Переваривание и всасывание липидов. Транспортные формы липидов в крови. Лекция № 7

План лекции:
Особенности строения липидов.
Функции липидов.
Классификация липидов.
Строение ТАГ.
Переваривание и всасывание пищевых ТАГ.
Основные транспортные формы липидов.
Путь экзогенных жиров и хиломикронов.
β – окисление жирных кислот.
Биосинтез ЖК.
Биосинтез ТАГ.

Липиды
Липиды – это разнообразная по строению группа органических молекул, имеющих общие свойства – гидрофобностьили амфифильность.

Функции липидов
Участвуют в формировании мембран: глицерофосфолипиды, сфинголипиды, холестерол;
Являются предшественниками коферментов: жирорастворимый витамин К;
Образуют энергетический запас организма, выполняют функцию теплоизоляционной и механической защиты – триацилглицеролы (ТАГ);
Используются на построение желчных кислот, стероидных гормонов, витамина D3;
Участвуют в передаче гормональных сигналов, активации ферментов – фосфотидилсерин.

Строение и функции основных классов липидов человека

Строение и функции основных классов липидов человека

Строение и функции основных классов липидов человека

Жирные кислоты

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 ЖИРОВ. РЕСИНТЕЗ ЖИРОВ В КЛЕТКАХ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ КИШЕЧНИКА
Основные липиды, поступающие с пищей, являются жирами (до 90%). Переваривание жиров - это процесс их гидролиза под действием фермента панкреатическая липаза. Для действия этого фермента необходимы следующие условия рН-7,8; желчные кислоты, эмульгирующие жиры; белок колипаза, синтезируемый в поджелудочной железе и секретируемый вместе с панкреатической липазой.
Оптимальное значение рН в кишечнике для действия панкреатической липазы создается в результате нейтрализации кислого содержимого, поступающего из желудка, бикарбонатом, секретируемым поджелудочной железой.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ ЖИРОВ. РЕСИНТЕЗ ЖИРОВ В КЛЕТКАХ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ КИШЕЧНИКА
Эмульгирование жиров (смешивание жиров с водой) происходит под действием поверхностно-активных веществ - солей желчных кислот. В процессе эмульгирования увеличивается площадь поверхности контакта жиров - субстратов панкреатической липазы и фермента, растворенного в водной среде. Желчные кислоты синтезируются в печени из холестерола и секретируются в желчный пузырь. В желчном пузыре образуется желчь, мицеллы которой имеют следующий состав: желчные кислоты, фосфолипиды, холестерол. Желчные кислоты и фосфолипиды удерживают холестерол в растворенном состоянии. При нарушении соотношения компонентов мицелл могут образовываться желчные камни, содержащие холестерол, так как он нерастворим в воде и при снижении количества эмульгирующих веществ в желчи легко выпадает в осадок.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ ЖИРОВ. РЕСИНТЕЗ ЖИРОВ В КЛЕТКАХ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ КИШЕЧНИКА
Действие панкреатической липазы. Белок - колипаза, секретируемый поджелудочной железой в неактивной форме, активируется путем частичного протеолиза и после этого облегчает связывание панкреатической липазы с мицеллами и таким образом ускоряет процесс гидролиза. Панкреатическая липаза с большей скоростью расщепляет в жирах сложноэфирные связи в 1- и 3-положениях, поэтому основными продуктами переваривания жиров являются 2-моноацилглицеролы и жирные кислоты. Фосфолипиды, поступающие с пищей, гидролизуются фосфолипазой А2, которая в неактивной форме секретируется в кишечник, где активируется трипсином по механизму частичного протеолиза. Продукты гидролиза жиров и фосфолипидов становятся амфифильными соединениями и в таком виде могут всасываться в составе смешанных мицелл.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ ЖИРОВ. РЕСИНТЕЗ ЖИРОВ В КЛЕТКАХ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ КИШЕЧНИКА
Образование смешанных мицелл. Продукты гидролиза жиров (жирные кислоты, моноацилглицеролы), а также желчные кислоты, холестерол, жирорастворимые витамины образуют смешанные мицеллы и в такой форме проникают в клетки слизистой оболочки тонкой кишки, где мицеллы распадаются на составные компоненты, а продукты гидролиза жиров подвергаются ресинтезу.
Ресинтез жиров в энтероцитах. Ресинтезу жиров предшествует активация жирной кислоты, т.е. присоединение ее к коферменту А. Ресинтез молекул ТАГ из 2-моноацилглицерола и активных форм жирных кислот происходит под действием ацилтрансфераз. В ходе ресинтеза образуются ТАГ, отличающиеся по составу от тех, которые входили в состав пищи, так как в ресинтезе участвуют и жирные кислоты, синтезируемые в организме человека.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ ЖИРОВ. РЕСИНТЕЗ ЖИРОВ В КЛЕТКАХ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ КИШЕЧНИКА
Нарушения переваривания жиров. Снижение секреции, или активности, панкреатической липазы, которое наблюдается при воспалении поджелудочной железы (панкреатите), или нарушение эмульгирования жиров вследствие недостаточного поступления желчи в просвет кишечника (например, при желчнокаменной болезни) приводит к снижению скорости переваривания и всасывания жиров и появлению в кале непереваренных жиров - стеаторее. При длительном нарушении переваривания и всасывания жиров снижается всасывание незаменимых факторов питания липидной природы - жирорастворимых витаминов и полиеновых жирных кислот. В результате развиваются гиповитаминозы с соответствующими клиническими симптомами; например, недостаток витамина K приводит к снижению скорости свертывания крови, к кровотечениям, недостаток витамина А - к снижению остроты зрения, особенно в темноте («куриная слепота»).

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

Гидролиз триацилглицеролов

ХИЛОМИКРОНЫ - ТРАНСПОРТНАЯ ФОРМА ЭКЗОГЕННЫХ ЖИРОВ
Липиды, в частности жиры, холестерол и его эфиры не растворяются в водных фазах организма, поэтому транспорт их кровью и лимфой осуществляется в виде комплексов с белками и фосфолипидами, которые называются липопротеинами.
Все липопротеины имеют сходное строение: ядро состоит из гидрофобных молекул: ТАГ, эфиров холестерола, а на поверхности находится монослой фосфолипидов, полярные группы которых обращены к воде, а гидрофобные погружены в гидрофобное ядро липопротеина. Кроме фосфолипидов, на поверхности находятся белки - аполипопротеины. Аполипопротеины выполняют различные функции. Интегральные аполипопротеины являются структурными компонентами. Периферические аполипопротеины в плазме крови могут передаваться от одного типа липопротеинов к другим, определяя их дальнейшие превращения. Основной структурный аполипопротеин хиломикронов - белок В-48, который синтезируется в клетках слизистой оболочки тонкой кишки, необходим для формирования структуры хиломикронов. Образовавшиеся в энтероцитах липопротеины представляют собой незрелые хиломикроны, в которые включаются ресинтезированные жиры и всосавшиеся гидрофобные вещества: холестерол, жирорастворимые витамины. Незрелые хиломикроны сначала попадают в лимфу, затем - в кровоток. В крови незрелые хиломикроны получают от ЛПВП, образующихся в печени, апопротеины - С-II, Е и превращаются в зрелые хиломикроны. Появление в крови в абсорбтивный период хиломикронов (довольно крупных частиц) делает сыворотку крови опалесцирующей.

Общая структура липопротеинов плазмы крови
(ХМ, ЛПОНП, ЛППП, ЛПНП, ЛПВП)
В организме человека липиды представлены большой группой соединений:
гидрофобные - триацилглицеролы -ТАГ, эфиры холестерола –ЭХ
амфифильные -глицерофосфолипиды, сфинголипиды.

Липопротеины – транспортные формы липидов

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

Характеристика β–окисления жирных кислот
β–окисление жирных кислот происходит только в аэробных условиях.
β–окисление жирных кислот – специфический путь катаболизма жирных кислот, при котором от карбоксильного конца жирной кислоты последовательно отделяется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА.
Метаболический путь - β–окисление – назван по окислению жирной кислоты у β-углеродного атома.
Реакции β–окисления и последующего окисления ацетил-КоА в ЦТК служат одним из основных источников энергии для синтеза АТФ по механизму окислительного фосфорилирования.

R – COOH + HS-KoA + АТФ
1-й этап - Активация жирных кислот
R – CO ~ S-KoA + АМФ + PPi
Жирная кислота
Ацил-КоА-синтаза
Ацил-КоА
Активация жирных кислот протекает в цитозоле.
В5

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
2-й этап - Перенос жирных кислот через мембраны митохондрий
Т
Р
А
Н
С
Л
О
К
А
З
А
*

3-й этап – Собственно β -окисление жирных кислот. Окисление протекает в матриксе митохондрии.
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

3-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

3-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

3-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 – 4-й этап β-окисления ЖК
12 АТФ

Общая формула расчета баланса АТФ при β – окислении жирных кислот с четным числом углеродных атомов
Где - число циклов β – окисления
- число образовавшихся молекул ацетил-КоА
1 АТФ –затрачивается на активацию жирной кислоты
n – четное число углеродных атомов жирной кислоты
5 АТФ – количество АТФ, синтезируемое за один виток β – окисления
12 АТФ – количество АТФ, синтезируемое при окислении 1 моль ацетил-КоА в ЦТК

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

Общая формула расчета баланса АТФ при
β – окислении жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов
Где5 АТФ – количество АТФ, синтезируемое за один виток β – окисления
n – нечетное число углеродных атомов жирной кислоты
- число циклов β – окисления
- 1 АTФ –затрачивается в реакции превращения пропионил-КоА в Метил-малонил КоА
12 АТФ – количество АТФ, синтезируемое при окислении 1 моль ацетил-КоА в ЦТК
- число образовавшихся молекул ацетил-КоА
6 АTФ –синтезируется при окислении сукцинил-КоА в ЦТК
- 1 АTФ –затрачивается на активацию жирной кислоты

Биосинтез 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.
Исходный метаболит – ацетил-КоА
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
Ацетил- КоА-
карбоксилаза
Ацетил - КоА
Цитратлиаза
Ацетил - КоА
Оксалоацетат
Цитрат
Жирная кислота
Малонил - КоА
Пальмитоил-синтетаза
ТАГ
Холестерол
α - Кетоглутарат
Изоцитрат
Сукцинат
Фумарат
Малат
↓ ↓ V
↑ NADN/NAD+
↑ АТФ/АДФ
Сукцинил - КоА
Изоцитратдегидрогеназа
ЦИТОЗОЛЬ
↓ Vцтк
Цитрат
Кетоновые тела

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
Ацетил-КоА

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

Регуляция активности ацетил – КоА-карбоксилазы
Ассоциация/диссоциация – объединение 3 тетрамеров в единый комплекс – цитрат активатор, пальмитоил-КоА ингибитор.
Фосфорилирование/дефосфорилирование – глюкагон через АЦС активирует протеинкиназу А, которая фосфорилирует ацетил-Коа-карбоксилазу и делает ее неактивной. Инсулин активирует фосфотазу и ацетил-Коа-карбоксилаза переходит в дефосфорилированную форму.
Индукция синтеза фермента – инсулин в абсорбтивном периоде индуцирует синтез ацетил-Коа-карбоксилазаы.

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
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), а так же для синтеза триацилглицеролов (ТАГ) и фосфолипидов.

Биосинтез триацилглицеролов

Глицерол-3-фосфат является субстратом для биосинтеза триацилглицеролов, который образуется из:
глюкозы – печень, жировая ткань
глицерола – печень, кишечник

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