Обмен триацилглицеролов и жирных кислот

Значение изучения раздела «Обмен липидов» от 30 до 50% расходуемой энергии ежесуточно образуются за счет липидов; в пищевых липидах содержатся или растворяются при всасывании эссенциальные соединения (жирорастворимые витамины – А, D, Е, К, полиненасыщенные жирные кислоты – линоленовая, арахидоновая и др.); из липидов синтезируются биологически активные соединения – гормоны стероидной природы, простагландины, витимин D; теплоизоляционная и механическая защита организма; основу биологических мембран составляют липиды; в основе многих видов патологии лежат нарушения липидного обмена; определение продуктов липидного обмена для диагностических целей используются в работе биохимических лабораторий; некоторые производные липидов являются лекарственными веществами.

Липиды Липиды – это разнообразная по строению груп- па органических молекул, имеющих общие свойст- ва – гидрофобность или амфифильность. В организме человека липиды представлены большой группой соединений: гидрофобные (триацилглицеролы -ТАГ, эфиры холестерола –ЭХ), амфифильные (есть гидрофобная часть и гидрофильная (полярная «головка») - глицерофосфолипиды, сфинголипиды.

Функции липидов Участвуют в формировании мембран, напри- мер глицерофосфолипиды, сфинголипиды, холестерол; Являются предшественниками коферментов, например жирорастворимый витамин К; Образуют энергетический запас организма, выполняют функцию теплоизоляционной и механической защиты – триацилглицеролы (ТАГ)

Строение и функции основных классов липидов человека Класс липидовСхема строенияФункции Преимуществен- ная локализация Жирные кислотыСтруктурные компоненты большинства классов липидов, источники энергии Все клетки (в составе других классов липидов) Триацилглице- ролы (ТАГ) Запасание энергетичес- кого, материала, термоизоляция, механическая защитная функции Адипоциты

Строение и функции основных классов липидов человека Класс липидовСхема строенияФункции Преимущественная локализация Глицерофосфо- липиды: Х-холин; Этаноламин; Серин; Инозитол- бифосфат Структурные компоненты мембран; фосфадитилхолин, кроме того, структурный элемент липопротеинов, компонент сурфактанта, предотвращающего слипание альвеол (в этом случае R1 и R2 – пальмитиновые кислоты) Мембраны клеток, монослой на поверхности липопротеинов, альвеолы легких Сфингофосфолип иды- сфингомиелины Основные структурные компоненты мембран клеток нервной ткани Миелиновые оболочка нейронов, серое вещество мозга

Строение и функции основных классов липидов человека Класс липидовСхема строенияФункции Преимуществен- ная локализация Гликолипиды: Цереброзиды, если Х- моносахарид; ганглиозиды, если Х-углеводы сложного состава Компоненты мембран клеток нервной ткани, антигенные структуры на поверхности разных типов клеток; рецепторы, структуры, обеспечивающие взаимодействие клеток Внешний слой клеточных мембран СтероидыХолестерол и его производные Компонент мембран, предшественник в синтезе желчных кислот и стероидных гормонов Мембраны клеток, липопротеины крови

Насыщенные не содержат двойных связей Ненасыщенные ( в положении 2 ТАГ) содержат двойные связи Н 3 С – СН 2 – СН 2 – (СН 2 ) К – СООН Общая формула С n H 2n+1 COOH Н 3 С – (СН 2 )1 – СН = CH - (СН 2 )d – СООН Общая формула С n H (2n+1)- 2m COOH, где k, l, d – количество ( - СН 2 - ) – звеньев; n – количество углеродных атомов в радикале; m – количество двойных связей в радикале Миристиновая С 14 С 13 Н 27 СООН Пальмитиновая С 16 С 15 Н 31 СООН Стеариновая С 18 С 17 Н 35 СООН Моноеновые Пальмитоолеиновая С 16:1 С 15 Н 29 СООН Олеиновая С 18:1 С 17 Н 33 СООН Полиеновые Линолевая С 18:2 С 17 Н 31 СООН Линоленовая С 18:3 С 17 Н 29 СООН Арахидоновая С 20:4 С 19 Н 31 СООН Жирные кислоты

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ, ПРИСУТСТВУЮЩИЕ В ПЛАЗМЕ НазваниеДлина цепиИсточник Насыщенныемиристиновая пальмитиновая стеариновая С 14:0 С 16:0 С 18:0 кокосовое масло животный жир Мононенасыщенные (моноеновые) пальмитолеиновая олеиновая С 16:1 ω7 С 18:1 ω9 животный жир растительное масло Полиненасыщенные ( полиеновые) эссенциальные линолевая линоленовая арахидоновая эйкозапентатеновая С 18:2 ω6 С 18:3 ω6 С 20:4 ω8 С 20:5 ω3 растительное масло рыбий жир В сокращенной формуле указано количество атомов углерода и число двойных связей. n – количество углеродных атомов в радикале; Ближайшая к метильному концу двойная связь обозначена символом ω СН 3 (CH 2 ) n COO- Жирная кислота

Состав и строение жирных кислот организма человека Жирные кислотыС n:mω Состав жирных кислот, % ** Пальмитиновая16:030.0 Стеариновая18:015.3 Пальмитоолеиновая16: Олеиновая18: Линолевая18: *619.4 Линоленовая18: *30.3 n – количество углеродных атомов в радикале; m – количество двойных связей в радикале

ТАГ (жиры) являются сложными эфирами жирных кислот и трехатомного спирта глицерола. К 3 гидроксильным группам глицерола присоединены 3 остатка жирных кислот Строение триацилглицеролов (ТАГ) O H 2 C – O – C – R 1 O H 2 C – O – C – R 3 O R 2 – C – O – CH ТАГ – гидрофобные молекулы, различаются строением жирнокислотных радикалов (R 1, R 2, R 3,).

Переваривание и всасывание триацилглицеролов (ТАГ) (жиров) Полость тонкой кишки Переваривание жиров (Эмульгирование, гидролиз) Образование мицелл и всасывание в слизистую оболочку кишечника Диацилглицеролы Моноацилглицеролы

Ресинтез жиров в клетках слизистой оболочки кишечника (энтероцитах) Слизистая оболочка тонкой кишки

Переваривание и всасывание пищевых ТАГ Пищевые ТАГ Большие липидные капли Желчные кислоты Эмульгирование Тонкодисперсная эмульсия COR 1 ТАГ R 2 OC COR 2 H 2 O Панкреатическая липаза Гидролиз ОН 2 – МАГ R 2 ОС ОН Жирные кислоты (RCOOH) Желчные кислоты Формирование смешанных мицелл Всасывание смешанных мицелл НО - ОН Смешанная мицелла Тонкая кишка Желчные кислоты Кровь воротной вены Желчные кислоты 2 – МАГ ТАГ Хиломикроны (ХМ) Другие липиды 2RCOOH 2RCOSKoA Клетки слизистой оболочки кишечника - энтероциты ХМ В кровоток В лимфатический сосуд

Строение липопротеида плазмы крови Периферический апопротеин Интегральный апопротеин В-100 (или В-48) ХолестеролФосфолипид Эфир холестерола Холестерол Липидное ядроТриацилглицерол Монослой из амфифильных липидов

Строение липопротеидов плазмы крови (ХМ, ЛПОНП, ЛППП, ЛПНП, ЛПВП) Периферические апопротеины (например, апоА-II, апоС-II, апо-Е) Интегральные апопротеины (апоВ-100 или апоВ-48) Холестерол Фосфолипид Триацилглицеролы (ТАГ) Гидрофобные липиды Эфиры холестерола

Липопротеины – транспортные формы липидов Типы липопротеинов Хиломикроны (ХМ) ЛПОНПЛППП ЛПНПЛПВП Состав, % Белки ФЛ ХС ЭХС ТАГ ФункцииТранспорт липидов из клеток кишечника (экзо-генных липидов) Транспорт липидов, синтезируемых в печени (эндо- генных липидов) Промежуточная форма превращения ЛПОНП В ЛПНП под действием фермента ЛП- липазы Транспорт холестерола в ткани Удаление избытка холестерола из клеток и других липопротеинов. Донор апопротеинов А, С - II Место образования Эпителий тонкого кишечника Клетки печениКровьКровь ( из ЛПОНП и ЛППП) Клетки печени – ЛПВП – предшественники Плотность г/мл0,92 – 0,980,96 – 1,001,00 – 1,061,06 – 1,21 Диаметр частиц, нМ Основные аполипопротеи ны Больше 120 В- 48 С – II Е 30 – 100 В – 100 С – II Е В – 100 Е 21 – 100 В – 15 А – I С – II Е

ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПОПРОТЕИДОВ ХиломикроныЛПОНПЛПППЛПНПЛПВП Плотность (г/мл) < 0,950,96-1,0061,007-1,0191,02-1,0631,064-1,21 Диаметр (нм) Электрофорет ическая подвижность остаются на старте пре- ϐϐ α Место образования тонка кишкапеченькатаболизм ЛПОНП катаболизм ЛПОНП через ЛППП печень, тонкая кишка, катаболизм хиломикро- нов и ЛПОНП Основная функция транспорт экзогенных ТГ транспорт эндогенных ТГ предшественн ик ЛПНП транспорт холестерина обратный транспорт холестерина Состав: триглицериды холестерин фосфолипиды белок апобелки 90% 5% 4% 1% А, В-48, С, Е 65% 15% 10% В-100, C, E 20% 25% 35% 20% B-100, E 5% 50% 25% 20% B-100 5% 20% 25% 55% A, C, E

Путь экзогенных жиров и хиломикронов

Лимфа Хиломикроны (незрелые) Хиломикроны (незрелые) Энтероцит Печень Лизосомы ЖК Холестерол Аминокислоты Глицерин Рецепторы ХМ ост. ХМ зрел. С-II ЛПЛ ХМ незр. ЛПВП апоС-II апоЕ Кровь ЖК + Глицерол ЖК СО 2 + Н 2 О Мышца Жировая ткань ЖК Депо ТАГ Стенки капилляра

β – окисление жирных кислот – специфический путь катаболизма

R – COOH + HS-KoA + АТФ 1-й этап - Активация жирных кислот R – CO – S-KoA + АМФ + PP i Жирная кислота Ацил-КоА-синтаза Ацил-КоА

Наружная мембранаВнутренняя мембрана Цитозоль R – C ~S-KoA || O HS-KoA R – C--- || O R – C--- || O HS-KoA R – C ~S-KoA || O Карнитинацил- трасфераза I Карнитинацил- трасфераза II Карнитин Матрикс Карнитин 1-й этап - Перенос жирных кислот через мембраны митохондрий ТРАНСЛОКАЗАТРАНСЛОКАЗА *

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот О β α || R – CH 2 – CH 2 – CH 2 – C ~ SKoA Ацил – КоА дегидрогеназа О | R – CH 2 – CH = CH – C ~ SKoA – Ацил - КоА FAD FADH 2 в ЦПЭ на Q2 АТФ – Еноил - КоА

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот Н2ОН2О ОН О | || R – CH 2 – CH – CH 2 – C ~ SKoA Еноилгидратаза О | R – CH 2 – CH = CH – C ~ SKoA – Еноил - КоА – β – Гидроксиацил - КоА

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот β – Гидроксиацил – КоА дегидрогеназа О О || || R – CH 2 – C – CH 2 – C ~ SKoA ОН О | || R – CH 2 – CH – CH 2 – C ~ SKoA – β – Гидроксиацил - КоА NAD + NADH + H + в ЦПЭ на FMN3 АТФ – β –Кетоацил - КоА

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот β –Кетоацил– КоА тиолаза HSКоА Следующий цикл β - окисления О О || || R – CH 2 – C – CH 2 – C ~ SKoA – β –Кетоацил - КоА О || H 3 C– C ~ SKoA - Ацетил- КоА в ЦТК – 3-й этап β-окисления ЖК 12 АТФ || R – CH2 – CH2 – C ~ SKoA Ацил – КоА ( nC – 2) О

Суммарное уравнение β – окисления, например пальмитоил – КоА, может быть представлено таким образом: С 15 Н 31 СО – КоА + 7 FAD + 7 NAD HSKoA 8 CH 3 – CO – KoA + 7 FADH (NADH + H + ) 12 х 8 = 96 АТФ 7 х 2 = 14 АТФ7 х 3 = 21 АТФ = 130 АТФ

Синтез АТФ при полном окислении пальмитиновой кислоты. β - ОкислениеКоличество молекул АТФ 7 NADH ( от пальмитоил - Ко до ацетил – КоА), окисление каждой молекулы кофермента в ЦПЭ обеспечивает синтез 3 молекул АТФ 21 7 FADH2, окисление каждой молекулы кофермента в ЦПЭ обеспечивает синтез 2 молекулы АТФ 14 Окисление каждой из 8 молекул ацетил – КоА в ЦТК обеспечивает синтез 12 молекул АТФ 96 Суммарное количество молекул АТФ, синтезированных при окислении одной молекулы пальмитоил - КоА 131 – 1АТФ = 130

СООН \ СН 3 С О S-КоА СН 2 +СO2СO2 Пропионил-КоА- карбоксилаза В7В7 Пропионил-КоА Обмен жирных кислот с нечетным числом атомов углерода Метил-малонил- КоА-мутаза В 12 СН 2 С О S-КоА СООН ЦТК Сукцинил-КоА α β S-КоА СН 3 СНС О СООН Метил-малонил-КоА α β

Окисление жирных кислот с нечетным количеством углеродных атомов

Окисление жирных кислот с одной двойной связью О // С \ SKoA Н2ОН2О 3 цикл β – окисления 3 ацетил - КоА О // С \ SKoA О // С \ SKoA Н Н Еноил - Коа – изомераза Еноил - Коа – гидратаза 5 цикл β – окисления 6 ацетил - КоА О // С \ SKoA НО IНО I Олеоил - КоА Цис - Δ³ - додеценонил - КоА Транс – Δ 2 - додеценонил - КоА β – Гидрокси – деканоил - КоА

Этапы β – окисления олеиновой кислоты

Окисление полиненасыщенных жирных кислот

Этапы β – окисления олеиновой кислоты

Биосинтез насыщенных жирных кислот

Отличия биосинтеза жирных кислот от их окисления 1.Процесс протекает в цитоплазме клетки 2.Идет с потреблением энергии за счет АТФ 3.Требует НАДФН Н +, который образуется в пентозофосфатном пути окисления глюкозы или при работе малик-фермента 4.Необходимо «стартовое» соединение малонил-КоА

Происхождение субстратов для синтеза жирных кислот и ТАГ Глюкоза Глюкозо – 6 - фосфат Фруктозо– 6 - фосфат Глицерол – 3 фосфат NADP+ ПФПуть Глюкозо – 6 фосфат ДГ Пируват ДАФ ГАФ NADPН+Н + NADP+ Митохондриальная мембрана ПДК Малат АТФ Малик - фермент Оксалоацетат Карбоксилаза Ацетил - КоА Цитратлиаза Ацетил - КоА Оксалоацетат Цитрат Жирная кислота Малонил - КоА Ацетил- КоА Пальмитоил- синтетаза ТАГ Холестерол α - Кетоглутарат Изоцитрат Сукцинат Фумарат Малат V NADN/NAD+ АТФ/АДФ Сукцинил - КоА Изоцитратдегидрогеназа ЦИТОЗОЛЬ Vцтк Цитрат

NADH + H + NAD + 1-й этап Перенос ацетильных остатков из митохондрий в цитозоль ЦитозольМитохондрия Глюкоза Пируват Оксалоацетат Малат Оксалоацетат Цитрат Ацетил - КоА NADРH + H + NADР + Цитратсинтаза Цитрат- лиаза Малик-фермент

Жирные кислоты синтезируются из ацетил – КоА, который образуется при аэробном окислении глюкозы. Роль переносчика ацетильных групп из митохондрий выполняет цитрат, который в цитоплазме расщепляется на ацетил- КоА и оксалоацетат. Синтез жирной кислоты Оксалоацетат О С = О + Н 3 С – С ~ SKoA СООН СН 2 СООН Н 2 С – СООН НО – С – СООН Н 2 С – СООН Цитратлиаза АТФ АДФ HS – KoAPi Цитрат

В цитоплазме ацетил–КоА карбоксилируется и превращается в малонил–КоА – второй субстрат, необходимый для образования жирной кислоты. 2-й этап Синтез малонил-КоА Ацетил – КоА карбоксилаза Биотин Малонил - КоА О НООС – СН 2 - С ~ S-KoA + АДФ + Рi Ацетил - КоА О Н 3 С – С ~ S-KoA + CO 2 + ATФ

3-й этап Синтез пальмитиновой кислоты Пальмитоилсинтаза ( Е-синтаза жирных кислот) 1 HS - KoA HOOC – CH 2 – CО ~ SKoA Малонил-КоА HS - KoA O Н 3 С – С - SKoA Ацетил – КоА O – S – C – CH 3 – S – C – СН 2 – COOH O Ацетилмалонил - Е - SH остаток цистеина - SH остаток тиоэта- ноламина

Синтез пальмитиновой кислоты СО 2 Реакция конденсации O – S – C – CH 3 – S – C – СН 2 – COOH O Ацетилмалонил - ЕАцетоацетил - Е – SH – S – C – CH 2 – C – CH 3 O O 2

Синтез пальмитиновой кислоты Реакция восстановления NADPH + H + Ацетоацетил - Е – SH – S – C – CH 2 – CН – CH 3 OНOН O β – Гидроксибутирил - Е – SH – S – C – CH 2 – C – CH 3 O O NADP + 3 Синтез пальмитиновой кислоты Пентозофосфатный путь Малик - фермент

Синтез пальмитиновой кислоты H2OH2O Реакция дегидратации – SH – S – C – CH 2 – CН – CH 3 OНOН O β – Гидроксибутирил - Е – SH – S – C – CH = CН – CH 3 O Кротонил - Е 4

Синтез пальмитиновой кислоты – SH – S – C – CH = CН – CH 3 O Кротонил - Е Реакция восстановления 5 NADP + – SH – S – C – CH 2 – CН 2 – CH 3 O Бутирил - Е NADPH + H + Пентозофосфатный путь Малик - фермент

Синтез пальмитиновой кислоты – SH – S – C – CH 2 – CН 2 – CH 3 O Бутирил - Е I цикл 6 Малонил - КоА НSKoA – S – C – CH 2 – CН 2 – CH 3 – S – C – CH 2 – COOH O O НООС – СН 2 – C ~ SKoA O

– S – С – СН 2 – СООН – S – C – CH 2 – CH 2 – CH 3 O O Бутирилмалонил - Е 7 CO 2 – S – C – СН 2 – С - CH 2 – CH 2 – CH 3 – SH O O Ацетобутирил - Е Синтез пальмитиновой кислоты

Пальмитиновая кислота (пальмитат) – S – C – СН 2 – С - CH 2 – CH 2 – CH 3 – SH O O Ацетобутирил - Е Пальмитоил - Е Н2ОН2О Е Синтез пальмитиновой кислоты

Ацетил - КоА + 7 Малонил – КоА + 14 (NADHPH + H + ) C 15 H 31 COOH + 7 CO HS – KoA + 14 NADP + +7 H 2 O Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты Пальмитиновая кислота используется для синтеза других жирных кислот - насыщенных (миристиновой, стеариновой) и моноеновых (пальмитоолеиновой, олеиновой)

Цитрат Пальмитоил - КоА Неактивные протомеры Ацетил – КоА карбоксилазы мРНК ДНК V транскрипции (инсулин) Активная (Е – ОН) Ацетил –КоА карбоксилаза Неактивная (Е – ОР) Ацетил – КоА карбоксилаза Р Регуляция активности ацетил – КоА - карбоксилазы Адреналин Глюкагон ПКА АТФАДФ ФПФ PiH2OH2O

Биосинтез триацилглицеролов

Глюкоза Н 2 С – ОН | С = О | Н 2 С – О – РО 3 ²ˉ Дигидрокси- ацетонфосфат NADH + H + NAD + Глицерол – 3 фосфат- дегидрогеназа Н 2 С – ОН | НС – ОН | Н 2 С – ОН Глицерол Глицеролкиназа АТФ АДФ В жировой ткани и печени Н 2 С – ОН | НС – ОН | Н 2 С – О – РО 3 ²ˉ Глицерол -3- фосфат E1E2 O || R 1 C~ SKoA HS - KoA O || R 2 C~ SKoA HS - KoA В кишечнике и печени Синтез триацилглицеролов в кишечнике, печени и жировой ткани

O || O H 2 C – O – CR 1 || | R 2 C – O - CH | H 2 C – O – PO 3 ²ˉ Фосфатидная кислота В печени используется на синтез фосфолипидов Фосфатаза O || O H 2 C – O – CR 1 || | R 2 C – O - CH | H 2 C – ОН ДАГ ( диацилглицерол) Е3 O || O H 2 C – O – CR 1 || | R 2 C – O - CH O | || H 2 C – O – CR 3 ТАГ ( триацилглицерол ) Жировая ткань- депонирование Печень - в составе ЛПОНП выходят в кровь. Кишечник -в составе ХМ незр. выходят в лимфу Н2ОН2ОН 3 РО 4 O || R 3 C~ SKoA HS - KoA Синтез триацилглицеролов в кишечнике, печени и жировой ткани