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

Строение и функции основных классов липидов человека

Строение и функции основных классов липидов человека

Жирные кислоты

Состав и строение жирных кислот организма человека

ТАГ (жиры) являются сложными эфирами жирных кислот и трехатомного спирта глицерола. К 3 гидроксильным группам глицерола присоединены 3 остатка жирных кислот
Строение триацилглицеролов (ТАГ)
ТАГ – гидрофобные молекулы, различаются строением жирнокислотных радикалов (R1, R2, R3,).

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)

Переваривание и всасывание пищевых ТАГ
Пищевые ТАГ
Большие липидные капли
Желчные кислоты
Эмульгирование
Тонкодисперсная эмульсия
COR1
ТАГ R2OC
COR2
H2O
Панкреатическая липаза
Гидролиз
ОН
2 – МАГ R2ОС
ОН
Жирные кислоты
(RCOOH)
Желчные кислоты
Формирование смешанных мицелл
Всасывание смешанных мицелл
НО - ОН
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)
Холестерол
Фосфолипид
Эфир
холестерола
Холестерол
Липидное ядро
Триацилглицерол
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

Путь экзогенных жиров и хиломикронов

Путь экзогенных жиров и хиломикронов
Рецепторы
ХМ ост.
ХМ незр.
ЛПВП
апоС-II
апоЕ
Кровь
ЖК
+
Глицерол
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 + PPi
Жирная кислота
Ацил-КоА-синтаза
Ацил-КоА

Наружная мембрана
Внутренняя 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
Карнитин
Матрикс
Карнитин
Карнитин
1-й этап - Перенос жирных кислот через мембраны митохондрий
Т
Р
А
Н
С
Л
О
К
А
З
А
*

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот
О
β α ||
R – CH2 – CH2 – CH2 – C ~ SKoA
Ацил – КоА дегидрогеназа
О
||
R – CH2 – CH = CH – C ~ SKoA
– Ацил - КоА
FAD
FADH2
в ЦПЭ на Q
2 АТФ
– Еноил - КоА

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот
Н2О
ОН О
| || R – CH2 – CH – CH2 – C ~ SKoA
Еноилгидратаза
О
||
R – CH2 – CH = CH – C ~ SKoA
– Еноил - КоА
– β – Гидроксиацил - КоА

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот
β – Гидроксиацил –
КоА дегидрогеназа О О
|| ||
R – CH2 – C – CH2 – C ~ SKoA
ОН О
| ||
R – CH2 – CH – CH2 – C ~ SKoA
– β – Гидроксиацил - КоА
NAD +
NADH + H +
в ЦПЭ на FMN
3 АТФ
– β –Кетоацил - КоА

2-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот
β –Кетоацил–
КоА тиолаза
HSКоА
Следующий цикл
β - окисления
О О
|| ||
R – CH2 – C – CH2 – C ~ SKoA
– β –Кетоацил - КоА
О
||
H3C– C ~ SKoA - Ацетил- КоА
в ЦТК – 3-й этап β-окисления ЖК
12 АТФ

Суммарное уравнение β – окисления, например пальмитоил – КоА, может быть представлено таким образом:
С15Н31СО – КоА + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 HSKoA
8 CH3 – CO – KoA + 7 FADH2 + 7 (NADH + H+)
12 х 8 = 96 АТФ
7 х 2 = 14 АТФ
7 х 3 = 21 АТФ
131 - 1 = 130 АТФ

Синтез АТФ при полном окислении
пальмитиновой кислоты.

Обмен жирных кислот с нечетным числом
атомов углерода
Метил-малонил-
КоА-мутаза
В12

Окисление жирных кислот с нечетным количеством углеродных атомов

Окисление жирных кислот с одной двойной связью
Н2О
3 цикл β – окисления
3 ацетил - КоА
Еноил - Коа – изомераза
Еноил - Коа – гидратаза
5 цикл β – окисления
6 ацетил - КоА
Олеоил - КоА
Цис - Δ³ - додеценонил - КоА
Транс – Δ2 - додеценонил - КоА
β – Гидрокси – деканоил - КоА

Этапы β – окисления олеиновой кислоты

Окисление полиненасыщенных жирных кислот

Этапы β – окисления олеиновой кислоты

Этапы β – окисления олеиновой кислоты

Биосинтез насыщенных жирных кислот

Отличия биосинтеза жирных кислот
от их окисления
Процесс протекает в цитоплазме клетки
Идет с потреблением энергии за счет АТФ
Требует НАДФН Н+, который образуется в пентозофосфатном пути окисления глюкозы или при работе малик-фермента
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
Цитозоль
Митохондрия
Глюкоза
Пируват
Пируват
Оксалоацетат
Малат
Оксалоацетат
Цитрат
Цитрат
Ацетил - КоА
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
Цитрат

В цитоплазме ацетил–КоА карбоксилируется и превращается в малонил–КоА – второй субстрат, необходимый для образования жирной кислоты.
2-й этап Синтез малонил-КоА

3-й этап Синтез пальмитиновой кислоты
1
HS - KoA
HOOC – CH2 – CО ~ SKoA Малонил-КоА
HS - KoA

Синтез пальмитиновой кислоты
СО2
Реакция конденсации
2

Синтез пальмитиновой кислоты
Реакция восстановления
NADPH + H+
NADP+
3
Синтез пальмитиновой кислоты

Синтез пальмитиновой кислоты
H2O
Реакция дегидратации
4

Синтез пальмитиновой кислоты
Реакция восстановления
5
NADP+
NADPH + H+

Синтез пальмитиновой кислоты
I цикл
6
НSKoA

7
CO2
Синтез пальмитиновой кислоты

Пальмитиновая кислота (пальмитат)
Пальмитоил - Е
Н2О
Е
Синтез пальмитиновой кислоты

Ацетил - КоА + 7 Малонил – КоА + 14 (NADHPH + H+)
C15H31COOH + 7 CO2 + 8 HS – KoA + 14 NADP+ +7 H2O
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
Регуляция активности
ацетил – КоА - карбоксилазы
Адреналин
Глюкагон
ПКА
АТФ
АДФ
ФПФ
Pi
H2O

Биосинтез триацилглицеролов

Глюкоза
Н2С – ОН
|
С = О
|
Н2С – О – РО3²ˉ
Дигидрокси-
ацетонфосфат
NADH + H+
NAD +
Глицерол – 3 фосфат-дегидрогеназа
Н2С – ОН
|
НС – ОН
|
Н2С – ОН
Глицерол
Глицеролкиназа
АТФ
АДФ
В жировой ткани и печени
Н2С – ОН
|
НС – ОН
|
Н2С – О – РО3²ˉ
Глицерол -3- фосфат
E1
E2
O
||
R1C~ SKoA
HS - KoA
O
||
R2C~ SKoA
HS - KoA
В кишечнике и печени
Синтез триацилглицеролов в кишечнике,
печени и жировой ткани