Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме клетки. В митохондриях в основном происходит удлинение существующих цепей жирных кислот. Установлено, что в цитоплазме пече-ночных клеток синтезируется пальмитиновая кислота (16 углеродных атомов), а в митохондриях этих клеток из уже синтезированной в цитоплазме клетки пальмитиновой кислоты или из жирных кислот экзогенного происхождения, т.е. поступающих из кишечника, образуются жирные кислоты, содержащие 18, 20 и 22 углеродных атома. Первой реакцией биосинтеза жирных кислот является карбоксилирование ацетил-КоА, для чего требуются бикарбонат, АТФ, ионы марганца. Катализирует эту реакцию фермент ацетил-КоА-кар-боксилаза. Фермент содержит в качестве простетической группы биотин. Реакция протекает в два этапа: I – карбоксилирование биотина с участием АТФ и II – перенос карбоксильной группы на ацетил-КоА, в результате чего образуется малонил-КоА. Малонил-КоА представляет собой первый специфический продукт биосинтеза жирных кислот. В присутствии соответствующей ферментной системы малонил-КоА быстро превращается в жирные кислоты. Последовательность реакций, происходящих при синтезе жирных кислот:
Далее цикл реакций повторяется. По сравнению с β-окислением биосинтез жирных кислот имеет ряд характерных особенностей: синтез жирных кислот в основном осуществляется в цитозоле клетки, а окисление – в митохондриях; участие в процессе биосинтеза жирных кислот малонил-КоА, который образуется путем связывания СО2 (в присутствии биотин-фермента и АТФ) с ацетил-КоА; на всех этапах синтеза жирных кислот принимает участие ацилпереносящий белок (HS-АПБ); при биосинтезе образуется D(–)-изомер 3-гидроксикис-лоты, а не L(+)-изомер, как это имеет место при β-окислении жирных кислот; необходимость для синтеза жирных кислот кофермента НАДФН.
50. Холестери́н -холестерол - органическое соединение, природ-ный жирный (липофильный) спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех животных организмов за исключением безъядер-ных (прокариот). Нерастворим в воде, растворим в жирах и органических растворителях. Биологическая роль. Холестерин в составе клеточной плазматической мембраны играет роль модификатора бислоя, придавая ему определенную жесткость за счет увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов. Таким образом, холестерин - стабилизатор текучести плаз-матической мембраны. Холестерин открывает цепь биосинтеза стероидных половых гормонов и кортикостероидов, служит основой для образования жёлчных кислот и витаминов группы D, участвует в регулировании проницаемости клеток и предохраняет эритроциты крови от действия гемолитических ядов. Обмен холестерина. Свободный холестерин подвергается окислению в печени и органах, синтезирующих стероидные гормоны (надпочечники, семенники, яичники, плацента). Это единственный процесс необратимого выведения холестерина из мембран и липопротеидных комплексов. Ежедневно на синтез стероидных гормонов расходуется 2-4% холестерина. В гепатоцитах 60-80% холестерина окисляется до желчных кислот, которые в составе желчи выделяются в просвет тонкой кишки и участвуют в пищеварении (эмульгировании жиров). Вместе с желчными кислотами в тонкую кишку выделяется небольшое количество свободного холестерина, который частично удаляется с каловыми массами, а оставшаяся часть его растворяется и вместе с желчными кислотами и фосфолипидами всасывается стенками тонкой кишки. Желчные кислоты обеспечивают разложение жиров на составные части (эмульгиро-вание жиров). После выполнения этой функции 70-80% остав-шихся желчных кислот всасывается в конечном отделе тонкой кишки (подвздошной кишке) и поступает по системе воротной вены в печень. Здесь стоит отметить, что желчные кислоты имеют еще одну функцию: они являются важнейшим стимулятором поддержания нормальной работы (моторики) кишечника. В печени начинают синтезироваться не до конца сформировавшиеся (насцентные) липопротеиды высокой плотности. Окончательно ЛПВП формируются в крови из специ-альных белков (апобелков) хиломикронов, ЛПОНП и холесте-рина, поступающего из тканей, в том числе и из артериальной стенки. Более просто кругооборот холестерина можно объяснить следующим образом: холестерин в составе липопротеидов несет жир из печени к различным частям вашего тела, используя кровеносные сосуды в качестве транспортной системы. После доставки жира холестерин возвращается в печень и повторяет свою работу снова. Первичные желчные кислоты. (холевая и хенодезоксихолевая) синтезируются в гепатоцитах печени из холестерина. Вторичная: дезоксихолевая кислота (первоначально синтезируется в толстой кишке). Желч-ные кислоты образуются в митохондриях гепатоцитов и вне их из холестерина с участием АТФ. Гидроксилирование при образова-нии кислот осуществляется в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцита. Первичный синтез желчных кислот ингибируется (тормозится) желчными кислотами, присутствующими в крови. Однако, если всасывание в кровь желчных кислот будет недоста-точно, например, из-за тяжёлого поражения кишечника, то печень, способная произвести не более 5 г желчных кислот в сутки, не сможет восполнить требуемое для организма количество желчных кислот. Желчные кислоты - главные участ-ники энтерогепатической циркуляции у человека. Вторичные желчные кислоты (дезоксихолевая, литохолевая, урсодезоксихолевая, аллохолевая и другие) образуются из первичных желчных кислот в толстой кишке под действием кишечной микрофлоры. Их количество невелико. Дезоксихолевая кислота всасывается в кровь и секретируется печенью в составе желчи. Литохолевая кислота всасывается значительно хуже, чем дезоксихолевая.
-
По сравнению с β-окислением биосинтез жирных кислот имеет ряд характерных особенностей: синтез жирных кислот в основном осуществляется в цитозоле клетки, а окисление... -
Биосинтез триглицеридов (триацилглицеролов). Биосинтез жирных кислот Жир может синтезироваться как из продуктов распада жира, так и из углеводов. -
БИОСИНТЕЗ ТРИГЛИЦЕРИДОВ. Синтез триглицеридов происходит из глицерина и жирных кислот (главным образом стеариновой, па. -
Биосинтез жирных кислот . Синтез жирных кислот -
Биосинтез жирных кислот . Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме клетки. В митохондриях в основном происходит удли.
Строительным блоком для синтеза жирных кислот в цитозоле клетки служит ацетил-КоА, который образуется двумя путями: либо в результате окислительного декарбоксилирования пирувата. (см. рис. 11, Этап III), либо в результате b-окисления жирных кислот (см. рис. 8).
Рисунок 11 – Схема превращения углеводов в липиды
Напомним, что превращения образовавшегося при гликолизе пирувата в ацетил-КоА и его образование при b-окислении жирных кислот происходит в митохондриях. Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-КоА. Его поступление в цитоплазму осуществляется по типу облегченной диффузии в виде цитрата или ацетилкарнитина, которые в цитоплазме превращаются в ацетил-КоА, оксалоацетат или карнитин. Однако главный путь переноса ацетил-коА из митохондрии в цитозоль является цитратный (см. рис. 12).
Вначале внутримитохондриальный ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом, в результате чего образуется цитрат. Реакция катализируется ферментом цитрат-синтазой. Образовавшийся цитрат переносится через мембрану митохондрий в цитозоль при помощи специальной трикарбоксилаттранспортирующей системы.
В цитозоле цитрат реагирует с HS-КоА и АТФ, вновь распадается на ацетил-КоА и оксалоацетат. Эта реакция катализируется АТФ-цитратлиазой. Уже в цитозоле оксалоацетат при участии цитозольной дикарбоксилат-транспортирующей системы возвращается в митохондриальный матрикс, где окисляется до оксалоацетата, завершая тем самым так называемый челночный цикл:
Рисунок 12 – Схема переноса ацетил-КоА из митохондрий в цитозоль
Биосинтез насыщенных жирных кислот происходит в направлении, противоположном их b-окислению, наращивание углеводородных цепей жирных кислот осуществляется за счет последовательного присоединения к их концам двухуглеродного фрагмента (С 2) – ацетил-КоА (см. рис. 11, этап IV.).
Первой реакцией биосинтеза жирных кислот является карбоксилирование ацетил-КоА, для чего требуется СО 2 , АТФ, ионы Mn. Катализирует эту реакцию фермент ацетил-КоА – карбоксилаза. Фермент содержит в качестве простетической группы биотин (витамин Н). Реакция протекает в два этапа: 1 – карбоксилирование биотина с участием АТФ и II – перенос карбоксильной группы на ацетил-КоА, в результате чего образуется малонил-КоА:
Малонил-КоА представляет собой первый специфический продукт биосинтеза жирных кислот. В присутствии соответствующей ферментной системы малонил-КоА быстро превращается в жирные кислоты.
Нужно отметить, что скорость биосинтеза жирных кислот определяется содержанием сахаров в клетке. Увеличение концентрации глюкозы в жировой ткани человека, животных и повышение скорости гликолиза стимулирует процесс синтеза жирных кислот. Это свидетельствует о том, что жировой и углеводный обмен тесно взаимосвязаны друг с другом. Важную роль здесь играет именно реакция карбоксилирования ацетил-КоА с его превращением в малонил-КоА, катализируемая ацетил-КоА-карбоксилазой. Активность последней зависит от двух факторов: наличия в цитоплазме высокомолекулярных жирных кислот и цитрата.
Накопление жирных кислот оказывает тормозящее влияние на их биосинтез, т.е. подавляют активность карбоксилазы.
Особая роль отводится цитрату, который является активатором ацетил-КоА-карбоксилазы. Цитрат в то же время играет роль связующего звена углеводного и жирового обменов. В цитоплазме цитрат вызывает двойной эффект в стимулировании синтеза жирных кислот: во-первых, как активатор ацетил-КоА-карбоксилазы и, во-вторых, как источник ацетильных групп.
Очень важной особенностью синтеза жирных кислот является то, что все промежуточные продукты синтеза ковалентно связаны с ацилпереносящим белком (HS-АПБ).
HS-АПБ – низкомолекулярный белок, который термостабилен, содержит активную HS-группу и в простетической группе которого содержится пантотеновая кислота (витамин В 3). Функция HS-АПБ аналогична функции фермента А (HS-КоА) при b-окислении жирных кислот.
В процессе построения цепи жирных кислот промежуточные продукты образуют эфирные связи с АБП (см. рис. 14):
Цикл удлинения цепи жирных кислот включает четыре реакции: 1) конденсации ацетил-АПБ (С 2) с малонил-АПБ (С 3); 2) восстановления; 3) дегидротации и 4) второго восстановления жирных кислот. На рис. 13 представлена схема синтеза жирных кислот. Один цикл удлинения цепи жирной кислоты включает четыре последовательных реакции.
Рисунок 13 – Схема синтеза жирных кислот
В первой реакции (1) – реакции конденсации – ацетильная и малонильные группы взаимодействуют между собой с образованием ацетоацетил-АБП с одновременным выделением СО 2 (С 1). Эту реакцию катализирует конденсирующий фермент b-кетоацил-АБП-синтетаза. Отщепленный от малонил-АПБ СО 2 – это тот же самый СО 2 , который принимал участие в реакции карбоксилирования ацетил-АПБ. Таким образом, в результате реакции конденсации происходит образование из двух-(С 2) и трехуглеродных (С 3) компонентов четырехуглеродного соединения (С 4).
Во второй реакции (2) – реакции восстановления, катализируемой b-кетоацил-АПБ-редуктазой, ацетоацетил-АПБ превращается в b-гидроксибутирил-АПБ. Восстанавливающим агентом служит НАДФН + Н + .
В третьей реакции (3) цикла-дегидратации – от b-гидроксибутирил-АПБ отщепляется молекула воды с образованием кротонил-АПБ. Реакция катлизируется b-гидроксиацил-АПБ-дегидратазой.
Четвертой (конечный) реакцией (4) цикла является восстановление кротонила-АПБ в бутирил-АПБ. Реакция идет под действием еноил-АПБ-редуктазы. Роль восстановителя здесь выполняет вторая молекула НАДФН + Н + .
Далее цикл реакций повторяется. Допустим, что идет синтез пальмитиновой кислоты (С 16). В этом случае образование бутирил-АПБ завершается лишь первый из 7 циклов, в каждом из которых началом является присоединение молекулы молонил-АПБ (С 3) – реакция (5) к карбоксильному концу растущей цепи жирной кислоты. При этом отщепляется карбоксильная группа в виде СО 2 (С 1). Этот процесс можно представить в следующем виде:
С 3 + С 2 ® С 4 + С 1 – 1цикл
С 4 + С 3 ® С 6 + С 1 – 2 цикл
С 6 + С 3 ® С 8 + С 1 –3 цикл
С 8 + С 3 ® С 10 + С 1 – 4 цикл
С 10 + С 3 ® С 12 + С 1 – 5 цикл
С 12 + С 3 ® С 14 + С 1 – 6 цикл
С 14 + С 3 ® С 16 + С 1 – 7 цикл
Могут синтезироваться не только высшие насыщенные жирные кислоты, но и ненасыщенные. Мононенасыщенные жирные кислоты образуются из насыщенных в результате окисления (десатурации), катализуруемой ацил-КоА-оксигеназой. В отличие от растительных тканей ткани животных обладают весьма ограниченной способностью превращать насыщенные жирные кислоты в ненасыщенные. Установлено, что две наиболее распространенные мононенасыщенные жирные кислоты – пальмитоолеиновая и олеиновая – синтезируются из пальмитиновой и стеариновой кислот. В организме млекопитающих, в том числе и человека, не могут образовываться, например, из стеариновой кислоты (С 18:0) линолевая (С 18:2) и линоленовая (С 18:3) кислоты. Эти кислоты относятся к категории незаменимых жирных кислот. К незаменимым жирным кислотам относят также арахиновую кислоту (С 20:4).
Наряду с десатурацией жирных кислот (образование двойных связей) происходит и их удлинение (элонгации). Причем, оба эти процесса могут сочетаться и повторяться. Удлинение цепи жирной кислоты происходит путем последовательного присоединения к соответствующему ацил-КоА двууглеродных фрагментов при участии малонил-КоА и НАДФН+Н + .
На рисунке 14 представлены пути превращения пальмитиновой кислоты в реакциях десатурации и элонгации.
Рисунок 14 – Схема превращения насыщенных жирных кислот
в ненасыщенные
Завершается синтез любой жирной кислоты отщеплением HS-АПБ от ацил-АПБ под влиянием фермента деацилазы. Например:
Образовавшийся ацил-КоА является активной формой жирной кислоты.
Образование ацетил-КоА и его транспорт в цитозоль
Синтез жирных кислот происходит в абсорбтивный период. Активный гликолиз и последующее окислительное декарбоксилирование пирувата способствуют увеличению концентрации ацетил-КоА в матриксе митохондрий. Так как синтез жирных кислот происходит в цитозоле клеток, то ацетил-КоА должен быть транспортирован через внутреннюю мембрану митохондрий в цитозоль. Однако внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-КоА, поэтому в матриксе митохондрий ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом с образованием цитрата при участии цитратсинтазы:
Ацетил-КоА + Оксалоацетат -> Цитрат + HS-КоА.
Затем транслоказа переносит цитрат в цитоплазму (рис. 8-35).
Перенос цитрата в цитоплазму происходит только при увеличении количества цитрата в митохондриях, когда изоцитратдегидрогеназа и α-кетоглутаратдегидрогеназа ингибированы высокими концентрациями NADH и АТФ. Эта ситуация создаётся в абсорбтивном периоде, когда клетка печени получает достаточное количество источников энергии. В цитоплазме цитрат расщепляется под действием фермента цитратлиазы:
Цитрат + HSKoA + АТФ → Ацетил-КоА + АДФ + Pi + Оксалоацетат.
Ацетил-КоА в цитоплазме служит исходным субстратом для синтеза жирных кислот, а окса-лоацетат в цитозоле подвергается следующим превращениям (см. схему ниже).
Пируват транспортируется обратно в матрикс митохондрий. Восстановленный в результате действия малик-фермента NADPH используется как донор водорода для последующих реакций синтеза жирных кислот. Другой источник NADPH - окислительные стадии пентозофосфатного пути катаболизма глюкозы.
Образование малонил-КоА из ацетил-КоА - регуляторная реакция в биосинтезе жирных кислот.
Первая реакция синтеза жирных кислот - превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Фермент, катализирующий эту реакцию (ацетил-КоА-карбоксилаза), относят к классу лигаз. Он содержит ковалентно связанный биотин (рис. 8-36). В первой стадии реакции СО 2 ковалентно связывается с биотином за счёт энергии АТФ, во второй стадии СОО - переносится на ацетил-КоА с образованием малонил-КоА. Активность фермента ацетил-КоА-карбоксилазы определяет скорость всех последующих реакций синтеза жирных кислот.
Реакции, катализируемые синтазой жирных кислот, - ферментным комплексом, катализирующим реакции синтеза пальмитиновой кислоты, описывается ниже.
После образования малонил-КоА синтез жирных кислот продолжается на мультиферментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе). Этот фермент состоит из 2 идентичных протомеров, каждый из которых имеет доменное строение и, соответственно, 7 центров, обладающих разными каталитическими активностями (рис. 8-37). Этот комплекс последовательно удлиняет радикал жирной кислоты на 2 углеродных атома, донором которых служит ма-лонил-КоА. Конечный продукт работы этого комплекса - пальмитиновая кислота, поэтому прежнее название этого фермента - пальмитоилсинтетаза.
Первая реакция - перенос ацетильной группы ацетил-КоА на тиоловую группу цистеина ацетилтрансацилазным центром (рис. 8-38). Затем от малонил-КоА остаток малонила переносится на сульфгидрильную группу ацилпереносящего белка малонилтрансацилазным центром. После этого комплекс готов к первому циклу синтеза.
Ацетильная группа конденсируется с остатком малонила по месту отделившегося СО 2 . Реакция катализируется кетоацилсинтазным центром. Образовавшийся радикал ацетоацетила
Схема
Рис. 8-35. Перенос ацетильных остатков из митохондрий в цитозоль. Действующие ферменты: 1 - цитратсинтаза; 2 - транслоказа; 3 - цитратлиаза; 4 - малатдегидрогеназа; 5 - малик-фермент.
Рис. 8-36. Роль биотина в реакции карбоксилирования ацетил-КоА.
Рис. 8-37. Строение мультиферментного комплекса - синтезы жирных кислот. Комплекс - димер из двух идентичных полипептидных цепей, каждый из которых имеет 7 активных центров и ацилпереносящий белок (АПБ). SH-группы протомеров принадлежат различным радикалам. Одна SH-группа принадлежит цистеину, другая - остатку фосфопантетеиновой кислоты. SH-группа цистеина одного мономера расположена рядом с SH-группой 4-фосфопантетеината другого протомера. Таким образом, протомеры фермента расположены "голова к хвосту". Хотя каждый мономер содержит все каталитические центры, функционально активен комплекс из 2 протомеров. Поэтому реально синтезируются одновременно 2 жирных кислоты. Для упрощения в схемах обычно изображают последовательность реакций при синтезе одной молекулы кислоты.
последовательно восстанавливается кетоацил-редуктазой, затем дегидратируется и опять восстанавливается еноилредуктазой - активными центрами комплекса. В результате первого цикла реакций образуется радикал бутирила, связанный с субъединицей синтазы жирных кислот.
Перед вторым циклом радикал бутирила переносится из позиции 2 в позицию 1 (где находился ацетил в начале первого цикла реакций). Затем остаток бутирила подвергается тем же превращениям и удлиняется на 2 углеродных атома, происходящих из малонил-КоА.
Аналогичные циклы реакций повторяются до тех пор, пока не образуется радикал пальмитиновой кислоты, который под действием тиоэстеразного центра гидролитически отделяется от ферментного комплекса, превращаясь в свободную пальмитиновую кислоту (пальмитат, рис. 8-38, 8-39).
Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА и малонил-КоА имеет следующий вид:
CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 (NADPH + H +) → C 15 H 31 COOH + 7 СО 2 + 6 Н 2 О + 8 HSKoA + 14 NADP + .
Основные источники водорода для синтеза жирных кислот
В каждом цикле биосинтеза пальмитиновой кислоты проходят 2 реакции восстановления,
Рис. 8-38. Синтез пальмитиновой кислоты. Синтаза жирных кислот: в первом протомере SH-группа принадлежит цистеину, во втором - фосфопантетеину. После окончания первого цикла радикал бутирила переносится на SH-группу первого протомера. Затем повторяется та же последовательность реакций, что и в первом цикле. Пальмитоил-Е - остаток пальмитиновой кислоты, связанный с синтазой жирных кислот. В синтезированной жирной кислоте только 2 дистальных атома углерода, обозначенные *, происходят из ацетил-КоА, остальные - из малонил-КоА.
Рис. 8-39. Общая схема реакций синтеза пальмитиновой кислоты.
донором водорода в которых служит кофермент NADPH. Восстановление NADP + происходит в реакциях:
дегидрирования в окислительных стадиях пентозофосфатного пути катаболизма глюкозы;
дегидрирования малата малик-ферментом;
дегидрирования изоцитрата цитозольной NADP-зависимой дегидрогеназой.
2. Регуляция синтеза жирных кислот
Регуляторный фермент синтеза жирных кислот - ацетил-КоА-карбоксилаза. Этот фермент регулируется несколькими способами.
Ассоциация/диссоциация комплексов субъединиц фермента. В неактивной форме ацетил-КоА-карбоксилаза представляет собой отдельные комплексы, каждый из которых состоит из 4 субъединиц. Активатор фермента - цитрат; он стимулирует объединение комплексов, в результате чего активность фермента увеличивается. Ингибитор - пальмитоил-КоА; он вызывает диссоциацию комплекса и снижение активности фермента (рис. 8-40).
Фосфорилирование/дефосфорилирование ацетил-КоА-карбоксилазы. В постабсорбтивном состоянии или при физической работе глюкагон или адреналин через аденилатциклазную систему активируют протеинкиназу А и стимулируют фосфорилирование субъединиц ацетил-КоА карбоксилазы. Фосфорилированный фермент неактивен, и синтез жирных кислот останавливается. В абсорбтивный период инсулин активирует фосфатазу, и ацетил-КоА карбоксилаза переходит в дефосфорилированное состояние (рис. 8-41). Затем под действием цитрата происходит полимеризация протомеров фермента, и он становится активным. Кроме активации фермента, цитрат выполняет и другую функцию в синтезе жирных кислот. В аб-сорбтивный период в митохондриях клеток печени накапливается цитрат, в составе которого остаток ацетила транспортируется в цитозоль.
Индукция синтеза ферментов. Длительное потребление богатой углеводами и бедной жирами пищи приводит к увеличению секреции инсулина, который стимулирует индукцию синтеза ферментов: ацетил-КоА-карбоксилазы, синтазы жирных кислот, цитратлиазы,
Рис. 8-40. Ассоциация/диссоциация комплексов ацетил-КоА-карбоксилазы.
Рис. 8-41. Регуляция ацетил-КоА-карбоксилазы.
Рис. 8-42. Удлинение пальмитиновой кислоты в ЭР. Радикал пальмитиновой кислоты удлиняется на 2 углеродных атома, донором которых служит малонил-КоА.
изоцитратдегидрогеназы. Следовательно, избыточное потребление углеводов приводит к ускорению превращения продуктов катаболизма глюкозы в жиры. Голодание или богатая жирами пища приводит к снижению синтеза ферментов и, соответственно, жиров.
3. Синтез жирных кислот из пальмитиновой кислоты
Удлинение жирных кислот. В ЭР происходит удлинение пальмитиновой кислоты с участием малонил-КоА. Последовательность реакций сходна с той, что происходит при синтезе пальмитиновой кислоты, однако в данном случае жирные кислоты связаны не с синтазой жирных кислот, а с КоА. Ферменты, участвующие в элонгации, могут использовать в качестве субстратов не только пальмитиновую, но и другие жирные кислоты (рис. 8-42), поэтому в организме могут синтезироваться не только стеариновая кислота, но и жирные кислоты с большим числом атомов углерода.
Основной продукт элонгации в печени - стеариновая кислота (С 18:0), однако в ткани мозга образуется большое количество жирных кислот с более длинной цепью - от С 20 до С 24 , которые необходимы для образования сфинголипидов и гликолипидов.
В нервной ткани происходит синтез и других жирных кислот - α-гидроксикислот. Оксидазы со смешанными функциями гидроксилируют С 22 и С 24 кислоты с образованием лигноцериновой и цереброновой кислот, обнаруживаемых только в липидах мозга.
Образование двойных связей в радикалах жирных кислот. Включение двойных связей в радикалы жирных кислот называется десатурацией. Основные жирные кислоты, образующиеся в организме человека в результате десатурации (рис. 8-43), - пальмитоо-леиновая (С16:1Δ9) и олеиновая (С18:1Δ9).
Образование двойных связей в радикалах жирных кислот происходит в ЭР в реакциях с участием молекулярного кислорода, NADH и цитохрома b 5 . Ферменты десатуразы жирных кислот, имеющиеся в организме человека, не могут образовывать двойные связи в радикалах жирных кислот дистальнее девятого атома углерода, т.е. между девятым и
Рис. 8-43. Образование ненасыщенных жирных кислот.
метильным атомами углерода. Поэтому жирные кислоты семейства ω-3 и ω-6 не синтезируются в организме, являются незаменимыми и обязательно должны поступать с пищей, так как выполняют важные регуляторные функции.
Для образования двойной связи в радикале жирной кислоты требуется молекулярный кислород, NADH, цитохром b 5 и FAD-зависимая редуктаза цитохрома b 5 . Атомы водорода, отщепляемые от насыщенной кислоты, выделяются в виде воды. Один атом молекулярного кислорода включается в молекулу воды, а другой также восстанавливается до воды с участием электронов NADH, которые передаются через FADH 2 и цитохром b 5 .
Эйкозаноиды - биологически активные вещества, синтезируемые большинством клеток из полиеновых жирных кислот, содержащих 20 углеродных атомов (слово "эйкоза" по гречески означает 20).
Синтез пальмитиновой кислоты (С16) из Ацетил-КоА.
1) Протекает в цитоплазме клеток печени и жировой ткани.
2) Значение: для синтеза жиров и фосфолипидов.
3) Протекает после приема пищи (в абсорбтивный период).
4) Образуется из ацетил-КоА, полученного из глюкозы (гликолиз → ОДПВК → Ацетил-КоА).
5) В процессе последовательно повторяются 4 реакции:
конденсация → восстановление → дегидратация → восстановление.
В конце каждого цикла ЖК удлиняется на 2 углеродных атома .
Донор 2С – малонил-КоА.
6) В двух реакциях восстановления принимает участие НАДФН+Н + (50% поступает из ПФП, 50% - от МАЛИК-фермента).
7) Только первая реакция протекает непосредственно в цитоплазме (регуляторная).
Остальные 4 циклических – на специальном пальмитатсинтазном комплексе (синтез только пальмитиновой кислоты)
8) Регуляторный фермент функционирует в цитоплазме – Ацетил-КоА-карбоксилаза (АТФ, вит. Н, биотин, IV класс).
Строение пальмитатсинтазного комплекса
Пальмитатсинтаза – фермент, состоящий из 2 субъединиц.
Каждая состоит из одной ппц, на которой есть 7 активных центров.
Каждый активный центр катализирует свою реакцию.
В каждой ппц находится ацилпереносящий белок (АПБ), на котором проходит синтез (содержит фосфопантетонат).
В каждой субъединице есть HS-группа. В одной HS-группа принадлежит цистеину, в другой – фосфопантотеновой кислоте.
Механизм
1) Ацетил-Коа, полученный из углеводов, не может выйти в цитоплазму, где протекает синтез ЖК. Он выходит через первую реакцию ЦТК – образование цитрата.
2) В цитоплазме цитрат распадается на Ацетил-Коа и оксалоацетат.
3) Оксалоацетат → малат (реакция ЦТК в обратном направлении).
4) Малат → пируват, который используется в ОДПВК.
5) Ацетил-КоА → синтез ЖК.
6) Ацетил-КоА под действием ацетил-КоА-карбоксилазы превращается в малонил-КоА.
Активирование фермента ацетил-КоА-карбоксилазы :
а) путем усиления синтеза субъединиц под действием инсулина – три тетрамера синтезируются отдельно
б) под действием цитрата три тетрамера объединяются, и фермент активируется
в) в период голодания глюкагон ингибирует фермент (путем фосфорилирования), синтез жиров не происходит
7) один ацетил КоА из цитоплазмы перемещается на HS-группу (от цистеина) пальмитат-синтазы; один малонил-КоА – на HS-группу второй субъединицы. Далее на пальмитат синтазе происходят:
8) их конденсация (ацетил КоА и малонил-КоА)
9) восстановление (донор – НАДФН+Н + из ПФП)
10) дегидротация
11) восстановление (донор – НАДФН+Н + от МАЛИК-фермента).
В результате ацильный радикал увеличивается на 2 атома углерода.
 |
Мобилизация жиров
При голодании или длительной физической нагрузке выделяется глюкагон или адреналин. Они активируют в жировой ткани ТАГ-липазу, которая находится в адипоцитах и называется тканевой липазой (гормончувствительная). Она расщепляет жиры в жировой ткани на глицерол и ЖК. Глицерол идет в печень на глюконеогенез. ЖК поступают в кровь, связываются с альбумином и поступают к органам и тканям, используются как источник энергии (всеми органами, кроме мозга , который использует глюкозу и кетоновые тела при голодании или длительной физической нагрузке).
Для сердечной мышцы ЖК – основной источник энергии.
β-окисление
β-окисление – процесс расщепления ЖК с целью извлечения энергии.
1) Специфический путь катаболизма ЖК до ацетил-КоА.
2) Протекает в митохондриях.
3) Включает 4 повторяющиеся реакции (т.е. условно циклический):
окисление → гидратация → окисление → расщепление.
4) В конце каждого цикла ЖК укорачивается на 2 углеродных атома в виде ацетил-КоА (поступающий в ЦТК).
5) 1 и 3 реакции – реакции окисления, связаны с ЦПЭ.
6) Принимают участие вит. В 2 – кофермент ФАД, вит. РР – НАД, пантотеновая кислота – HS-KoA.
Механизм переноса ЖК из цитоплазмы в митохондрию.
1. ЖК перед поступлением в митохондрию должны быть активированы.
Только активированная ЖК = ацил-КоА может транспортироваться через двойную мембрану липидов.
Переносчик – L-карнитин.
Регуляторный фермент β-окисления – карнитинацилтрансфераза-I (KAT-I).
2. КАТ-I переносит ЖК в межмембранное пространство.
3. Под действием КАТ-I ацил-КоА переносится на переносчик L-карнитин.
Образуется ацилкарнитин.
4. При помощи встроенной во внутреннюю мембрану транслоказы ацилкарнитин перемещается в митохондрию.
5. В матриксе под действием КАТ-II ЖК отщепляется от карнитина и вступает в β-окисление.
Карнитин возвращается обратно в межмембранное пространство.
Реакции β-окисления
1. Окисление: ЖК окисляется с участием ФАД (фермент ацил-КоА-ДГ) → еноил.
ФАД поступает в ЦПЭ (р/о=2)
2. Гидратация: еноил → β-гидроксиацил-КоА (фермент еноилгидратаза)
3. Окисление: β-гидроксиацил-КоА → β-кетоацил-КоА (с участием НАД, который поступает в ЦПЭ и имеет р/о=3).
4. Расщепление: β-кетоацил-КоА → ацетил-КоА (фермент тиолаза, с участием HS-KoA).
Ацетил-КоА → ЦТК → 12 АТФ.
Ацил-КоА (С-2) → следующий цикл β-окисления.
Подсчет энергии при β-окислении
На примере меристиновой кислоты (14С).
· Подсчитываем, на сколько ацетил-КоА распадается ЖК
½ n = 7 → ЦТК (12АТФ) → 84 АТФ.
· Считаем, за сколько циклов они распадается
(1/2 n)-1=6·5(2 АТФ за 1 реакцию и 3 АТФ за 3 реакцию) = 30 АТФ
· Вычитаем 1 АТФ, постраченную на активацию ЖК в цитоплазме.
Итого – 113 АТФ.
Синтез кетоновых тел
Почти весь ацетил-КоА вступает в ЦТК. Небольшая часть используется для синтеза кетоновых тел = ацетоновых тел.
Кетоновые тела – ацетоацетат, β-гидроксибутират, ацетон (при патологии).
Нормальная концентрация – 0,03-0,05 ммоль/л.
Синтезируются только в печени из ацетил-КоА, полученного при β-окислении.
Используются как источник энергии всеми органами кроме печени (нет фермента).
При длительном голодании или сахарном диабете концентрация кетоновых тел может увеличиваться в десятки раз, т.к. в этих условиях ЖК являются основным источником энергии. В этих условиях протекает интенсивное β-окисление, и весь ацетил-КоА не успевает утилизироваться в ЦТК, т.к.:
· не хватает оксалоацетата (он используется при глюконеогенезе)
· в результате β-окисления образуется много НАДН+Н+ (в 3 реакции), который ингибирует изоцитрат-ДГ.
Следовательно, ацетил-КоА идет на синтез кетоновых тел.
Т.к. кетоновые тела – кислоты, они вызывают сдвиг кислотно-щелочного равновесия. Возникает ацидоз (из-за кетонемии ).
Они не успевают утилизироваться и появляются в моче как патологический компонент → кетоурия . Также появляется запах ацетона изо рта. Это состояние называется кетоз .
Обмен холестерола
Холестерол
(Хс) – одноатомный спирт, в основе которого лежит циклопентанпергидрофенантреновое кольцо.
27 углеродных атомов.
Нормальная концентрация холестерола – 3,6-6,4 ммоль/л, допускается не выше 5.
· на построение мембран (фосфолипиды:Хс=1:1)
· синтез ЖчК
· синтез стероидных гормонов (кортизол, прогестерон, альдостерон, кальцитриол, эстроген)
· в коже под действием УФ используется для синтеза витамина D3 – холекальциферола.
В организме содержится около 140 г холестерола (в основном, в печени и мозге).
Суточная потребность – 0,5-1 г.
Содержится только в продуктах животного происхождения (яйца, сливочном масле, сыр, печень).
Хс не используется как источник энергии, т.к. его кольцо не расщепляется до СО 2 и Н 2 О и не выделяется АТФ (нет фермента).
Избыток Хс не выводится, не депонируется, откладывается в стенке крупных кровеносных сосудов в виде бляшек.
В организме синтезируется 0,5-1 г Хс. Чем больше потребляется его с пищей, тем меньше синтезируется в организме (в норме).
Хс в организме синтезируется в печени (80%), кишечнике (10%), коже (5%), надпочечниках, половых железах.
Даже у вегетарианцев может быть повышен уровень холестерина, т.к. для его синтеза необходимы только углеводы.
Биосинтез холестерола
Протекает в 3 стадии:
1) в цитоплазме - до образования мевалоновой кислоты (похоже на синтез кетоновых тел)
2) в ЭПР – до сквалена
3) в ЭПР – до холестерола
Около 100 реакций.
Регуляторный фермент – β-гидроксиметилглутарил-КоА-редуктаза (ГМГ-редуктаза). Статины, понижающие уровень холестерола, ингибируют этот фермент).
Регуляция ГМГ-редуктазы:
а) Ингибируется по принципу обратной отрицательной связи избытком пищевого холестерола
б) Может увеличиваться синтез фермента (эстроген) или снижаться (холестерол и ЖчК)
в) Фермент активируется инсулином путем дефосфорилирования
г) Если фермента много, то избыток может расщепляться протеолизом
Холестерол синтезируется из ацетил-КоА, полученного из углеводов (гликолиз → ОДПВК).
Образовавшийся холестерол в печени упаковывается вместе с жиром в ЛОНП незр. ЛОНП имеет апобелок В100, поступает в кровь и после присоединения апобелков С-II и Е превращается в ЛОНП зрелый, который поступает к ЛП-липазе. ЛП-липаза удаляет из ЛОНП жиры (50%), остается ЛНП, состоящий на 50-70% из эфиров холестерола.
· снабжает холестеролом все органы и ткани
· в клетках существуют рецепторы в В100, по которым они узнают ЛНП и поглощают его. Клетки регулируют поступление холестерола путем увеличения или уменьшения количества рецепторов к В100.
При сахарном диабете может происходить гликозилирование В100 (присоединение глюкозы). Следовательно, клетки не узнают ЛНП и возникает гиперхолестеролемия.
ЛНП может проникать в сосуды (атерогенная частица).
Более 50% ЛНП возвращаются в печень, где холестерол используется на синтез ЖчК и ингибирование собственного синтеза холестерола.
Существует механизм защиты от гиперхолестеролемии:
· регуляция синтеза собственного холестерола по принципу обратной отрицательной связи
· клетки регулируют поступление холестерола путем увеличения или уменьшения количества рецепторов к В100
· функционирование ЛВП
ЛВП синтезируется в печени. Имеет дисковидную форму, содержит мало холестерола.
Функции ЛВП :
· забирает избыток холестерола из клеток и других липопротеинов
· поставляет C-II и Е другим липопротеинам
Механизм функционирования ЛВП :
ЛВП имеет апобелок А1 и ЛХАТ (фермент лецитинхолестеринацилтрансфераза).
ЛВП выходит в кровь, и к нему подходит ЛНП.
По А1 ЛНП узнаются, что в них много холестерола, и активируют ЛХАТ.
ЛХАТ отщепляет ЖК от фосфолипидов ЛВП и переносит на холестерол. Образуются эфиры холестерола.
Эфиры холестерола гидрофобны, поэтому переходят внутрь липопротеина.
ТЕМА 8
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ: ОБМЕН БЕЛКОВ
Белки – это высокомолекулярные соединения, состоящие из α-аминокислотных остатков, которые соединены между собой пептидными связями.
Пептидные связи расположены между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой, следующей за ней, α-аминокислоты.
Функции белков (аминокислот) :
1) пластическая (основная функция) – из аминокислот синтезируются белки мышц, тканей, гемм, карнитин, креатин, некоторые гормоны и ферменты;
2) энергетическая
а) в случае избыточного поступления в организм с пищей (>100 г)
б) при длительном голодании
Особенность:
Аминокислоты, в отличие от жиров и углеводов, не депонируются .
Количество свободных аминокислот в организме – около 35 г.
Источники белка для организма :
· белки пищи (основной источник)
· белки тканей
· синтезированные из углеводов.
Азотистый баланс
Т.к. 95% всего азота организма принадлежит аминокислотам, то о их обмене можно судить по азотистому балансу – соотношение поступающего азота и выделенного с мочой.
ü Положительный – выделяется меньше, чем поступает (у детей, беременных, в период выздоровления после болезни);
ü Отрицательный – выделяется больше, чем поступает (пожилой возраст, период длительного заболевания);
ü Азотистое равновесие – у здоровых людей.
Т.к. белки пищи – основной источник аминокислот, то говорят о «полноценности белкового питания ».
Все аминокислоты делятся на:
· заменимые (8) – Ала, Гли, Сер, Про, Глу, Глн, Асп, Асн;
· частично заменимые (2) – Арг, Гис (синтезируются медленно);
· условно заменимые (2) – Цис, Тир (могут синтезироваться при условии поступления незаменимых – Мет → Цис, Фен →Тир);
· незаменимые (8) – Вал, Иле, Лей, Лиз, Мет, Тре, Фен, Тпф.
В связи с этим выделяются белки:
ü Полноценные – содержат все незаменимые аминокислоты
ü Неполноценные – не содержат Мет и Тпф.
Переваривание белков
Особенности:
1) Белки перевариваются в желудке, тонком кишечнике
2) Ферменты – пептидазы (расщепляют пептидные связи):
а) экзопептидазы – по краям с C-N-концов
б) эндопептидазы – внутри белка
3) Ферменты желудка и поджелудочной железы вырабатываются в неактивном виде – проферменты (т.к. они бы переваривали собственные ткани)
4) Ферменты активируются частичным протеолизом (отщепление части ппц)
5) Некоторые аминокислоты подвергаются гниению в толстом кишечнике
 |
1. В ротовой полости не перевариваются.
2. В желудке на белки действует пепсин (эндопептидаза). Он расщепляет связи, образованные аминогруппами ароматических аминокислот (Тир, Фен, Тпф).
Пепсин вырабатывается главными клетками в виде неактивного пепсиногена .
Обкладочные клетки вырабатывают соляную кислоту.
Функции HCl :
ü Создает оптимум рН для пепсина (1,5 – 2,0)
ü Активирует пепсиноген
ü Денатурирует белки (облегчает действие фермента)
ü Бактерицидное действие
Активация пепсиногена
Пепсиноген под действием HCl превращается в активный пепсин путем отщепления 42 аминокислот медленно. Затем активный пепсин быстро активирует пепсиноген (аутокаталитически ).
Таким образом, в желудке белки расщепляются на короткие пептиды, которые поступают в кишечник.
3. В кишечнике на пептиды действуют ферменты поджелудочной железы.
Активация трипсиногена, химотрипсиногена, проэластазы, прокарбоксипептидазы
В кишечнике под действием энтеропептидазы активируется трипсиноген . Затем активированный из него трипсин активирует все остальные ферменты путем частичного протеолиза (химотрипсиноген → химотрипсин , проэластаза → эластаза , прокарбоксипептидаза → карбоксипептидаза ).
Трипсин расщепляет связи, образованные карбоксильными группами Лиз или Арг.
Химотрипсин
– между карбоксильными группами ароматических аминокислот.
Эластаза - связи, образованные карбоксильными группами Ала или Гли.
Карбоксипептидаза расщепляет карбоксильные связи с С-конца.
Таким образом, в кишечнике образуются короткие ди-, трипептиды.
4. Под действием ферментов кишечника они расщепляются до свободных аминокислот.
Ферменты – ди-, три-, аминопептидазы . Они не обладают видовой специфичностью.
Образовавшиеся свободные аминокислоты всасываются вторично активным транспортом с Na + (против градиента концентрации).
5. Некоторые аминокислоты подвергаются гниению.
Гниение – ферментативный процесс расщепления аминокислот до малотоксичных продуктов с выделением газов (NH 3 , СН 4 , СО 2 , меркаптан).
Значение: для поддержания жизнедеятельности микрофлоры кишечника (при гниении Тир образует токсичные продукты фенол и крезол, Тпф – индол и скатол). Токсичные продукты поступают в печень и обезвреживаются.
Катаболизм аминокислот
Основной путь – дезаминирование – ферментативный процесс отщепления аминогруппы в виде аммиака и образования безазотистой кетокислоты.
· Окислительное дезаминирование
· Неокислительное (Сер, Тре)
· Внутримолекулярное (Гис)
· Гидролитическое
Окислительное дезаминирование (основное)
А) Прямое – только для Глу, т.к. для всех остальных ферменты неактивны.
Протекает в 2 стадии:
1) Ферментативное
2) Спонтанное
В итоге образуется аммиак и α-кетоглутарат.
Функции трансаминирования :
ü Т.к. реакция обратимая, служит для синтеза заменимых аминокислот;
ü Начальный этап катаболизма (трансаминирование не является катаболизмом, т.к. количество аминокислот не меняется);
ü Для перераспределения азота в организме;
ü Участвует в малат-аспартатном челночном механизме переноса водорода в гликолизе (6 реакция).
Для определения активности АЛТ и АСТ в клинике для диагностики заболеваний сердца и печени измеряют коэффициент де Ритиса:
При 0,6 – гепатит,
1 – цирроз,
10 – инфаркт миокарда.
Декарбоксилирование аминокислот – ферментативный процесс отщепления карбоксильной группы в виде СО 2 от аминокислот.
В результате образуются биологически активные вещества – биогенные амины .
Ферменты – декарбоксилазы.
Кофермент – пиридоксальфосфат ← вит. В6.
После оказания действия биогенные амины обезвреживаются 2 путями:
1) Метилирование (добавление CH 3 ; донор - SAM);
2) Окисление с отщеплением аминогруппы в виде NH 3 (фермент MAO – моноаминоксидаза).
Биосинтез жирных кислот наиболее активно происходит в цитозоле клеток печени, кишечника, жировой ткани в состоянии покоя или после еды .
Условно можно выделить 4 этапа биосинтеза:
1. Образование ацетил-SКоА из глюкозы, других моносахаров или кетогенных аминокислот.
2. Перенос ацетил-SКоА из митохондрий в цитозоль :
- может быть в комплексе с карнитином , подобно тому как переносятся внутрь митохондрии высшие жирные кислоты, но здесь транспорт идет в другом направлении,
- обычно в составе лимонной кислоты , образующейся в первой реакции ЦТК.
Поступающий из митохондрий цитрат в цитозоле расщепляется АТФ-цитрат-лиазой до оксалоацетата и ацетил-SКоА.
Образование ацетил-SКоА из лимонной кислоты
Оксалоацетат в дальнейшем восстанавливается до малата, и последний либо переходит в митохондрии (малат-аспартатный челнок), либо декарбоксилируется в пируват малик-ферментом ("яблочный" фермент).
3. Образование малонил-SКоА из ацетил-SКоА.
Карбоксилирование ацетил-SКоА катализируется ацетил-SКоА-карбоксилазой , мульферментным комплексом из трех ферментов.
Образование малонил-SКоА из ацетил-SКоА
4. Синтез пальмитиновой кислоты.
Осуществляется мультиферментным комплексом "синтаза жирных кислот " (синоним пальмитатсинтаза ) в состав которого входит 6 ферментов и ацил-переносящий белок (АПБ).
Ацил-переносящий белок включает производное пантотеновой кислоты – 6-фосфопантетеин (ФП), имеющий HS-группу, подобно HS-КоА. Один их ферментов комплекса, 3-кетоацил-синтаза , также имеет HS-группу в составе цистеина. Взаимодействие этих групп обусловливает начало и продолжение биосинтеза жирной кислоты, а именно пальмитиновой кислоты. Для реакций синтеза необходим НАДФН.
Активные группы синтазы жирных кислот
В первых двух реакциях последовательно присоединяются малонил-SКоА к фосфопантетеину ацил-переносящего белка и ацетил-SКоА к цистеину 3-кетоацилсинтазы.
3-Кетоацилсинтаза катализирует третью реакцию – перенос ацетильной группы на С 2 малонила с отщеплением карбоксильной группы.
Далее кетогруппа в реакциях восстановления (3-кетоацил-редуктаза ), дегидратации (дегидратаза ) и опять восстановления (еноил-редуктаза ) превращается в метиленовую с образованием насыщенного ацила, связанного с фосфопантетеином .
Ацилтрансфераза переносит полученный ацил на цистеин 3-кетоацил-синтазы , к фосфопантетеину присоединяется малонил-SКоА и цикл повторяется 7 раз до образования остатка пальмитиновой кислоты. После этого пальмитиновая кислота отщепляется шестым ферментом комплекса тиоэстеразой .
Реакции синтеза жирных кислот
Удлинение цепи жирных кислот
Синтезированная пальмитиновая кислота при необходимости поступает в эндоплазматический ретикулум. Здесь с участием малонил-S-КоА и НАДФН цепь удлиняется до С 18 или С 20 .
Удлиняться могут и ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая) с образованием производных эйкозановой кислоты (С 20). Но двойная связь животными клетками вводится не далее 9 атома углерода , поэтому ω3- и ω6-полиненасыщенные жирные кислоты синтезируются только из соответствующих предшественников.
Например, арахидоновая кислота может образоваться в клетке только при наличии линоленовой или линолевой кислот. При этом линолевая кислота (18:2) дегидрируется до γ-линоленовой (18:3) и удлиняется до эйкозотриеновой кислоты (20:3), последняя далее вновь дегидрируется до арахидоновой кислоты (20:4). Так формируются жирные кислоты ω6-ряда
Для образования жирных кислот ω3-ряда, например, тимнодоновой (20:5), необходимо наличие α-линоленовой кислоты (18:3), которая дегидрируется (18:4), удлиняется (20:4) и опять дегидрируется (20:5).
Loading...