Обмен липидов. обмен липидов. Обмен липидов Обмен липидов

• Название: Обмен липидов Обмен липидов
• Анкор: Обмен липидов
• Дата: 29.11.2022
• Размер: 4.54 Mb.
• Имя файла: обмен липидов.docx
• Тип: Документы; #819721
• страница: 1 из 3

Обмен липидов

Обмен липидов – это сложный биохимический и физиологический процесс, происходящий в клетках живых организмов.

Липидный обмен включает в себя следующие процессы: расщепление, переваривание и всасывание липидов в пищеварительном тракте, поступающих вместе с пищей; транспорт жиров из кишечника с помощью хиломикронов; обмен триацилглицеролов; обмен фосфолипидов; обмен холестерола; взаимопревращения жирных кислот и кетоновых тел; липогенез; катаболизм липидов (липолиз); окисление жирных кислот; образование эйкозаноидов.

Особое значение имеет знание процессов регуляции липидного обмена и патологий, связанных с его нарушением.

Основную массу липидов в организме составляют жиры (триацилглицеролы), служащие формой депонирования энергии. Фосфолипиды, являясь амфифильными молекулами, формируют бислойную структуру мембран, в которую погружены белки.   Холестерол – это важный компонент мембран и регулятор свойств гидрофобного слоя; такие производные холестерола, как жёлчные кислоты, необходимы для переваривания жиров; стероидные гормоны, синтезируемые из холестерола, участвуют в регуляции многих функций организма человека. 

Катаболизм липидов – это совокупность всех катаболических процессов липидов, включающая такие процессы, как липолиз, β-окисление жирных кислот, окисление кетоновых тел, перекисное окисление липидов и др.

Липолиз – это катаболический процесс, результатом которого является расщепление жиров, происходящее под действием фермента липазы. В результате стимулированного липолиза в адипоцитах образуются свободный глицерол и жирные кислоты.

Процесс β-окисления высших жирных кислот – это очень важный процесс, обеспечивающий образование большого количества энергии (АТФ) и может быть представлен последовательными этапами: активация жирных кислот, транспорт жирных кислот внутрь митохондрий, внутримитохондриальное окисление жирных кислот.

При длительном голодании в печени синтезируются кетоновые тела, которые становятся основным источником энергии для скелетных мышц, сердца и почек. Таким образом глюкоза сохраняется для окисления в мозге и эритроцитах. Уже через 2-3 дня после начала голодания концентрация кетоновых тел в крови достаточна для того, чтобы они проходили в клетки мозга, окислялись, снижая его потребности в глюкозе.

Липогенез – это процесс синтеза жирных кислот и триацилглицеролов, основным источником которых является ацетил-КоА, образующийся при распаде глюкозы в абсорбтивном периоде.

Полиненасыщенные жирные кислоты являются предшественниками физиологически активных соединений – эйкозаноидов. Они участвуют во множестве процессов, таких как рост мышечной ткани, раздражение и реакциях иммунитета на введенные токсины и патогены, некоторые являются нейромедиаторами и гормонами.

Процессы синтеза триацилглицеролов и фосфолипидов совпадают на начальных этапах и происходят при наличии глицерола и жирных кислот.

Синтез холестерина происходит в клетках печени (50 %), кишечнике и коже и служит основой синтеза других стероидных соединений.

Синтезированные в печени липиды могут транспортироваться в другие органы в составе липопротеинов (ЛПНП, ЛПВП).

Процессы обмена липидов находятся под контролем таких гормонов, как глюкагон, адреналин, тироксин, инсулин.

Нарушения регуляции обмена липидов приводят к различным патологиям: атеросклерозу, гепатозам.

Для нормализации обмена липидов необходимы липотропные факторы: полиненасыщенные жирные кислоты, инозитол, серин, холин, этаноламин, метионин, витамины.

Глоссарий

Процесс β-окисления – это специфический путь деградации жирных кислот (в результате от молекулы жирной кислоты последовательно отщепляются двууглеродные фрагменты со стороны карбоксильной группы).

Активация жирных кислот – это процесс образования ацил-КоА при участии АТФ, кофермента А (HS-КoA) и ионов Mg²⁺.

Карнитин-ацилтрансфераза I – это фермент, осуществляющий транспортировку жирных кислот с длинной цепью через митохондриальную мембрану посредством карнитина с образованием ацилкарнитина.

Карнитинацилтрансферазы II – это фермент, катализирующий расщепление ацилкарнитина с образованием ацил-КоА и карнитина.

Кетоновые тела – это группа продуктов обмена веществ (ацетоацетат, 3-гидроксибутират и ацетон), которые образуются в печени из ацетил-КоА.

Гиперкетонемия – это повышенное содержание кетоновых тел в крови.

Кетонурия, ацетонурия – это состояние, когда кетоновые тела появляются в моче.

Ацидоз – это смещение кислотно-щелочного баланса организма в сторону увеличения кислотности (уменьшению рН).

Диабетический кетоацидоз (кетоацидоз) – это вариант метаболического ацидоза, связанный с нарушением углеводного обмена, возникшего вследствие дефицита инсулина.

Диабетический кетоз – это состояние, характеризующееся повышением уровня кетоновых тел в крови и тканях без выраженного токсического эффекта и явлений дегидратации.

Компенсированный ацидоз: рН крови не опускается ниже границы физиологической нормы (7,35). Усиливается сердцебиение, учащается дыхание и повышается кровяное давление.

Субкомпенсированный ацидоз: уровень pH крови находится в пределах 7,34-7,25. Может вызвать угнетение сердечной деятельности вплоть до сердечных аритмий.

Некомпенсированный ацидоз: водородный показатель ниже границы физиологической нормы (менее 7,24). 

Декомпенсированный ацидоз. Вызывает расстройства функций (головокружение, сонливость, потеря сознания), сердечно-сосудистой системы, ЖКТ и др.

Газовый ацидоз – возникает при гиповентиляции или вдыхании воздуха с повышенным содержанием углекислого газа (дыхательный, респираторный).

Метаболический ацидоз  – возникает из-за накопления кислых продуктов в тканях, недостаточного их связывания или разрушения (кетоацидоз, лактатацидоз) (обменный ацидоз).

Выделительный ацидоз  – возникает при затруднениях выведения нелетучих кислот почками (почечный ацидоз) или увеличенной потере оснований через ЖКТ (гастроэнтеральный ацидоз).

Экзогенный ацидоз  – наступает при введении в организм большого количества кислот или веществ, образующих кислоты в процессе метаболизма.

Аэробная десатурация – это наиболее распространённый путь синтеза ненасыщенных жирных кислот, осуществляющийся с помощью феремнтов десатураз.

Эйкозаноиды – это окисленные производные полиненасыщенных жирных кислот, содержащих 20 углеродных атомов. Участвуют во многих процессах. Выделяют несколько семейств эйкозаноидов.

Простаноиды – это группа семейств эйкозаноидов, объединенных общими промежуточными метаболитами арахидоновой кислоты.

Простагландины – это эйкозаноиды, вызывающие сокращение или расслабление гладкой мускулатуры, оказывающие влияние на давление крови, деятельность сердечной мышцы, эндокринной системы, состояние бронхов, кишечника, матки.

Простациклины – это эйкозаноиды, являющиеся мощным фактором, препятствующим агрегации тромбоцитов.

Тромбоксаны  – особая разновидность простаноидов образующихся в тромбоцитах  – влияют на свертываемость крови.

Лейкотриены  – это эйкозаноиды, физиологическое действие которых выражается в сильном сокращении гладких мышц в некоторых органах, например, происходит сужение кровеносных сосудов в определенных ситуациях, или проявляют активность как участники развития аллергических реакций, вызывают бронхоспазмы при бронхиальной астме, а также вызывают секрецию слизи.

Липогенез – это процесс синтеза триацилглицеролов (жира), осуществляющийся во многих клетках.

Липолиз – это процесс распада (мобилизация) триацилглицеролов (жира).

Гепатозы ‒ это группа заболеваний печени, в основе которых лежит нарушение обмена веществ в гепатоцитах и развитие в этих клетках дистрофических изменений.

Стеатоз печени  ‒ это наиболее распространённый гепатоз, при котором в печёночных клетках происходит накопление жира.

Липотропные вещества  ‒ это важные факторы (инозитол, серин, холинр, этаноламин, полиненасыщенные жирные кислоты, метионин, пиридоксин, цианкобаламин), способствующие нормализации обмена липидов и холестерола в организме, стимулирующие мобилизации жира из печени и его окисление, что ведёт к уменьшению степени выраженности жировой инфильтрации печени.

Липопротеины ‒ это комплексы, состоящие из белков (аполипопротины) и липидов. Различают 4 основных класса липопротеинов (ЛПВП, ЛПНП, ЛПОНП, хиломикроны).

Атеросклероз – это хроническое заболевание артерий  эластического и мышечно-эластического типа, возникающее вследствие нарушения липидного и белкового обмена и сопровождающееся отложением холестерина и некоторых фракций липопротеинов в просвете сосудов.

Коэффициент атерогенности ‒ это показатель состава крови, который отражает соотношение между липопротеидами высокой плотности и низкомолекулярными липопротеидами.

1. 
   Активация и транспорт жирных кислот в митохондрии.
   

Роль карнитина.
β-окисление насыщенных жирных кислот с четным числом атомов углерода

Процесс β-окисления представляет собой специфический путь деградации жирных кислот. Он является одним из главных источников энергии, служащей для синтеза АТФ.

β-Окисление было открыто в 1904 году немецким химиком Францем Кноопом.

Этот путь называется β-окисление, т.к. происходит окисление 3-го углеродного атома жирной кислоты (β-положение) в карбоксильную группу, одновременно от кислоты отщепляется ацетильная группа, включающая С¹ и С² исходной жирной кислоты

Элементарная схема β-окисления


Реакции β-окисления происходят в митохондриях большинства клеток организма (кроме нервных клеток).

 Суммарное уравнение окисления пальмитиновой кислоты выглядит следующим образом:

Пальмитоил-SКоА + 7ФАД + 7НАД⁺ + 7Н₂O + 7HS-KoA → 8Ацетил-SКоА + 7ФАДН₂ + 7НАДН

β-Окисление представляет собой последовательность процессов:

1. 
   Активацию жирных кислот, происходящую в цитоплазме клетки с образованием ацил-КоА
   
2. 
   Транспортировку ацил-КоА через двойную мембрану митохондрии посредством карнитина (трансмембранный перенос)
   
3. 
   Внутримитохондриальное β-окисление (происходит в матриксе).
   

Активация жирных кислот

Жирные кислоты, которые образовались в клетке путём гидролиза триацилглицеридов или поступившие в неё из крови, должны быть активированы, так как сами по себе они являются метаболическими инертными веществами, и вследствие этого не могут быть подвержены биохимическим реакциям, включая и окисление

Процесс их активирования происходит в цитоплазме при участии АТФ, кофермента А (HS-КoA) и ионов Mg²⁺.

Реакция катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой жирных кислот с длинной цепью, процесс является эндергоническим, то есть протекает за счёт использования энергии гидролиза молекулы АТФ.



Выделившийся в ходе реакции пирофосфат гидролизуется ферментом пирофосфатазой:

Н₄Р₂О₇ + Н₂О → 2 Н₃РО₄

Поскольку процесс активации жирных кислот происходит в цитоплазме, то далее необходим транспорт ацил-SКоА через мембрану внутрь митохондрии.

Транспортировка жирных кислот через митохондриальную мембрану

Транспортировка жирных кислот с длинной цепью через плотную митохондриальную мембрану осуществляется посредством карнитина (витамин В11). В наружной мембране митохондрий находится фермент карнитин-ацилтрансфераза I, катализирующий реакцию с образованием ацилкарнитина, который диффундирует через наружную митохондриальную мембрану:

R-COSКоА + карнитин ↔ карнитин-COR + КоА-SH

Образовавшийся ацилкарнитин проходит через межмембранное пространство к наружной стороне внутренней мембраны и транспортируется с помощью фермента карнитин-ацилкарнитин-транслоказы.

После прохождения ацилкарнитина через мембрану митохондрии происходит обратная реакция – расщепление ацилкарнитина при участии КоА-SH и фермента митохондриальной карнитинацил-КоА-трансферазы или карнитинацилтрансферазы II:

КоА-SH + карнитин-COR ↔ R-COSКоА + карнитин

Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит окисление (ацил-SКоА-дегидрогеназа), гидратирование (еноил-SКоА-гидратаза) и вновь окисление 3-го атома углерода (гидроксиацил-SКоА-дегидрогеназа).

В последней, трансферазной, реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-SКоА. К оставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к первой реакции.

Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются два ацетил-SКоА.

При расчете количества АТФ, образуемого при β-окислении жирных кислот необходимо учитывать:

1. 
   Количество образуемого ацетил-SКоА – определяется обычным делением числа атомов углерода в жирной кислоте на 2.
   
2. 
   Число циклов β-окисления. Число циклов β-окисления легко определить исходя из представления о жирной кислоте как о цепочке двухуглеродных звеньев. Число разрывов между звеньями соответствует числу циклов β-окисления. Эту же величину можно подсчитать по формуле (n/2 -1), где n – число атомов углерода в кислоте.
   

3. Число двойных связей в жирной кислоте. В первой реакции β-окисления происходит образование двойной связи при участии ФАД.

4. Количество энергии АТФ, потраченной на активацию (всегда соответствует двум макроэргическим связям).

2. Синтез и использование кетоновых тел. Гиперкетонемия, кетонурия, ацидоз при сахарном диабете и голодании

К кетоновым телам относят три соединения близкой структуры – ацетоацетат, 

3-гидроксибутират и  ацетон.

Стимулом для образования кетоновых тел служит поступление большого количества жирных кислот в печень. При состояниях, активирующих липолиз в жировой ткани, не менее 30% образованных жирных кислот задерживаются печенью.

К таким состояниям относится голодание, сахарный диабет I типа, длительные физические нагрузки.

При голодании соотношение инсулин/глюкагон низкое и поэтому в печени активно идет глюконеогенез, для которого используется оксалоацетат.  

Поэтому при голодании жирные кислоты, поступающие в большом количестве в печень, не сгорают в ЦТК, а уходят в синтез кетоновых тел.

При длительной мышечной нагрузке резервы гликогена в печени истощаются, развивается тенденция к гипогликемии и секретируется глюкагон, который усиливает глюконеогенез, при этом количество оксалоацетата снижается, и жирные кислоты, попавшие в печень, будут окисляться с образованием кетоновых тел. 

Кроме отмеченных ситуаций, количество кетоновых тел в крови возрастает при алкогольном отравлении и потреблении жирной пищи.

Синтез ацетоацетата происходит только в митохондриях печени, далее он либо восстанавливается до 3-гидроксибутирата, либо декарбоксилируется до ацетона.



Используются кетоновые тела клетками всех тканей, кроме печени и эритроцитов. Особенно активно, даже в норме, они потребляются миокардом и корковым слоем надпочечников.

В цитозоле клеток 3-гидроксибутират окисляется, образующийся ацетоацетат проникает в митохондрии, активируется за счет сукцинил-SКоА и превращается в ацетил-SКоА, который сгорает в ЦТК.

При голодании синтез кетоновых тел ускоряется в 60 раз (повышение в крови до 0,6 г/л при норме менее 0,01 г/л), при сахарном диабете I типа – в 400 (!) раз (до 4 г/л). 

При сахарном диабете I типа (инсулинзависимом) в гепатоците глюкозы может быть много, т.к. глюкоза проникает в него через ГлюТ-2 без участия инсулина.

При сахарном диабете II типа (инсулиннезависимом) инсулина достаточно и соотношение инсулин/глюкагон велико, поэтому глюконеогенез не активен и оксалоацетата хватает для поддержания ЦТК.

Гиперкетонемия – это повышенное содержание кетоновых тел в крови.

Гиперкетонемия наблюдается, например, при сахарном диабете, голодании, тяжелых заболеваниях печени.

Кетонурия, ацетонурия – это состояние, когда кетоновые тела появляются в моче.
Кетонурия может наблюдаться при диабетическом кетоацидозе, при ограничениях в еде или голодании, при лихорадке из-за инфекционного процесса, на фоне алкоголизма, а также на фоне длительных тяжёлых физических нагрузок.