Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Метаболизм жирных кислот состоит из различных метаболических процессов, в которых участвуют или тесно связаны с жирными кислотами , семейством молекул, классифицированных в категории липидных макроэлементов . Эти процессы в основном можно разделить на катаболические процессы, которые генерируют энергию, и анаболические процессы, которые создают биологически важные молекулы, такие как триглицериды, фосфолипиды, вторичные мессенджеры, местные гормоны и кетоновые тела . [1]

Одна из ролей жирных кислот в метаболизме животных - производство энергии, захваченной в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По сравнению с другими классами макроэлементов (углеводы и белки) жирные кислоты производят больше всего АТФ в расчете на один грамм энергии, когда они полностью окисляются до CO 2 и воды путем бета-окисления и цикла лимонной кислоты . [2] Жирные кислоты (в основном в форме триглицеридов ) являются основной формой хранения топлива для большинства животных и, в меньшей степени, для растений.

Кроме того, жирные кислоты являются важными компонентами фосфолипидов, которые образуют бислои фосфолипидов , из которых построены все мембраны клетки (плазматическая мембрана и другие мембраны, которые охватывают все органеллы внутри клеток, такие как ядро , митохондрии. , эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи ).

Жирные кислоты также могут быть отщеплены или частично отщеплены от их химических соединений в клеточной мембране с образованием вторичных мессенджеров внутри клетки и местных гормонов в непосредственной близости от клетки. Эти простагландины , сделанные из арахидоновой кислоты , хранящейся в клеточной мембране, вероятно, являются наиболее хорошо известной группой из этих локальных гормонов.

Катаболизм жирных кислот [ править ]

Схематическое изображение процесса липолиза (в жировой клетке), вызванного высоким уровнем адреналина и низким уровнем инсулина в крови. Адреналин связывается с бета-адренорецептором в клеточной мембране адипоцита, что вызывает образование цАМФ внутри клетки. ЦАМФ активирует протеинкиназу , которая фосфорилирует и, таким образом, в свою очередь, активирует гормоночувствительную липазу в жировой клетке. Эта липаза расщепляет свободные жирные кислоты из-за их присоединения к глицерину в жире, хранящемся в жировой капле адипоцита. Затем свободные жирные кислоты и глицерин попадают в кровь. Однако более поздние исследования показали, что липаза триглицеридов жировой тканидолжен сначала преобразовать триацилглицериды в диацилглицериды, и эта гормоночувствительная липаза превращает диацилглицериды в моноглицериды и свободные жирные кислоты. Моноглицериды гидролизуются моноглицерид липазой. [3] Активность гормоночувствительной липазы регулируется гормонами кровообращения инсулином , глюкагоном , норадреналином и адреналином , как показано на диаграмме.
Схематическое изображение транспорта свободных жирных кислот в крови, связанных с плазменным альбумином , их диффузии через клеточную мембрану с использованием переносчика белка и его активации с использованием АТФ с образованием ацил-КоА в цитозоле . На рисунке для целей диаграммы показана жирная кислота с 12 углеродными атомами. Большинство жирных кислот в плазме человека состоят из 16 или 18 атомов углерода.
Схематическое изображение переноса молекулы ацил-КоА через внутреннюю мембрану митохондрии под действием карнитин-ацил-КоА трансферазы (CAT). Проиллюстрированная ацильная цепь для схематических целей состоит всего из 12 атомов углерода. Большинство жирных кислот в плазме человека состоят из 16 или 18 атомов углерода. CAT ингибируется высокими концентрациями малонил-КоА (первая обязательная стадия синтеза жирных кислот ) в цитоплазме. Это означает, что синтез жирных кислот и катаболизм жирных кислот не могут происходить одновременно в любой данной клетке.
Схематическое изображение процесса бета-окисления молекулы ацил-КоА в митоходриальном матриксе. Во время этого процесса образуется молекула ацил-КоА, которая на 2 атома углерода короче, чем была в начале процесса. Ацетил-КоА, вода и 5 молекул АТФ являются другими продуктами каждого бета-окислительного процесса, пока вся молекула ацил-КоА не будет восстановлена ​​до набора молекул ацетил-КоА .

Жирные кислоты высвобождаются между приемами пищи из жировых отложений в жировой ткани , где они хранятся в виде триглицеридов , следующим образом:

  • Липолиз , удаление цепей жирных кислот из глицерина, с которым они связаны в форме хранения в виде триглицеридов (или жиров), осуществляется липазами . Эти липазы активируются высоким уровнем адреналина и глюкагона в крови (или норэпинефрина, секретируемого симпатическими нервами в жировой ткани), вызванного снижением уровня глюкозы в крови после еды, что одновременно снижает уровень инсулина в крови. [1]
  • Освободившись от глицерина , свободные жирные кислоты попадают в кровь, которая переносит их вместе с альбумином плазмы по всему телу. [4]
  • Длинные цепные свободные жирные кислоты ввести метаболизировать клетки (т.е. большинства живых клетки в организме , за исключением красных кровяных клеток и нейронов в центральной нервной системе ) через конкретные транспортные белки , такие , как SLC27 семья жирных кислоты транспортного белок. [5] [6] Красные кровяные тельца не содержат митохондрий и поэтому не способны метаболизировать жирные кислоты; ткани центральной нервной системы не могут использовать жирные кислоты, несмотря на то, что они содержат митохондрии, потому что жирные кислоты с длинной цепью (в отличие от жирных кислот со средней длиной цепи [7] [8] ) не могут проникать через гематоэнцефалический барьер [9]в интерстициальные жидкости, которые омывают эти клетки.
  • Попав внутрь клетки, длинноцепочечная жирная кислота - КоА-лигаза катализирует реакцию между молекулой жирной кислоты и АТФ (который расщепляется на АМФ и неорганический пирофосфат) с образованием жирного ацил-аденилата, который затем вступает в реакцию со свободным коферментом А. с образованием жирной молекулы ацил-КоА .
  • Для того чтобы ацил-КоА проник в митохондрии, используется карнитиновый челнок: [10] [11] [12]
  1. Ацил-КоА переносится в гидроксильную группу карнитина с помощью карнитин-пальмитоилтрансферазы I , расположенной на цитозольных поверхностях внешней и внутренней мембран митохондрий .
  2. Ацил-карнитин перемещается внутрь карнитин-ацилкарнитин-транслоказой , а карнитин перемещается наружу.
  3. Ацил-карнитин превращается обратно в ацил-КоА с помощью карнитин-пальмитоилтрансферазы II , расположенной на внутренней стороне внутренней митохондриальной мембраны . Освободившийся карнитин отправляется обратно в цитозоль, а ацил-КоА перемещается в митохондриальный матрикс.
  • Бета-окисление в митохондриальном матриксе затем разрезает длинные углеродные цепи жирных кислот (в форме молекул ацил-КоА) на серию двухуглеродных ( ацетатных ) единиц, которые в сочетании с коферментом А образуют молекулы ацетил-КоА , которые конденсируются с оксалоацетатом с образованием цитрата в «начале» цикла лимонной кислоты . [2] Удобно рассматривать эту реакцию как «начальную точку» цикла, поскольку это когда топливо - ацетил-КоА - добавляется в цикл, которое будет рассеиваться в виде CO 2 и H 2.O с выделением значительного количества энергии, захваченной в форме АТФ , в течение каждого витка цикла.
Вкратце, стадии бета-окисления (начальное расщепление свободных жирных кислот на ацетил-КоА) следующие: [2]
  1. Дегидрирование под действием ацил-КоА дегидрогеназы с образованием 1 FADH 2
  2. Гидратация еноил-КоА гидратазой
  3. Дегидрирование 3-гидроксиацил-КоА дегидрогеназой с образованием 1 НАДН + Н +
  4. Расщепление тиолазой с образованием 1 ацетил-КоА и жирной кислоты, которая теперь укорочена на 2 атома углерода (образуя новый укороченный ацил-КоА )
Эта реакция бета-окисления повторяется до тех пор, пока жирная кислота не будет полностью восстановлена ​​до ацетил-КоА или, в случае жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, ацетил-КоА и 1 молекула пропионил-КоА на молекулу жирной кислоты. Каждый бета-окислительный разрез молекулы ацил-КоА дает 5 молекул АТФ . [13] [14]
  • Ацетил-КоА, образующийся в результате бета-окисления, входит в цикл лимонной кислоты в митохондрии, объединяясь с оксалоацетатом с образованием цитрата . Это приводит к полному сгоранию ацетил-КоА до CO 2 и воды. Энергия, высвобождаемая в этом процессе, улавливается в форме 1 молекул ГТФ и 11 молекул АТФ на одну окисленную молекулу ацетил-КоА. [2] [10] Такова судьба ацетил-КоА везде, где происходит бета-окисление жирных кислот, за исключением определенных обстоятельств в печени .

В печени оксалоацетат может полностью или частично переключаться на глюконеогенный путь во время голодания, голодания, низкоуглеводной диеты, длительных физических упражнений и при неконтролируемом сахарном диабете 1 типа . В этих условиях оксалоацетат гидрируется до малата, который затем удаляется из митохондрий клеток печени и превращается в глюкозу в цитоплазме клеток печени, откуда он попадает в кровь. [10] Таким образом, в печени оксалоацетат недоступен для конденсации с ацетил-КоА, когда значительный глюконеогенез стимулируется низким (или отсутствующим) инсулином и высоким глюкагоном.концентрации в крови. В этих условиях ацетил-КоА переходит на образование ацетоацетата и бета-гидроксибутирата . [10] Ацетоацетат, бета-гидроксибутират и продукт их самопроизвольного распада, ацетон , часто, но сбивает с толку, известны как кетоновые тела.(поскольку это вовсе не «тела», а водорастворимые химические вещества). Кетоны выделяются печенью в кровь. Все клетки с митохондриями могут забирать кетоны из крови и преобразовывать их в ацетил-КоА, который затем может использоваться в качестве топлива в их циклах лимонной кислоты, поскольку никакая другая ткань не может направить свой оксалоацетат в глюконеогенный путь так, как это может происходят в печени. В отличие от свободных жирных кислот, кетоны могут преодолевать гематоэнцефалический барьер и, следовательно, доступны в качестве топлива для клеток центральной нервной системы , действуя как заменитель глюкозы, на которой эти клетки обычно выживают. [10]Возникновение высоких уровней кетонов в крови во время голодания, низкоуглеводной диеты, длительных тяжелых упражнений и неконтролируемого сахарного диабета 1 типа известно как кетоз , а в его крайней форме - неконтролируемый сахарный диабет 1 типа, как кетоацидоз .

Глицерина выпущен липазы действия фосфорилируется с помощью глицерина киназы в печени (только ткани , в которых может происходить эта реакция), и полученный глицерин - 3-фосфат окисляется до дигидроксиацетонфосфат . Гликолитический фермент триозофосфат-изомераза превращает это соединение в глицеральдегид-3-фосфат , который окисляется посредством гликолиза или превращается в глюкозу посредством глюконеогенеза .

Жирные кислоты как источник энергии [ править ]

Пример триглицерида ненасыщенного жира. Левая часть: глицерин , правая часть сверху вниз: пальмитиновая кислота , олеиновая кислота , альфа-линоленовая кислота . Химическая формула: C 55 H 98 O 6

Жирные кислоты, хранящиеся в организме в виде триглицеридов, являются важным источником энергии, поскольку они и восстановлены, и безводны . Выход энергии из грамма жирных кислот составляет примерно 9 ккал (37 кДж) по сравнению с 4 ккал (17 кДж) для углеводов. Поскольку углеводородная часть жирных кислот является гидрофобной , эти молекулы можно хранить в относительно безводной ( безводной ) среде. С другой стороны, углеводы более гидратированы. Например, 1 г гликогена может связывать примерно 2 г воды., что составляет 1,33 ккал / г (4 ккал / 3 г). Это означает, что жирные кислоты могут удерживать в шесть раз больше энергии на единицу запасаемой массы. Другими словами, если человеческое тело полагается на углеводы для хранения энергии, то человеку потребуется нести 31 кг (67,5 фунта ) гидратированного гликогена, чтобы иметь энергию, эквивалентную 4,6 кг (10 фунтов) жира . [10]

Животные, находящиеся в спячке, являются хорошим примером использования жировых запасов в качестве топлива. Например, медведи впадают в спячку около 7 месяцев, и в течение всего этого периода энергия получается за счет разложения жировых запасов. Подобным образом мигрирующие птицы накапливают большие запасы жира перед тем, как отправиться в межконтинентальное путешествие. [15]

Таким образом, запасы жира у молодого взрослого человека составляют в среднем около 10–20 кг, но сильно варьируются в зависимости от возраста, пола и индивидуального характера. [16] В отличие от этого человеческое тело хранит только около 400 г гликогена , из которых 300 г заблокированы внутри скелетных мышц и недоступны для организма в целом. Примерно 100 г гликогена, хранящегося в печени, истощаются в течение одного дня голодания. [10] После этого глюкоза, которая выделяется в кровь печенью для общего использования тканями организма, должна быть синтезирована из глюкогенных аминокислот и некоторых других глюконеогенных субстратов , которые не включают жирные кислоты. [1] Обратите внимание, однако, что липолиз высвобождает глицерин, который может вступить в путь глюконеогенеза.

Животные и растения синтезируют углеводы как из глицерина, так и из жирных кислот [ править ]

Жирные кислоты расщепляются до ацетил-КоА посредством бета-окисления внутри митохондрий, тогда как жирные кислоты синтезируются из ацетил-КоА вне митохондрий, в цитозоле. Эти два пути различны не только в том, где они происходят, но также в протекающих реакциях и используемых субстратах. Эти два пути являются взаимно ингибирующими, предотвращая попадание ацетил-КоА, продуцируемого бета-окислением, в синтетический путь через реакцию ацетил-КоА-карбоксилазы . [1] Он также не может быть преобразован в пируват, поскольку комплексная реакция пируватдегидрогеназы необратима. [10]Вместо этого ацетил-КоА, образующийся в результате бета-окисления жирных кислот, конденсируется с оксалоацетатом , чтобы войти в цикл лимонной кислоты . Во время каждого витка цикла два атома углерода покидают цикл в виде CO 2 в реакциях декарбоксилирования, катализируемых изоцитратдегидрогеназой и альфа-кетоглутаратдегидрогеназой . Таким образом, каждый виток цикла лимонной кислоты окисляет звено ацетил-КоА, одновременно регенерируя молекулу оксалоацетата, с которой ацетил-КоА первоначально объединился с образованием лимонной кислоты . Реакции декарбоксилирования происходят до того, как в цикле образуется малат . [1]Только растения обладают ферментами, превращающими ацетил-КоА в оксалоацетат, из которого может быть образован малат, который в конечном итоге превратится в глюкозу. [1]

Однако ацетил-КоА можно преобразовать в ацетоацетат, который может декарбоксилировать в ацетон (либо спонтанно, либо под действием ацетоацетатдекарбоксилазы ). Затем он может далее метаболизироваться до изопропанола, который выводится с дыханием / мочой, или с помощью CYP2E1 в гидроксиацетон (ацетол). Ацетол можно превратить в пропиленгликоль . Это превращается в формиат и ацетат (последний превращается в глюкозу), или пируват (двумя альтернативными ферментами), или пропиональдегид , или в L- лактальдегид, затем в L- лактат (обычный изомер лактата). [17][18] [19] Другой путь превращает ацетол в метилглиоксаль , затем в пируват или в D- лактальдегид (через SD- лактоил-глутатион или иначе), затем в D- лактат . [18] [20] [21] Метаболизм D-лактата (до глюкозы) у людей медленный или нарушен, поэтому большая часть D-лактата выводится с мочой; таким образом, D- лактат, полученный из ацетона, может вносить значительный вклад в метаболический ацидоз, связанный с кетозом или интоксикацией изопропанолом. [18] L-Лактат может завершить чистое преобразование жирных кислот в глюкозу. Первый эксперимент, показавший превращение ацетона в глюкозу, был проведен в 1951 году. В этом и последующих экспериментах использовалось мечение изотопом углерода . [19] До 11% глюкозы может быть получено из ацетона во время голодания человека. [19]

Глицерин, попадающий в кровь во время липолиза триглицеридов в жировой ткани, может поглощаться только печенью. Здесь он превращается в глицерин-3-фосфат под действием глицеринкиназы, которая гидролизует одну молекулу АТФ на молекулу глицерина, которая фосфорилируется. Затем глицерин-3-фосфат окисляется до дигидроксиацетонфосфата , который, в свою очередь, превращается в глицеральдегид-3-фосфат под действием фермента триозофосфат-изомеразы . Отсюда три атома углерода исходного глицерина могут быть окислены посредством гликолиза или превращены в глюкозу посредством глюконеогенеза .[10]

Другие функции и использование жирных кислот [ править ]

Внутриклеточная передача сигналов [ править ]

Химическая структура диглицерида 1-пальмитоил-2-олеоил-глицерина

Жирные кислоты являются неотъемлемой частью фосфолипидов, которые составляют основную часть плазматических мембран или клеточных мембран клеток. Эти фосфолипиды могут расщепляться на диацилглицерин (DAG) и инозитолтрифосфат (IP 3 ) посредством гидролиза фосфолипида, фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (PIP 2 ), с помощью связанного с клеточной мембраной фермента фосфолипазы C (PLC). [22]

Пример диацилглицерина показан справа. Этот DAG представляет собой 1-пальмитоил-2-олеоил-глицерин, который содержит боковые цепи, полученные из пальмитиновой кислоты и олеиновой кислоты . Диацилглицерины также могут иметь множество других комбинаций жирных кислот, прикрепленных либо в положениях C-1 и C-2, либо в положениях C-1 и C-3 молекулы глицерина. 1,2-дизамещенные глицерины всегда являются хиральными, 1,3-дизамещенные глицерины являются хиральными, если заместители отличаются друг от друга.

Расщепление PIP 2 на IP 3 и DAG. IP 3 инициирует высвобождение внутриклеточного кальция, в то время как DAG активирует PKC (протеинкиназу C). Примечание. PLC (фосфолипаза C) не является промежуточным продуктом, как это возможно на диаграмме, а является ферментом, который катализирует разделение IP3 / DAG. [22]

Трифосфат инозитола (IP 3 ) действует как внутриклеточный вторичный мессенджер , который инициирует внутриклеточное высвобождение ионов кальция (который активирует внутриклеточные ферменты, вызывает высвобождение гормонов и нейротрансмиттеров из клеток, в которых они хранятся, и вызывает сокращение гладких мышц при высвобождении. посредством IP 3 ) и активация протеинкиназы C (PKC), которая затем перемещается из цитоплазмы клетки на клеточную мембрану. Хотя трифосфат инозитола (IP 3 ) диффундирует в цитозоль , диацилглицерин (DAG) остается внутри плазматической мембраны., благодаря своим гидрофобным свойствам. IP 3 стимулирует высвобождение ионов кальция из гладкой эндоплазматической сети, тогда как DAG является физиологическим активатором протеинкиназы C (PKC), способствуя ее перемещению из цитозоля в плазматическую мембрану . PKC - это многофункциональная протеинкиназа, которая фосфорилирует остатки серина и треонина во многих целевых белках. Однако PKC активен только в присутствии ионов кальция, и именно DAG увеличивает сродство PKC к Ca 2+ и тем самым делает его активным на физиологических внутриклеточных уровнях этого иона. [22]

Диацилглицерин и IP 3 действуют временно, потому что оба быстро метаболизируются. Это важно, поскольку их функция сообщения не должна задерживаться после того, как сообщение было «получено» их молекулами-мишенями. DAG может быть фосфорилирован до фосфатидата или может быть гидролизован до глицерина и составляющих его жирных кислот. IP 3 быстро превращается в производные, которые не открывают каналы для ионов кальция. [22]

Эйкозаноидные паракринные гормоны [ править ]

Арахидоновая кислота
Простагландин E 1 - Алпростадил

В простагландины представляют собой группу физиологически активных липидных соединений , имеющих разнообразные гормон -подобных эффектов у животных. Простагландины были обнаружены почти во всех тканях человека и других животных. Они ферментативно получены из арахидоновой кислоты и полиненасыщенной жирной кислоты с 20 атомами углерода. Таким образом, каждый простагландин содержит 20 атомов углерода , включая 5-углеродное кольцо . Они являются подклассом эйкозаноидов и образуют простаноидный класс производных жирных кислот. [23]

Простагландины синтезируются в клеточной мембране путем отщепления арахидоната от фосфолипидов, составляющих мембрану. Это катализируется либо фосфолипазой А 2, действующей непосредственно на фосфолипид мембраны, либо липазой, действующей на DAG (диацилглицерин). Затем на арахидонат воздействует циклооксигеназный компонент простагландинсинтазы . Это образует циклопентановое кольцо примерно в середине цепи жирной кислоты. В реакцию также добавляются 4 атома кислорода, полученные из двух молекул O 2 . Полученная молекула представляет собой простагландин G 2, который превращается гидропероксидазным компонентом ферментного комплекса в простагландин H 2.. Это крайне нестабильное соединение быстро превращается в другие простагландины, простациклин и тромбоксаны. [23] Затем они попадают в интерстициальные жидкости, окружающие клетки, вырабатывающие эйкозаноидный гормон.

Если на арахидонат действует липоксигеназа вместо циклооксигеназы, образуются гидроксиэйкозатетраеновые кислоты и лейкотриены . Они также действуют как местные гормоны.

Первоначально считалось, что простагландины покидают клетки посредством пассивной диффузии из-за их высокой липофильности. Открытие переносчика простагландина (PGT, SLCO2A1), который опосредует клеточный захват простагландина, продемонстрировало, что диффузия сама по себе не может объяснить проникновение простагландина через клеточную мембрану. Было показано, что высвобождение простагландина опосредуется специфическим переносчиком, а именно белком множественной лекарственной устойчивости 4 (MRP4, ABCC4), членом суперсемейства переносчиков АТФ-связывающих кассет . Пока неясно, является ли MRP4 единственным транспортером, высвобождающим простагландины из клеток.

Структурные различия между простагландинами объясняют их различную биологическую активность. Отдельный простагландин может иметь разные или даже противоположные эффекты в разных тканях. Способность одного и того же простагландина стимулировать реакцию в одной ткани и подавлять ту же реакцию в другой ткани определяется типом рецептора, с которым связывается простагландин. Они действуют как аутокринные или паракринные факторы, а их клетки-мишени находятся в непосредственной близости от места их секреции . Простагландины отличаются от эндокринных гормонов тем, что они вырабатываются не в каком-то определенном месте, а во многих местах человеческого тела.

Простагландины имеют две производные: простациклины и тромбоксаны . Простациклины являются мощными вазодилататорами местного действия и подавляют агрегацию тромбоцитов . Благодаря своей роли в расширении сосудов простациклины также участвуют в воспалении . Они синтезируются в стенках кровеносных сосудов и выполняют физиологическую функцию предотвращения ненужного образования сгустков, а также регулируют сокращение гладкой мышечной ткани. [24] И наоборот, тромбоксаны (продуцируемые клетками тромбоцитов) являются вазоконстрикторами и способствуют агрегации тромбоцитов. Их название происходит от их роли в образовании сгустков ( тромбоз).

Пищевые источники жирных кислот, их переваривание, всасывание, перенос в крови и хранение [ править ]

Пищевые жиры эмульгируются в двенадцатиперстной кишке с помощью мыла в виде солей желчных кислот и фосфолипидов, таких как фосфатидилхолин . Образованные таким образом жировые капли могут подвергаться действию липазы поджелудочной железы.
Структура желчной кислоты (холевой кислоты), представленная в стандартной форме, полуреалистичной трехмерной форме и схематической трехмерной форме.
Схематическое изображение смешанных мицелл, образующихся в двенадцатиперстной кишке в присутствии желчных кислот (например, холевой кислоты) и продуктов переваривания жиров, жирорастворимых витаминов и холестерина.

Значительная часть жирных кислот в организме поступает с пищей в виде триглицеридов животного или растительного происхождения. Жирные кислоты в жирах, полученных от наземных животных, имеют тенденцию быть насыщенными, тогда как жирные кислоты в триглицеридах рыб и растений часто являются полиненасыщенными и поэтому присутствуют в виде масел.

Эти триглицериды не всасываются в кишечнике . [25] Они расщепляются на моно- и диглицериды плюс свободные жирные кислоты (но не свободный глицерин) липазой поджелудочной железы , которая образует комплекс 1: 1 с белком, называемым колипазой (также входящим в состав панкреатического сока), который необходимо для его деятельности. Активированный комплекс может работать только на границе раздела вода-жир. Поэтому очень важно , чтобы жиры сначала эмульгирует с помощью солей желчных кислот для оптимальной активности этих ферментов. [26]Продукты пищеварения, состоящие из смеси три-, ди- и моноглицеридов и свободных жирных кислот, которые вместе с другими жирорастворимыми компонентами рациона (например, жирорастворимыми витаминами и холестерином) и солями желчных кислот образуют смешанные мицеллы в водянистое дуоденальное содержимое (см. схему справа). [25] [27]

Содержимое этих мицелл (но не солей желчных кислот) попадает в энтероциты (эпителиальные клетки, выстилающие тонкий кишечник), где они повторно синтезируются в триглицериды и упаковываются в хиломикроны, которые высвобождаются в млечные клетки (капилляры лимфатической системы кишечника). ). [28] Эти млечные каналы впадают в грудной проток.который впадает в венозную кровь на стыке левой яремной и левой подключичной вен в нижней левой части шеи. Это означает, что жирорастворимые продукты пищеварения выбрасываются непосредственно в общий кровоток, не проходя предварительно через печень, как это делают все другие продукты пищеварения. Причина этой особенности неизвестна. [29]

Принципиальная схема хиломикрона.

Хиломикроны циркулируют по всему телу, придавая плазме крови молочный или кремовый вид после жирной еды. [ необходима цитата ] Липопротеинлипаза на эндотелиальных поверхностях капилляров, особенно в жировой ткани , но в меньшей степени также и в других тканях, частично переваривает хиломикроны до свободных жирных кислот, глицерина и остатков хиломикронов. Жирные кислоты поглощаются адипоцитов [ править ] , но глицерин и хиломикронные остаткиостаются в плазме крови и в конечном итоге выводятся из кровотока печенью. Свободные жирные кислоты, высвобождаемые при переваривании хиломикронов, абсорбируются адипоцитами [ цитата необходима ] , где они повторно синтезируются в триглицериды с использованием глицерина, полученного из глюкозы в гликолитическом пути [ необходима цитата ] . Эти триглицериды хранятся в жировой капле адипоцита до тех пор, пока они не потребуются для удовлетворения потребностей других тканей в топливе .

Печень поглощает часть глюкозы из крови в воротной вене , поступающей из кишечника. После того, как печень восполнит запасы гликогена (которые составляют всего около 100 г гликогена при заполнении), большая часть остальной глюкозы превращается в жирные кислоты, как описано ниже. Эти жирные кислоты объединяются с глицерином с образованием триглицеридов, которые упакованы в капли, очень похожие на хиломикроны, но известные как липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП). С этими каплями ЛПОНП обращаются точно так же, как с хиломикронами, за исключением того, что остаток ЛПОНП известен как липопротеин промежуточной плотности.(IDL), который способен удалять холестерин из крови. Это превращает IDL в липопротеины низкой плотности (LDL), которые поглощаются клетками, которым требуется холестерин для включения в их клеточные мембраны или для синтетических целей (например, для образования стероидных гормонов ). Остальные ЛПНП удаляются печенью. [30]

Жировая ткань и кормящие молочные железы также забирают глюкозу из крови для преобразования в триглицериды. Это происходит так же, как и в печени, за исключением того, что эти ткани не выделяют в кровь триглицериды, образующиеся таким образом в виде ЛПОНП. Клетки жировой ткани накапливают триглицериды в своих жировых каплях, чтобы в конечном итоге снова высвободить их в виде свободных жирных кислот и глицерина в кровь (как описано выше ), когда концентрация инсулина в плазме низкая, а концентрация глюкагона и / или эпинефрина высока. . [31] Молочные железы выделяют жир (в виде капелек сливочного жира) в молоко, которое они производят под действием пролактина, гормона передней доли гипофиза .

Все клетки организма должны производить и поддерживать свои мембраны и мембраны своих органелл. Неизвестно, полностью ли они полагаются в этом на свободные жирные кислоты, всасываемые из крови, или способны синтезировать собственные жирные кислоты из глюкозы в крови. Клетки центральной нервной системы почти наверняка будут иметь возможность производить собственные жирные кислоты, поскольку эти молекулы не могут достичь их через гематоэнцефалический барьер , в то время как, с другой стороны, ни одна клетка в организме не может производить необходимые незаменимые жирные кислоты. кислоты, которые необходимо получать с пищей и доставлять в каждую клетку через кровь.

Синтез жирных кислот [ править ]

Основная статья: Синтез жирных кислот
Синтез насыщенных жирных кислот с помощью синтазы жирных кислот II в E. coli

Подобно бета-окислению , синтез жирных кислот с прямой цепью происходит посредством шести повторяющихся реакций, показанных ниже, до тех пор, пока не образуется 16-углеродная пальмитиновая кислота . [32] [33]

Представленные диаграммы показывают, как жирные кислоты синтезируются в микроорганизмах, и перечисляют ферменты, обнаруженные в Escherichia coli . [32] Эти реакции выполняются синтазой жирных кислот II (FASII), которая обычно содержит несколько ферментов, действующих как один комплекс. FASII присутствует в прокариотах , растениях, грибах и паразитах, а также в митохондриях . [34]

У животных, а также у некоторых грибов, таких как дрожжи, эти же реакции происходят с синтазой жирных кислот I (FASI), большим димерным белком, который обладает всей ферментативной активностью, необходимой для образования жирной кислоты. FASI менее эффективен, чем FASII; тем не менее, он позволяет образовывать больше молекул, включая жирные кислоты со "средней длиной цепи", посредством обрыва цепи на ранней стадии. [34] Ферменты, ацилтрансферазы и трансацилазы включают жирные кислоты в фосфолипиды, триацилглицерины и т.д. путем переноса жирных кислот между акцептором ацила и донором. У них также есть работа по синтезу биоактивных липидов, а также их молекул-предшественников. [35]

После образования жирной кислоты с 16: 0 углерода она может претерпевать ряд модификаций, приводящих к десатурации и / или удлинению. Элонгация, начиная со стеарата (18: 0), осуществляется в основном в эндоплазматическом ретикулуме несколькими мембраносвязанными ферментами. Ферментативные стадии, участвующие в процессе удлинения, в основном те же, что и при синтезе жирных кислот , но четыре основных последовательных этапа удлинения выполняются отдельными белками, которые могут быть физически связаны. [36] [37]

ШагФерментРеакцияОписание
(а)Ацетил-КоА: АСР-трансацилаза
Активирует ацетил-КоА для реакции с малонил-ACP
(б)Малонил-КоА: АСР-трансацилазаАктивирует малонил-КоА для реакции с ацетил-ACP
(c)3-кетоацил-ACP-синтаза
Реагирует на ацильную цепь, связанную с ACP, с малонил-ACP с удлинением цепи
(г)3-кетоацил-АСР редуктаза
Восстанавливает кетон углерода 3 до гидроксильной группы
(е)3-гидроксиацил ACP дегидраза
Устраняет воду
(е)Эноил-АСР редуктаза
Восстанавливает двойную связь C2-C3.

Сокращения: ACP - белок-носитель ацила , CoA - коэнзим A , NADP - никотинамидадениндинуклеотидфосфат .

Обратите внимание, что во время синтеза жиров восстанавливающим агентом является НАДФН , тогда как НАД является окислителем при бета-окислении (распаде жирных кислот до ацетил-КоА). Это различие иллюстрирует общий принцип, согласно которому НАДФН расходуется во время биосинтетических реакций, тогда как НАДН генерируется в реакциях с выделением энергии. [38] (Таким образом, НАДФН также необходим для синтеза холестерина из ацетил-КоА; в то время как НАДН образуется во время гликолиза ). Источник НАДФН имеет двоякий характер. Когда малат окислительно декарбоксилируется пируватом «NADP + -связанный яблочный фермент» , CO 2и НАДФН образуются. НАДФН также образуется пентозофосфатным путем, который превращает глюкозу в рибозу, которую можно использовать в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот , или ее можно катаболизировать до пирувата. [38]

Конечные гликолитические продукты используются для превращения углеводов в жирные кислоты [ править ]

Основная статья: Цикл лимонной кислоты § Гликолитические конечные продукты используются в превращении углеводов в жирные кислоты

У человека жирные кислоты образуются из углеводов преимущественно в печени и жировой ткани , а также в молочных железах во время лактации. Клетки центральной нервной системы, вероятно, также производят большую часть жирных кислот, необходимых для фосфолипидов их обширных мембран из глюкозы, поскольку жирные кислоты, полученные из крови, не могут пересечь гематоэнцефалический барьер, чтобы достичь этих клеток. [38] Однако, как до них достигают незаменимые жирные кислоты , которые млекопитающие не могут синтезировать сами, но тем не менее являются важными компонентами клеточных мембран (и других функций, описанных выше), неизвестно.

Пирувато производством гликолиза является важным посредником в преобразовании углеводов в жирные кислоты и холестерин. [38] Это происходит через превращение пирувата в ацетил-КоА в митохондриях. Однако этот ацетил-КоА необходимо транспортировать в цитозоль, где происходит синтез жирных кислот и холестерина. Это не может произойти напрямую. Для получения цитозольного ацетил-КоА цитрат (полученный конденсацией ацетил-КоА с оксалоацетатом) удаляется из цикла лимонной кислоты и переносится через внутреннюю мембрану митохондрий в цитозоль. [38] Там он расщепляется цитратлиазой АТФ.на ацетил-КоА и оксалоацетат. Оксалоацетат возвращается в митохондрии в виде малата (а затем превращается обратно в оксалоацетат для переноса большего количества ацетил-КоА из митохондрии). [39] Цитозольный ацетил-КоА карбоксилируется ацетил-КоА-карбоксилазой в малонил-КоА , что является первой обязательной стадией синтеза жирных кислот. [39] [40]

Регулирование синтеза жирных кислот [ править ]

Ацетил-КоА образуется в малонил-КоА под действием ацетил-КоА-карбоксилазы , и в этот момент малонил-КоА предназначен для включения в путь синтеза жирных кислот. Ацетил-КоА-карбоксилаза является точкой регуляции синтеза насыщенных жирных кислот с прямой цепью и подвергается как фосфорилированию, так и аллостерической регуляции.. Регуляция фосфорилированием происходит в основном у млекопитающих, тогда как аллостерическая регуляция происходит у большинства организмов. Аллостерический контроль происходит в виде ингибирования по обратной связи пальмитоил-КоА и активации цитратом. Когда имеется высокий уровень пальмитоил-КоА, конечного продукта синтеза насыщенных жирных кислот, он аллостерически инактивирует ацетил-КоА-карбоксилазу, чтобы предотвратить накопление жирных кислот в клетках. Цитрат активирует ацетил-КоА-карбоксилазу при высоких уровнях, потому что высокие уровни указывают на то, что ацетил-КоА достаточно для включения цикла Кребса и выработки энергии. [41]

Высокий уровень инсулина в плазме крови (например, после еды) вызывает дефосфорилирование и активацию ацетил-КоА-карбоксилазы, тем самым способствуя образованию малонил-КоА из ацетил-КоА и, следовательно, превращению углеводов в жирные кислоты, в то время как адреналин и глюкагон (высвобождаемый в кровь во время голодания и физических упражнений) вызывают фосфорилирование этого фермента, ингибируя липогенез в пользу окисления жирных кислот посредством бета-окисления . [38] [40]

Заболевания [ править ]

Нарушения метаболизма жирных кислот можно описать, например, с точки зрения гипертриглицеридемии (слишком высокий уровень триглицеридов ) или других типов гиперлипидемии . Они могут быть семейными или приобретенными.

Семейные типы нарушений метаболизма жирных кислот обычно классифицируются как врожденные нарушения липидного обмена . Эти нарушения могут быть описаны как нарушения жирового окисления или нарушения накопления липидов и представляют собой одну из нескольких врожденных ошибок метаболизма, которые возникают в результате дефектов ферментов, влияющих на способность организма окислять жирные кислоты с целью производства энергии в мышцах, печени. , и другие типы клеток .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е Stryer, Луберт (1995). «Метаболизм жирных кислот». В кн .: Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 603–628. ISBN 0-7167-2009-4.
  2. ^ a b c d Окисление жирных кислот
  3. ^ Zechner R, Strauss JG, Haemmerle G, Ласс A, Циммерман R (2005). «Липолиз: путь в стадии строительства». Curr. Мнение. Липидол . 16 (3): 333–40. DOI : 10.1097 / 01.mol.0000169354.20395.1c . PMID 15891395 . S2CID 35349649 .  
  4. ^ Мобилизация и поглощение клетками накопленных жиров (триацилглицеринов) (с анимацией)
  5. ↑ Шталь, Андреас (1 февраля 2004 г.). «Текущий обзор белков транспорта жирных кислот (SLC27)». Pflügers Archiv: Европейский журнал физиологии . 447 (5): 722–727. DOI : 10.1007 / s00424-003-1106-Z . PMID 12856180 . S2CID 2769738 .  
  6. ^ Андерсон, Кортни М .; Шталь, Андреас (апрель 2013 г.). «Белки транспорта жирных кислот SLC27» . Молекулярные аспекты медицины . 34 (2–3): 516–528. DOI : 10.1016 / j.mam.2012.07.010 . PMC 3602789 . PMID 23506886 .  
  7. ^ Эберт, Д .; Haller, RG .; Уолтон, Мэн. (Июль 2003 г.). «Энергетический вклад октаноата в метаболизм интактного мозга крысы, измеренный с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса 13 C» . J Neurosci . 23 (13): 5928–35. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.23-13-05928.2003 . PMC 6741266 . PMID 12843297 .  
  8. ^ Марин-Валенсия, I .; Хорошо, LB .; Ma, Q .; Malloy, CR .; Паскуаль, JM. (Февраль 2013 г.). «Гептаноат как нервное топливо: предшественники энергии и нейротрансмиттеров в нормальном мозге и головном мозге с дефицитом транспортера глюкозы I (G1D)» . J Cereb Blood Flow Metab . 33 (2): 175–82. DOI : 10.1038 / jcbfm.2012.151 . PMC 3564188 . PMID 23072752 .  
  9. ^ Страйер, Люберт (1995). «Метаболизм жирных кислот». В кн .: Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 770–771. ISBN 0-7167-2009-4.
  10. ^ Б с д е е г ч я Stryer, Луберт (1995). Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 510–515, 581–613, 775–778. ISBN 0-7167-2009-4.
  11. ^ Активация и транспортировка жирных кислот в митохондрии с помощью карнитинового челнока (с анимацией)
  12. ^ Vivo, Дэррил C .; Бохан, Тимоти П .; Коултер, Дэвид Л .; Dreifuss, Fritz E .; Гринвуд, Роберт С .; Nordli, Douglas R .; Шилдс, У. Дональд; Stafstrom, Carl E .; Тейн, Ингрид (1998). «Добавка l-карнитина при детской эпилепсии: современные перспективы» . Эпилепсия . 39 (11): 1216–1225. DOI : 10.1111 / j.1528-1157.1998.tb01315.x . ISSN 0013-9580 . PMID 9821988 . S2CID 28692799 .   
  13. ^ Окисление жирных кислот с нечетной углеродной цепью
  14. ^ Окисление ненасыщенных жирных кислот
  15. ^ Страйер, Люберт (1995). Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. п. 777. ISBN 0-7167-2009-4.
  16. ^ Слоан, AW; Koeslag, JH; Бределл, ГАГ (1973). «Работоспособность и работоспособность по составу тела юношей активного и малоактивного». Европейский журнал прикладной физиологии . 32 : 17–24. DOI : 10.1007 / bf00422426 . S2CID 39812342 . 
  17. ^ Ruddick JA (1972). «Токсикология, метаболизм и биохимия 1,2-пропандиола». Toxicol Appl Pharmacol . 21 (1): 102–111. DOI : 10.1016 / 0041-008X (72) 90032-4 . PMID 4553872 . 
  18. ^ a b c Глю, Роберт Х. «Отсюда можно добраться: ацетон, анионные кетоны и четные углеродные жирные кислоты могут предоставить субстраты для глюконеогенеза» . Архивировано из оригинального 26 сентября 2013 года . Проверено 7 августа +2016 .
  19. ^ a b c Park, Sung M .; Клапа, Мария I .; Сински, Энтони Дж .; Стефанопулос, Грегори (1999). «Баланс метаболитов и изотопомеров в анализе метаболических циклов: II. Приложения» (PDF) . Биотехнология и биоинженерия . 62 (4): 398. doi : 10.1002 / (sici) 1097-0290 (19990220) 62: 4 <392 :: help-bit2> 3.0.co; 2-s . ISSN 0006-3592 . PMID 9921151 .   
  20. ^ Миллер DN, Баццано G; Баццано (1965). «Метаболизм пропандиола и его связь с метаболизмом молочной кислоты». Ann NY Acad Sci . 119 (3): 957–973. Bibcode : 1965NYASA.119..957M . DOI : 10.1111 / j.1749-6632.1965.tb47455.x . PMID 4285478 . S2CID 37769342 .  
  21. ^ DL Vander Jagt; Б. Робинсон; К.К. Тейлор; Л.А. Хансакер (1992). «Восстановление триозов НАДФН-зависимыми альдокеторедуктазами. Альдозоредуктаза, метилглиоксаль и диабетические осложнения». Журнал биологической химии . 267 (7): 4364–4369. PMID 1537826 . 
  22. ^ a b c d Страйер, Люберт (1995). «Каскады передачи сигналов». В кн .: Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 343–350. ISBN 0-7167-2009-4.
  23. ^ a b Страйер, Люберт (1995). «Эйкозаноидные гормоны получают из жирных кислот». В кн .: Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 624–627. ISBN 0-7167-2009-4.
  24. ^ Нельсон, Рэнди Ф. (2005). Введение в поведенческую эндокринологию (3-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. п. 100. ISBN 978-0-87893-617-5.
  25. ^ a b Переваривание жиров (триацилглицерины)
  26. ^ Hofmann AF (1963). «Функция желчных солей в абсорбции жиров. Растворитель свойства разбавленных мицеллярных растворов конъюгированных желчных солей» . Biochem. Дж . 89 : 57–68. DOI : 10.1042 / bj0890057 . PMC 1202272 . PMID 14097367 .  
  27. ^ Страйер, Люберт (1995). «Мембранные структуры и динамика». В кн .: Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 268–270. ISBN 0-7167-2009-4.
  28. ^ Смит, Сарин С. Гроппер, Джек Л .; Смит, Джек S (2013). Продвинутое питание и метаболизм человека (6-е изд.). Белмонт, Калифорния: Wadsworth / Cengage Learning. ISBN 978-1133104056.
  29. ^ Уильямс, Питер L .; Уорвик, Роджер; Дайсон, Мэри; Баннистер, Лоуренс Х. (1989). «Ангиология». В: Анатомия Грея (тридцать седьмое изд.). Эдинбург: Черчилль Ливингстон. С. 841–843. ISBN 0443-041776.
  30. ^ Страйер, Люберт (1995). «Биосинтез мембранных липидов и стероидов». В кн .: Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 697–700. ISBN 0-7167-2009-4.
  31. ^ Stralfors, Питер; Хоннор, Руперт С. (1989). «Инсулин-индуцированное дефосфорилирование гормоночувствительной липазы» . Европейский журнал биохимии . 182 (2): 379–385. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1989.tb14842.x . PMID 2661229 . 
  32. ^ а б Дейкстра, Альберт Дж., Р. Дж. Гамильтон и Вольф Хэмм. «Биосинтез жирных кислот». Транс-жирные кислоты. Оксфорд: Blackwell Pub., 2008. 12. Печать.
  33. ^ «Путь MetaCyc: суперпути биосинтеза жирных кислот ( E. coli )» .
  34. ^ a b «Жирные кислоты: линейные насыщенные, структура, возникновение и биосинтез». Липидная библиотека - химия липидов, биология, технология и анализ. Интернет. 30 апреля 2011г. < "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2011-07-21 . Проверено 2 мая 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )>.
  35. ^ Ямасита, Ацуши; Хаяси, Ясухиро; Немото-Сасаки, Йоко; Ито, Макото; Ока, Саори; Таникава, Такаши; Ваку, Кейдзо; Сугиура, Такаяки (01.01.2014). «Ацилтрансферазы и трансацилазы, которые определяют состав жирных кислот глицеролипидов и метаболизм биоактивных липидных медиаторов в клетках млекопитающих и модельных организмах». Прогресс в исследованиях липидов . 53 : 18–81. DOI : 10.1016 / j.plipres.2013.10.001 . ISSN 0163-7827 . PMID 24125941 .  
  36. ^ «Путь MetaCyc: биосинтез стеарата I (животные)» .
  37. ^ "Путь MetaCyc: биосинтез очень длинноцепочечных жирных кислот II" .
  38. ^ Б с д е е Stryer, Луберт (1995). Биохимия (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. С. 559–565, 614–623. ISBN 0-7167-2009-4.
  39. ^ a b Ferre, P .; Ф. Фуфель (2007). «Фактор транскрипции SREBP-1c и липидный гомеостаз: клиническая перспектива» . Гормональные исследования . 68 (2): 72–82. DOI : 10.1159 / 000100426 . PMID 17344645 . Проверено 30 августа 2010 . этот процесс показан графически на странице 73 
  40. ^ а б Воет, Дональд; Джудит Г. Воет; Шарлотта В. Пратт (2006). Основы биохимии, 2-е издание . John Wiley and Sons, Inc., стр.  547, 556 . ISBN 978-0-471-21495-3.
  41. ^ Диван, Джойс Дж. «Синтез жирных кислот». Политехнический институт Ренсселера (RPI) :: Архитектура, бизнес, инженерия, информационные технологии, гуманитарные науки, наука. Интернет. 30 апреля 2011г. < "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2011-06-07 . Проверено 2 мая 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )>.