Синтезът на въглехидрати от мазнини може да бъде представен с обща схема:
Фигура 7 - Обща схема за синтез на въглехидрати от мазнини
Един от основните продукти на разпадането на липидите, глицеролът, лесно се използва при синтеза на въглехидрати чрез образуването на глицералдехид-3-фосфат и навлизането му в глюнеогенезата. Растенията и микроорганизмите се използват също толкова лесно за синтеза на въглехидрати и друг важен продукт от разграждането на липидите – мастните киселини (ацетил-КоА), чрез глиоксилатния цикъл.
Но общата схема не отразява всички биохимични процеси, протичащи в резултат на образуването на въглехидрати от мазнини.
Ето защо ще разгледаме всички етапи на този процес.
Схемата за синтез на въглехидрати и мазнини е представена по-пълно на Фигура 8 и протича на няколко етапа.
Етап 1... Хидролитично разцепване на мазнините под действието на ензима липаза до глицерол и висши мастни киселини (вж. точка 1.2). Продуктите на хидролизата трябва, след като преминат през серия от трансформации, да се превърнат в глюкоза.
Фигура 8 - Схема на биосинтеза на въглехидрати от мазнини
Етап 2... Превръщане на висши мастни киселини в глюкоза. Висшите мастни киселини, които се образуват в резултат на хидролиза на мазнините, се разрушават главно чрез b-окисление (този процес беше обсъден по-рано в раздел 1.2, параграф 1.2.2). Крайният продукт от този процес е ацетил-КоА.
Глиоксилатен цикъл
Растенията, някои бактерии и гъбички могат да използват ацетил-КоА не само в цикъла на Кребс, но и в цикъл, наречен глиоксилат. Този цикъл играе важна роля като връзка в метаболизма на мазнините и въглехидратите.
Особено интензивно глиоксилатният цикъл функционира в специални клетъчни органели - глиоксизоми - по време на покълването на маслодайните семена. Това превръща мазнините във въглехидрати, които са необходими за развитието на семенния зародиш. Този процес продължава, докато разсадът не развие способността си за фотосинтеза. Когато складовата мазнина се изчерпи в края на покълването, глиоксизомите в клетката изчезват.
Глиоксилатният път е специфичен само за растенията и бактериите, той липсва в животинските организми. Способността на глиоксилатния цикъл да функционира се дължи на факта, че растенията и бактериите са в състояние да синтезират ензими като напр. изоцитратна лиазаи малат синтаза,които заедно с някои ензими от цикъла на Кребс участват в глиоксилатния цикъл.
Схемата на ацетил-КоА окисляване по глиоксилатния път е показана на Фигура 9.
Фигура 9 - Схема на глиоксилатния цикъл
Двете първоначални реакции (1 и 2) на цикъла на глиоксилата са идентични с тези на цикъла на трикарбоксилната киселина. В първата реакция (1) ацетил-КоА се кондензира с оксалоацетат под действието на цитрат синтаза до образуване на цитрат. При втората реакция цитратът се изомеризира до изоцитрат с участието на аконитат хидратаза. Следните реакции, специфични за глиоксилатния цикъл, се катализират от специални ензими. При третата реакция изоцитратът се разцепва чрез изоцитратна лиаза на глиоксилова киселина и янтарна киселина:
В четвъртата реакция, катализирана от малат синтаза, глиоксилатът кондензира с ацетил-CoA (втората молекула ацетил-CoA, влизаща в глиоксилатния цикъл), за да образува ябълчна киселина (малат):
След това, в петата реакция, малатът се окислява до оксалоацетат. Тази реакция е идентична с крайната реакция на цикъла на трикарбоксилната киселина; това е и крайната реакция на глиоксилатния цикъл, тъй като образуваният оксалоацетат отново кондензира с нова молекула ацетил-КоА, като по този начин започва нов цикъл на оборот.
Янтарната киселина, образувана в третата реакция на глиоксилатния цикъл, не се използва от този цикъл, а претърпява допълнителни трансформации.
Липидиса много важни в клетъчния метаболизъм. Всички липиди са органични, неразтворими във вода съединения, присъстващи във всички живи клетки. Според функциите си липидите се разделят на три групи:
- структурни и рецепторни липиди на клетъчните мембрани
- енергийно "депо" на клетки и организми
- витамини и хормони от групата "липид".
Липидите се основават на мастна киселина(наситени и ненаситени) и органичен алкохол - глицерол. Получаваме основната част от мастните киселини от храната (животински и растителна). Животинските мазнини са смес от наситени (40-60%) и ненаситени (30-50%) мастни киселини. Растителните мазнини са най-богатите (75-90%) ненаситени мастни киселини и са най-полезни за нашето тяло.
По-голямата част от мазнините се използват за енергийния метаболизъм, като се разграждат от специални ензими - липази и фосфолипази... В резултат на това се получават мастни киселини и глицерол, които се използват допълнително в реакциите на гликолизата и цикъла на Кребс. По отношение на образуването на АТФ молекули - мазнините са в основата на енергийния резерв на животните и хората.
Еукариотната клетка получава мазнини от храната, въпреки че самата тя може да синтезира повечето мастни киселини ( с изключение на две незаменими– линолова и линоленова)... Синтезът започва в цитоплазмата на клетките с помощта на сложен комплекс от ензими и завършва в митохондриите или гладкия ендоплазмен ретикулум.
Първоначалният продукт за синтеза на повечето липиди (мазнини, стероиди, фосфолипиди) е "универсална" молекула - ацетил-коензим А (активирана оцетна киселина), който е междинен продукт на повечето катаболни реакции в клетката.
Мазнини има във всяка клетка, но особено много от тях в специални мастни клетки - адипоцитиобразуване на мастна тъкан. Обмяната на мазнините в тялото се контролира от специални хормони на хипофизата, както и от инсулин и адреналин.
Въглехидрати(монозахариди, дизахариди, полизахариди) са най-важните съединения за реакциите на енергийния метаболизъм. В резултат на разграждането на въглехидратите, клетката получава по-голямата част от енергията и междинните продукти за синтеза на други органични съединения (протеини, мазнини, нуклеинови киселини).
Клетката и тялото получават по-голямата част от захарите отвън – от храната, но могат да синтезират глюкоза и гликоген от невъглехидратни съединения. Субстрати за различни видове въглехидратен синтез са молекули на млечна киселина (лактат) и пирогроздена киселина (пируват), аминокиселини и глицерин. Тези реакции протичат в цитоплазмата с участието на цял комплекс от ензими - глюкозофосфатази. Всички реакции на синтез изискват енергия - за синтеза на 1 молекула глюкоза са необходими 6 АТФ молекули!
По-голямата част от собствения й синтез на глюкоза се извършва в клетките на черния дроб и бъбреците, но не отива в сърцето, мозъка и мускулите (там няма необходими ензими). Следователно нарушенията на въглехидратния метаболизъм засягат преди всичко работата на тези органи. Въглехидратният метаболизъм се контролира от група хормони: хормони на хипофизата, глюкокортикостероидни хормони на надбъбречните жлези, инсулин и глюкагон на панкреаса. Нарушаването на хормоналния баланс на въглехидратния метаболизъм води до развитие на диабет.
Накратко разгледахме основните части на пластмасовия обмен. Можете да направите номер общи изводи:
Реакциите на липидна биосинтеза могат да се извършват в гладкия ендоплазмен ретикулум на клетките на всички органи. Субстрат за синтеза на мазнини de novoе глюкоза.
Както знаете, попадайки в клетката, глюкозата се превръща в гликоген, пентоза и се окислява до пирогроздна киселина. При висок прием глюкозата се използва за синтеза на гликоген, но тази опция е ограничена от обема на клетката. Следователно, глюкозата попада в гликолиза и се превръща в пируват директно или чрез пентозофосфатен шънт. Във втория случай се образува NADPH, който впоследствие е необходим за синтеза на мастни киселини.
Пируватът преминава в митохондриите, декарбоксилира до ацетил-SCoA и навлиза в TCA. Въпреки това, в състояние Почивка, при Почивка, при наличие на излишно количество енергияв клетката CTK реакциите (по-специално реакцията на изоцитрат дехидрогеназа) се блокират от излишък от ATP и NADH.
Обща схема на биосинтеза на триацилглицероли и холестерол от глюкоза
Оксалоацетатът, също образуван от цитрат, се редуцира от малатдехидрогеназата до ябълчна киселина и се връща в митохондриите
- с помощта на совалков механизъм малат-аспартат (не е показан на фигурата),
- след декарбоксилиране на малат до пируват NADP-зависим ябълчен ензим. Образуваният NADPH ще се използва в синтеза на мастни киселини или холестерол.
В човешкото тяло въглехидратите от храната могат да служат като първоначална суровина за биосинтеза на мазнините; в растенията захарозата от фотосинтетичните тъкани. Например, биосинтезата на мазнини (триацилглицероли) в зреещите маслодайни семена също е тясно свързана с метаболизма на въглехидратите. В ранните етапи на съзряване клетките на основните семенни тъкани - котиледони и ендосперма - са пълни с нишестени зърна. Едва по-късно, на по-късни етапи на съзряване, нишестените зърна се заменят с липиди, чийто основен компонент е триацилглицеролът.
Основните етапи на синтеза на мазнини включват образуването на глицерол-3-фосфат и мастни киселини от въглехидратите и след това естерни връзки между алкохолните групи на глицерола и карбоксилните групи на мастните киселини:
Фигура 11 - Обща схема за синтез на мазнини от въглехидрати
Нека разгледаме по-подробно основните етапи на синтеза на мазнини от въглехидрати (виж фиг. 12).
Синтез на глицерол-3-фосфат
Етап I - под действието на съответните гликозидази въглехидратите се подлагат на хидролиза с образуване на монозахариди (виж клауза 1.1.), които се включват в процеса на гликолиза в цитоплазмата на клетките (виж фиг. 2). Междинните продукти на гликолизата са фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицерол алдехид.
II етап. Глицерол-3-фосфат се образува в резултат на редукцията на фосфодиоксиацетона, междинен продукт на гликолизата:
В допълнение, глицеро-3-фосфат може да се образува по време на тъмната фаза на фотосинтезата.
Връзката на липидите и въглехидратите
Синтез на мазнини от въглехидрати
Фигура 12 - Схема на превръщането на въглехидратите в липиди
Синтез на мастни киселини
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. 12, Етап III), или в резултат на окисление на мастни киселини (виж Фиг. 5). Нека припомним, че превръщането на пирувата, образуван по време на гликолизата, в ацетил-КоА и образуването му по време на окисление на мастни киселини се извършва 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. 13).
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 дикарбоксилатна транспортна система, се връща в митохондриалния матрикс, където се окислява до оксалоацетат, като по този начин завършва така наречения совалков цикъл:
Фигура 13 - Схема на трансфер на ацетил-КоА от митохондриите към цитозола
Биосинтезата на наситените мастни киселини протича в посока, противоположна на тяхното -окисление, растежът на въглеводородните вериги на мастните киселини се извършва поради последователното добавяне на двувъглероден фрагмент (C 2) - ацетил-CoA към техните краища (виж Фиг. 12, 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, което води до образуването на 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 окисляването 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. 14 показва схема за синтеза на мастни киселини. Един цикъл на удължаване на веригата на мастни киселини включва четири последователни реакции.
Фигура 14 - 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-кетоацил-АБР-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 -кетоацил-АСР-редуктаза, ацетоацетил-АСР се превръща в-хидроксибутирил-АСР. Редуциращият агент е NADPH + H +.
При третата реакция (3) на циклична дехидратация, водна молекула се отделя от -хидроксибутирил-АСР с образуването на кротонил-АСР. Реакцията се катализира от β-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 (3) - реакция (5) към карбоксилния край на нарастващия 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
C 14 + C 3 C 16 + C 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 15 показва пътищата за превръщане на палмитинова киселина в реакции на десатурация и удължаване.
Фигура 15 - 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.
Мазнините се синтезират от глицерин и мастни киселини.
Глицеринът в тялото се появява по време на разграждането на мазнините (хранителни и собствени), а също така лесно се образува от въглехидрати.
Мастните киселини се синтезират от ацетил коензим А. Ацетил коензим А е универсален метаболит. Синтезът му изисква енергия от водород и АТФ. Водородът се получава от NADP.H2. Тялото синтезира само наситени и мононенаситени (с една двойна връзка) мастни киселини. Мастните киселини, които имат две или повече двойни връзки в молекулата, наречени полиненаситени, не се синтезират в тялото и трябва да се доставят с храната. За синтеза на мазнини могат да се използват мастни киселини - продукти от хидролиза на хранителни и собствени мазнини.
Всички участници в синтеза на мазнини трябва да бъдат в активна форма: глицерин във формата глицерофосфат, и мастни киселини под формата ацетил коензим А.Синтезът на мазнини се извършва в цитоплазмата на клетките (главно мастната тъкан, черния дроб, тънките черва). Пътищата за синтез на мазнини са представени на диаграмата.
Трябва да се отбележи, че глицеролът и мастните киселини могат да бъдат получени от въглехидратите. Следователно, при прекомерна консумация от тях на фона на заседнал начин на живот, се развива затлъстяване.
DAP - дихидроацетон фосфат,
DAG - диацилглицерол.
TAG - триацилглицерол.
Обща характеристика на липопротеините.Липидите във водната среда (и следователно в кръвта) са неразтворими, следователно в тялото се образуват липидно-протеинови комплекси - липопротеини за транспортиране на липиди чрез кръвта.
Всички видове липопротеини имат сходна структура - хидрофобно ядро и хидрофилен слой на повърхността. Хидрофилният слой се образува от протеини, наречени апопротеини, и амфифилни липидни молекули - фосфолипиди и холестерол. Хидрофилните групи на тези молекули са обърнати към водната фаза, а хидрофобните части са обърнати към хидрофобното ядро на липопротеина, което съдържа транспортираните липиди.
Апопротеиниизпълнява няколко функции:
Формират структурата на липопротеините;
Те взаимодействат с рецепторите на повърхността на клетките и по този начин определят кои тъкани ще улавят този тип липопротеини;
Те служат като ензими или активатори на ензими, които действат върху липопротеините.
липопротеини.В организма се синтезират следните видове липопротеини: хиломикрони (HM), липопротеини с много ниска плътност (VLDL), липопротеини със средна плътност (IDL), липопротеини с ниска плътност (LDL) и липопротеини с висока плътност (HDL). образува се в различни тъкани и транспортира определени липиди. Например, HMs транспортират екзогенни (диетични мазнини) от червата до тъканите, следователно триацилглицеролите съставляват 85% от масата на тези частици.
Свойства на липопротеините. LP са силно разтворими в кръвта, неопалесцентни, тъй като имат малък размер и отрицателен заряд
повърхност. Някои LP лесно преминават през капилярните стени на кръвоносните съдове и доставят липиди до клетките. Големият размер на CM не им позволява да проникнат през стените на капилярите, поради което от чревните клетки те първо навлизат в лимфната система и след това през главния гръден канал влизат в кръвта заедно с лимфата. Съдбата на мастните киселини, глицерина и остатъчните хиломикрони. В резултат на действието на LP-липазата върху HM мазнините се образуват мастни киселини и глицерол. Повечето от мастните киселини проникват в тъканите. В мастната тъкан по време на периода на усвояване мастните киселини се отлагат под формата на триацилглицероли, в сърдечния мускул и работещите скелетни мускули се използват като източник на енергия. Друг продукт от хидролизата на мазнините, глицеролът, е разтворим в кръвта, транспортиран до черния дроб, където по време на периода на усвояване може да се използва за синтеза на мазнини.
Хиперхиломикронемия, хипертриглицеролонемия.След прием на храна, съдържаща мазнини, се развива физиологична хипертриглицеронемия и съответно хиперхиломикронемия, която може да продължи до няколко часа.Скоростта на отстраняване на HM от кръвния поток зависи от:
активност на LP-липазата;
Наличието на HDL, доставящ апопротеини C-II и E за XM;
Активност на трансфера на apoC-II и apoE към XM.
Генетичните дефекти в който и да е от протеините, участващи в метаболизма на HM, водят до развитие на фамилна хиперхиломикронемия - тип I хиперлипопротеинемия.
При растенията от същия вид съставът и свойствата на мазнините могат да варират в зависимост от климатичните условия на растеж. Съдържанието и качеството на мазнините в животинските суровини зависи и от породата, възрастта, телесното състояние, пола, сезона на годината и др.
Мазнините намират широко приложение в производството на много хранителни продукти, имат висока калорична и хранителна стойност и предизвикват дълготрайно чувство за ситост. Мазнините са важни вкусови и структурни компоненти при приготвянето на храна и имат значително влияние върху външния вид на храната. При пържене мазнината действа като топлопреносна среда.
| Името на продукта | Името на продукта | Приблизително съдържание на мазнини в хранителните продукти, % спрямо мокро тегло | |
| семена: | ръжен хляб | 1,20 | |
| Слънчоглед | 35-55 | Свежи зеленчуци | 0,1-0,5 |
| канабис | 31-38 | Пресни плодове | 0,2-0,4 |
| мак | Говеждо месо | 3,8-25,0 | |
| Какаови зърна | Свинско | 6,3-41,3 | |
| Фъстъчени ядки | 40-55 | овнешко месо | 5,8-33,6 |
| орехи (ядки) | 58-74 | Риба | 0,4-20 |
| Зърнени храни: | Краве мляко | 3,2-4,5 | |
| пшеница | 2,3 | Масло | 61,5-82,5 |
| ръжена | 2,0 | маргарин | 82,5 |
| Овесени ядки | 6,2 | Яйца | 12,1 |
Мазнините, получени от растителни и животински тъкани, освен глицериди, могат да съдържат свободни мастни киселини, фосфатиди, стероли, пигменти, витамини, вкусови и ароматни вещества, ензими, протеини и др., които влияят върху качеството и свойствата на мазнините. Вкусът и мирисът на мазнините се влияят и от веществата, образувани в мазнините по време на съхранение (алдехиди, кетони, пероксиди и други съединения).
Зареждане ...