3. Энергетическая функция липидного обмена

3.1 Мобилизация жиров (липолиз)

Необходимость в жирах в качестве источника энергии возникает при:

1. Тяжелой физической работе.

2. Эмоциональном напряжении.

3. Голодании.

Главными энергетическими субстратами липидного обмена являются жирные кислоты и глицерин. Источником жирных кислот и глицерина являются триацилглицеролы (ТАГ) жировых отложений. Процесс мобилизации ТАГ из жировых депо носит название липолиза и осуществляется внутриклеточными липазами.

Регуляция липолиза:

Нервная - симпатическая нервная система липолиз активирует; парасимпатическая подавляет, способствует накоплению жира.

Гуморальная - катехоламины (адреналин и норадреналин), глюкагон, соматотропный гормон (СТГ), тиреотропный гормон (ТТГ) - активируют; инсулин, простагландин Е и никотиновая кислота - подавляют.

Активация внутриклеточных липаз носит название липолитический каскад Стайнберга.

Г ормон

рецептор модифицированный

рецептор

неактивная активная

аденилатциклаза аденилатциклаза

АТФ ц АМФ

неактивная активная

протеинкиназа протеинкиназа

неактивная активная

липаза липаза

ТАГ ДАГ + ЖК

МАГ + ЖК

ГЛ + ЖК

Рис. 13. Схема липолитического каскада

(Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 2007)

Таким образом, в ходе липолиза образуются глицерин и жирные кислоты. Глицерин хорошо растворим в воде, поэтому переносится кровью в растворенном состоянии, а свободные жирные кислоты переносятся альбуминами плазмы крови.

Свободные жирные кислоты - одна из форм транспорта липидов в крови. Нормальное содержание составляет 0,08 - 0,20 г/л, или 0,3 - 0,9 ммоль/л. Отдельные жирные кислоты в процентах от общего количества составляют: олеиновая кислота - 26 - 45, пальмитиновая кислота - 20 - 25, стеариновая кислота - 10 - 14, линолевая кислота - 8 - 16.

Увеличение концентрации жирных кислот в крови происходит при феохромоцитоме, болезни Гирке, алкоголизме, неконтролируемом сахарном диабете, печеночной энцефалопатии, врожденном нарушении метаболизма жирных кислот (болезни Рефсума), а также при введении гепарина, кофеина, резерпина, адреналина и др.

Снижение содержания жирных кислот отмечено при муковисцидозе, а также при введении аспарагиназы, никотиновой кислоты, пропрапанола, клофибрата, инсулина, сахарозы, глюкозы и др.

3.2 Окисление жирных кислот

Процесс извлечения энергии из жирных кислот носит название β-окисление или по имени авторов внесших наибольший вклад в изучение данного процесса - цикл Кноопа-Линена. Процесс β-окисления протекает в 3 стадии.

1 стадия. Активация жирных кислот. Происходит в цитоплазме. Реакция заключается во взаимодействии свободной жирной кислоты (ацила) с коферментом А, с образованием ацил-КоА.

O O

║ Ацил-КоА-синтетаза (тиокиназа) ║

R - C - OH + КоА R - C - O - S KoA

АТФ АМФ+ ФФ_н

Рис. 14. Схема активации жирной кислоты в цитоплазме клеток

Процесс β-окисления протекает в матриксе митохондрий, а образовавшийся ацил-КоА не проходит через внутреннею мембрану митохондрий. Данная проблема решается путем функционирования специального переносчика - карнитина. Карнитин синтезируется из лизина и метионина в печени и почках. Особенно много в мышцах. Химическое строение карнитина представлено на рисунке 15.

(CH₃)₃⁺N - CH₂ - CHOH - CH₂ - COOH

Рис. 15. Химическое строение карнитина (γ-триметиламино-β-гидроксибутират)

При действии карнитин-ацилтрансферазы к спиртовой группе карнитина присоединяется жирная кислота (сложноэфирной связью):

Ацил-SКоА + Карнитин ó Ацилкарнитин + НSКоА

Ацилкарнитин может диффундировать в митохондрию.

Цитоплазма Мембрана митохондрий Матрикс

O O

║ ║

R - C - SKoA HO - Карнитин HO - Карнитин R - C - SKoA

O O

║ ║

KoASH R - C - O - Карнитин R - C - O - Карнитин KoASH

Рис. 16. Схема участия карнитина в транспорте ацил-КоА

2 стадия. β-окисление жирных кислот. Протекает в матриксе митохондрий.

O

║

R - CH₂ - CH₂ - C ~ SKoA ацил-КоА

ФАД ацил-КоА-дегидрогеназа

ФАДН₂

O

║

R - CH = CH - C ~ SKoA еноил-КоА

Н₂О еноил-КоА-гидратаза

O

║

R - CH - CH₂ - C ~ SKoA β-гидроксиацил-КоА

│

OH НАД⁺ β-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа

НАДН · Н⁺

O

║

R - C - CH₂ - C ~ SKoA β-кетоацил-КоА

║

O КоА SH тиолаза

O O

║ ║

H₃C - C ~ SKoA R - C ~ SKoA (n -2)

Рис. 17. Схема β-окисления жирных кислот в митохондриях

Таким образом, жирная кислота с четным числом атомов углерода в ходе β-окисления распадается на ацетил-КоА. При этом в каждом цикле образуются восстановленные формы коферментов - ФАДН₂ и НАДН·Н⁺, которые вступают в цепь переноса электронов и дают 2 и 3 молекулы АТФ соответственно.

3 стадия. Цикл трикарбоновых кислот. В ходе данного метаболического пути происходит окончательное окисление молекулы ацетил-КоА до СО₂ и Н₂О с образованием 12 молекул АТФ.