Биосинтезата на мастните киселини включва поредица от реакции, които не съответстват на процеса на тяхното разграждане.
По-специално специалните протеини - ACP (ацил-носители протеини) са медиатори в синтеза на мастни киселини. Обратно, HS-KoA се използва при разграждането на мастна киселина.
Синтезът на мастни киселини се извършва в цитозола, а разграждането на мастните киселини се извършва в митохондриите.
За синтеза на мастни киселини се използва коензимът NADP/NADPH, докато разграждането на мастната киселина включва коензима NAD+/NADH.
Мастните киселини, които изграждат тъканните липиди, могат да бъдат разделени на къси (2-6 въглеродни атома), средни (8-12 въглеродни атома) и дълговерижни (14-20 или повече въглеродни атома в молекулата). Повечето от мастните киселини в животинските тъкани са с дълга верига. По-голямата част от мастните киселини в тялото съдържат четен брой въглеродни атоми в молекулата (C: 16, 18, 20), въпреки че има по-дълги молекули мастни киселини в мазнините на нервната тъкан, включително 22 въглеродни атома с шест двойни връзки.
Киселина с една двойна връзка се отнася до мононенаситени мастни киселини, докато киселините с две или повече изолирани двойни връзки са полиненаситени.
таблица 2
Есенциални мастни киселини в бозайниците
|
Име на киселина |
Киселинна структура |
Брой и позиция на двойните връзки |
|
масло |
UNCUN |
|
|
Найлон |
||
|
Каприл |
STNUSON |
|
|
Каприк |
||
|
Лаурик |
С11Н21СООН |
|
|
миристичен |
Spnzsun |
|
|
палмитинова |
С15Н31СООН |
|
|
стеаринова |
С17Н35СООН |
|
|
Олейновая |
СПНЗЗУНО |
|
|
линолова |
С17Н31СООН |
|
|
Линоленова |
СПНЗЗУНО |
|
|
Арахидонова |
С19Н31СООН |
4 (5, 8. 11, 14) |
Ненаситените мастни киселини обикновено са в cys форма. Мазнините на растенията и рибите съдържат повече полиненаситени мастни киселини в състава си, а наситените мастни киселини преобладават в състава на мазнините на бозайници и птици.
Диетичните мастни киселини и тяхната ендогенна биосинтеза са необходими на тялото за получаване на енергия и образуване на хидрофобни компоненти на биомолекулите. Излишните протеини и въглехидрати в диетата се превръщат активно в мастни киселини и се съхраняват под формата на триглицериди.
Повечето тъкани са способни да синтезират наситени мастни киселини. Количествено, синтезът на мастни киселини е важен, главно в черния дроб, червата, мастната тъкан, млечната жлеза, костния мозък и белите дробове. Ако окисляването на мастните киселини се извършва в митохондриите на клетките, тогава техният синтез се извършва в цитоплазмата.
Основният начин за осигуряване на организма с мастни киселини е биосинтезата им от малки междинни молекули, производни на въглехидратния катаболизъм, отделни аминокиселини и други мастни киселини. Обикновено първо се синтезира наситена 16-карбоксилна киселина – палмитинова, а всички останали мастни киселини са модификация на палмитинова киселина.
Всички реакции на синтез на мастни киселини се катализират от мултиензимен комплекс - синтаза на мастни киселини, който се намира в цитозола. Ацетил-КоА е директен източник на въглеродни атоми за този синтез. Основните доставчици на ацетил-КоА молекули са: разграждане на аминокиселини, окисляване на мастни киселини, пируватна гликолиза.
Малонил-КоА, необходим за синтеза на мастни киселини, идва в резултат на карбоксилиране на ацетил-КоА, а необходимият NADPH може да се получи и в пентозофосфатния път.
Молекулите ацетил-КоА се намират главно в митохондриите. Въпреки това, вътрешната митохондриална мембрана е непроницаема за относително голяма молекула като ацетил-КоА. Следователно, за прехода от митохондриите към цитоплазмата, ацетил-КоА с участието на цитрат синтаза взаимодейства с оксалова-оцетна киселина, образувайки лимонена киселина:
В цитоплазмата лимонената киселина се разгражда под въздействието на цитрат лиаза:
По този начин лимонената киселина действа като преносител на ацетил-КоА. При преживните животни вместо лимонена киселина в цитоплазмата на клетката се използва ацетат, който се образува в търбуха от полизахариди, който се превръща в ацетил-КоА в клетките на черния дроб и мастната тъкан.
1. На първия етап от биосинтеза на мастни киселини, ацетил-КоА взаимодейства със специален протеин, пренасящ ацил (HS-ACP), съдържащ витамин B 3 и сулфхидрилна група (HS), наподобяващи структурата на коензим А:
2. Незаменим междинен продукт в синтеза е малонил-КоА, който се образува в реакцията на карбоксилиране на ацетил-КоА с участието на АТФ и биотин-съдържащ ензим ацетил-КоА карбоксилаза:
Биотинът (витамин Н) като карбоксилазен коензим е ковалентно свързан с апоензим, за да носи фрагмент от един въглерод. Ацетил CoA карбоксилазата е многофункционален ензим, който регулира скоростта на синтеза на мастни киселини. Инсулинът стимулира синтеза на мастни киселини чрез активиране на карбоксилазата, докато епинефринът и глюкагонът имат обратния ефект.
3. Полученият малонил-S-KoA взаимодейства с HS-ACP с участието на ензима малонил трансацилаза:
4. В следната реакция на кондензация под влиянието на ензима ацил-малонил-В-АСР-синтаза, малонил-В-АСР и ацетил-В-АСР взаимодействат с образуването на ацетоацетил-В-АСР:
5. Ацетоацетил-B-ACP с участието на NADP +-зависима редуктаза се редуцира до образуване на p-хидроксилбутирил-B-ACP:
7. В следната реакция кротонил-B-APB се редуцира от NADP +-зависима редуктаза с образуването на бутирил-B-APB:
В случай на синтеза на палмитинова киселина (C: 16), е необходимо да се повторят още шест реакционни цикъла, като началото на всеки ще бъде добавянето на молекулата на малонил-B-ACP към карбоксилния край на синтезираната мастна киселина верига. По този начин, чрез свързване на една молекула малонил-B-ACP, въглеродната верига на синтезираната палмитинова киселина се увеличава с два въглеродни атома.
8. Синтезът на палмитинова киселина завършва чрез хидролитично отцепване на HS-ACP от палмитил-B-ACP с участието на ензима деацилаза:
Синтезът на палмитинова киселина е в основата на синтеза на други мастни киселини, включително мононенаситени киселини (олеинова, например). Свободната палмитинова киселина се превръща в палмитил-S-KoA с участието на тиокиназа. Palmytyl-S-KoA в цитоплазмата може да се използва при синтеза на прости и сложни липиди или да влезе в митохондриите с участието на карнитин за синтеза на мастни киселини с по-дълга въглеродна верига.
В митохондриите и в гладкия ендоплазмен ретикулум има система от ензими за удължаване на мастни киселини за синтеза на киселини с 18 или повече въглеродни атома чрез удължаване на въглеродната верига на мастните киселини от 12 до 6 въглеродни атома. Когато се използва пропионил-S-KoA вместо ацетил-S-KoA, синтезът води до мастна киселина с нечетен номер.
Като цяло, синтезът на палмитинова киселина може да бъде представен със следното уравнение:
Ацетил-S-KoA в цитоплазмата в този синтез служи като източник на въглеродни атоми на молекулата на палмитиновата киселина. ATP е необходим за активирането на ацетил-S-KoA, докато NADPH + H + е основен редуциращ агент. NADPH + + H + в черния дроб се образува в реакциите на пентозофосфатния път. Синтезът на мастни киселини се осъществява само в присъствието на тези основни компоненти в клетката. Следователно, биосинтезата на мастни киселини изисква глюкоза, която доставя на процеса ацетил радикали, C0 2 и H 2 под формата на NADPH 2.
Всички ензими на биосинтеза на мастни киселини, включително HS-ACP, се намират в цитоплазмата на клетката под формата на мултиензимен комплекс, наречен синтетаза на мастни киселини.
Синтезът на олеинова (ненаситена) киселина с една двойна връзка се осъществява поради реакцията на наситена стеаринова киселина с NADPH + H + в присъствието на кислород:
В хепатоцитите и в млечната жлеза на лактиращи животни NADPH 2, необходим за синтеза на мастни киселини, се осигурява от пентозофосфатния път. Ако при повечето еукариоти синтезът на мастни киселини се извършва изключително в цитоплазмата, тогава синтезът на мастни киселини във фотосинтетичните растителни клетки се извършва в стромата на хлоропластите.
Полиненаситени мастни киселини - линолова (C 17 H 31 COOH), линоленова (C 17 H 29 COOH), имащи двойни връзки близо до метиловия край на въглеродната верига, не се синтезират при бозайници поради липсата на необходимите ензими (десатурази), които осигуряват образуването на ненаситени връзки в молекулата. Въпреки това, арахидоновата киселина (C 19 H 31 COOH) може да се синтезира от линолова киселина. От своя страна арахидоновата киселина е предшественик в синтеза на простагландини. Имайте предвид, че растенията са способни да синтезират двойни връзки на позиции 12 и 15 на въглеродната верига с участието на необходимите ензими в синтеза на линолова и линоленова киселини.
Основната роля на всички полиненаситени мастни киселини вероятно е да осигурят течливост в биологичните мембрани. Това се потвърждава от факта, че низшите организми имат способността да променят състава на мастните киселини на фосфолипидите поради тяхната течливост, например при различни температури на околната среда. Това се постига чрез увеличаване на дела на мастните киселини с двойна връзка или чрез увеличаване на степента на ненаситеност на мастните киселини.
Метиленовият въглерод на всяка двойна връзка в структурата на полиненаситена мастна киселина е много чувствителен към отстраняване на водород и фиксиране на кислород с образуването на свободни радикали. Така образуваните хидропероксидни молекули образуват диалдехиди главно под формата на малонов диалдехид. Последният е способен да причини кръстосано свързване, което води до цитотоксичност, мутагенност, разрушаване на мембраната и ензимна модификация. Полимеризацията на малоновия алдехид образува неразтворимия пигмент липофусцин, който се натрупва в някои тъкани с възрастта.
Интересът към полиненаситените мастни киселини на биохимично ниво е свързан с проучвания, които показват, че диетите с високо ниво на полиненаситени мастни киселини по отношение на нивото на наситени мастни киселини помагат за понижаване на нивата на холестерола в организма.
В тялото на гладуващо животно, с последващо присъствие на диета с високо ниво на въглехидрати и ниско ниво на мазнини, активността на ацетил-CoA карбоксилазата се повишава значително поради ковалентна модификация и синтеза на мастни киселини за няколко дни. Това е адаптивен контрол на регулирането на метаболизма на мазнините. Синтезът и окисляването на мастните киселини в организма са взаимозависими процеси. Когато животното гладува, нивото на свободните мастни киселини в кръвта се повишава поради повишаване на липазната активност на мастните клетки под въздействието на хормони като адреналин, глюкагон. Биосинтезата на мастни киселини, превръщайки NADPH + H + молекули в NADP ~, причинява разграждането на глюкозата по пътя на пентозофосфата. По този начин глюкозата е незаменима в биосинтеза на мастни киселини, доставяйки не само ацетилови радикали, но и коензими под формата на NADPH + H +.
Свободните мастни киселини се свързват със серумния албумин, който е основният транспортер на неестерифицирани мастни киселини. В комбинация с албумин мастните киселини представляват активен транспортен източник на енергия за различни тъкани през определен период от време. Въпреки това, нервната тъкан, която получава почти цялата си енергия от глюкоза, не е в състояние да използва мастните киселини, свързани с албумина, за енергия.
Концентрацията на свободните мастни киселини в кръвта е относително постоянна (0,6 mM). Техният полуживот е само две минути. Черният дроб интензивно включва мастните киселини в синтеза на триглицериди, свързвайки ги с липопротеините с ниска плътност (LDL), които влизат в кръвообращението. LDL холестеролът транспортира холестерола в кръвната плазма до различни тъкани, стените на кръвоносните съдове.
Преди това се приемаше, че процесите на разцепване са обръщане на процесите на синтез, включително синтеза на мастни киселини се разглеждаше като процес, противоположен на тяхното окисление.
Сега е установено, че митохондриалната система на биосинтеза на мастни киселини, която включва леко модифицирана последователност на реакцията на β-окисление, само удължава средноверижните мастни киселини, които вече съществуват в тялото, докато пълната биосинтеза на палмитинова киселина от ацетил -CoA продължава активно извън митохондриитепо съвсем различен път.
Нека разгледаме някои важни характеристики на пътя на биосинтеза на мастни киселини.
1. Синтезът се осъществява в цитозола, за разлика от разпада, който настъпва в митохондриалния матрикс.
2. Междинните продукти на синтеза на мастни киселини са ковалентно свързани със сулфхидрилни групи на ацил трансферния протеин (ACP), докато междинните продукти от разцепването на мастни киселини са свързани с коензим А.
3. Много ензими за синтеза на мастни киселини във висшите организми са организирани в мултиензимен комплекс, наречен синтетаза на мастни киселини. Обратно, ензимите, които катализират разграждането на мастните киселини, изглежда не са склонни да се свързват.
4. Нарастващата верига на мастни киселини се удължава чрез последователно добавяне на двувъглеродни компоненти, получени от ацетил-КоА. Malonyl-APB служи като активиран донор на бивъглеродни компоненти в етапа на удължаване. Реакцията на удължаване се задейства от освобождаването на CO 2.
5. Ролята на редуциращ агент в синтеза на мастни киселини играе NADPH.
6. Mn 2+ също участва в реакциите.
7. Удължаването под действието на мастнокиселинен синтетазен комплекс спира на етапа на образуване на палмитат (С 16). По-нататъшното удължаване и въвеждането на двойни връзки се извършват от други ензимни системи.
Образуване на малонил коензим А
Синтезът на мастни киселини започва с карбоксилирането на ацетил-КоА до малонил-КоА. Тази необратима реакция е решаваща стъпка в синтеза на мастни киселини.
Синтезът на малонил-КоА се катализира от ацетил СоА карбоксилазаи се осъществява за сметка на енергията на ATR. Източникът на CO 2 за карбоксилирането на ацетил-КоА е бикарбонатът.
Ориз. Синтез на малонил-КоА
Ацетил CoA карбоксилазата съдържа като простетична група биотин.
Ориз. биотин
Ензимът се състои от променлив брой идентични субединици, всяка от които съдържа биотин, биотинкарбоксилаза, карбоксибиотин трансферен протеин, транскарбоксилаза, както и регулаторния алостеричен център, т.е. представлява полиензимен комплекс.Карбоксилната група на биотина е ковалентно прикрепена към ε-амино групата на лизиновия остатък на карбоксибиотин трансферния протеин. Карбоксилирането на биотиновата компонента в образувания комплекс се катализира от втората субединица, биотин карбоксилаза. Третият компонент на системата, транскарбоксилазата, катализира прехвърлянето на активиран CO 2 от карбоксибиотин към ацетил-КоА.
Биотин ензим + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Биотин ензим + ADP + Pi,
CO 2 ~ Биотин-ензим + Ацетил-КоА ↔ Молонил-КоА + Биотин-ензим.
Дължината и гъвкавостта на връзката между биотина и протеина, който го носи, правят възможно преместването на активираната карбоксилна група от един активен център на ензимния комплекс към друг.
При еукариотите ацетил CoA карбоксилазата съществува като протомер, лишен от ензимна активност (450 kDa) или като активен нишковиден полимер. Взаимната им конверсия се регулира алостерично. Ключовият алостеричен активатор е цитрат, което измества равновесието към активната влакнеста форма на ензима. Оптималната ориентация на биотина по отношение на субстратите се постига във влакнеста форма. За разлика от цитрата, палмитоил-КоА измества равновесието към неактивната протомерна форма. По този начин палмитоил-КоА, крайният продукт, инхибира първия критичен етап в биосинтеза на мастни киселини. Регулирането на ацетил CoA карбоксилазата в бактериите се различава рязко от това при еукариотите, тъй като в тях мастните киселини са предимно предшественици на фосфолипидите, а не резервно гориво. Тук цитратът няма ефект върху бактериалната ацетил CoA карбоксилаза. Активността на транскарбоксилазния компонент на системата се регулира от гуанинови нуклеотиди, които координират синтеза на мастни киселини с растежа и деленето на бактериите.
Изграждащият елемент за синтеза на мастни киселини в цитозола на клетката е ацетил-КоА, който се образува по два начина: или в резултат на окислително декарбоксилиране на пируват. (виж фиг. 11, етап III), или в резултат на b-окисление на мастни киселини (виж фиг. 8).
Фигура 11 - Схема на превръщането на въглехидратите в липиди
Припомнете си, че превръщането на пирувата, образуван по време на гликолизата, в ацетил-КоА и образуването му по време на β-окислението на мастните киселини се случва в митохондриите. Синтезът на мастни киселини се извършва в цитоплазмата. Вътрешната митохондриална мембрана е непроницаема за ацетил-КоА. Навлизането му в цитоплазмата се осъществява чрез улеснена дифузия под формата на цитрат или ацетилкарнитин, които се превръщат в цитоплазмата в ацетил-КоА, оксалоацетат или карнитин. Основният път на трансфер на ацетил-коА от митохондриите към цитозола обаче е цитратът (виж Фиг. 12).
Първоначално интрамитохондриалният ацетил-КоА реагира с оксалоацетат, за да образува цитрат. Реакцията се катализира от ензима цитрат синтаза. Полученият цитрат се транспортира през митохондриалната мембрана в цитозола с помощта на специална трикарбоксилатна транспортна система.
В цитозола цитратът реагира с HS-CoA и ATP, отново се разлага на ацетил-CoA и оксалоацетат. Тази реакция се катализира от АТФ цитрат лиаза. Още в цитозола, оксалоацетатът, с участието на цитозолната дикарбоксилат-транспортираща система, се връща в митохондриалния матрикс, където се окислява до оксалоацетат, като по този начин завършва така наречения цикъл на совалка:
Фигура 12 - Схема на трансфер на ацетил-КоА от митохондриите към цитозола
Биосинтезата на наситени мастни киселини протича в посока, противоположна на тяхното b-окисление, натрупването на въглеводородни вериги на мастни киселини се извършва поради последователното добавяне на двувъглероден фрагмент (C 2) - ацетил-CoA към техните краища (виж фиг. 11, етап IV.).
Първата реакция на биосинтеза на мастни киселини е карбоксилирането на ацетил-КоА, което изисква йони на CO 2, ATP и Mn. Тази реакция се катализира от ензима ацетил-КоА - карбоксилаза. Ензимът съдържа биотин (витамин Н) като протетична група. Реакцията протича на два етапа: 1 - карбоксилиране на биотин с участието на АТФ и II - прехвърляне на карбоксилната група към ацетил-CoA, в резултат на което се образува малонил-CoA:
Malonyl-CoA е първият специфичен продукт от биосинтеза на мастни киселини. В присъствието на подходяща ензимна система, малонил-КоА бързо се превръща в мастни киселини.
Трябва да се отбележи, че скоростта на биосинтеза на мастни киселини се определя от съдържанието на захар в клетката. Увеличаването на концентрацията на глюкоза в мастната тъкан на хората и животните и увеличаването на скоростта на гликолиза стимулира синтеза на мастни киселини. Това показва, че метаболизмът на мазнините и въглехидратите са тясно свързани помежду си. Важна роля тук играе реакцията на карбоксилиране на ацетил-КоА с трансформацията му в малонил-КоА, катализирана от ацетил-КоА карбоксилаза. Активността на последните зависи от два фактора: наличието на високомолекулни мастни киселини и цитрат в цитоплазмата.
Натрупването на мастни киселини има инхибиращ ефект върху биосинтеза им, т.е. инхибира активността на карбоксилаза.
Специална роля играе цитратът, който е активатор на ацетил-КоА карбоксилазата. В същото време цитратът играе ролята на свързващо звено на въглехидратния и мастния метаболизъм. В цитоплазмата цитратът има двоен ефект при стимулиране на синтеза на мастни киселини: първо, като активатор на ацетил-КоА карбоксилазата и, второ, като източник на ацетилни групи.
Много важна характеристика на синтеза на мастни киселини е, че всички междинни синтезни продукти са ковалентно свързани с ацил-трансферен протеин (HS-ACP).
HS-ACP е протеин с ниско молекулно тегло, който е термично стабилен, съдържа активна HS-група и съдържа пантотенова киселина (витамин B 3) в своята протетична група. Функцията на HS-ACP е подобна на тази на ензима А (HS-CoA) при b-окислението на мастните киселини.
В процеса на изграждане на верига от мастни киселини, междинните продукти образуват естерни връзки с ABP (виж Фиг. 14):
Цикълът на удължаване на веригата на мастни киселини включва четири реакции: 1) кондензация на ацетил-АСР (С 2) с малонил-АСР (С 3); 2) възстановяване; 3) дехидратация и 4) второ намаляване на мастните киселини. На фиг. 13 показва схема за синтеза на мастни киселини. Един цикъл на удължаване на веригата на мастни киселини включва четири последователни реакции.
Фигура 13 - Схема на синтеза на мастни киселини
В първата реакция (1) - реакция на кондензация - ацетил и малонил групи взаимодействат помежду си, за да образуват ацетоацетил-ABP с едновременно освобождаване на CO 2 (C 1). Тази реакция се катализира от кондензиращия ензим b-ketoacyl-ABP синтетаза. CO 2, отцепен от малонил-ACP, е същият CO 2, който участва в реакцията на карбоксилиране на ацетил-ACP. Така в резултат на реакцията на кондензация се образува четиривъглеродно съединение (C 4) от два- (C 2) и три въглеродни (C 3) компоненти.
Във втората реакция (2), реакция на редукция, катализирана от b-кетоацил-АСР редуктаза, ацетоацетил-АСР се превръща в b-хидроксибутирил-АСР. Редуциращият агент е NADPH + H +.
При третата реакция (3) на цикъл-дехидратация - водна молекула се отделя от b-хидроксибутирил-АСР с образуването на кротонил-АСР. Реакцията се катализира от b-хидроксиацил-АСР-дехидратаза.
Четвъртата (последната) реакция (4) от цикъла е редукция на кротонил-АСР до бутирил-АСР. Реакцията протича под действието на еноил-АСР редуктаза. Ролята на редуциращ агент тук играе втората молекула NADPH + H +.
След това цикълът на реакциите се повтаря. Да приемем, че се синтезира палмитинова киселина (C 16). В този случай образуването на бутирил-АСР завършва само в първия от 7 цикъла, във всеки от които началото е добавянето на молекулата на молонил-АСР (С 3) - реакция (5) към карбоксилния край на растяща верига на мастни киселини. Това разцепва карбоксилната група под формата на CO 2 (C 1). Този процес може да бъде представен по следния начин:
С 3 + С 2 ® С 4 + С 1 - 1 цикъл
С 4 + С 3 ® С 6 + С 1 - 2 цикъл
С 6 + С 3 ® С 8 + С 1-3 цикъл
С 8 + С 3 ® С 10 + С 1 - 4 цикъл
С 10 + С 3 ® С 12 + С 1 - 5 цикъл
С 12 + С 3 ® С 14 + С 1 - 6 цикъл
С 14 + С 3 ® С 16 + С 1 - 7 цикъл
Могат да се синтезират не само по-високи наситени мастни киселини, но и ненаситени. Мононенаситените мастни киселини се образуват от наситени в резултат на окисление (десатурация), катализирано от ацил-КоА оксигеназа. За разлика от растителните тъкани, животинските имат много ограничена способност да превръщат наситените мастни киселини в ненаситени. Установено е, че двете най-разпространени мононенаситени мастни киселини – палмитоолеинова и олеинова – се синтезират от палмитинова и стеаринова киселини. В тялото на бозайници, включително хора, линолова (C 18: 2) и линоленова (C 18: 3) киселини не могат да се образуват, например от стеаринова киселина (C 18: 0). Тези киселини са класифицирани като есенциални мастни киселини. Есенциалните мастни киселини също включват арахинова киселина (C 20: 4).
Наред с десатурацията на мастните киселини (образуване на двойни връзки) настъпва и тяхното удължаване (удължаване). Освен това и двата процеса могат да се комбинират и повтарят. Удължаването на веригата на мастните киселини става чрез последователно добавяне на бивъглеродни фрагменти към съответния ацил-КоА с участието на малонил-КоА и NADPH + H +.
Фигура 14 показва пътищата за превръщане на палмитинова киселина в реакции на десатурация и удължаване.
Фигура 14 - Схема на преобразуване на наситени мастни киселини
в ненаситени
Синтезът на всяка мастна киселина завършва чрез отцепването на HS-ACP от ацил-ACP под въздействието на ензима деацилаза. Например:
Получената ацил-КоА е активната форма на мастната киселина.
Тъй като способността на животните и хората да съхраняват полизахариди е доста ограничена, глюкозата, получена в количества, които надвишават непосредствените енергийни нужди и „капацитета за съхранение“ на тялото, може да бъде „строителен материал“ за синтеза на мастни киселини и глицерол. От своя страна мастните киселини с участието на глицерол се превръщат в триглицериди, които се отлагат в мастните тъкани.
Биосинтезата на холестерол и други стероли също е важен процес. Въпреки че в количествено отношение пътят на синтеза на холестерола не е толкова важен, той е от голямо значение поради факта, че от холестерола в организма се образуват множество биологично активни стероиди.
Синтез на висши мастни киселини в организма
Понастоящем механизмът на биосинтеза на мастни киселини в организма на животните и хората, както и ензимните системи, които катализират този процес, са достатъчно проучени. Синтезът на мастни киселини в тъканите се извършва в цитоплазмата на клетката. В митохондриите, от друга страна, се случва удължаването на съществуващите вериги от мастни киселини 1.
1 Експерименти in vitro показват, че изолираните митохондрии имат незначителна способност да включват белязана оцетна киселина в дълговерижни мастни киселини.Например, беше установено, че палмитинова киселина се синтезира в цитоплазмата на чернодробните клетки и в митохондриите на чернодробните клетки на базата на клетки на палмитинова киселина, които вече са синтезирани в цитоплазмата или на базата на мастни киселини с екзогенен произход, т.е. тези, получени от червата, мастни киселини, съдържащи 18, 20 и 22 въглеродни атома. В този случай реакциите на синтеза на мастни киселини в митохондриите са по същество обратни реакции на окисляване на мастни киселини.
Екстрамитохондриалният синтез (основен, основен) на мастни киселини по своя механизъм се различава рязко от процеса на тяхното окисление. Изграждащият елемент за синтеза на мастни киселини в цитоплазмата на клетката е ацетил-КоА, който се получава главно от митохондриалния ацетил-КоА. Установено е също, че наличието на въглероден диоксид или бикарбонатен йон в цитоплазмата е важно за синтеза на мастни киселини. Освен това е установено, че цитратът стимулира синтеза на мастни киселини в цитоплазмата на клетката. Известно е, че ацетил-КоА, образуван в митохондриите по време на окислително декарбоксилиране, не може да дифундира в цитоплазмата на клетката, тъй като митохондриалната мембрана е непроницаема за този субстрат. Показано е, че митохондриалният ацетил-КоА взаимодейства с оксалоацетат, което води до образуването на цитрат, който свободно прониква в цитоплазмата на клетката, където се разгражда до ацетил-КоА и оксалоацетат:
Следователно в този случай цитратът действа като носител на ацетиловия радикал.
Има и друг начин за трансфер на интрамитохондриален ацетил-КоА в цитоплазмата на клетката. Това е пътят на карнитина. По-горе беше споменато, че карнитинът играе ролята на носител на ацилни групи от цитоплазмата към митохондриите по време на окисляването на мастните киселини. Очевидно той може да изпълнява тази роля в обратния процес, т.е. при прехвърлянето на ацилни радикали, включително ацетиловия радикал, от митохондриите в цитоплазмата на клетката. Но когато става дума за синтеза на мастни киселини, този път за пренос на ацетил-КоА не е основният.
Най-важната стъпка в разбирането на процеса на синтеза на мастни киселини е откриването на ензима ацетил-КоА карбоксилаза. Този сложен биотин-съдържащ ензим катализира АТФ-зависимия синтез на малонил-КоА (HOOC-CH2-CO-S-CoA) от ацетил-КоА и CO2.
Тази реакция протича на два етапа:
Установено е, че цитратът действа като активатор на реакцията на ацетил-КоА-карбоксилаза.
Malonyl-CoA е първият специфичен продукт от биосинтеза на мастни киселини. В присъствието на подходяща ензимна система малонил-КоА (който от своя страна се образува от ацетил-КоА) бързо се превръща в мастни киселини.
Ензимната система, която синтезира висши мастни киселини, се състои от няколко ензима, които са свързани по определен начин.
Понастоящем процесът на синтез на мастни киселини е проучен подробно в E. coli и някои други микроорганизми. Мулти-ензимен комплекс, наречен синтетаза на мастни киселини, в E. coli, се състои от седем ензима, свързани с така наречения ацил-трансферен протеин (ACP). Този протеин е относително термостабилен, има свободен HS-rpynny и участва в синтеза на висши мастни киселини на почти всички негови етапи. Относителното молекулно тегло на APB е около 10 000 далтона.
По-долу е дадена последователността от реакции, които протичат по време на синтеза на мастни киселини:
След това цикълът на реакциите се повтаря. Да предположим, че се синтезира палмитинова киселина (C 16); в този случай образуването на бутирил-АСР завършва само в първия от седемте цикъла, във всеки от които началото е прикрепването на малонил-АСР молекулата към карбоксилния край на растящата верига на мастни киселини. Това отцепва HS-ACP молекулата и дисталната карбоксилна група на малонил-ACP под формата на CO 2. Например, бутирил-APB, образуван в първия цикъл, взаимодейства с малонил-APB:
Синтезът на мастни киселини завършва с отцепването на HS-ACP от ацил-ACP под въздействието на ензима деацилаза, например:
Общото уравнение за синтеза на палмитинова киселина може да бъде записано, както следва:
Или, като се има предвид, че образуването на една молекула малонил-КоА от ацетил-КоА изисква една молекула АТФ и една молекула CO 2, общото уравнение може да бъде представено, както следва:
Основните етапи на биосинтеза на мастни киселини могат да бъдат представени под формата на диаграма.
В сравнение с β-окислението, биосинтезата на мастни киселини има редица характерни особености:
- синтезът на мастни киселини се извършва главно в цитоплазмата на клетката, а окисляването се извършва в митохондриите;
- участие в биосинтеза на мастни киселини малонил-КоА, който се образува чрез свързване на CO 2 (в присъствието на биотин ензим и АТФ) с ацетил-КоА;
- на всички етапи от синтеза на мастни киселини участва ацил трансферен протеин (HS-APB);
- необходимостта от синтеза на мастни киселини на коензима NADPH 2. Последният в тялото се образува отчасти (с 50%) в реакциите на пентозния цикъл (хексозно-монофосфатен "шънт"), отчасти в резултат на редукция на NADP с малат (ябълчена киселина + NADP-пировиноградна киселина + CO 2 + NADPH 2);
- възстановяването на двойната връзка в реакцията на еноил-АСР-редуктаза става с участието на NADPH 2 и ензим, чиято простетична група е флавин мононуклеотид (FMN);
- в процеса на синтеза на мастните киселини се образуват хидрокси производни, свързани по своята конфигурация с D-серията мастни киселини, а при окисляването на мастните киселини - хидрокси производни от L-серията.
Образуване на ненаситени мастни киселини
В тъканите на бозайници присъстват ненаситени мастни киселини, които могат да бъдат приписани на четири семейства, различаващи се по дължината на алифатната верига между крайната метилова група и най-близката двойна връзка:
Установено е, че двете най-разпространени мононенаситени мастни киселини - палмитоолеинова и олеинова - се синтезират от палмитинова и стеаринова киселини. Двойната връзка в молекулата на тези киселини се въвежда в микрозомите на чернодробните клетки и мастната тъкан с участието на специфична оксигеназа и молекулен кислород. В тази реакция една кислородна молекула се използва като акцептор на две двойки електрони, едната двойка от които принадлежи на субстрата (Acyl-CoA), а другата на NADPH 2:
В същото време тъканите на хората и редица животни не са в състояние да синтезират линолова и линоленова киселини, а трябва да ги получават с храната (синтезът на тези киселини се осъществява от растенията). В тази връзка линоловата и линоленовата киселини, съдържащи съответно две и три двойни връзки, се наричат есенциални мастни киселини.
Всички други полиненаситени киселини, открити в бозайниците, се образуват от четири предшественика (палмитоолеиноид, олеинова, линолова и линоленов киолот) чрез допълнително удължаване на веригата и/или въвеждане на нови двойни връзки. Този процес протича с участието на митохондриални и микрозомални ензими. Например, синтезът на арахидонова киселина се извършва по следната схема:
Биологичната роля на полиненаситените мастни киселини до голяма степен е изяснена във връзка с откриването на нов клас физиологично активни съединения – простагландините.
Биосинтеза на триглицериди
Има основание да се смята, че скоростта на биосинтеза на мастните киселини до голяма степен се определя от скоростта на образуване на триглицериди и фосфолипиди, тъй като свободните мастни киселини присъстват в тъканите и кръвната плазма в малки количества и обикновено не се натрупват.
Синтезът на триглицериди се осъществява от глицерол и мастни киселини (главно стеаринова, палмитинова и олеинова). Пътят на биосинтеза на триглицеридите в тъканите протича чрез образуването на глицерол-3-фосфат като междинно съединение. В бъбреците, както и в чревната стена, където активността на ензима глицерол киназа е висока, глицеролът се фосфорилира от АТФ, за да образува глицерол-3-фосфат:
В мастната тъкан и мускулите, поради много ниската активност на глицерол киназата, образуването на глицерол-3-фосфат се свързва главно с гликолиза или гликогенолиза 1. 1 В случаите, когато съдържанието на глюкоза в мастната тъкан е ниско (например по време на гладуване), се образува само малко количество глицерол-3-фосфат и свободните мастни киселини, освободени по време на липолизата, не могат да се използват за ресинтеза на триглицериди, следователно мастните киселини напускат мастната тъкан... Напротив, активирането на гликолизата в мастната тъкан насърчава натрупването на триглицериди в нея, както и на мастните киселини, включени в състава им.Известно е, че в процеса на гликолитично разлагане на глюкозата се образува диоксиацетон фосфат. Последният, в присъствието на цитоплазмена NAD-зависима глицерол фосфат дехидрогеназа, е способен да се превръща в глицерол-3-фосфат:
В черния дроб се наблюдават и двата пътя за образуване на глицерол-3-фосфат.
Образуваният по един или друг начин глицерол-3-фосфат се ацилира от две молекули на CoA-производното на мастна киселина (т.е. "активни" форми на мастна киселина) 2. 2 При някои микроорганизми, например в E. coli, донорът на ацилната група не е CoA-прокси, а ACP-производни на мастни киселини.В резултат на това се образува фосфатидна киселина:
Имайте предвид, че въпреки че фосфатидната киселина присъства в клетките в изключително малки количества, тя е много важен междинен продукт, общ за биосинтеза на триглицериди и глицерофосфолипиди (виж диаграмата).
Ако се синтезират триглицериди, тогава фосфатидната киселина се дефосфорилира с помощта на специфична фосфатаза (фосфатидат фосфатаза) и се образува 1,2-диглицерид:
Биосинтезата на триглицеридите завършва с естерификацията на получения 1,2-диглицерид с трета молекула ацил-КоА:
Биосинтеза на глицерофосфолипиди
Синтезът на най-важните глицерофосфолипиди е локализиран главно в ендоплазмения ретикулум на клетката. Първо, фосфатидната киселина, в резултат на обратима реакция с цитидин трифосфат (CTP), се превръща в цитидин дифосфат диглицерид (CDP-диглицерид):
След това, при последващи реакции, всяка от които се катализира от съответен ензим, цитидин монофосфатът се измества от CDP-диглицеридната молекула от едно от двете съединения - серин или инозитол, образувайки фосфатидилсерин или фосфатидилинозитол, или 3-фосфатидил-1-фосфатирол фосфат. Като пример даваме образуването на фосфатидилсерин:
От своя страна фосфатидилсеринът може да бъде декарбоксилиран, за да образува фосфатидилетаноламин:
Фосфатидил етаноламинът е предшественик на фосфатидилхолина. В резултат на последователното прехвърляне на три метилови групи от три молекули S-аденозилметионин (донор на метилови групи) към аминогрупата на етаноламиновия остатък се образува фосфатидилхолин:
Има и друг начин за синтеза на фосфатидилетаноламин и фосфатидилхолин в животински клетки. Този път също използва CTP като носител, но не фосфатидна киселина, а фосфорилхолин или фосфорилетаноламин (схема).
Биосинтеза на холестерола
Още през 60-те години на този век Bloch et al. в експерименти с използване на ацетат, белязан с 14 С при метиловата и карбоксилната група, той показа, че и двата въглеродни атома на оцетната киселина са включени в чернодробния холестерол в приблизително равни количества. Освен това е доказано, че всички въглеродни атоми на холестерола са получени от ацетат.
По-късно, благодарение на трудовете на Линен, Редни, Поляк, Корнфорт, А. Н. Климов и други изследователи, бяха изяснени основните подробности за ензимния синтез на холестерол, наброяващ повече от 35 ензимни реакции. При синтеза на холестерол могат да се разграничат три основни етапа: първият е превръщането на активния ацетат в мевалонова киселина, вторият е образуването на сквален от мевалонова киселина, а третият е циклизирането на сквалена в холестерол.
Първо, помислете за стъпката на превръщане на активния ацетат в мевалонова киселина. Първоначалният етап в синтеза на мевалонова киселина от ацетил-КоА е образуването на ацетоацетил-КоА чрез обратима тиолазна реакция:
След това последващата кондензация на ацетоацетил-CoA с третата молекула на ацетил-CoA с участието на хидроксиметилглутарил-CoA синтаза (HMG-CoA синтаза) води до образуването на β-хидрокси-β-метилглутарил-CoA:
Имайте предвид, че вече разгледахме тези първи етапи от синтеза на мевалонова киселина, когато говорихме за образуването на кетонни тела. Освен това, β-хидрокси-β-метилглутарил-CoA под влиянието на NADP-зависима хидроксиметилглутарил-CoA редуктаза (HMG-CoA редуктаза) в резултат на редукцията на една от карбоксилните групи и елиминирането на HS-KoA се превръща в мевалонова киселина:
Реакцията на HMG-CoA редуктазата е първата практически необратима реакция във веригата на биосинтеза на холестерола и протича със значителна загуба на свободна енергия (около 33,6 kJ). Установено е, че тази реакция ограничава скоростта на биосинтеза на холестерола.
Наред с класическия път на биосинтеза на мевалонова киселина, има и втори път, при който β-хидрокси-β-метилглутарил-КоА не се образува като междинен субстрат, а β-хидрокси-β-метилглутарнл-S-ACP. Реакциите на този път очевидно са идентични с началните етапи на биосинтеза на мастни киселини до образуването на ацетоацетил-S-ACP. Ацетил-КоА-карбоксилазата, ензим, който превръща ацетил-КоА в малонил-КоА, участва в образуването на мевалонова киселина по този път. Оптималното съотношение на малонил-КоА и ацетил-КоА за синтеза на мевалонова киселина: две молекули ацетил-КоА на една молекула малонил-КоА.
Доказано е участието на малонил-КоА, основният субстрат на биосинтеза на мастни киселини, в образуването на мевалонова киселина и различни полиизопреноиди за редица биологични системи: черен дроб на гълъби и плъхове, заешка млечна жлеза и екстракти от безклетъчни дрожди. Този път на биосинтеза на мевалонова киселина се наблюдава главно в цитоплазмата на чернодробните клетки. В този случай хидроксиметилглутарил-КоА редуктазата, която се намира в разтворимата фракция на черния дроб на плъх и не е идентична с микрозомалния ензим по отношение на редица кинетични и регулаторни свойства, играе значителна роля в образуването на мевалонат. Известно е, че микрозомалната хидроксиметилглутарил-КоА редуктаза е основната връзка в регулацията на пътя на биосинтеза на мевалонова киселина от ацетил-КоА с участието на ацетоацетил-КоА-тиолаза и HMG-CoA синтаза. Регулирането на втория път на биосинтеза на мевалонова киселина при редица влияния (гладуване, хранене с холестерол, приложение на повърхностно активно вещество - тритон WR-1339) се различава от регулирането на първия път, в който участва микрозомална редуктаза. Тези данни показват наличието на две автономни системи за биосинтеза на мевалонова киселина. Физиологичната роля на втория път не е напълно проучена. Смята се, че е от определено значение не само за синтеза на нестероидни вещества, като страничната верига на убихинон и уникалната база N 6 (Δ 2 -изопентил)-аденозин на някои тРНК, но и за биосинтеза на стероиди (AN Klimov, E D. Polyakova).
Във втория етап на холестеролната локализация мевалоновата киселина се превръща в сквален. Реакциите на втория етап започват с фосфорилиране на мевалонова киселина с АТФ. В резултат на това се образува 5"-пирофосфорен естер и след това 5"-пирофосфорен естер на мевалонова киселина:
5"-пирофосфомевалонова киселина, в резултат на последващо фосфорилиране на третичната хидроксилна група, образува нестабилен междинен продукт - 3"-фосфо-5"-пирофосфомевалонова киселина, която, декарбоксилирайки и губейки фосфорна киселина, се превръща в пирофопентензил Последният се изомеризира до диметилалилпирофосфат.
След това тези два изомерни изопентенил пирофосфата (диметилалил пирофосфат и изопентенил пирофосфат) кондензират, за да освободят пирофосфат и образуват геранил пирофосфат. Изопентенил пирофосфат се присъединява отново към геранил пирофосфат, което води до фарнезил пирофосфат.
Синтез на палмитинова киселина (С16) от ацетил-КоА.
1) Той тече в цитоплазмата на чернодробните клетки и мастната тъкан.
2) Стойност: за синтеза на мазнини и фосфолипиди.
3) Протича след хранене (по време на периода на усвояване).
4) Образува се от ацетил-КоА, получен от глюкоза (гликолиза → OPVA → Ацетил-КоА).
5) В процеса се повтарят последователно 4 реакции:
кондензация → възстановяване → дехидратация → възстановяване.
В края на всеки LCD цикъл удължава с 2 въглеродни атома.
Донор 2C - malonil-CoA.
6) NADPH + H + участва в две редукционни реакции (50% идва от PPP, 50% от ензима MALIK).
7) Само първата реакция протича директно в цитоплазмата (регулаторна).
Останалите 4 са циклични - на специален палмитат синтазен комплекс (синтез само на палмитинова киселина)
8) В цитоплазмата функционира регулаторен ензим - Ацетил-КоА-карбоксилаза (АТФ, вит. Н, биотин, IV клас).
Структурата на палмитат синтазния комплекс
Палмитат синтазата е ензим, състоящ се от 2 субединици.
Всеки се състои от един PPC със 7 активни центъра.
Всеки активен център катализира своя собствена реакция.
Всеки PPC съдържа ацил-трансферен протеин (ACP), върху който се осъществява синтеза (съдържа фосфопантетонат).
Всяка субединица има HS група. В единия HS-групата принадлежи към цистеина, а в другия към фосфопантотеновата киселина.
Механизъм
1) Ацетил-Коа, получен от въглехидрати, не може да влезе в цитоплазмата, където се осъществява синтеза на FA. Излиза чрез първата реакция на TCA - образуването на цитрат.
2) В цитоплазмата цитратът се разпада на ацетил-коа и оксалоацетат.
3) Оксалоацетат → малат (CTA реакция в обратна посока).
4) Малат → пируват, който се използва в ODPVK.
5) Ацетил-КоА → синтез на FA.
6) Ацетил-КоА под действието на ацетил-КоА-карбоксилазата се превръща в малонил-КоА.
Активиране на ензима ацетил-КоА карбоксилаза:
а) чрез засилване на синтеза на субединици под действието на инсулин - три тетрамера се синтезират отделно
б) под действието на цитрата три тетрамера се комбинират и ензимът се активира
в) по време на гладуване глюкагонът инхибира ензима (чрез фосфорилиране), синтезът на мазнини не се осъществява
7) един ацетил CoA от цитоплазмата се прехвърля в HS-групата (от цистеин) на палмитат синтазата; един малонил-CoA на HS-група на втората субединица. По-нататък се появяват палмитат синтаза:
8) тяхната кондензация (ацетил CoA и малонил-CoA)
9) възстановяване (донор - NADPH + H + от PPP)
10) дехидратация
11) възстановяване (донор - NADPH + H + от MALIK-ензим).
В резултат на това ацилният радикал се увеличава с 2 въглеродни атома.
 |
Мобилизиране на мазнините
При гладуване или продължителна физическа активност се отделя глюкагон или адреналин. Те активират TAG липазата в мастната тъкан, която се намира в адипоцитите и се нарича тъканна липаза(чувствителни към хормони). Той разгражда мазнините в мастната тъкан до глицерол и мастни киселини. Глицеролът отива в черния дроб за глюконеогенеза. FAs влизат в кръвния поток, свързват се с албумин и влизат в органи и тъкани, използват се като източник на енергия (от всички органи, освен мозъкакойто използва глюкоза и кетонни тела по време на гладуване или продължително физическо натоварване).
За сърдечния мускул мастните киселини са основният източник на енергия.
β-окисление
β-окисление- процесът на разделяне на мастните киселини с цел извличане на енергия.
1) Специфичен път на катаболизъм на FA до ацетил-КоА.
2) Тече в митохондриите.
3) Включва 4 повтарящи се реакции (т.е. условно циклични):
окисление → хидратация → окисление → разцепване.
4) В края на всеки цикъл FA се съкращава с 2 въглеродни атома под формата на ацетил-КоА (влизайки в CTC).
5) 1 и 3 реакции - реакции на окисление, свързани с CPE.
6) Вит. B 2 - коензим FAD, вит. PP - NAD, пантотенова киселина - HS-KoA.
Механизъм на пренос на FA от цитоплазмата към митохондриите.
1. FAs трябва да се активират преди да влязат в митохондриите.
Само активиран FA = ацил-КоА може да се транспортира през липидната двойна мембрана.
Носителят е L-карнитин.
Регулаторният ензим на β-окислението е карнитин ацилтрансфераза-I (KAT-I).
2. CAT-I пренася мастните киселини в междумембранното пространство.
3. Под действието на CAT-I, ацил-КоА се прехвърля към L-карнитин транспортера.
Образува се ацилкарнитин.
4. С помощта на транслоказа, вградена във вътрешната мембрана, ацилкарнитинът се транспортира в митохондриите.
5. В матрицата, под действието на CAT-II, FA се отцепва от карнитина и влиза в β-окисление.
Карнитинът се връща обратно в междумембранното пространство.
В-окислителни реакции
1. Окисление: FA се окислява с участието на FAD (ензим ацил-CoA-DH) → еноил.
FAD влиза в CPE (p / o = 2)
2. Хидратация: еноил → β-хидроксиацил-КоА (ензим еноил хидратаза)
3. Окисление: β-хидроксиацил-CoA → β-кетоацил-CoA (с участието на NAD, който влиза в CPE и има p/o = 3).
4. Разцепване: β-кетоацил-КоА → ацетил-КоА (ензим тиолаза, с участието на HS-KoA).
Ацетил-КоА → CTA → 12 ATP.
Acyl-CoA (C-2) → следващ β-окислителен цикъл.
Изчисляване на енергия при β-окисление
Например меристинова киселина (14C).
Изчисляваме колко ацетил-КоА разлага мастната киселина
½ n = 7 → TCA (12ATP) → 84 ATP.
Преброяваме колко цикъла се разлагат
(1/2 n) -1 = 6,5 (2 ATP в 1 реакция и 3 ATP в 3 реакции) = 30 ATP
· Извадете 1 АТФ, изразходван за активиране на мастните киселини в цитоплазмата.
Общо - 113 ATP.
Синтез на кетонни тела
Почти целият ацетил-КоА влиза в CTK. Малка част се използва за синтеза на кетонни тела = ацетонови тела.
Кетонни тела- ацетоацетат, β-хидроксибутират, ацетон (за патология).
Нормалната концентрация е 0,03-0,05 mmol / l.
Синтезират се само в черния дробот ацетил-КоА, получен чрез β-окисление.
Използва се като източник на енергия от всички органи с изключение на черния дроб (без ензим).
При продължително гладуване или захарен диабет концентрацията на кетонни тела може да се увеличи десетократно, т.к при тези условия течните кристали са основният източник на енергия. При тези условия протича интензивно β-окисление и целият ацетил-КоА няма време да се използва в CTC, тъй като:
Липса на оксалоацетат (използва се в глюконеогенезата)
· В резултат на β-окислението се образува много NADH + H + (в 3 реакции), което инхибира изоцитрат-DH.
Следователно, ацетил-КоА се използва за синтеза на кетонни тела.
Защото кетонните тела са киселини, те причиняват промяна в киселинно-алкалния баланс. Появява се ацидоза (поради кетонемия).
Те нямат време да бъдат изхвърлени и се появяват в урината като патологичен компонент → кетурия... Освен това има миризма на ацетон от устата. Това състояние се нарича кетоза.
Метаболизъм на холестерола
холестерол(Xc) е моноватентен алкохол на базата на циклопентановия перхидрофенантренов пръстен.
27 въглеродни атома.
Нормалната концентрация на холестерола е 3,6-6,4 mmol / l, не се допуска по-висока от 5.
За изграждане на мембрани (фосфолипиди: Xc = 1: 1)
Синтез на камъни в жлъчката
Синтез на стероидни хормони (кортизол, прогестерон, алдостерон, калцитриол, естроген)
· В кожата под въздействието на UV се използва за синтеза на витамин D3 – холекалциферол.
Тялото съдържа около 140 g холестерол (главно в черния дроб и мозъка).
Дневната нужда е 0,5-1 g.
Съдържа се самов животински продукти (яйца, масло, сирене, черен дроб).
Xc не се използва като източник на енергия, т.к неговият пръстен не се разцепва до CO 2 и H 2 O и АТФ не се освобождава (няма ензим).
Излишъкът Chs не се екскретира, не се отлага, отлага се в стената на големите кръвоносни съдове под формата на плаки.
Тялото синтезира 0,5-1 g Chs. Колкото повече се консумира с храната, толкова по-малко се синтезира в организма (нормално).
Xc в тялото се синтезира в черния дроб (80%), червата (10%), кожата (5%), надбъбречните жлези, половите жлези.
Дори вегетарианците могат да имат високи нива на холестерол. за синтеза му са необходими само въглехидрати.
Биосинтеза на холестерола
Протича на 3 етапа:
1) в цитоплазмата - преди образуването на мевалонова киселина (подобно на синтеза на кетонни тела)
2) в EPR - към сквален
3) в EPR - до холестерол
Около 100 реакции.
Регулаторният ензим е β-хидроксиметилглутарил-КоА редуктаза (HMG редуктаза). Понижаващите холестерола статини инхибират този ензим.)
Регулиране на HMG редуктазата:
а) Инхибира се от принципа на отрицателната обратна връзка от излишния хранителен холестерол
б) Ензимният синтез (естроген) може да се увеличи или намали (холестерол и камъни в жлъчката)
в) Ензимът се активира от инсулин чрез дефосфорилиране
г) Ако има много ензим, тогава излишъкът може да бъде разцепен чрез протеолиза
Холестеролът се синтезира от ацетил-КоА, получени от въглехидрати(гликолиза → ODPVK).
Полученият холестерол в черния дроб е опакован заедно с мазнини в VLDL неразтворен. VLDL има апопротеин B100, навлиза в кръвния поток и след свързването на апопротеини C-II и E се превръща в зрял VLDL, който влиза в LP-липазата. LDL липазата премахва мазнините от VLDL (50%), оставяйки LDL, който се състои от 50-70% холестеролни естери.
Доставя холестерол до всички органи и тъкани
· В клетките има рецептори във В100, чрез които те разпознават LDL и го усвояват. Клетките регулират доставката на холестерол чрез увеличаване или намаляване на броя на В100 рецепторите.
При захарен диабет може да настъпи гликозилиране на В100 (свързване с глюкоза). Следователно, клетките не разпознават LDL и възниква хиперхолестеролемия.
LDL може да проникне в кръвоносните съдове (атерогенни частици).
Повече от 50% от LDL се връща в черния дроб, където холестеролът се използва за синтезиране на камъни в жлъчката и инхибиране на собствения синтез на холестерол.
Има защитен механизъм срещу хиперхолестеролемия:
Регулиране на синтеза на собствен холестерол според принципа на отрицателната обратна връзка
Клетките регулират потока на холестерола чрез увеличаване или намаляване на броя на В100 рецепторите
Функциониране на HDL
HDL се синтезира в черния дроб. Той е с форма на диск и съдържа малко холестерол.
HDL функции:
Премахва излишния холестерол от клетките и други липопротеини
Доставя C-II и E на други липопротеини
Механизъм на функциониране на HDL:
HDL има апопротеин А1 и LCAT (ензимът лецитин холестерол ацилтрансфераза).
HDL се освобождава в кръвния поток и LDL се доближава до него.
Според A1 LDL се признава, че те имат много холестерол и активират LHAT.
LCAT разцепва FAs от HDL фосфолипиди и ги прехвърля в холестерола. Образуват се естери на холестерола.
Холестеролните естери са хидрофобни, така че преминават в липопротеините.
ТЕМА 8
НАЧИН НА ВЕЩЕСТВА: ОБМЕН НА ПРОТЕИН
катерици - Това са съединения с високо молекулно тегло, състоящи се от α-аминокиселинни остатъци, които са свързани помежду си чрез пептидни връзки.
Пептидните връзки са разположени между α-карбоксилната група на една аминокиселина и аминогрупата на друга, следваща я, α-аминокиселина.
Функции на протеини (аминокиселини):
1) пластмаса (основна функция) - протеини на мускули, тъкани, скъпоценни камъни, карнитин, креатин, някои хормони и ензими се синтезират от аминокиселини;
2) енергия
а) при прекомерен прием с храна (> 100 g)
б) при продължително гладуване
особеност:
Аминокиселините, за разлика от мазнините и въглехидратите, не е депозиран .
Количеството свободни аминокиселини в организма е около 35 g.
Източници на протеини за тялото:
Хранителни протеини (основен източник)
Протеини на тъканите
· Синтезирано от въглехидрати.
Азотен баланс
Защото 95% от целия азот в тялото принадлежи на аминокиселини, тогава тяхната обмяна може да се прецени по азотен баланс - съотношението на входящия азот и екскретирания в урината.
ü Положителен - отделя се по-малко, отколкото постъпва (при деца, бременни, по време на възстановителния период след боледуване);
ü Отрицателен – отделя се повече, отколкото постъпва (старост, период на продължително боледуване);
ü Азотен баланс - при здрави хора.
Защото протеини на храната - основният източник на аминокиселини, тогава казват за “ полезността на протеиновото хранене ».
Всички аминокиселини се делят на:
Сменяеми (8) - Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn;
· Частично заменяеми (2) - Arg, Gis (синтезират се бавно);
Условно заменяеми (2) - Cis, Tyr (могат да бъдат синтезирани в състояниепостъпления от незаменими - Met → Cis, Fen → Tyr);
Незаменими (8) - Вал, Иле, Лей, Лиз, Мет, Тре, Сешоар, TPF.
В тази връзка се разпределят протеини:
ü Пълен – съдържа всички незаменими аминокиселини
ü Дефектни - не съдържат Met и TPF.
Смилане на протеини
особености:
1) Протеините се усвояват в стомаха, тънките черва
2) Ензими - пептидази (разцепват пептидни връзки):
а) екзопептидаза - по ръбовете от C-N-краищата
б) ендопептидаза - вътре в протеина
3) Ензимите на стомаха и панкреаса се произвеждат в неактивна форма - ензими(както биха усвоили собствените си тъкани)
4) Ензимите се активират чрез частична протеолиза (разцепване на част от PPC)
5) Някои аминокиселини се подлагат на гниене в дебелото черво
 |
1. Не се усвояват в устната кухина.
2. В стомаха протеините са засегнати от пепсин(ендопептидаза). Той разцепва връзките, образувани от аминогрупите на ароматните аминокиселини (Tyr, Phen, TPF).
Пепсинът се произвежда от основните клетки като неактивен пепсиноген.
Париеталните клетки произвеждат солна киселина.
HCl функции:
ü Създава оптимално pH за пепсина (1,5 - 2,0)
ü Активира пепсиногена
ü Денатурира протеините (улеснява ензимното действие)
ü Бактерицидно действие
Активиране на пепсиноген
Пепсиногенът под действието на НС1 се превръща в активен пепсин чрез бавно разцепване на 42 аминокиселини. Тогава активният пепсин бързо активира пепсиногена ( автокаталитично).
Така в стомаха протеините се разграждат до къси пептиди, които влизат в червата.
3. В червата панкреасните ензими действат върху пептидите.
Активиране на трипсиноген, химотрипсиноген, проеластаза, прокарбоксипептидаза
В червата, под действието на ентеропептидаза, той се активира трипсиноген... След това се активира от него трипсинактивира всички други ензими чрез частична протеолиза (химотрипсиноген → химотрипсин, проеластаза → еластаза, прокарбоксипептидаза → карбоксипептидаза).
трипсинразцепва връзките, образувани от карбоксилните групи Lys или Arg.
химотрипсин- между карбоксилните групи на ароматните аминокиселини.
Еластаза- връзки, образувани от карбоксилни групи Ala или Gly.
карбоксипептидазаразцепва карбоксилните връзки от С-края.
Така в червата се образуват къси ди-, трипептиди.
4. Под действието на чревните ензими те се разграждат до свободни аминокиселини.
ензими - ди-, три-, аминопептидаза... Те не са специфични за вида.
Образуваните свободни аминокиселини се абсорбират от вторичния активен транспорт с Na + (срещу градиента на концентрацията).
5. Някои аминокиселини гният.
Гниене - ензимният процес на разграждане на аминокиселини до нискотоксични продукти с отделяне на газове (NH 3, CH 4, CO 2, меркаптан).
Значение: поддържа жизнената активност на чревната микрофлора (по време на гниене Tyr образува токсични продукти фенол и крезол, TPF - индол и скатол). Токсичните продукти навлизат в черния дроб и стават безвредни.
Катаболизъм на аминокиселини
Основният път е дезаминиране - ензимен процес на разцепване на аминогрупата под формата на амоняк и образуване на безазотна кетокиселина.
Окислително дезаминиране
Неокислителен (Ser, Tre)
Вътрешномолекулно (Неговото)
Хидролитична
Окислително деаминиране (основно)
А) Директен - само за Glu, tk. за всички останали ензимите са неактивни.
Протича на 2 етапа:
1) Ензимни
2) Спонтанен
В резултат на това се образуват амоняк и α-кетоглутарат.
Функции за трансаминиране:
ü Защото реакцията е обратима, служи за синтеза на несъществени аминокиселини;
ü Началният етап на катаболизъм (трансаминирането не е катаболизъм, тъй като количеството на аминокиселините не се променя);
ü За преразпределение на азота в организма;
ü Участва в малат-аспартатния совалков механизъм на пренос на водород при гликолиза (6 реакция).
За определяне на активността на ALT и ASTв клиниката за диагностика на сърдечни и чернодробни заболявания се измерва коефициентът на де Ритис:
При 0,6 - хепатит,
1 - цироза,
10 - инфаркт на миокарда.
Декарбоксилиранеаминокиселини - ензимен процес на отцепване на карбоксилната група под формата на CO 2 от аминокиселини.
В резултат на това се образуват биологично активни вещества - биогенни амини.
Ензимите са декарбоксилази.
Коензим - пиридоксал фосфат ← вит. В 6.
След упражняване на действие биогенните амини се обезвреждат по 2 начина:
1) Метилиране (добавяне на CH 3; донор - SAM);
2) Окисление с разцепване на аминогрупата под формата на NH 3 (ензим МАО - моноамин оксидаза).
Зареждане ...