Обмін ліпідів

1. Перетравлювання ліпідів в травному тракті тварин. Роль жовчних кислот в обміні ліпідів.

2. Транспорт ліпідів в крові.

3. Перетравлювання стеринів.

4. Перетравлювання фосфоліпідів.

5. Окиснення гліцерину.

6. β-окиснення вищих жирних кислот.

7. Утворення кетонових тіл.

8. Біосинтез тригліцеридів.

9. Обмін холестерину.

10. Обмін лецетину.

11. Регуляція і порушення жирового обміну.

Обмін ліпідів складається з чотирьох етапів: перетравлювання, всмоктування, проміжного обміну, кінцевого обміну.

1. Розглянемо перетравлювання ліпідів.

Як відомо, ліпіди – це складні ефіри високомолекулярних спиртів і вищих жирних кислот. Складні ліпіди, крім цих речовин, містять в своєму складі і інші сполуки. Тому засвоєння ліпідів в організмі проходить тільки після їх попереднього розщеплення до гліцерину, вищих жирних кислот, стеринів, гліколів, фосфорної кислоти, азотистих основ.

В ротовій порожнині ліпіди кормів механічно подрібнюються, змочуються слиною. Далі по стравоходу потрапляють в шлунок. В шлунку починається перетравлювання ліпідів, але тут розщеплюється незначна кількість ліпідів із-за відсутності необхідних умов. Незначна кількість ліпази, яка міститься в шлунку, малоактивна, оскільки оптимальна активність цього ферменту проявляється при слабо кислому рН, а в шлунку середовище сильно кисле – рН=1,5-2,5 і погано йде емульгування жирів. Тому в шлунку перетравлюються лише жири молока і жири жовтку яєць (в дорослому стані).

Основні процеси перетравлювання ліпідів проходять в тонкому кишечнику, особливо в 12-палі1 кишці. У цьому процесі приймають участь жовч, ліпази підшлункового і ліпази кишкового соку.

Необхідною умовою того, щоб жири почали розщеплюватись, є їх емульгування – подрібнення молекули жиру на дрібніші кульки (утворення емульсії).

Емульгування жиру відбувається при дії жовчі. Жовч – секрет печінки, виробляється в гепатоцитах печінки. Має лужну реакцію. За своїми фізичними властивостями – це в’язка рідина, гірка на смак, має специфічний запах. Жовч приймає участь в емульгуванні жирів, їх розщепленні і всмоктуванні; сприяє нормальній перистальтиці кишечнику; приймає участь у виділенні отрут.

Основу щільного залишку жовчі складають жовчні кислоти.

Жовчні кислоти – речовини стероїдної природи, синтезуються в печінці з холестерину. Вони є похідними холанової кислоти.

Саме жовчні кислоти або їх натрієві або калієві солі і емульгують жири.

Жовчні кислоти:

1. холева кислота.

2. дезоксихолева кислота.

3. кенодезоксихолева кислота.

4. літохолева кислота (багато її у жовчних каменях).

Жовчні кислоти, як правило, містяться у жовчі не у вільному стані, а у вигляді так званих комплексних (парних) жовчних кислот – кон’югатів з гілицом або таурином:

1. глікохолева кислота.

2. глікодезоксихолева кислота.

3. таурохолева кислота.

4. тауродезоксихолева кислота.

Таурин – похідний цистеїну.

СН₂ – S – НSО₃

|

СН₂ – NН₂

Значення жовчних кислот для обміну ліпідів:

1. Емульгують жири.

2. Активують фермент ліпазу (відноситься до класу гідролаз, підклас естераз).

СН₂О – О – СО – С₁₇Н₃₅ СН₂ОН С₁₇Н₃₅СООН – стеаринова кислота

| ліпаза |

СНО – О – СО – С₁₅Н₃₁ → СНОН + С₁₅Н₃₁СООН – пальмітинова кислота

| |

СН₂О – О – СО – С₁₉Н₃₁ СН₂ОН С₁₉Н₃₁СООН – арахідонова кислота

гліцерин

3. Сприяють всмоктуванню вищих жирних кислот.

Вищі жирні кислоти не розчиняються у воді, а при наявності жовчних кислот утворюють розчинні холеїнові комплекси.

Всмоктування ліпідів відбувається в нижній частині 12-палої кишки і у верхній частині порожньої кишок, решти – в інших ділянках тонкої кишки. Всмоктування відбувається за рахунок мікро ворсинок епітелію.

Всмоктування проходить двома шляхами:

а) через субмікроскопічні канальні мікро ворсинок за допомогою дифузії, осмосу та активного транспортування;

б) через проміжні щілини завдяки піноцитозу.

10% жиру всмоктується у вигляді тригліцеридів, 10 – у вигляді ди- і моно гліцеридів, 80% - у вигляді продуктів кінцевого гідролізу.

Кінцевими продуктами перетравлювання ліпідів є гліцерин, вищі жирні кислоти, гліцерофосфати, холестерин, азотисті основи, фосфорна кислота тощо.

Гліцерин і гліцерофосфати всмоктуються досить легко, фосфорна кислота всмоктується у вигляді натрієвих та калієвих солей; азотисті основи – за участю нуклеотидів, утворюючи комплекси; вищі жирні кислоти – у вигляді олеїнових комплексів з жовчними кислотами.

У товстому кишечнику ті речовини, які не зазнали змін, гниють під впливом ферментів мікроорганізмів і виводяться разом з калом.

В епітеліальних клітинах із продуктів всмоктування синтезуються (ресинтезуються) ліпіди, специфічні для даного організму. Цей процес йде в стінці тонкого кишечнику, причому синтезуються жири, в значній мірі специфічні для даного виду тварин і відрізняються по своїй природі від харчового жиру.

2. Ресинтезовані ліпіди (тригліцериди, гліцерофосфатиди тощо), холестерин, який всмоктався з порожнини кишок, і деякі продукти розщеплення жирів (жирні кислоти), які не були використані в ресинтезі, здатні сполучатися з білком і утворювати транспортні форми ліпідів.

До них належать:

- хіломікрони;

- α-ліпопротеїди;

- β-ліпопротеїди;

- вільні жирні кислоти.

Хіломікрони – мають форму крапель жиру діаметром 100-500 нм, окутаних білковою оболонкою. Близько 75-80% загальної кількості ліпідів потрапляє у кров у вигляді хіломікронів. Хіломікрони містять в середньому 1,5-2% білку, 7-10 – фосфоліпідів, 5-8 – холестерину та його ефірів, 75-80% гліцеридів. Після засвоєння поживних речовин їжі вміст хіломікронів у крові значно підвищується, внаслідок чого вона стає мутною (хілезною). Найбільша хілезність крові спостерігається через 3-4 години після споживання їжі. Далі відбувається поступове звільнення крові від хіломікронів.

α-ліпопротеїди – комплекси білків з ліпідами – фосфоліпідами, холестерином і гліцеридами. Найбільша кількість α-ліпопротеїдів міститься у фосфоліпідах. Тому вважають, що вони є основною транспортною формою фосфоліпідів.

β-ліпопротеїди - також комплекси білків з ліпідами, однак в них переважає холестерин. Отже, ці комплекси є основною транспортною формою вільного холестерину та його ефірів.

Вільні жирні кислоти циркулюють у крові також у сполуках з білками. Ці комплекси є найрухомішою транспортною формою ліпідів.

З током крові ліпіди у вигляді комплексів з білками надходять до органів і тканин організму, де одна частина їх відкладається в запас, а інша зазнає різних перетворень, залежно від умов і потреб організму.

Перетравлювання різних ліпідів має свої особливості.

3. Нагадаємо, що стериди – це прості ліпіди, які складаються з полі циклічних спиртів стеролів і вищих жирних кислот.

Перетравлювання стеринів проходить в тонкому відділі кишечнику після їх емульгування під впливом ферменту холестеринестерази до холестерину і вищих жирних кислот.

4. Фосфоліпіди – складні ліпіди, які складаються з гліцерину, двох молекул вищих жирних кислот, фосфорної кислоти і азотистих основ.

Гідролітичне розщеплення фосфоліпідів відбувається під впливом фосфоліпаз А, В, С, Д. Кожний фермент діє на певний складноефірний зв’язок ліпіду.

Розглянемо процес перетравлювання фосфоліпідів на прикладі лецетину.

γ СН₂ – О – СО – С₁₇Н₃₅

|

β СН – О – СО – С₁₇Н₃₅ ОН

| // О | / СН₃

α СН₂ – О – Р – О – СН₂ – СН₂ – N – СН₃

|

СН₃

1 етап. Фосфоліпаза А в присутності води відщеплює залишок вищої жирної кислоти в β-положенні. Утворюється лізолецетин.

Лізолецетин – досить токсична сполука і може викликати руйнування клітинних мембран (лізис еритроцитів). У вільному стані в значній кількості міститься в отруті змій та скорпіонів, де фосфоліпаза А проявляє високу активність.

СН₂ – О – СО – С₁₇Н₃₅

|

СН – ОН ОН

| // О | / СН₃

СН₂ – О – Р – О – СН₂ – СН₂ – N – СН₃

| |

ОН СН₃

Лізолецетин

2 етап. Фосфоліпаза В відщеплює вищу жирну кислоту в γ-положенні. Утворюється гліцеринфосфохолін (гліцерофосфохолін, гліцерофосфорилхолін).

СН₂ – ОН

|

СН – ОН ОН

| // О | / СН₃

СН₂ – О – Р – О – СН₂ – СН₂ – N – СН₃

| |

ОН СН₃

Гліцерофосфохолін

3 етап. Фосфоліпаза С розщеплює гліцерофосфохолін до гліцерину і холін фосфату (в присутності води).

СН₂ – ОН

|

СН – ОН ОН

| // О | / СН₃

СН₂ – ОН + НО – Р – О – СН₂ – СН₂ – N – СН₃

| |

Гліцерин ОН СН₃

Холінфосфат

4 етап. Фосфоліпаза Д гідролізує холінфосфат до холіну і фосфорної кислоти.

ОН

| / СН₃

НО - СН₂ – СН₂ – N – СН₃ + Н₃РО₄

|

СН₃

Таким чином, при перетравлюванні лецетину утворюються гліцерин, дві вищі жирні кислоти, холін і фосфорна кислота.

Аналогічно розщеплюються інші фосфоліпіди.

5. Найважливішою ланкою в ланцюгу численних перетворень ліпідів в організмі є проміжний (внутріклітинний) обмін. Саме на цьому етапі проходять катаболічні і анаболічні реакції, які забезпечують як асиміляцію ліпідів у вигляді пластичного матеріалу, так і окислення їх до кінцевих продуктів. Під час окислення ліпідів вивільнюється значна кількість енергії, яка нагромаджується в макроергічних зв’язках АТФ. Внутріклітинний метаболізм різних груп ліпідів крім спільних ознак має специфічні особливості.

Процес ферментативного розщеплення ліпідів клітин клітин до їх складових частин, які використовуються для різних потреб організму (енергетичних, пластичних), називається ліполізом.

Цей процес найбільш інтенсивно відбувається в печінці і нирках.

Розглянемо процес окислення гліцерину.

Окислення гліцерину розпочинається з його фосфорилування.

1 етап – фосфорилування гліцерину. Проходить в присутності АТФ і при дії фосфотрансферази (ферменту з класу трансфераз).

СН₂ОН СН₂ОН

| АТФ |

СН – ОН → СН – ОН + АДФ

| фосфотрансфераза | / ОН

СН₂ОН СН₂ – О – Р = О

\ ОН

α-гліцерофосфат (3-фосфогліцерин)

2 етап. α-гліцерофосфат окислюється під впливом дегідрогенази і утворюється 3-фосфогліцериновий альдегід.

// О

СН₂ОН С - Н

| - Н₂ |

СН – ОН → СН - ОН

| / ОН дегідрогеназа | / ОН

СН₂ – О – Р = О СН₂ – О – Р = О

\ ОН \ ОН

3-фосфогліцериновий альдегід

Подальше перетворення 3-фосфогліцеринового альдегіду проходить по схемі анаеробного розпаду вуглеводів.

6. Вперше припущення що до механізму окислення жирних кислот висловив німецький дослідник Кнооп у 1904 році. Пізніше він експериментально довів, що цей процес здійснюється поступовим відсіканням двовуглецевих фрагментів від вуглецевих ланцюгів жирних кислот з боку карбоксильної групи, внаслідок чого вищі жирні кислоти перетворюються в жирні кислоти з меншою кількістю вуглецевих атомів.

Так, під час окислення жирних кислот, що входять до складу природних жирів і містять парну кількість вуглецевих атомів, кінцевими продуктами окислення є оцтова кислота та одна молекула чотирьох вуглецевої сполуки – масляної кислоти або її похідних (ацетооцтова або β-оксимасляна кислоти). Кінцевими продуктами окислення жирних кислот з репарною кількістю вуглецевих атомів є оцтова кислота та одна молекула пропіонової кислоти. Оскільки процес окислення жирних кислот розпочинається від вуглецевого атома, який знаходиться в β-положенні й окислюється в найбільшій мірі, він дістав назву β-окислення.

На початку 50-х років двадцятого століття гіпотеза Кноопа була доповнена новими даними завдяки дослідженням Лінена, Гріна, Очоа та інших вчених. Так, було встановлено, що процес β-окислення жирних кислот здійснюється лише після активації їх специфічними ферментами, що містять у вигляді коферменту КоА-SН, який за участю сульфгідрильної групи утворює з жирними кислотами тіоефіри (нагадаємо, що КоА був відкритий в 1950 році Ліпманом). Процес β-окислення відбувається в мітохондріях клітин різних органів – печінки, нирок, серцевого м’яза, скелетних м’язів тощо (1948 рік, американські вчені Кеннеді і Ленінджер).

Розглянемо β-окислення на прикладі окислення капронової кислоти.

СН₃ СН₃ СН₃

| | |

СН₂ СН₂ СН₂

| | |

γСН₂ - Н₂ СН₂ + Н₂О СН₂ - Н₂О

| → | → | →

βСН₂ дегідрогеназа СН гідратація β СН – ОН

| || |

αСН₂ СН СН₂

| // О | // О | // О

С ~ SКоА С ~ S КоА С ~ S КоА

Активна капронова к-та

(капроніл-КоА)

СН₃ СН₃

| |

СН₂ СН₂

| | + СН₃СООН + КоА

СН₂ СН₂ оцтова к-та

| + Н₂О |

β С = О → СООН

| масляна кислота

СН₂

| // О

С ~ S КоА

Кетокислота

Далі масляна кислота знову проходить цей цикл і утворюється дві молекули оцтової кислоти. Всього з однієї молекули капронової кислоти утворюється три молекули оцтової кислоти.

Оцтова кислота як кінцевий продукт β-окислення активується і включається в цикл три карбонових кислот (цикл Кребса) і окислюється до СО₂ і Н₂О.

Окиснення ненасичених жирних кислот відбувається подібно до окислення насичених, але ненасичені перед цим перетворюються в насичені (гідрогенізація).

β-окиснення є основним процесом перетворення вищих жирних кислот в організмі людини і тварин. Під час розщеплення жирних кислот до ацетил-КоА вивільнюється 30% енергії, акумульованої в них, а 70% енергії вивільнюється під час окислення ацетил-КоА до СО₂ і Н₂О в циклі три карбонових кислот.

Встановлено, що за один цикл β-окиснення синтезується 5 молекул АТФ. При повному окисленні 1 молекули стеаринової кислоти до СО₂ і Н₂О синтезується 153 молекули АТФ.

Таким чином, β-окислення жирних кислот є важливим джерелом енергії для організму.