирных кислот и некоторых аминокислот, тогда ка цитозольный пул участвует в биосинтезе жирных кислот.

Процесс окисления жирных кислот в митохондриях состоит из 2 стадий. На первой стадии происходит отщепление двухуглеродных фрагментов – в виде ацетил-КоА.

На второй стадии окисления жирных кислот остатки ацетил-КоА окисляются в цикле лимонной кислоты до СО₂ и Н₂О. Таким образом, ацетил-КоА, образующийся в результате окисления жирных кислот, поступает на общий конечный путь окисления вместе с ацетил-КоА, образующимся из глюкозы через реакцию окисления пирувата.

На обеих стадиях окисления жирных кислот атомы водорода или соответствующие им электроны передаются по митохондриальной цепи переноса электронов на кислород. С этим потоком электронов сопряжен процесс окислительного фосфорилирования.

Этапы - окисления

Атомы водорода, отщепляемые отацил-КоА, переносятся на ФАД, затем на убихинон и дальше по дыхательной цепи к кислороду. В результате переноса этой пары протонов и по дыхательной цепи к кислороду образуются две молекулы АТФ путем окислительного фосфорилирования АДФ.

На третьем этапе окисления жирных кислот имеет место передача протонов и на НАД. Образовавшийся в этой реакции НАДН передает затем восстановительные эквиваленты НАДН – дегидрогеназе дыхательной цепи. На каждую пару электронов, переходящих по цепи переноса электронов от НАДН к кислороду образуется 3 молекулы АТФ.

Расчет выхода энергии при окислении жирной кислоты

1. Подсчет количества молекул Ацетил-КоА, образовавшихся при окислении жирной кислоты:

N =

п – число атомов углерода в молекуле жирной кислоты

2– число атомов углерода в молекуле Ацетил-КоА

2. Число витков - окисления

- 1 (число витков -окисления на единицу меньше, чем число молекул СН₃CОSКоА, т.к. при окислении четырех углеродного остатка жирной кислоты сразу образуется 2 молекулы СН₃СОSКоА)

3. Количество АТФ, образующихся в процессе -окисления

1 виток -окисления - 5 АТФ

(- 1) витков -окисления - х АТФ

4. Количество АТФ, образующихся при окислении N молекул Ацетил-КоА в цикле лимонной кислоты.

1 молекула СН₃СОSКоА - 12 АТФ

N молекул СН₃СОSКоА - y

5. Общее количество АТФ

5 (число витков -окисления) + 12 (число молекул СН₃СОSКоА) = 1 АТФ (затрата на активацию жирной кислоты) = выход АТФ при окислении жирной кислоты.

Окисление ненасыщенных жирных кислот

Окисление ненасыщенных жирных кислот в принципе происходит так же, как и окисление насыщенных жирных кислот. Однако здесь имеются некоторые особенности. Двойные связи природных ненасыщенных жирных кислот (олеиновой, линолевой) имеют цис-конфигурацию, а в КоА-эфирах ненасыщенных жирных кислот, двойные связи имеют транс-конфигурацию. Кроме того, последовательное удаление двууглеродных фрагментов при окислении ненасыщенных жирных кислот до первой двойной связи дает 3,4-ацил-КоА, а не 2,3-Ацил-КоА, который является промежуточным продуктом при -окислении насыщенных жирных кислот.

В тканях существуют ферменты, которые осуществляют перемещение двойной связи из положения 3,4 в положение – 2,3, а также изменяют конфигурацию двойной связи из цис-положения в транс-положение:

СН₃-(СН₂)₇ – СН = СН – (СН₂)₇ – СООН + АТФ + НSКоА

олеиновая кислота

СН₃ – (СН₂)₇ – СН = СН – (СН₂)₇ – СОSКоА + АМФ + ФФн

оленоил – КоА -окисление

3СН₃ – СОSКоА + СН₃ – (СН₂)₇ – СН = СН – СН₂ – СОSКоА

3,4 – цис – еноил – КоА

СН₃ – (СН₂)₇ – СН₂ – СН = СН – СОSКоА

-окисление 2,3 – транс – еноил – КоА

6СН₃ – СОSКоА

Окисление жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов

Из жирных кислот с нечетным числом атомов углерода образуется при -окислении пропионил – КоА. Кроме того, пропионил – КоА образуется при распаде некоторых аминокислот (валина, изолейцина, треонина, метионина).

Пропионил – КоА окисляется по особому пути:

Вначале происходит карбоксилирование с образованием метилмалонил – КоА. В состав фермента входит витамин Н – биотин. Затем метилмалонил – КоА под действием метилмалонилмутозы, содержащей витамин В₁₂, превращается в сукцинил – КоА, который является метаболитом цикла Кребса.

При недостатке витамина В₁₂ эта реакция замедляется и с мочой выводятся большие количества метилмалоната и пропионата.

Биосинтез жирных кислот

Жирные кислоты синтезируются из ацетил-КоА. Несмотря на то, что все реакции -окисления обратимы, этот путь не используется для синтеза жирных кислот.

Основным местом синтеза жирных кислот является цитозоль. -окисление происходит в митохондриях.

На первом этапе происходит превращение ацетил – КоА в малонил – КоА. Этот процесс протекает при участии ацетил – КоА – карбоксилазы, которая содержит витамин Н или биотин. Главную роль в синтезе жирных кислот выполняет пальмитилсинтетаза, которая обеспечивает удлинение углеродной цепи за счет присоединения ацетильного и малонильного остатков к SH – группам активного центра фермента.

Схема синтеза

Процесс повторяется до образования пальмитиновой кислоты.

СН₃СОSКоФ+СО₂+АТФ

НООС-СН₂-СОSКоА+АДФ

Малонил-КоА

Механизм переноса ацетил – КоА через мембрану

Перенос ацетил – КоА через мембрану осуществляется в виде цитрата, который образуется при участии щук. В цитоплазме цитрат распадается на ацетил – КоА и щук.

Митохондрии	Цитоплазма
Ацетил-КоА+ЩУК цитрат	ЩУК+Ацетил-КоА цитрат

Пальмитиновая кислота служит предшественником всех жирных кислот. Удлинение углеродной цепи происходит за счет дополнительного присоединения ацетил – КоА или малонил – КоА.

Синтез ненасыщенных жирных кислот

Большинство непредельных жирных кислот образуются путем дегидрирования предельных кислот. Линолевая кислота не синтезируется в организме и должна поступать с пищей.

Наиболее интенсивно синтез жирных кислот происходит в печени, жировой ткани, молочных железах.

Для синтеза жирных кислот необходим НАДФ Н₂, который образуется в пентозном цикле.