Тема: Обмен липидов Вопросы: 1. Переваривание и всасывание липидов 2. Окисление жирных кислот 1. ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ ЛИПИДОВ А. Роль желчи в переваривании липидов С пищей в организм поступает от 80 от 150 г липидов. У взрослого человека процесс переваривание начинается в 12 перстной кишке (рН=8). У грудных детей основной пищей служит молоко, содержащее жиры в эмульгированном виде и переваривание липидов происходит в рН=5-5,5. 1) Ротовая полость и желудок (рН слюны=7,1-7,2; рН желудочного сока= 1,5-2,5). Переваривание не происходит вследствие того, что жир в данных отделах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) не подвергается эмульгированию. Хотя в желудке небольшая часть жиров гидролизуется под действием липазы языка (относительно устойчив при кислых значениях рН), действует в течение 1-2 ч на жиры пищи в желудке. 2) Тонкая кишка. Сначала происходит эмульгирование (смешивание жира с водой) под действием солей жёлчных кислот. Жёлчные кислоты синтезируются в печени из холестерола и секретируются в жёлчный пузырь (содержимое - жёлчь). После приёма жирной пищи жёлчный пузырь сокращается, и жёлчь изливается в 12-типерстную кишку. Жёлчные кислоты действуют как детергенты, располагаясь на поверхности капель жира и снижая поверхностно натяжение, образуются крупные капли, затем мелкие капли жира. Жёлчные кислоты – конъюгаты глицина и таурина с таурохолевой, гликохолевой и другими кислотами. Их роль заключается: 1) усиливают перистальтику кишечника; 2) эмульгируют жиры; 3) участвуют в образовании мицелл, способных всасываться. Гормоны, активирующие переваривание жиров: клетки слизистой оболочки тонкого кишечника начинают секретировать в кровь гормон холецистокинин (пакреозимин), который действует на жёлчный пузырь, стимулируя сокращение, и на эндокринные клетки поджелудочной железы, стимулируя секрецию пищеварительных ферментов, в том числе панкреатической липазы Другие клетки слизистой оболочки тонкого кишечника в ответ на поступление из желудка кислого содержимого выделяют гормон секретин, стимулирующий секрецию бикарбоната (HCO3–) в сок поджелудочной железы. Рис. Схема. Эмульгирование липидов. Б. Роль ферментов поджелудочной железы в переваривании липидов Основная часть пищевых жиров (триацилглицеролов), подвергается расщеплению в верхних отделах тонкого кишечника при действии липазы панкреатического сока. Панкреатическая липаза (КФ 3.1.1.3) является гликопротеином, имеющим мол. массу 48000 (у человека) и оптимум pH 8-9. Как и все пищеварительные ферменты, панкреатическая липаза выводится в двенадцатиперстную кишку в виде неактивного профермента – пролипазы. Активация пролипазы в активную липазу происходит под действием жёлчных кислот и другого белка сока поджелудочной железы – колипазы (мол. масса ~ 10000 Да). Колипаза в свою очередь секретируется в виде проколипазы, активация которой осуществляется путем гидролиза трипсином связи Арг-Гли на N-концевой области. Последняя присоединяется к липазе в молярном соотношении 1:1. Это способствует сдвигу оптимума pH фермента с 9 до 6 и предотвращению денатурации на границе фаз вода/жир. Колипаза своим гидрофобным доменом связывается с поверхностью мицеллы эмульгированого жира (рис. 8.12). Рис. 8-12. Расположение панкреатической липазы и колипазы на границе раздела фаз вода/жир. Гидролиз триацилглицеролов под действием липазы происходит в положении sn-1 или 3, что приводит к образованию диацилглицеролов, которые затем гиролизуются до 2-моноацилглицеролов. Рис. Гидролиз триацилглицеролов под действием липазы поджелудочной железы. Панкреатическая липаза не в стоянии гидролизовать эфирную связь в положении sn-2, для этого необходимо ее изомеризация в положении sn-1. Гидролиз триглицеридов при участии панкреатической липазы можно изобразить в виде схемы, изображенной на рис. 10.1. Кроме жиров (триацилглицеролов), с пищей поступают фосфолипиды, эфиры холестерина, однако количество этих липидов в пище значительно меньше, чем жиров (~10%). Действие эстеразы (А) и фосфолипазы А2 (В) поджелудочной железы Действие специфических фосфолипаз. Х – остаток серина, холина, этаноламина и инозитолбисфосфата Рис. Гепато-энтеральный цикл солей желчных кислот В. Транспорт липидов в этероциты Ворсинки являются сайтами абсорбции в слизистой оболочке кишечника После всасывания продуктов гидролиза жиров жирные кислоты и 2-МАГ в клетках слизистой оболочки тонкого кишечника включаются в процесс ресинтеза с образованием ТАГ. Жирные кислоты вступают в реакцию этерификации только в активной форме в виде производных коэнзима А, поэтому 1-ая стадия ресинтеза жиров – реакция активации жирных кислот: HS-КоА + RCOOH + АТФ → R-CO~KoA + АМФ + Н4Р2О7. Реакция катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой (тиокиназой). Затем ацил~КоА участвует в реакции этерификации 2-МАГ с образованием сначала ДАГ, а затем ТАГ. Реакции ресинтеза жиров катализируют ацилтрансферазы. Пути транспорта липидов и продуктов их гидролиза через ворсинки тонкой кишки Рис. Липопротеины плазмы крови. Г. Метаболизм хиломикронов в плазме крови Триацилглицеролы в хиломикронах гидролизуются в кровотоке липопротеинлипазой, расположенной на поверхности клеток, выстилающих капилляры. Фермент в организме существует в виде двух форм – печеночной (гепарин-освобождаемая липаза печени) и внепеченочной липазы. Липопротеинлипаза, или внепеченочная липаза, обнаруживается, главным образом, в жировой ткани и скелетных мышцах, где она связана с глюкозаминогликанами, локализованными на обращенной в просвет сосуда (люминальной) поверхности капиллярного эндотелия (рис…). Рис. Гидролиз триацилглицеролов в составе хиломикронов липопротеинлипазой эндотелия капилляров. Другим важнейшим источником поступающих в печень липидов являются неэстерифицированные, или свободные жирные кислоты, которые освобождаются из главных жировых депо в жировой ткани и переносятся кровью в виде комплексов с альбумином плазмы. Рис. Гормональная регуляция мобилизации жиров в постабсорбтивном периоде, при голодании и физической работе. При голодании увеличивается секреция глюкагона, при физической работе – адреналина. R – рецептор, G – G-белок, АЦ – аденилатциклаза. Эти гормоны, действуя через аденилатциклазную систему, стимулируют мобилизацию жиров. *ТАГ-липаза имеет и другие названия: гормончувствительная липаза, тканевая липаза. Д. ОКИСЛЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ Установлено, что окисление жирных кислот протекает в печени, почках, скелетных и сердечной мышцах, в жировой ткани. В мозговой ткани скорость окисления жирных кислот весьма незначительна; основным источником энергии в мозговой ткани служит глюкоза. Окисление жирных кислот происходит в митохондриях. Альбумин осуществляет транспорт жирной кислоты в клетку. Транспорт в пределах цитозоля осуществляют специальные белки (fatty acid binding proteins, FABP). В транспорте жирной кислоты из цитозоля в митохондрии участвует карнитин. Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих основных этапов: активация, транспорт в митохондрии, внутримитохондриальное окисление. Активация жирных кислот. Активация жирной кислоты протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима A (HS-KoA) и ионов Mg2+. Реакция катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой: R–COOH + HS-KoA + АТФ → R-CO~KoA + АМФ + РРН Жирная кислота Ацил-КоА Транспорт жирных кислот внутрь митохондрий. Переносчиком активированных жирных кислот с длинной цепью через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин. Ацильная группа переносится с атома серы КоА на гидроксильную группу карнитина с образованием ацилкарнитина, который диффундирует через внутреннюю митохондриальную мембрану: Рис. Перенос жирных кислот с длинным углеводородным радикалом через мембраны митохондрий. β-окисление жирных кислот. Общее представление о β-окислении жирных кислот. Внутримитохондриальное окисление жирных кислот. Процесс окисления жирной кислоты в митохондриях клетки включает несколько последовательных энзиматических реакций. Стадии β-окисления .1 – первая стадия дегидрирования. 2 – стадия гидра- тации. 3 – вторая стадия дегидрирования. 4 – тиолазная реакция Образовавшийся ацетил-КоА подвергается окислению в цикле трикарбоновых кислот, а ацил-КоА, укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь β-окисления вплоть до образования бутирил-КоА (4-углеродное соединение), который в свою очередь окисляется до 2 молекул ацетил-КоА (рис. ). Например, при окислении пальмитиновой кислоты (С16) повторяется 7 циклов βокисления. Запомним, что при окислении жирной кислоты, содержащей n углеродных атомов, происходит (n/2)-1 цикл β-окисления (т.е. на один цикл меньше, чем n/2, так как при окислении бутирил-КоА сразу происходит образование 2 молекул ацетил-КоА) и всего получится n/2 молекул ацетил-КоА. Следовательно, суммарное уравнение β-окисления активированной кислоты можно записать так: Пальмитоил-КоА + 7ФАД+ + 7НАД+ + 7Н2О + 7HS-KoA → 8Ацетил-КоА + 7ФАДН2 + 7НАДН + 7Н+ Баланс энергии При каждом цикле β-окисления образуются одна молекула ФАДН2 и одна молекула НАДН. Последние в процессе окисления в дыхательной цепи и сопряженного с ним фосфорилирования дают: ФАДН2 – 2 молекулы АТФ и НАДН – 3 молекулы АТФ, т.е. в сумме за один цикл образуется 5 молекул АТФ. При окислении пальмитиновой кислоты образуется 5×7 = 35 молекул АТФ. В процессе β-окисления пальмитиновой кислоты образуется 8 молекул ацетил-КоА, каждая из которых, «сгорая» в цикле трикарбоновых кислот, дает 12 молекул АТФ, а 8 молекул ацетилКоА дадут 12×8 = 96 молекул АТФ. Таким образом, всего при полном β-окислении пальмитиновой кислоты образуется 35 + 96 = 131 молекула АТФ. С учетом одной молекулы АТФ, потраченной в самом начале на образование активной формы пальмитиновой кислоты (пальмитоил-КоА), общий энергетический выход при полном окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты в условиях животного организма составит 131-1 = 130 молекул АТФ. Таблица. Синтез АТФ при полном окислении пальмитиновой кислоты β-Окисление Количество молекул АТФ 1 7 НАДH (от пальмитоил-КоА до ацетилКоА), окисление каждой молекулы кофермента в ЦПЭ обеспечивает синтез 3 молекул АТФ 21 2 7 ФАДH2, окисление каждой молекулы кофермента в ЦПЭ обеспечивает синтез 2 молекул АТФ 14 3 Окисление каждой из 8 молекул ацетил-КоА в ЦТК обеспечивает синтез 12 молекул АТФ Суммарное количество молекул АТФ, синтезированных при окислении одной молекулы пальмитоил-КоА 96 131
