3.3. Взаимоотношения обмена липидов с другими звеньями метаболических процессов

В отличие от представителей других классов простейшие липиды не могут полимеризоваться, а усложнение их осуществляется за счет присоединения самых разных по природе соединений. Простые липиды не способны к гидролизу, это в первую очередь, ВЖК, высшие спирты, в том числе сфингозин, холестерин. Двухкомпонентные же - обычно сложные эфиры, то есть продукты взаимодействия высших жирных кислот с различными спиртами (глицерином - нейтральные жиры, с высшими ациклическими спиртами - воска, с холестерином - его эфиры). Своеобразным исключением служат церамиды, являющиеся, как видно, из названия амидами ВЖК и аминоспирта сфингозина. Все получившиеся двухкомпонентные структуры очень плохо растворяются в воде, но так как в клетке много гидрофильных соединений, с которыми возникает необходимость вступать в различные контакты, липиды усложняют строение, включая в свой состав полярные компоненты (фосфорилированные азотистые основания, моносахариды, полипептиды). Получившиеся мицеллы представляют из себя уже амфифилы (вещество, часть молекулы которого гидрофильна, другая - гидрофобна).

Функции липидов самые разнообразные: нейтральные жиры - источники энергии и способны депонироваться. Их накопители - липоциты, объединённые в жировую ткань, могут быть использованы как амортизаторы, защитники органов брюшной полости от механических повреждений. Обладая высокой теплоёмкостью и низкой теплопроводностью, адипоциты участвуют в поддержании постоянной температуры тела. Все виды мембран (клеточные и органоидные) построены однотипно, облигатным компонентом является билипидный слой, включающий холестерин и различные фосфолипиды. Особую роль - изолятора - выполняет холестерин, входя в состав миелиновых оболочек. Находясь в коже, он преобразуется в холекальциферол (витамин D₃); в коре надпочечников и в половых железах из него синтезируются соответствующие гормоны (схема 4).

ЭФИРЫ ХОЛЕСТЕРИНА

Ацил-КоА витамин Д

кожа

половые половые

гормоны ХОЛЕСТЕРИН мембраны

железы клеток

кора

надпочечников

печень

жёлчные кислоты глюкокортикостероиды

минералокортикостероиды

андрогены

эстрогены

прогестерон

Схема 4. Пути использования эфиров холестерина в клетке

Нервная ткань в отличие от многих других, построена в основном из специфических, сложных по структуре липидов. Интересно, что половина высших жирных кислот фосфолипидов мембран обязательно полиненасыщенная, что сказывается на их свойствах (текучесть и проницаемость). Такие ВЖК очень чувствительны к действию различных радикалов, в первую очередь, активных форм кислорода (АФК): супероксида аниона О₂^.- , пероксида водорода, радикала гидроксила и других, которые индуцируют перекисное окисление липидов (ПОЛ), чрезмерная активация которого сопровождает или служит причиной многих патологических состояний. В физиологических условиях эти процессы участвуют в самообновлении и репарации мембран, в синтезе БАВ. АФК являются фактором бактерицидности фагоцитирующих клеток.

Особая роль среди полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) принадлежит арахидоновой и эйкозапентаеновой кислотам, из которых в клетках различных органов и тканей осуществляется образование простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов.

эндоцитоз

Мембрана митохондрии

Схема 5. Взаимосвязь липидного обмена с другими видами обменов

Вообще следует отметить, что в отличие от углеводов, все необходимые представители которых способны синтезироваться в организме, часть ПНЖК принадлежит к незаменимым, жизненно необходимым, поэтому их объединяют под термином витамин F .

Катаболическая фаза для большинства липидов также складывается из трёх стадий. Если молекула липида состоит из двух и более компонентов, то она гидролизуется, затем продукты подвергаются специфическому распаду. Высвобождающийся глицерин фосфорилируется и окисляется до дигидроксиацетонфосфата, который вступает в гликолиз, повторяя судьбу глюкозо-6-фосфата.

Высшие жирные кислоты, точнее их активные формы (ацил-КоА), попадая в митохондрии клеток, служат субстратами β-окисления, конечным продуктом которого является ацетил-КоА, сгорающий в цикле трикарбоновых кислот (схема 5).

Как известно, основными энергоисточниками в клетках являются глюкоза и высшие жирные кислоты, но последние для своего полного распада (до углекислого газа и воды) требуют больших количеств кислорода, что, естественно, затрудняет этот процесс (отсюда понятно, почему пополнев, трудно похудеть). С энергетической целью тканями (мышечной, нервной и др.) могут использоваться кетоновые тела (ацетоуксусная, β-оксимасляная кислоты). В физиологических условиях они образуются в печени (митохондриях гепатоцитов) из ацетил-КоА (схема 5).

Основные поставщики ацетил-КоА - глюкоза и высшие жирные кислоты, а ОА образуется, в первую очередь, из глюкозы. Поэтому, когда нарушается утилизация глюкозы, например, при сахарном диабете, уменьшается синтез оксалоацетата, приводящий к снижению образования цитрата и при наличии высокого уровня ацетил-КоА (усиленный катаболизм ВЖК), последний конденсируется в ацето-ацетат (схема 6).

Х

Кетоновые

тела

а б

Схема 6. Пути использования ацетил-КоА в зависимости от скорости распада глюкозы:

а – в норме;

б – при замедлении окисления моносахарида

Следует отметить, что субстратом в образовании холестерина и ВЖК тоже служит ацетил-КоА, только данное вещество используется на эти цели тогда, когда угнетается его распад в ЦТК. Подобная ситуация возникает в тех условиях, когда в результате работы цикла Кребса и связанного с ним биологического окисления и окислительного фосфорилирования образуется много молекул АТФ. Избыток последних ингибирует дальнейшее преобразование цитрата в цикле лимонной кислоты, он выходит из митохондрий, распадается на исходные составные части. При этом высвобождается ацетил-КоА, который, конденсируясь, и дает или ВЖК, или холестерин (схемы 5, 7). Особую роль в синтезе этих соединений играет НАДФН+Н⁺, источником которого служит только пентозофосфатный путь окисления глюкозы (схема 2).

Мало того, в жировой ткани накопление нейтральных жиров определяется достаточным количеством моносахаридов (схема 7). Как видно из схемы, оба компонента нейтрального жира: и ВЖК, и глицерол-1-фосфат - образуются из фосфорилированной глюкозы.

Если в липоцит и попадёт глицерол, он не способен участвовать в синтезе ТАГ-ов, так как в этих клетках отсутствует глицеролкиназа - фермент, активирующий данный спирт, без чего последний не может вступать в реакции. Кроме того, цитоплазматический ацетил-КоА используется в различных реакциях ацетилирования с образованием ацетилхолина, ацетилглюкоз-амина и других производных моносахаридов – составных частей гетерополисахаридов.

Особая роль в жизнедеятельности организма принадлежит перекисному окислению липидов. Как уже отмечалось, его индукторами служат АФК (см. выше), которые могут генерироваться и в небольших количествах и в физиологических условиях. При гипероксии, гипоксии, действии различных лучей (рентген,- ультрафиолетовых, инфракрасных и т.д.), токсинов и других факторов уровень активных форм кислорода будет расти. Их называют радикалами за счёт наличия неспаренного электрона. Активность липопероксидации подавляется веществами, которые имеются в норме в клетках и в плазме крови. Это как энзимы: глутатионпероксидазу (селен-содержащий энзим), глутатионредуктазу, каталазу, СОД, глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназу (из ПФП), так и соединения неферментативной природы (каротины, витамины А, Е, С, Р, рибофлавин, глутатион, цистеин и др.), обладающие способностью обезвреживать АФК и являющиеся ловушками радикалов.

Если же почему-то не справляется антиокислительная защита или слишком много накапливается свободных радикалов, последние начинают воздействовать на ВЖК липидов, локализованных в мембранах, разрушая их. Деструкция плазмолемм нарушает жизнедеятельность клеток. Этот процесс неспецифичен и служит звеном в патогенезе многих заболеваний (атеросклероза, панкреатита, ревматоидного артрита и т.д.) (free radical diseases).