Переваривание и всасывание липидов
В полости рта жиры не подвергаются никаким изменениям, так как слюна не содержит расщепляющих жиры ферментов. Жиры проходят и через желудок без особых изменений у взрослых. Но даже незначительное появление триглицеридов в желудке приводит к появлению свободных жирных кислот, которые, не подвергаясь всасыванию в желудке, поступают в кишечник и способствуют там эмульгированию жиров, облегчая воздействие на них липазы панкреатического сока.
У детей в желудке на жиры действует лингвальная липаза, синтезируемая слизистой оболочкой корня языка и примыкающей к нему области глотки. Активность липазы не успевает проявиться в полости рта, и основным местом его воздействия является желудок.
Переваривание жиров происходит главным образом в тонком кишечнике благодаря действию панкреатического фермента – липазы, которая гидролизует в триглицеридах сложноэфирные связям, преимущественно образованные первичными гидроксильными группами глицерина:
В двенадцатиперстной кишке происходит нейтрализация попавшей с пищей соляной кислотой желудочного сока бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечных соках. Выделившиеся при разложении бикарбонатов пузырьки углекислого газа способствуют хорошему перемешиванию пищевой кашицы с пищеварительными соками. Одновременно начинается эмульгирование (смешивание жиров с водой). Эмульгированию жиров способствуют как моноглицериды и свободные жирные кислоты, образующиеся в результате расщепления триглицеридов липазой, так и соли желчных кислот.
Желчные кислоты образуются в печени и накапливаются в желчном пузыре, откуда затем поступают в двенадцатиперстную кишку. Они образуются из холестерина, в молекулу которого вводятся гидроксильные и карбоксильные группы.
В желчи человека в основном преобладают холевая кислота; другие кислоты отличаются от нее числом и положением гидроксильных групп. Значительная доля холевой кислоты в желчи представлена в виде ее амидов, образованных глицином (гликохолевая кислота) или его сульфоаналогом – таурином (таурохолевая кислота). Их называют коньюгатами, или парными желчными кислотами, так как они состоят из двух компонентов – холевой кислоты и глицина или таурина:
В панкреатическом соке содержится также фермент – моноглицеридная изомераза, катализирующая внутримолекулярный перенос ацила из b(2)-положения моноглицерида в a(1)-положение.
В присутствии желчных кислот моноглицериды и жирные кислоты образуют смешанные мицеллы – дископодобные частицы, края которых заполнены молекулами желчных кислот, а более гидрофобная сердцевина образована продуктами расщепления жиров, холестерином и фосфолипидами. Мицелла по размерам гораздо меньше самой маленькой жировой капли. Единого мнения в отношении всасывания жировых мицелл нет. Считается, что продукты переваривания жиров могут проникать в эпителиальные клетки в составе мицелл либо эти мицеллы распадаются на клеточной поверхности, освобождая жирные кислоты и моноглицериды в виде отдельных, легко диффундирующих внутрь клеток молекул. Желчные кислоты также частично всасываются и транспортируются обратно в печень.
Из моноглицеридов и жирных кислот в эпителиальных клетках вновь синтезируются триглицериды. В эпителиальных клетках нейтральные жиры и холестерин собираются в мелкие частицы, называемые хиломикронами. Хиломикроны – сферические частицы, сердцевина которых заполнена гидрофобными молекулами нейтральных жиров и эфиров холестерина (рис. 39).
Рис. 39. Строение хиломикрона
Поверхность хиломикрона формируется молекулами фосфолипидов, холестерина и особыми белками. Главным и необходимым для образования хиломикрона является гликопротеин аполипопротеин В. Гидрофильная оболочка стабилизирует хиломикроны настолько, что они разносятся кровью и лимфой по организму как целые частицы.
Окисление жирных кислот
Жиры – основной источник энергии для синтеза АТФ. Они обеспечивают образование примерно половины энергии, потребляемой сердцем и покоящимися скелетными мышцами.
Распад жиров отличает универсальный механизм окисления жирных кислот путем последовательного отщепления от углеродной цепи двух углеродных атомов в виде ацетил-СоА. При этом образуются НФДН и ФАДH2.
Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих этапов: активация жирных кислот, транспорт жирных кислот внутрь митохондрий, внутримитохондриальное окисление жирных кислот.
Активация жирных кислот протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима А (НS-KoА) и ионов Mg2+:
R-COOH + HS-KoA + ATF ® R-CO-S-KoA+ AMF + PPi
Реакцию активизации жирных кислот катализируют три родственных фермента – ацитил-СоА-синтетазы жирных кислот, специализирующиеся на кислотах с короткими, средними и длинными цепям.
Превращение жирных кислот в ацетил-CoA происходит в митохондриальном матриксе (рис. 40). Перенос жирнокислотного остатка в митохондрии осуществляет молекула карнитина.
Рис. 40. Механизм транспорта жирных кислот в митохондрии
Ацильные производные карнитина проникают в матрикс, где протекает обратная реакция: ацильный остаток переносится с карнитина на тиольную группу свободного СоА, а карнитин возвращается назад за очередным остатком жирной кислоты.
Две реакции переноса ацильных групп – на карнитин и на митохондриальный СоА - катализирует два фермента: первую, протекающую на внешней стороне митохондрии, - карнитин-ацилтрансфераза I, а вторую имеющую место в матриксе, - карнитин-ацилтрансфераза II.
Внутримитохондриальное окисление жирных кислот включает четыре последовательно протекающие реакции (дегидрирование, гидратация, дегидрирование, отщепление ацетил-КоА). Реакции окисления в радикале жирных кислот происходят по b-углеродному атому, поэтому окисление называют b-окислением (рис. 41).
|
|
|
|
Рис. 41. b-окисление жирных кислот
Эти реакции называют циклом b-окисления, так как имеется в виду, что одни и те же реакции повторяются с радикалом жирной кислоты до тех пор, пока вся кислота не превратится в ацильные остатки.
Первой реакцией в каждом цикле распада ацил-КоА является его окисление ацил-КоА-дегидрогеназой, приводящее к образованию еноил-КоА с двойной связью между С-2 и С-3. Енол-КоА при участии фермента енол-КоА-гидратазы присоединяет молекулу воды. В результате образуется b-оксиацил-КоА (или 3-гидроксиацил-КоА), который затем дегидрируется и превращается в b-кетоацил-КоА (3-оксиацил-КоА).
Ключевой реакцией в метаболизме жиров служит реакция (тиолазная) взаимодействия КоА-SH с b-кетоацил-КоА. В результате образуется укороченный на два углеродных атома ацил-КоА и двууглеродный фрагмент в виде ацетил-КоА. Реакция катализируется ацетил-КоА-ацилтрансферазой (b-кетотиолазой).
Образовавшийся ацетил-КоА подвергается окислению в цикле трикарбоновых кислот, а ацил-КоА, укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь b-окисления вплоть до образования бутирил-КоА (4-углеродное соединение), который в свою очередь окисляется до 2 молекул ацетил-КоА. Например, при окислении пальмитиновой кислоты (С16) повторяется 7 циклов b-окисления.
При каждом цикле образуются одна молекула NADH и одна молекула FADH2, которые отдают свои электроны митохондриальной электроннотранспортной цепи.
Окисление ненасыщенных жирных кислот идет через дополнительные стадии, включающие перемещение двойной связи в углеводородной цепи жирной кислоты и перевод этой связи в транс-форму с помощью фермента изомеразы.
Примером может служить пальмитоолеиновая кислота с двойной связью между девятым и десятым атомами углерода. Вплоть до двойной связи цепь такой кислоты укорачивается обычным окислением с образованием цис-формы. Затем изомераза сдвигает двойную связь в нужное положение и образует транс-изомер, который становится субстратом енол-КоА-гидратазы.
Биосинтез жирных кислот