Биосинтез нейтральных жиров и фосфолипидов

ОБМЕН ЛИПИДОВ

В тканях организма происходит непрерывное обновление липидов. Основную массу липидов тела человека составляют триглицериды, которыми особенно богата жировая ткань. В небольших количествах липиды присутствуют во всех тканях и органах. Поскольку липиды выполняют энергетическую функцию, то их метаболизм связан с процессами запасания и расхода энергии. Обмен фосфолипидов в первую очередь связан с процессами обновления биологических мембран, и естественно, этот процесс имеет место во всех органах и тканях.

Жиры являются необходимым компонентом пищевого рациона человека. В двенадцатиперстной кишке под действием желчи происходит эмульгирование жиров и их расщепление на глицерин и жирные кислоты под действием пищеварительных ферментов липаз. Продукты распада жиров всасываются в лимфу. Суточная потребность в жирах примерно составляет 100 г.

Катаболизм липидов

Первым этапом катаболизма липидов является их ферментативный гидролиз, который носит название липолиз. В результате этого процесса из нейтральных жиров образуется глицерин и три молекулы жирных кислот. При гидролизе фосфолипидов образуется глицерин, два остатка жирных кислот, остаток фосфорной кислоты и остаток радикала, который был связан с фосфорной кислотой, отличающийся у различных фосфолипидов (рис. 15).

Продукты гидролиза триглицеридов и фосфолипидов подвергаются дальнейшим метаболическим превращениям.

Обмен глицерина может осуществляться несколькими путями. Значительная часть глицерина, образовавшегося при гидролизе липидов, используется для их ресинтеза. Кроме того, продукты, образующиеся при окислении глицерина могут включаться в гликолиз или в глюконеогенез. В любом случае сначала происходит фосфорилирование глицерина с образованием глицерофосфата, донором фосфатной группы является молекула АТФ.

Большая часть глицерофосфата используется для синтеза липидов. Часть глицерофосфата окисляется до фосфодиоксиацетона, который изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат, который является промежуточным продуктом гликолиза и используется клеткой для получения энергии (рис. 16).

Рис. 16. Обмен глицерина

Жирные кислоты являются важным продуктом катаболических путей. Первым этапом распада жирных кислот является их активирование, этот процесс происходит на внешней мембране митохондрий и мембранах эндоплазматической сети и катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой. В результате происходит присоединение остатка жирной кислоты к Коферменту А.

В митохондриях происходит процесс окисления жирных кислот, который представляет собой постепенное уменьшение на два углеродных атома остова жирной кислоты. Этот процесс носит название b-окисления, его схема представлена на рис. 17.

 

Рис. 17. b-Окисление жирных кислот

Первой стадией b-окисления жирных кислот является окисление ацил-КоА путем отщепления двух атомов водорода от a- и b-углеродных атомов ацильного остатка в составе ацил-КоА. Далее происходит присоединение молекулы воды по двойной связи образовавшегося еноил-КоА. Затем происходит следующая реакция окисления, продуктом которой является кетоацил-КоА. На последующей стадии b-окисления происходит распад кетоацила-КоА и перенос ацильного остатка, укороченного на два углеродных атома по сравнению с первоначальным, на молекулу КоА. Продуктом этой реакции также является ацетил-КоА.

Образовавшийся ацил-КоА вновь подвергается b-окислению по той же схеме, соответственно имеет место циклический процесс, продолжающийся до тех пор пока от длинного остова жирной кислоты не останется двухуглеродного фрагмента. Таким образом, конечным продуктом b-окисления жирных кислот является ацетил-КоА, дальнейшая судьба которого зависит от состояния организма. В том случае, например, когда организму необходима энергия, он будет окисляться в цикле Кребса, как обсуждалось выше.

Образование кетоновых тел

Для протекания процессов окисления жирных кислот необходимо наличие свободного кофермента А. Одним из процессов, в котором происходит регенерирование свободного КоА из его ацильных производных, является образование ацетоуксусной кислоты. В этом процессе принимают участие три молекулы ацетил-КоА (рис. 18).

Рис. 18. Образование кетоновых тел

Сначала происходит конденсация двух молекул ацетил-КоА с образованием b-кетобутирил-КоА. Далее имеет место высвобождение КоА из b-кетобутирил-КоА с использованием еще одной молекулы ацетил-КоА, что приводит к образованию b-окси-b-метилглутарил-КоА. Последнее соединение подвергается расщеплению, в результате которого образуется ацетоуксусная кислота. Таким образом, в результате конденсации трех молекул ацетил-КоА образуется молекула ацетоуксусной кислоты и высвобождается две молекулы КоА. Ацетоуксусная кислота может восстанавливаться с образованием b-оксимасляной кислоты, либо декарбокисилироваться с образованием ацетона.

Ацетоуксусная и b-оксимасляная кислота синтезируются в печени и поступают с током крови к мышечной и другим тканям, где они могут утилизироваться в цикле Кребса. Ацетоуксусная, b-оксимасляная кислоты и ацетон получили название кетоновых тел. Усиленное их образование называется кетозом. Состояние организма, при котором происходит избыточное накопление кетоновых тел в крови, называется кетонемией, а выделение их с мочой – кетонурией. Среди многих причин патологического накопления кетоновых тел особенно важным является дефицит поступающих с пищей углеводов и преимущественное использование жиров в катаболических процессах, а также нарушение обмена углеводов и жиров при недостатке гормона инсулина. Избыточное содержание кетоновых тел в крови оказывает токсическое действие на организм.

Анаболизм липидов

Основными структурными блоками нейтральных жиров и фосфолипидов являются Глицерофосфат и ацильные производные Кофермента А (ацил-КоА). Глицерофосфат образуется из глицерина, возникающего при распаде глицеринсодержающих липидов, а высшие жирные кислоты синтезируются из малонил-КоА.

Синтез жирных кислот

Синтез жирных кислот локализован на мембранах гладкого эндоплазматического ретикулума. Исходным продуктом этого синтеза является малонил-КоА, который образуется при карбоксилировании ацетил-КоА (рис. 19). Эта реакция называется гетеротрофной фиксацией СО₂.

Рис. 19. Синтез жирных кислот

Начальным этапом синтез жирных кислот является конденсация малонил-КоА с ацетил-КоА, в результате которой образуется кетобутирил-КоА. Кетобутирил-КоА восстанавливается до оксибутирил-КоА, который далее дегидратируется с образованием кротонил-КоА. Кротонил-КоА восстанавливается до бутирил-КоА. А далее происходит конденсация образовавшегося бутирил-КоА со следующим ацетил-КоА (рис. 20).

Таким образом, синтез жирных кислот носит циклический характер и представляет собой последовательность присоединений двухуглеродного остатка к растущей цепи с последующим восстановлением продукта конденсации. После того, как ацильный радикал достигает нужного размера, он отщепляется от Кофермента А с помощью специального фермента.

Биосинтез нейтральных жиров и фосфолипидов

Синтез липидов происходит в гладкой эндоплазматической сети. Сначала происходит присоединение двух ацильных остатков к молекуле глицерофосфата, в результате этого процесса образуется фосфатидная кислота, которая является общим предшественником и нейтральных жиров, и фосфолипидов (рис. 20).

Рис. 20. Биосинтез нейтральных жиров и фосфолипидов

Далее, в ходе образования нейтральных жиров происходит отщепление фосфата от молекулы фосфатидной кислоты, образовавшийся при этом диацилглицерин еще раз ацилируется опять же с участием ацил-КоА и образуется нейтральный липид (триглицерид). Активный синтез нейтральных липидов происходит в печени, слизистой оболочке кишечника, жировой ткани. Фосфатидная кислота служит предшественником при синтезе фосфолипидов. При этом происходит присоединение соответствующего радикала к остатку фосфорной кислоты в составе фосфатидной кислоты. Этот процесс может включать несколько промежуточных стадий, которые зависят, в первую очередь, от природы присоединяемого радикала.