5. Депонирование и мобилизация жиров в жировой ткани, физиологическое значение и регуляция этих процессов. Транспорт и основные направления использования высших жирных кислот в организме.
В постабсорбционном периоде идет мобилизация энергетических резервов организма, в том числе мобилизация резервных триглицеридов жировой ткани. Образующиеся в ходе мобилизации высшие жирные кислоты через мембраны липоцитов поступают в кровяное русло и в комплексе с альбуминами переносятся с током крови в различные органы и ткани. Там они проникают через наружные клеточные мембраны внутрь клеток и связываются со специальным белком. В комплексе с этим внутриклеточным белком-переносчиком они перемещаются в цитозоле к месту их использования.
В условиях длительной интенсивной работы, требующей больших энергозатрат, жирные кислоты, поступающие из жировых депо, становятся основным видом «энергетического топлива». Значение их как энергетического топлива еще более возрастает при недостатке глюкозы в клетках органов и тканей, например при сахарном диабете или голодании. Однако на пути эффективного использования клетками высших жирных кислот, поступающих из кровяного русла, встает так называемый «диффузионный барьер». Суть этого явления в следующем: высшие жирные кислоты на своем пути из кровяного русла в клетки должны пройти через гидрофильную фазу межклеточной среды. Но высшие жирные кислоты не растворимы в воде и скорость их движения через межклеточную среду ограничена. Преобразование жирных кислот в печени в соединения с небольшой молекулярной массой, растворимые в воде: гидроксибутират и ацетоацетат, которые из печени поступают опять же в кровь, а затем из крови идут в органы и ткани, для них диффузионного барьера не существует и они служат эффективным энергетическим топливом. Эти соединения получили название ацетоновые тела. К ацетоновым относится также ацетон. В то же время и в гепатоциты высшие жирные кислоты поступают, минуя диффузионный барьер, поскольку гепатоциты в печеночных синусах непосредственно контактируют с кровью.
6. Окисление высших жирных кислот. Последовательность реакций окисления. Связь окисления жирных кислот с цитратным циклом и дыхательной цепью. Физиологическое значение. Изменение скорости использования жирных кислот в зависимости от режима питания и мышечной активности.
Основным способом окисления высших жирных кислот, по крайней мере в отношении общего количества окисляющихся в клетке соединений данного класса, является процесс b-окисления,
открытый Кноопом еще в 1904 г. Этот процесс можно определить как процесс ступенчатого окислительного расщепления высших жирных кислот, в ходе которого идет последовательное отщепление двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-КоА со стороны карбоксильной группы активированной молекулы высшей жирной кислоты.
Этапы окисления жирных кислот
1. Прежде, чем проникнуть в матрикс митохондрий и окислиться, жирная кислота должна активироваться в цитозоле. Это осуществляется присоединением к ней коэнзима А с образованием ацил-S-КоА. Ацил-S-КоА является высокоэнергетическим соединением. Необратимость реакции достигается гидролизом дифосфата на две молекулы фосфорной кислоты.
Реакция активации жирной кислоты
2. Ацил-S-КоА не способен проходить через митохондриальную мембрану, поэтому существует способ его переноса в комплексе с витаминоподобным веществом карнитином. На наружной мембране митохондрий имеется фермент карнитин-ацилтрансфераза I.
Карнитин-зависимый транспорт жирных кислот в митохондрию
Карнитин синтезируется в печени и почках и затем транспортируется в остальные органы. Во внутриутробном периоде и в первые годы жизни значение карнитина для организма чрезвычайно важно. Энергообеспечение нервной системы детского организма и, в частности, головного мозга осуществляется за счет двух параллельных процессов: карнитин-зависимого окисления жирных кислот и аэробного окисления глюкозы. Карнитин необходим для роста головного и спинного мозга, для взаимодействия всех отделов нервной системы, ответственных за движение и взаимодействие мышц. Существуют исследования, связывающие с недостатком карнитина детский церебральный паралич и феномен "смерти в колыбели".
3. После связывания с карнитином жирная кислота переносится через мембрану транслоказой. Здесь на внутренней стороне мембраны фермент карнитин-ацилтрансфераза II вновь образует ацил-S-КоА который вступает на путь β-окисления.
4. Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит окисление (ацил-SКоА-дегидрогеназа), гидратирование (еноил-SКоА-гидратаза) и вновь окисление 3-го атома углерода (гидроксиацил-SКоА-дегидрогеназа). В последней, трансферазной, реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-SКоА. К оставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к первой реакции. Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются два ацетил-SКоА.
Последовательность реакций β-окисления жирных кислот
В результате одного цикла b-окисления радикал жирной кислоты укорачивается на 2 атома углерода, а отщепившийся фрагмент выделяется в виде ацетил-КоА. В ходе одного цикла b-окисления, например,при превращении стеароил-КоА в пальмитоил-КоА с образованием ацетил-КоА, высвобождается 91 ккал/моль свободной энергии, однако основная часть этой энергии накапливается в виде энергии восстановленных коферментов, потери же энергии в виде теплоты составляют лишь около 8 ккал/моль.
Образовавшийся ацетил-КоА может поступать в цикл Кребса, где он будет окисляться до конечных продуктов или же может использоваться для других нужд клетки, например, для синтеза холестерола.
Энергетический эффект одного цикла b-окисления можно оценить исходя из того, в ходе цикла образуются 1 молекула ФАДН2 и 1 молекула НАДН+Н . При их поступлении в цепь дыхательных ферментов будет синтезироваться 5 молекул АТФ ( 2 + 3 ). Если образовавшийся ацетил-КоА будет окислен в цикле Кребса, то клетка получит еще 12 молекул АТФ.
Скорость b-окисления высших жирных кислот определяется, во-первых, концентрацией жирных кислот в клетке и, во-вторых, активностью внешней ацил-КоА:карнитин ацилтрансферазы. Активность фермента угнетается малонил-КоА.
Изменение скорости использования жирных кислот в зависимости от режима питания и мышечной активности. - ?