Распад ТАГ, фосфолипидов, ВЖК, регуляция. Эйкозаноиды - строение и биологическая роль

Распад ТАГ, фосфолипидов, ВЖК,регуляция. Эйкозаноиды: строение и биологическая роль.

Вопросы:

1.Особенности структуры и метаболизма веществ в белой и бурой жировой тканях.

2.Мобилизация жиров, гормональная регуляция. Роль перилипина.

3.Окисление жирных кислот: активация ВЖК, их транспорт в митохондрии, роль карнитина.

4.β-Окисление жирных кислот: реакции процесса, ферменты, регуляция.

5.Энергетический эффект β-окисления. Регуляция процесса.

6.Окисление ВЖК с нечетным числом углеродов и непредельных. Понятие о других видах окисления ВЖК.

Жировая ткань - белая и бурая: функции, локализация, особенности строения, химического состава.

Жировая ткань - разновидность соединительной ткани. Составляет 20-25% от общей массы тела у женщин и 15-20% у мужчин. Морфофункциональной единицей жировой ткани является адипоцит.

Жировая ткань состоит из клеток (аципоцитов, макрофагов и т.д.) и межклеточного вещества, представленного - незначительно: коллагеном, эластином, в большей степени:

гликозаминогликанами, протеогликанами.

Различают два вида жировой ткани: белую и бурую.

механическая: защита митохондриях

эндокринная: секреция лептина, адипонекти-нов, эстрогенов.

Химический состав белой жировой ткани

Состав жировой ткани зависит от ее локализации: чем глубже под поверхностью

кожи она расположена, тем больше насыщенных кислот содержится в составе ТАГ.

В состав жировой ткани входят: ТАГ- 65-85%, вода – 22%, белки – 5,8%. ВЖК в

составе ТАГ представлены кислотами: олеиновой – 42-51%, пальмитиновой – 5-14%,

олеопальмитиновой – 3-5%, миристиновой 3-5%, линолевой 1-5%.

Особенности метаболизма белой жировой ткани:

Белая жировая ткань слабо снабжена кровеносными капиллярами, поэтому к ней

транспортируется мало кислорода, мало вырабатывается АТФ, которая тратится, в

основном на транспорт веществ.

елковый обмен: белки синтезируются преимущественно для собственных нужд.

а экспорт синтезируются: лептин, белки острой фазы воспаления (α1-кислый

гликопротеин, гаптоглобин), компоненты системы комплимента (адипсин, комплемент С3, фактор В), интерлейкины.

глеводный обмен: протекает слабо, преобладают катаболические процессы: гликолиз – для синтеза АТФ, пентозофосфатный – поставляет субстраты для синтеза липидов.

ипидный обмен: активно протекают реакции липолиза (в постабсорбивный период) и липогенеза (в абсорбтивный).

Липиды являются удобной формой хранения субстратов для выработки энергии – ВЖК, которые образуются при мобилизации (распаде, липолизе) триацилглицеринов,

активно протекающей при: голодании, физической нагрузке, стрессе, низкоуглеводном питании и в постабсорбтивный период.

Распад (липолиз, мобилизация) ТАГ

Триацилглицеролы обеспечивают более половины энергетических потребностей большинства органов, особенно печени, сердца и скелетных мышц в покое, кроме клеток мозга и эритроцитов. Сами ацилглицерины не являются субстратами для окисления, но при их расщеплении образуются жирные кислоты, при окислении которых выделяемая энергия запасается в виде АТФ.

В цитозоле клетки ацилглицерины хранятся в виде липидной капли, окруженной белком – перилипином, предохраняющим липиды от «несанкционированного» расщепления.

В постабсорбтивный период, период голодания, при усиленной физической нагрузке и кетогенной диете в крови увеличивается уровень глюкагона и адреналина,

которые связываются с рецепторами на поверхности адипоцитов и по каскадному механизму запускают процесс фосфорилирования белков в клетке. В фосфорилированном состоянии:

-белок перилипин удаляется с поверхности капли и открывается доступ для действия липазы.

-гормончувствительная липаза (ГЧЛ) находится в активной форме и осуществляет гидролиз ТАГ и ДАГ. Далее моноацилглицероллипаза завершает мобилизацию жирных кислот с образованием свободной жирной кислоты и глицерина:

Гидролиз некоторых глицерофосфолипидов используется и для образования вторичных посредников (ДАГ, ИФ3), предшественников для синтеза биологически активных веществ - эйкозаноидов. Кроме того, фосфолипазы А1 и А2 участвуют в изменении состава жирных кислот в глицерофосфолипидах, например при синтезе дипальмитоилфосфатидилхолина - компонента сурфактанта в период эмбрионального развития

Продукты распада ТАГ и фосфолипидов далее метаболизируются в печени и других органах и тканях.

Глицерол, как водорастворимое вещество, транспортируется кровью в свободном

транспортируются в такие ткани, как мышцы. Альбумин повышает растворимость ВЖК и, связывая анионы жирных кислот, предотвращает растворение мембран клеток,

поскольку соли жирных кислот обладают моющим действием. В клетке жирные кислоты перемещаются вместе с белками, связывающими жирные кислоты.

Окисление ВЖК

Катаболизм жирных кислот является полностью окислительным. После того, как они транспортируются через цитоплазму, их окисление протекает как в митохондрии, так и в пероксисоме, главным образом в результате цикла реакций, известных как β-

окисление. Основными конечными продуктами являются ацетил-коэнзим А (ацетил-

КоА) и восстановленные формы нуклеотидов FADH2 и NADH.

Окислению предшествует:

активация ВЖК (для ослабления стабильности С-С связей),

транспорт ацил-КоА через мембрану из цитозоля в матрикс митохондрий - место локализации ферментов окисления.

Активация ВЖК

Жирные кислоты активируются путем образования высокоэнергетической

тиоэфирной связи с коферментом А.

Активация ВЖК в цитозоле протекает при участии HSКоА, АТФ и фермента ацил-КоА синтетазы. Жирная кислота активируется путем взаимодействия с АТФ с образованием высокоэнергетического ацил-АМФ и пирофосфата. AMP затем обменивается на CoA, а пирофосфат расщепляется пирофосфатазой, с выделением дополнительной энергии, что обеспечивает полноту протекания реакции активации ВЖК.

Суммарная реакция процесса активации записывается в виде уравнения:

Ацил-КоА синтетазы находятся как в цитозоле, так и в матриксе митохондрий. Они отличаются специфичностью к жирным кислотам с различной длиной радикала.

Транспорт ВЖК через митохондриальную мембрану. Роль карнитина

Транспорт ВЖК из цитозоля в матрикс для коротко- и средне-цепочечных жирных кислоты (до С14) осуществляется без переносчиков, поскольку они легко проникают через мембрану митохондрий. Для переноса кислот с более длинным радикалом (их большинство) требуется специальная карнитиновая транспортная система.

анаружной мембране митохондрий имеется фермент

карнитинацилтрансфераза I, которая катализирует образование сложноэфирной связи между ацильной и спиртовой группами карнитина:

Ацил-карнитин в цитозоле связывается с белком транслоказой, встроенной в наружную мембрану митохондрий и после прохождения через межмембранное простанство, на внутренней стороне митохондриальной мембраны происходит обратная реакция – образование ацил-СоА без затраты АТФ с участием фермента - карнитин-

ацил-трансфераы II. Высвобождаемый карнитин возвращается назад за последующим остатком насыщенной жирной кислоты.

Рис.2-2. Транспорт жирных кислот через мембраны митохондрий.

C помощью карнитина также удаляются из митохондрий разветвленные ацильные остатки, которые образуются при распаде аминокислот.

Карнитин поступает с пищей или синтезируется из незаменимых аминокислот лизина и метионина. В реакциях синтеза карнитина участвует витамин С

(аскорбиновая кислота). Он также может быть синтезирован из аминокислот лизина и метионина ферментативным путем, обнаруживаемым в печени и почках, но не в скелетной или сердечной мышце. Следовательно, эти последние ткани полностью зависят от поглощения карнитина, обеспечиваемого эндогенным синтезом или диетой и распределяемого кровью. При длительной физической нагрузке (тренировках спортсменов и др.) для повышения транспорта активных жирных кислот в матрикс

митохондрий спортсмены принимают препараты карнитина. Дефицит карнитина

приводит к снижению способности тканей использовать ВЖК в качестве топлива.

Процесс β- окисления: локализация, последовательность реакций, ферменты.

В тканях с высокой активностью ферментов ЦТК и дыхательной цепи (клетках красных скелетных мышц, сердечной мышце, почках) активно протекает процесс окисления жирных кислот - важного источника энергии. Эритроциты, в которых отсутствуют митохондрии, не могут окислять жирные кислоты. Жирные кислоты не служат источником энергии для клеток мозга и других нервных тканей, так как они не проходят через гематоэнцефалический барьер, как и другие гидрофобные вещества.

β-окисление - аэробный процесс катаболизма жирных кислот путём последовательного отщепления двууглеродных фрагментов в виде ацетил-СоА. Ацетил-

СоА может вступать в цитратный цикл и окисляться до СО2 и 2О, а образовавшийся укороченный ацильный остаток вновь вовлекается в следующий цикл β-окисления.

В результате β-окисления ВЖК полностью расщепляются до ацетил-СоА. Для полного распада, например, 16-углеродной молекулы пальмитиновой кислоты требуется семь таких повторяющихся циклов.

Окисление происходит по β-атому углерода и включает четыре последовательные реакции:

дегидрирование (окисление)

гидратация

дегидрирование (окисление)

тиолазная реакция

Субстраты: свободные насыщенные жирные кислоты с четным числом атомов

углерода.

Локализация: митохондрии клеток.

Ферменты, катализирующие реакции окисления:

Далее цикл повторяется до полного расщепления ацилКоА на двухуглеродные фрагменты.

Суммарное уравнение β-окисления, например пальмитоил-КоА может быть представлено таким образом:

С15Н31СО-КоА + 7ФАД + 7НАД+ + 7 HSKoA +7Н2О→

→8 CH3CОKoA + 7ФАДH2 + 7(НАДН + H+)

Далее восстановленные эквиваленты окисляются в цепи переноса электронов.

Биологическое значение окисления жирных кислот заключается в обеспечении организма энергией, теплом и водой.

Энергетический эффект окисления насыщенной жирной кислоты.

За один цикл β-окисления образуются:

1 моль ацетил-КоА, окисление которого в цитратном цикле обеспечивает синтез 12 моль АТФ.

1 моль FADH2 и 1 моль NADH, окисление которых в дыхательной цепи дает

2 и 3 моль АТФ соответственно.

При окислении пальмитиновой кислоты проходит 7 циклов и образуется 8 моль ацетил-КоА, 7 моль ФАДH2 и 7 моль АД + +. Следовательно, выход АТФ составляет

35 АТФ при β-окислении и 96 АТФ в результате цитратного цикла, что в сумме дает 131

моль АТФ. Поскольку активация ЖК требует затраты 1 АТФ, то из 131 следует вычесть 1

моль АТФ.

Общая формула для подсчета выхода АТФ при полном окислении насыщенных ВЖК записывается следующим образом:

где n — число С атомов в молекуле ВЖК;

n/2 — 1 — число циклов β-окисления;

5 — выход АТФ в одном цикле β-окисления;