Классификация липидов. Функции.

Обмен липидов

Транспорт ресинтезированного жира через лимфатическую систему и кровоток возможен только после включения его в состав липопротеинов.

 

Окисление жирных кислот

Жирные кислоты, образующиеся при расщеплении жиров, подвергаются окислению. Существует несколько типов окисления: α,β,γ,δ,ώ. Окисление зависит от потребностей клетки и от типа жирной кислоты.

Виды окисления жирных кислот:

I. α-окисление – это окисление α атома углерода от карбоксильной группы с последующим отщеплением одноуглеродного фрагмента в виде СО₂. Далее процесс повторяется. Протекает в клетках мозга, растительных клетках.

II. ώ-окисление – это окисление, при котором гидроксилируется противоположный конец жирной кислоты, в результате чего образуется дикарбоновая кислота. Этот процесс протекает в ЭПС. Сначала из СН₃-группы образуется спиртовая группа СН₂-ОН, которая затем окисляется в карбоксильную (СООН) группу.

III. β- Окисление жирных кислот (Цикл Кноопа).

В 1904 году немецкий химик Франц Кнооп предположил, что окисление жирных кислот в организме происходит по b-углеродному атому в цепочке (второй атом от карбоксильной группы). В 1948-1949 гг. Кеннеди и Ленинджер установили, что процесс окисления жирных кислот происходит в митохондриях. Теория β-окисления жирных кислот, предложенная Ф. Кноопом, в значительной мере послужила основой современных представлений о механизме окисления жирных кислот.

β-Окисление - специфический путь катаболизма жирных кислот, при котором от карбоксильного конца жирной кислоты последовательно отделяется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА. Метаболический путь - β-окисление - назван так потому, что реакции окисления жирной кислоты происходят у β-углеродного атома. Реакции β-окисления и последующего окисления ацетил-КоА в ЦТК служат одним из основных источников энергии для синтеза АТФ по механизму окислительного фосфорилирования. β-Окисление жирных кислот происходит только в аэробных условиях.

Окисление жирных кислот с четным числом атомов углерода:

1. Все превращения жирных кислот начинаются в цитозоле с процесса активирования: присоединении жирной кислоты к HS-КоА (коферменту А). Данный процесс катализирует фермент ацил-КоА-синтетаза (кофактор Mg²⁺). Он протекает при участии АТФ. Образуется ацил- КоА.

 

2. Далее ацил-КоА должен попасть в митохондрию. Однако мембрана митохондрий не проницаем для него. Специфическим переносчиком ацил-КоА через мембрану является карнитин. Карнитин взаимодействует с ацил-КоА с образованием ацил-карнитина. Этот процесс катализирует ацил-карнитинтрансфераза. Ацил-карнитин диффундирует в матрикс митохондрии, где располагаются все ферменты, катализирующие последующие стадии b-окисления.

В матриксе под действием фермента ацил-карнитинтиолазыидет его распад с образованием карнитина и ацил-КоА. При этом используется внутримитохондриальные HS-КоА и АТФ.

Все дальнейшие превращения связаны с ацил-КоА.

3. Под действием фермента ацил-КоА-дегидрогеназы(кофермент ФАД)происходит дегидрирование ацильного радикала по b-углеродному атому с образованием еноилацил-КоА (транс-форма ).

 

 

4. Под действием фермента ацил-КоА-гидролазыидет присоединение воды по двойной связи с образованием b-гидроксиацил-КоА.

 

5. Под действием фермента гидроксиацил-КоА – дегидрогеназа(кофермент NAD) происходит образование кетоацил-КоА.

6. Кетоацил-КоА-тиолаза катализирует отщепление ацетил-КоА и углеводородный радикал укорачивается на два углеродных атома.

 

7. Полученный ацетил-КоА вступает в цикл Кребса, а остаток жирной кислоты, укороченный на 2 атома углерода, вновь подвергаются окислению. Таким образом каждый цикл окисления будет укорачивать жирную кислоту на 2 атома углерода, который будут уходить в составе ацели-КоА в цикл Кребса.

 

Окисление жирных кислот с нечетным числом атомов углерода:

Укорочение углеродного скелета жирной кислоты с нечетным числом атомов углерода будет происходить путем отщепления 2 атомов углерода (ацетил-КоА) до тех пор, пока не останется жирная кислота с 3 атомами. Они будут отщепляться в виде пропионил-КоА. Поэтому конечным продуктом окисления жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, наряду с ацетил-КоА, будет пропионил-КоА.

1. Пропионил-КоА, под действием фермента пропионил-КоА-карбоксилазы присоединяет СО₂, превращаясь а метилмалонил-КоА. Коферментом этого фермента является биотин (витами H). Данная реакция идет с затратой одной молекулы АТФ.

2. Метилмалонил-КоА под действием метилмалонилмутазы изомеризуется в сукцинил-КоА и поступает в цикл Кребса.

 

Окисление ненасыщенных жирных кислот.

Олеиновая[2], ленолевая и леноленовая жирные кислоты содержат первую двойную связь в 9 и 10 положении в цис-форме:

При работе ацил-КоА-дегидрогеназы образуется енольная форма ацил-КоА, где двойная связь имеет транс конформацию (см. реакцию 3). Поэтому окисление указанных жирных кислот идет через дополнительные стадии, включающие перемещение двойной связи в углеродной цепи жирной кислоты и перевод этой связи в транс-форму.

β-Окисление этих жирных кислот может быть осуществлено до следующего ацил-производного:

 

За изменением конформации кратной связи отвечает фермент цис-транс –еноил-КоА – изомераза.

После этого окисление продолжается в обычном режиме. Таким образом будут изменяться все двойные связи, препятствующие β-окислению.

 

Обмен липидов

Классификация липидов. Функции.

Липиды делятся на простые (двухкомпонентные), если продуктами их гидролиза являются спирты и жирные кислоты, и сложные (многокомпонентные), когда в результате их гидролиза, кроме спиртов и карбоновых кислот, образуются и другие вещества (фосфорная кислота, углеводы и т. д.).

Простые липиды:

1. Воски – сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов.Воски образуют защитный слой на растении и предохраняют его от высыхания.

2. Природныежиры - смесь триацилглицеролов – соединения глицерина (трехатомного спирта) с остатками жирных кислот. В триацилглицеролах человека содержатся как насыщенные (не имеют двойных связей), так и ненасыщенные жирные кислоты (имеют двойные связи). Поэтому жир человека имеет низкую температуру плавления примерно 10-15ºС (в клетках он находится в жидком состоянии).

3. Стеролы (производные циклических спиртов и жирных кислот):

3.1. Холестерол представляет собой молекулу, содержащую 4 конденсированных кольца, а наличие гидроксильной группы позволяет относить холестерол к спиртам, поэтому его правильное химическое название "холестерол", однако в медицинской литературе часто используют термин "холестерин".

Холестерол - основной стероид в организме человека, остальные стероиды - его производные. Растения, грибы и дрожжи не синтезируют холестерол, но образуют разнообразные фитостеролы и микостеролы, не усваиваемые организмом человека. Бактерии не способны синтезировать стероиды. Холестерол входит в состав мембран и влияет на структуру бислоя, увеличивая её жёсткость. Из холестерола синтезируются жёлчные кислоты, стероидные гормоны и витамин D3. Нарушение обмена холестерола приводит к развитию атеросклероза.

3.2. Жёлчные кислоты. Являются производными холестерола, обладают поверхностно-активными свойствами и участвуют в переваривании жиров, эмульгируя их и делая доступными для действия панкреатической липазы. В организме человека синтезируются две жёлчные кислоты: холевая и хенодезоксихолевая, которые при физиологических значениях рН в кишечнике не являются эффективными эмульгаторами. В печени эмульгирующие свойства жёлчных кислот увеличиваются за счёт реакции конъюгации, в которой к карбоксильной группе жёлчных кислот присоединяются аминокислоты таурин или глицин. Именно такие соли желчных кислот служат главными эмульгаторами жиров в кишечнике.

4. Церамиды – это N–ацилированные производные спирта сфингозина. Эти соединения в незначительных количествах присутствуют в тканях растений и животных. Они являются предшественниками сложных липидов - сфингомиелинов, цереброзидов, ганглиозидов и др.

Сложные липиды:

1. Фосфолипиды. Фосфолипиды являются главными компонентами биологических мембран. Это эфиры фосфорной кислоты и двух многоатомных спиртов – глицерина и сфингозина.

1.1. Глицерофосфолипиды - главные липидные компоненты клеточных мембран. Они сопутствуют жирам в пище и служат источником фосфорной кислоты, необходимой для процессов метаболизма.

2. Сфинголипиды -это структурные аналоги глицерофосфолипидов, где вместо глицерина используется сфингозин.

2.1. Сфингомиелины - впервые обнаруженны в нервной ткани. В сфингомиелинах гидроксильная группа у С-1 сфингозина ацилирована фосфорилхолиновой группировкой, поэтому их также можно отнести и к фосфолипидам.

3. Гликолипиды – включаютв себя углеводные остатки (чаще D- галактозы, реже D-глюкозы) и не содержат фосфорной кислоты и связанных с ней азотистых оснований.

3.1. Цереброзиды и ганглиозиды – представляют собой сфингозинсодержащие липиды. Цереброзиды входят в состав оболочек нервных клеток. Ганглиозиды впервые были выделены из серого вещества головного мозга.

 

Также липидами являются жирорастворимые витамины (K, E, D, A) и провитамины (каротины, стеролы); обладая высокой биологической активностью, эти вещества оказывают регулирующее действие на обмен веществ.

Функции липидов:

1) энергетическая – являются резервными соединениями, основной формой запасания энергии и углерода. При окислении 1г нейтральных жиров (триацилглицеролов) выделяется 38,9 кДж энергии;

2) защитная – воски образуют защитные водоотталкивающие покровы растений, их семян и плодов и термоизоляционные (жир) прослойки у животных организмов;

3) структурная – являются главными структурными компонентами клеточных мембран. Содержание липидов, участвующих в формировании структурных компонентов клетки, относительно стабильно, их называют протоплазматическими. Липиды, содержание которых в клетке меняется в зависимости от характера питания и образа жизни, называют резервными липидами;

4) липиды служат предшественниками ряда других биологически активных веществ – витамина D, желчных кислот, каротиноидов, стеролов и т.д.;

5) регуляторная – производными жирных кислот являются стероидные гормоны (гормоны коры надпочечников и половых желез) и простагландины – гормоны местного действия.

6) жиры являются источником эндогенной воды - при окислении 1г жира выделяется 1,1 г метаболической воды.