Обмен липидов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обмен липидов



Вопросы

Введение

1. Синтез жиров

2. Распад жиров

3. б и в-окисление жирных кислот

4. Общая схема переваривания жиров

Литература



Введение

Запасные жиры растений представляют собой смесь разнокислотных триацилглинеролов, содержащих в одной молекуле, как правило, остатки разных жирных кислот. На основании того, что почти все жирные кислоты в животных тканях имеют четное число атомов углерода, предполагали, что их синтез и распад происходит путем присоединения или отщепления двухуглеродных фрагментов. Классические опыты Ф. Кноопа в начале XX в. подтвердили эти предположения. Было показано, что жирные кислоты последовательно окисляются по в-углеродному атому, при этом отщепляется двухуглеродный ацетильный фрагмент в виде ацетил-КоА и жирная кислот укорачивается на два атома углерода на каждой стадии окисления.

Триацилглицеролы (жиры) -- важнейший источник энергии. Среди главных питательных веществ они являются самыми малоокисленными соединениями, поэтому при их окислении в клетке выделяется наибольшее количество энергии - 38 кДж/г. Около 95% всей биологически доступной энергии в молекуле триацилглицеролы содержат в себе остатки трех жирных кислот, как правило, с длинной цепью углеродных атомов, глицерин -- остальные 5% энергии.



1. Синтез жиров

Основные этапы синтеза жиров включают образование глицерол-3-фосфата и жирных кислот, а затем сложноэфирных связей между спиртовыми группами глицерола и карбоксильными группами жирных кислот:

Исходное соединение глицерол-3-фосфат образуется двумя путями. В ходе гликолиза он возникает при восстановлении дегидроксиацетонфосфата под действием глицеролфосфатдегидрогеназы:

дегидроксиацетонфосфат - NADH+Н* Глицерол-3-фосфат + NAD.

Кроме того, глицеролфосфат может образовываться в ходе темновой фазы фотосинтеза.

Биосинтез жирных кислот идет другим путем, чем их окисление.

Основные отличия этих двух процессов следующие;

I. Роль непосредственных предшественников двухуглеродных единиц жирных кислот играют трехуглеродные остатки малоновой кислоты в виде тиоэфира малонил- Со А:

В процессе биосинтеза возрастает цепь жирных кислот путем последовательного присоединении двухуглеродных фрагментов, образующихся из малонил- Со А. Причем первый из них присоединяется к ацетил-СоА.

2. Промежуточные продукты представляют собой тиоэфиры не СоА, а низкомолекулярного ацилпереносящего белка (ACP-SH), у которого есть реакционноспособные -SH-группы.

3. Биосинтез жирных кислот протекает в цитоплазме. Малонил- Со А, служащий предшественником большей части двухуглеродных фрагментов в ходе биосинтеза жирных кислот, образуется из ацетил- Со А в цитоплазме. Как уже указывалось выше, ацетил- Со А образуется в митохондриях в результате окисления пировиноградной кислоты и жирных кислот, образуется он также и при расщеплении углеродных скелетов аминокислот. Так как мембрана митохондрий непроницаема для ацетил- Со А. переход его в цитоплазму осуществляется через ряд промежуточных реакций. Предварительно ацетил Со- А взаимодействуете щавелево-уксусной кислотой, образуя лимонную кислоту:

Лимонная кислота уже способна пройти сквозь мембрану митохондрии и перейти из матрикса в цитоплазму. В мембране митохондрии в этом переходе участвует транспортный фермент, образующий трикарбоксилаттранспортирующую систему. При переходе лимонная кислота образует комплекс с транспортным белком-ферментом и в таком виде проходит через мембрану. В цитоплазме лимонная кислота реагирует с АТР и Со А, распадаясь на ацетил- Со А и щавелево-уксусную кислоту:

Ацетил- Со А в цитоплазме подвергается карбоксилированию, в результате чего образуется малонил- Со А. Эту реакцию Катализирует ацетил- Со А-карбоксилаза, которая содержит в качестве простетической группы биотин. На эту реакцию расходуется I молекула АТР;

Синтез пальмитиновой кислоты С_16:0 осуществляется под действием семи ферментов, объединенных в мультиферментный комплекс -- синтетазу жирных кислот (пальмитилсинтетаза). Центральное место в ней занимает ацил-переносящий белок (АСР), с которым ковалентно связываются промежуточные продукты биосинтеза жирных кислот. ЛСР сравнительно низкомолекулярный термостабильный белок, в простетической группе которого содержится пантотеновая кислота. Функция ЛСР в биосинтезе жирных кислот аналогична функции кофермента А в окислении жирных кислот. В процессе построения цепи жирных кислот промежуточные продукты образуют эфирные связи с ацил-переносящим белком:

липид жир синтез распад



Процесс присоединения каждого двухуглеродного фрагмента протекает в четыре этапа На первом этапе удлинения углеродной цепи жирной кислоты ацетильная и малонильная группы, ковалентно связанные с SH-группами ферментного комплекса - синтетазы, подвергаются конденсации с образованием ацетоальдегидной группы. Этот процесс катализируется З-кетоацил-АСР-синтетазой и сопровождается выделением СО₂.

На втором этапе ацетоацетил-АСР подвергается восстановлению но карбонильной группе пол действием З-кетоацил-АСР-редуктазы. в качестве донора электронов используется NADPH + Н*. При этом образуется 3-гидроксибутирил-АСР:

В ходе третьего этапа цикла синтеза жирной кислоты происходит дегидратация 3-гидроксибутирил-ЛСР под действием 3-гидрокси-ацид-АСР-дегидратазы. При этом образуется ненасыщенное соединение:

На четвертом лапе, свершающем один цикл реакций синтеза жирных кислот, происходит насыщение водородом двойной святи с образованием бутирил-АСР, т. е. масляной кислоты, ковалентно связанной с АСР. Эта реакция катализируется еноил-АСР-редуктазой, в качестве донора этой реакции выступает NADPH + Н':

Далее начинается новый цикл реакций, приводящих к удлинению цепи еще на одно двухуглеродное звено, и т. д. После семи таких циклов образуется конечный продукт - пальмитоил-АСР и процесс наращивания цепи заканчивается на 16-м углеродном атоме.

Затем пол действием гидролитическою фермента молекула пальмитиновой кислоты отщепляется от молекулы АСР.

Более высокомолекулярные жирные кислоты образуются из пальмитиновой пол действием ферментных систем, катализирующих удлинение цепей жирных кислот путем присоединения двухуглеродных (ацетильных) групп. Как и 8 ходе синтеза пальмитиновой кислоты, сначала присоединяется мапонил-С₃ (в виде малонил -Со А), и сразу же происходит его декарбоксилирование:



Этот процесс протекает в эндоплазматическом ретикулуме и митохондриях.

Мононенасыщенные жирные кислоты образуются из насыщенных в результате реакции окисления, катализируемой ацил -Со А-оксигеназой.

Первая двойная связь в жирных кислотах: С_18:1 - олеиновой. С_18:2 -- линолевой и С_18:3 - линоленовой находится в положении 9-10 от карбоксильной группы. Жирные кислоты с большим, чем 3 числом двойных связей в растениях не синтезируются.

Жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями в организмах животных и человека образоваться не могут, синтезируются они только в растениях. Поэтому их иногда называют незаменимыми жирными кислотами.

Образовавшиеся Со А-эфиры жирных кислот и глицерол-3-фосфат -- исходные соединения для биосинтеза жиров. На первом этапе синтеза происходит ацилирование двух гидроксильных групп глицеролфосфатаиилтрансферазы:



Образовавшийся диацилглицерол-З-фосфат далее гидролизуется под действием фосфатидатфосфатазы:

Диацилглицерол, взаимодействуя с третьей молекулой ацил-СоА, под действием ацилтрансферазы превращается в жир:

Формирование каждой эфирной связи требует значительного количества свободной энергии. Для образования эфирной связи жирная кислота сначала должна активироваться путем образования Со А- эфира. Для этой реакции необходима энергия двух высокоэнергетических фосфатных связей.

2. Распад жиров

Жиры под действием фермента липазы с участием воды расщепляются на глицерин и жирные кислоты:

СН₂ОСОR₁ СН₂ОН

СНОСОR₂ + 3 Н₂О СНОН + R₁СООН + R₂СООН + R₃СООН

СН₂ОСОR₃ СН₂ОН

Образовавшийся глицерин может подвергаться затем различным превращениям. Под действием фермента глицеролкиназы глицерин с участием АТФ фосфорилируется и превращается в глицерол-3-фосфат. Затем фосфорилированный глицерин под действием глицерол-3-фосфатдегидрогеназы, активной группой которой является НАД, окисляется, и образуется фосфодиоксиацетон. Фосфодиоксиацетон изомеризуется и превращается в 3-фосфоглицериновый альдегид. Далее фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицериновый альдегид могут подвергаться двум типам превращений. С одной стороны, под действием альдолазы из 3-фосфоглицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона синтезируется фруктозо-1,6-дифосфат, который может превращаться в самые разные углеводы, служащие для построения клеток и тканей организмов. 3-фосфоглицериновый альдегид может претерпевать и окислительные превращения в цикле Кребса.

Последовательность реакций и ферменты, участвующие в окислении жирных кислот, могут быть представлены в следующем виде. На первом этапе жирная кислота в результате реакции с коферментом А и АТФ активизируется, и образуются ацилкофермент А, имеющий макроэргическую связь, адениловая кислота и неорганический пирофосфат:

О О

R-CH₂CH₂C + HS-С₀A + АТФ RCH₂CH₂CS-С₀A +АМФ + Н₄Р₂О₇

ОН

жирная кислота ацилкофермент А

Активированная жирная кислота - ацилкофермент А - обладает большей реакционной способностью, чем свободная жирная кислота.

На втором этапе активированная жирная кислота окисляется, причем атомы водорода отщепляются от второго и третьего углеродных атомов. Это окисление катализируется ферментом ацил-С₀А-дегидрогеназой, активной группой которого является ФАД:

О О

RCH₂CH₂CS-С₀A + ФАД RCH=CНСS-С₀A + ФАД*Н₂

Насыщенная жирная кислота, соединенная с коферментом А, присоединяя под действием еноил-С₀А-гидротазы воду, превращается в соответствующее оксипроизводное:

О О

RCH=CНСS-С₀A + Н₂О RCHОНСH₂CS-С₀A

Затем оксипроизводное кофермента А окисляется. Это окисление катализируется ферментом 3-оксиацил-С₀А-дегидрогеназой, активной группой которого является НАД. Водородные атомы отщепляются от третьего углеродного атома, и в результате реакции образуется кетопроизводное кофермента А:

О О

RCНОНСH₂CS-С₀A + НАД RCОСH₂CS-С₀A + НАД*Н₂

На последнем этапе кетопроизводное кофермента А под действием фермента ацил-С₀А-тиолазы реагирует с коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент А, а исходная кислота становится короче на два углеродных атома:

О О О

RСОCH₂CS-С₀A + НS-С₀A RCS-С₀A + CH₃CS-С₀A



После этого жирная кислота может вновь подвергаться таким же превращениям и отщеплять новые молекулы ацетилкофермента А. В конечном итоге вся углеродная цепочка жирной кислоты будет расщеплена на двууглеродные фрагменты ацетилкофермента А.

3. б и в-окисление жирных кислот

Приведенный путь распада называется -окислением жирных кислот. Однако, кроме этого основного пути, многие высокомолекулярные жирные кислоты способны подвергаться -окислению, когда от карбоксильной группы кислоты отщепляется СО₂.

По современным представлениям -окисление жирных кислот протекает в результате двух этапов.

На первом этапе под действием фермента пероксидазы жирных кислот происходит отщепление молекулы СО₂, в результате чего кислота превращается в альдегид, имеющий на один атом углерода меньше:

О

RCH₂CH₂CООН + Н₂О₂ + 1/2 О₂ RCH₂C + СО₂ + 2 Н₂О

Н

На втором этапе под влиянием дегидрогеназы альдегидов жирных кислот образовавшийся альдегид окисляется до кислоты. Активной группой этой дегидрогеназы является НАД, и реакция идет по схеме:

О

RCH₂C + НАД + Н₂О RCH₂CООН + НАД*Н₂

Н

При биосинтезе из углеводов ацетилкофермент А включается в глиоксилатный цикл.

4. Общая схема переваривания жиров

Липиды -- важная составная часть пищи. Взрослому человеку требуется от 70 до 145 г жира в сутки в зависимости от трудовой деятельности, пола, климатических условий. Причем необходимы как животные, так и растительные жиры. Липиды являются высокими энергетическими веществами, поэтому за их счет удовлетворяется до 25--30 % потребности человеческого организма в энергетическом материале. Кроме того, в составе животных жиров в организм поступают жирорастворимые витамины А, В, К и Е, растительные жиры богаты непредельными жирными кислотами, являющимися предшественниками простагландинов, исходным материалом для синтеза организмом фосфолипидов и других веществ.

Переваривание жира начинается в желудке, где находится малоактивный фермент желудочная липаза, однако ее роль в гидролизе пищевых триглицеридов у взрослых людей невелика. Во-первых, в желудочном соке взрослого человека и других млекопитающих содержание липазы крайне низкое. Во-вторых, рН желудочного сока далек от оптимума действия этого фермента (оптимальное значение рН для желудочной липазы 5,5-7,5). В-третьих, в желудке отсутствуют условия для эмульгирования триглицеридов, а липаза может активно действовать только на триглицериды, находящиеся в форме эмульсии. Поэтому у взрослых людей не эмульгированные триглицериды составляющие основную массу пищевого жира, проходят через желудок без особых изменений. Вместе с тем расщепление триглицеридов в желудке играет важную роль в пищеварении у детей, особенно грудного возраста. Слизистая оболочка корня языка и примыкающей к нему области глотки ребенка грудного возраста секретирует собственную липазу в ответ на сосательные и глотательные движения. Эта липаза получила название лингвальной. Активность лингвальной липазы не успевает проявиться в ротовой полости, основным местом ее действия является желудок. Оптимум рН лингвальной липазы в пределах 4,0-4,5; он близок к величине рН желудочного сока у грудных детей.

Расщепление триглицеридов в желудке взрослого человека невелико, но оно в определенной степени облегчает последующее переваривание в кишечнике. Даже незначительное по объему расщепление триглицеридов в желудке приводит к появлению свободных жирных кислот, которые подвергаясь всасыванию в желудке, поступают в кишечник и способствуют там эмульгированию жиров, облегчая таким образом воздействие на них липазы панкреатического сока.

После того как химус попадает в двенадцатиперстную кишку, прежде всего происходит нейтрализация попавшей в кишечник с пищей соляной кислоты желудочного сока бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечном соках. Выделяющиеся при разложении бикарбонатов пузырьки углекислого газа способствуют хорошему перемешиванию пищевой кашицы с пищеварительными соками. Одновременно начинается эмульгирование жира. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры оказывают соли желчных кислот, попадающие в двенадцатиперстную кишку с желчью в виде натриевых солей. Большая часть желчных кислот конъюгирована с глицином или таурином. По химической природе желчные кислоты являются производными холановой кислоты:



В желчи в основном содержится холевая, дезоксихолевая и хенодезоксихолевая кислоты:

Желчные кислота присутствуют в желчи в конъюгированной форме, т.е. в виде гликохолевой, гликодезоксихолевой, гликохенодезоксихолевой (около 2/3-4/5 всех желчных кислот) или таурохолевой, тауродезоксихолевой и таурохенодексихолевой (около 1/5-1/3 всех желчных кислот). Эти соединения иногда еще называют парными желчными кислотами, так как они состоят из двух компонентов - желчной кислоты и глицина или таурина:



Считают, что только комбинация соль желчной кислоты + ненасыщенная жирная кислота + моноглицерид придает необходимую степень эмульгирования жира. Соли желчных кислот резко уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела жир/вода, благодаря чему они не только облегчают эмульгирование, но и стабилизируют уже образовавшуюся эмульсию.

Основное расщепление липидов происходит в кишечнике, в первую очередь в двенадцатиперстной кишке. В этот отдел кишечника поступает сок поджелудочной железы, содержащий очень активную липазу. Сюда же поступает из желчного пузыря желчь, составные компоненты которой (желчные кислоты) необходимы для переваривания липидов. Это связано с тем, что желчные кислоты--холевая (преобладает в желчи человека), дезоксихолевая, литохолевая, хенодезоксихолевая, таурохолевая и гликохолевая --* представляют собой поверхностно-активные вещества, способствующие эмульгированию жиров, что является важнейшим условием их последующего ферментативного расщепления.

Пройдя через барьер слизистой оболочки кишечника, желчные кислоты в связанном состоянии с липидами отделяются от последних и по венам кишечника через портальный кровоток возвращаются в печень, а затем с желчью в двенадцатиперстную кишку.

Образование эмульсии жиров в кишечнике может происходить и под влиянием мелких пузырьков СО₂, выделяющегося при нейтрализации соляной кислоты пищевой кашицы бикарбонатами поджелудочного и кишечного сока. Способствуют эмульгированию и соли жирных кислот (мыла), возникающие при гидролизе липидов. Но основная роль в эмульгировании жиров принадлежит желчным кислотам.

В результате описанных процессов образуется очень тонкая жировая эмульсия, диаметр частиц которой не превышает 0,5 мкм. Такие эмульгированные жиры способны самостоятельно проходить через стенку кишечника и попадать в лимфатическую систему. Однако большая часть эмульгированного жира всасывается после гидролитического расщепления его панкреатическими липазами. Последние образуются в поджелудочной железе в виде неактивных проферментов, которые переходят в активную форму при участии мыльных кислот.

Основная масса липидов пищи представлена триацилглицеринами, меньше фосфолипидами и стероидами. Гидролиз триацилглицеринов идет постепенно. Сначала расщепляются эфирные связи в I м и 3-м положениях, т.е. внешние сложноэфирные связи:

Эти реакции осуществляют липазы, специфичные в отношении 1,3-эфирных связей триацилглицерина. Связи во 2-м положении гидролизуют другие липазы:

Связи 1 и 3 гидролизуются быстро, а потом идет медленный гидролиз 2-моноглицерида. 2-Моноглицерид может всасываться стенкой кишечника и использоваться на ресинтез триацилглицеринов, специфичных для данного вида организмов, уже в самой слизистой, тонкого кишечника.

Кроме липаз в соке поджелудочной железы присутствуют эстеразы, гидролизующие преимущественно эфиры жирных кислот с короткой цепью и эфиры холестерина. Эти эстеразы тоже активны только в присутствии желчных кислот.

Пищеварительные липазы кроме человека и млекопитающих животных обнаружены и исследованы у рыб, некоторых беспозвоночных. Однако, как правило, у большинства видов беспозвоночных и костистых рыб липолитическая активность в пищеварительных соках примерно в 1000 раз ниже, чем в панкреатическом соке млекопитающих. Не следует забывать, что жиры могут усваиваться также путем фагоцитоза и сохраняться без предварительного гидролиза до тех пор, пока не прогидролизуются внутриклеточными липазами и, таким образом, примут участие в синтезе липидов в процессах образования энергии.

Расщепление фосфолипидов происходит при участии ряда ферментов: фосфолипаз А₁, А₂, С, D и лизофосфолипазы.

Фосфолипаза А₁ гидролизует связь в 1-м положении. Фосфолипаза А₂, образующаяся в поджелудочной железе, поступает в полость тонкого кишечника в неактивной форме и только под действием трипсина активируется. Под действием фосфорилапазы А₂ отщепляется жирная кислота во 2-м положении. В результате ее действия образуются лизофосфолипиды, которые вызывают разрушение триглицеридов крови. Кроме панкреатического сока фосфолипаза А₂ содержится в яд рептилий, беспозвоночных (особенно членистоногих -- пчел, скорпионов, муравьев), а также у кишечнополостных. Известны так же внутриклеточные фосфолипазы А₂ (в лизосомах, микросомах, митохондриях).

В организме ее действие компенсируется фосфорилазой А₁, которая отщепляет второй кислотный остаток. Затем отщепляется азотистое основание под действием фосфорилазы D и фосфорная кислота - фосфорилазой С.

Конечными продуктами распада фосфолипидов являются жирные кислоты, глицерин, азотистое основание и фосфорная кислота.

Стериды, подвергаясь действию гидролитических ферментов типа холестераз, расщепляются в кишечнике с образованием спирта холестерола или эргостерола и соответствующей жирной кислоты. Холестеразы продуцируются поджелудочной железой и активны только в присутствии солей желчных кислот.

Таким образом, образующаяся в результате гидролиза липидов смесь содержит анионы жирных кислот, моно-, ди- и триацилглицерины, хорошо эмульгированные солями жирных кислот и мылами, глицерин, холин, этаноламин и другие полярные компоненты липидов. Исследования с мечеными триацилглицеринами показали, что около 40% жиров пищи гидролизуется полностью до глицерина и жирных кислот, 3--10% всасываются без гидролиза в форме триацилглицеринов, а остальные гидролизуются частично, главным образом до 2-моноацилглицеринов. Глицерин водорастворим и вместе с жирными кислотами, имеющими короткие углеродные цепи (С<10), всасывается свободно через стенку кишечника и через портальную систему кровообращения поступает в печень.

Для всасывания жирных кислот с длинной цепью (С >10), моноглицеридов и холестерина необходимы желчные кислоты. Соединяясь с вышеперечисленными соединениями, желчные кислоты образуют растворимые комплексы или мицеллы-- холеиновые комплексы, которые легко всасываются в эпителий кишечника. Так как рН в тонком кишечнике слабощелочная, желчные кислоты функционируют здесь в форме своих солей. Особую роль при этом играют такие желчные кислоты, как таурохолевая и гликохолевая. Лучше перевариваются и всасываются липиды, находящиеся в жидком состоянии, при температуре тела. Липиды, у которых точка плавления существенно выше температуры тела, плохо перевариваются и всасываются.

Фосфорная кислота, образующаяся при гидролизе фосфолипидов, всасывается в виде натриевых и калиевых солей, а азотистые основания -- холин, этаноламин и серин -- всасываются при участии нуклеотидов (ЦДФ-производных). Некоторая избирательность проявляется слизистой оболочкой кишечника в отношении стероидов, особенно растительного происхождения. Среди основных стероидов пищи только холестерин легко проникает через стенки кишечника. С такой же легкостью всасываются витамин D и некоторые стероидные гормоны, введенные перорально.

Преобладающими липидами лимфы являются триацилглицериды, даже тогда, когда жирные кислоты находятся в составе сложных эфиров других спиртов.

Желчные кислоты выполняют в организме 3 основных функции:

- эмульгируют жиры;

- активируют липазу;

- обеспечивают всасывание высших жирных кислот, моноглицеридов и холестерина.



Литература

1. Казаков Е.Д., Биохимия зерна и хлебопродуктов. [Текст] / Е.Д. Казаков, Г.П Карпиленко - СПб: ГИОРД, 2005.- 512 с.

2. Комов В.П., Биохимия. [Текст] /В,П. Комов. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 465с

3. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3 т. М.: Мир, 1987. 980 с.

4. Луценко Н.Г. Начала биохимии: Кур лекций / РХТУ им. Менделеева Д.И.. - М.: МАЙК «Наука/Интерпериодика», 2002 - 125 с

5. Рис Э.., Введение в молекулярную биологию: от клеток к атомам: Пер. с англ. [Текст] / Э. Рис, М. Стернберг.- М.: Мир, 2002. - 142с.

6. Уайт А., Фендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии. В 3 т. - М.: Мир, 1981.

7. Щербаков В.Г., Биохимия. [Текст] / В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов, Т.Н. Прудникова, А.Д. Минакова - СПб.: ГИОРД, 2003. - 440 с.

8. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М.: НИИ биомед. химии РАМН, 1999. - 372 с

Размещено на Allbest.ru

...