6.2. Метаболизм жиров
Гидролитические ферменты. Жиры составляют важную часть пищи. Их частичный гидролиз происходит в пищеварительном тракте. Факт их переваривания вызывает некоторое недоумение, поскольку пищеварительные ферменты водорастворимы, а жиры гидрофобны. Объяснение этого факта состоит в том, что ферменты сорбируются на липидных субстратах, причем контакт между ними обеспечивается желчью, которая содержит желчные кислоты. Желчные кислоты, взаимодействуя с липидами, образуют очень тонкие и устойчивые эмульсии. Кроме того, желчные кислоты растворяют жирные кислоты, освобождающиеся в ходе ферментативного гидролиза, что позволяет возобновляться фермент-липидному комплексу.
Панкреатический сок содержит липазу, гидролизующую триглицериды до моно- и диглицеридов. В первую очередь отщепляются жирные кислоты от первичных атомов глицерина. В продуктах переваривания около половины молекул гидролизуются полностью до жирных кислот и глицерина. Фофолипиды гидролизуются фосфолипазой В, которая отделяет жирную кислоту по первичной спиртовой группе. Продукты переваривания всасываются в тонком кишечнике. Для всасывания также необходимо присутствие эмульгирующих веществ – желчных кислот и желчи. В кишечнике часть липидов ресинтезируется и в форме микроскопических капелек попадают в лимфатическую систему. В крови и лимфе липиды соединяются с белками, образуя липопротеиды. В крови присутствует фермент липопротеидлипаза, ее активирует гепарин. Эта липаза отделяет часть жирных кислот от триглицеридов. Кислоты соединяются с сывороточным альбумином и переносятся в печень.
Окисление жирных кислот. Идет во многих тканях, особенно в печени, легких, почках и сердце. Жирные кислоты окисляются по второму от карбоксильной группы углероду. Механизм β-окисления прояснился после открытия Липманом и Нахмансоном кофермента А, они выяснили механизм действия этого кофермента.
Стадии окисления жирных кислот.
1. Активация жирных кислот коферментом А. Под действием специфической тиолипазы жирных кислот КоА присоединяется тиоэфирной связью с карбоксильной группой жирной кислоты. Эта реакция протекает в области наружной мембраны митохондрий:
+АТФ
R—СН2—СН2—СООН + НS—КоА →
→R—СН2—СН2—СО~S—КоА +АМФ+ ф
Реакция требует присутствия ионов марганца.
2. Проникновение ацил-КоА в митохондрию. Для прохождения через митохондриальную мембрану ацил-КоА должен прореагировать с аминированной оксикислотой – карнитином. Реакция катализируется ферментом карнитин-ацилтрансферазой.
Обратная реакция идет внутри митохондрии. Тиоэфирная связь разрывается. КоА может вернуться в цитоплазму, а может попасть для окисления в цикл Кребса.
Расщепление пальмитиновой кислоты, имеющей 16 атомов углерода происходит следующим образом:
Сначала образуется пальмитоил-КоА
R—СН2—СН2—С--КоА
↑ ||
О
1. Далее ферментативное дегидрирование по ά и β- атомам углерода (указано стрелкой) с образованием двойной связи, образуется молекула ФАДН2.
2. Далее гидратация по этой связи
3. Еще одна реакция дегидрирования, с образованием НАДН2
4. Гидролитическое расщепление по β-атому углерода с образованием ацетил- КоА, а по месту расщепления к укороченному остатку кислоты присоединяется другая молекула КоА.
Это первый цикл окисления ЖК, далее цикл повторяется еще шесть раз.
Суммарная реакция окисления пальмитиновой кислоты:
Пальмитоил-КоА→ 8 ацетил-КоА +ФАДН2 + НАДН2
Эти продукты реакции в митохондриях переходят в цикл Кребса и дыхательную цепь, где в результате дальнейших превращений каждая молекула ФАДН2дает 2 молекулы АТФ, каждая молекула НАДН2дает 3 молекулы АТФ, восемь молекул ацетил-КоА дают в ходе окисления в цикле Кребса 96 молекул АТФ. Можно подвести итоговый энергетический баланс: при окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты на активацию затрачена 1 молекула АТФ, прошло 7 циклов окисления, получено 130 молекул АТФ дополнительно. Окисление каждой молекулы ЖК, имеющейnатомов углерода, проходитn-1циклов окисления.
Синтез жирных кислот. Жирные кислоты синтезируются в условиях, когда пища доставляет достаточное количество энергии для всех существенных нужд организма. Однако небольшое количество жирных кислот необходимо для структурных липидов и должно синтезироваться в любых условиях. Синтез жирных кислот может намного превышать потребности организма, и в этом случае липиды начинают откладываться про запас, особенно в жировых тканях.
Биосинтез жирных кислот – процесс в основном цитоплазматический. Отправной точкой служит ацетил-КоА. Частично он поступает из сферы митохондриального метаболизма.
Таблица 7