5.3.9. Использование экзогенных жиров тканями.
5.3.9.1. Действие липопротеинлипазы на хиломикроны. Когда хиломикроны проходят по кровеносным капиллярам клеток жировой, мышечной или другой ткани, они взаимодействуют с ферментом липопротеинлипазой (ЛП-липазой), гликопротеином молекулярной массой 68 kDa, содержащим 482 аминокислотных остатка (К.Ф. 3.1.1.34), которая С-концевым доменом, связанным с гепарансульфатом (глюкозаминогликаном, см. часть 3 «Биохимия межклеточного матрикса», с. 135) фиксирована на поверхности эндотелиальных клеток, выстилающих стенки кровеносных капилляров этих тканей. АпоС и фосфолипиды, располагающиеся на поверхности ХМ, активируют ЛП-липазу тем, что фосфолипиды опознаются и связываются ферментом, а апоС, изменяя конформацию ЛП-липазы, формирует ее активный центр, и ЛП-липаза катализирует гидролиз ТАГ, содержащихся в ХМ, до глицерина и трех молекул жирных кислот.
ЛП-липаза синтезируется в клетках многих тканей − мышечной, жировой, в легких и представляет собой гомодимер. Структурно она близка к комплексу панкреатической липазы с колипазой. В активном состоянии N-концевой домен, содержащий активный центр, место связывания апоС-II и петлю (lid), запирающую вход в активный центр в отсутствие активирующих апопротеинов, одного мономера взаимодействует с С-концевым доменом, содержащим гепаринсвязывающую область и структурные элементы, необходимые для липолиза, другого мономера (рис. 5.38). Фермент относится к семейству сериновых гидролаз, триада каталитических аминокислотных остатков выглядит следующим образом: Ser132−His241−Asp156 (у близкородственной панкреатической липазы это Ser153− His264−Asp177).
ЛП-липаза сердечной мышцы, обладая низким Км по отношению к ТАГ по сравнению с ЛП-липазой адипоцитов, гидролизует жиры в составе ХМ и ЛПОНП даже при их низкой концентрации в крови, а образующиеся жирные кислоты используются этой тканью для получения энергии.
Рис. 5.38. Пространственное расположение гомодимера ЛП-липазы. N-концевой домен мономера ЛП-липазы содержит активный центр, место связывания апоС-II и петлю (lid), запирающую вход в активный центр в отсутствие активирующих апопротеинов. При активации он взаимодействует с С-концевым доменом другого мономера, содержащим гепарин-связывающую область и структурные элементы, необходимые для липолиза (согласно [20])
ЛП-липазы нет в печени, на поверхности гепатоцитов экспонирована печеночная липаза, гликопротеин, содержащий 454 аминокислотных остатка (НL hepatic lipase) и действующий на липиды ЛППП, образовавшиеся из ЛПОНП, но не гидролизующий ТАГ зрелых ХМ. Структурно HL схожа с ЛП-липазой (см. рис. 5.38).
5.3.9.2. Судьба жирных кислот, глицерина и остаточных ХМ. Жирные кислоты, образовавшись в результате действия ЛП-липазы на ХМ и поступив в жировую ткань в абсорбтивный период, используются для синтеза и депонирования жиров, пока не будут востребованы. В сердечной мышце жирные кислоты используются в качестве источника энергии. Хорошо растворимый в крови другой продукт гидролиза ТАГ ХМ глицерин транспортируется в печень и используется в абсорбтивный период для синтеза жиров.
После гидролиза ТАГ ЛП-липазой их количество в хиломикроне снижается и он теряет апоС-II, который переносится на липопротеины высокой плотности (ЛПВП). Масса хиломикрона уменьшается. Это приводит к изменению его конформации, он превращается в «остаточный хиломикрон», содержащий фосфолипиды, экзогенный холестерин, жирорастворимые витамины и апопротеины В-48 и Е. АпоЕ становится хорошим лигандом для рецепторов печени, что приводит к поглощению остаточного хиломикрона гепатоцитами путем эндоцитоза. Внутри клеток печени ферменты лизосом гидролизуют белки и липиды, которые потом утилизируются. Экзогенный холестерин и жирорастворимые витамины используются в печени или транспортируются в другие ткани (рис. 5.39).
Рис. 5.39. Транспортная функция липопротеинов
5.3.9.3. Обмен ЛПОНП, ЛППП и ЛПНП. Основной функцией этих липопротеинов является транспорт жирных кислот в составе ТАГ из печени к периферическим тканям, в том числе жировую и мышечную. Для синтеза ЛПОНП в гепатоцитах требуется белок апоВ-100 и липиды: ЭХС, ТАГ и фосфолипиды.
Триацилглицериды для ЛПОНП синтезируются путем эстерификации жирных кислот. Они поступают в гепатоциты из плазмы крови (источником их является, например, липолиз в жировой ткани) или синтезируются de novo в печени. Образование ЛПОНП регулируется после трансляции за счет контроля синтеза апоВ-100. Новосинтезированная частица ЛПОНП содержит одну молекулу белка апоВ-100. Другие белковые компоненты, апоС-II, апоС-III и апоЕ, поступают на неё от ЛПВП после того, как ЛПОНП попадают в плазму крови. Они требуются для ускорения метаболизма ЛПОНП.
На эндотелии сосудистой стенки ТАГ в составе ЛПОНП подвергаются действию фермента ЛП-липазы. ЛП-липаза катализирует гидролиз ТАГ в составе ЛПОНП до жирных кислот, моноацилглицеролов. После гидролиза жиров ЛП-липазой образуются остаточные ЛПОНП, называемые липопротеинами промежуточной плотности (ЛППП). Эти липопротеины либо поглощаются печенью, либо превращаются в липопротеины низкой плотности (ЛПНП).
В жировой ткани синтез ЛП-липазы стимулирует инсулин. Тем самым обеспечивается поступление жирных кислот в адипоциты для синтеза и хранения в виде ТАГ. В мышцах ЛП-липаза позволяет использовать жирные кислоты для окисления в периоды между приемами пищи, а инсулин подавляет образование этого фермента.
Около 75 % ЛППП попадает в печень после связывания апоЕ с рецепторами для ЛПНП или рецепторами для апоВ/апоЕ. В печени они полностью разрушаются. Около 25 % ЛППП в кровотоке подвергается действию печеночной липазы. Этот фермент катализирует дальнейшее расщепление ТАГ в составе ЛППП. В результате ЛППП превращаются в ЛПНП, содержащие в основном фосфолипиды, ЭХС (до 50 %) и небольшое количество ТАГ и свободного холестерина. Их основной функцией является транспорт эндогенного холестерина в клетки. Около 70 % холестерина и его эфиров в крови находится в составе ЛПНП.
5.3.9.4. Транспорт холестерина липопротеинами крови. В клетках-потребителях холестерина существуют рецепторы для ЛПНП, взаимодействие которых с липопротеином опосредуется апоВ-100, что приводит к поглощению ЛПНП клеткой путем эндоцитоза. Рецепторы ЛПНП экспонированы на поверхности клетки в специальных углублениях, выстланных белком клатрином и называемых окаймленными ямками. N-концевой домен рецептора, взаимодействующий с апоВ-100 и апоЕ, способен связывать все липопротеины, содержащие эти апобелки, а именно: ЛПНП, ЛППП, ЛПОНП, остаточные ХМ.
Потребление холестерина клеткой регулируется путем изменения количества рецепторов на поверхности клетки. При снижении потребности клетки в холестерине уменьшается количество рецепторов. Регулятором является сам холестерин, который репрессирует транскрипцию генов, соответствующих этим белкам. Синтез рецепторов ЛПНП увеличивают гормоны: инсулин, трийодтиронин, половые гормоны, а уменьшают глюкокортикоиды.
(7)
Липопротеины, циркулирующие в крови, обмениваются холестерином. Особенно активно это происходит между ЛПНП и ЛПВП, причем поток холестерина направлен в сторону ЛПВП. Неэтерифицированный холестерин находится в поверхностном монослое липопротеинов. ЛПВП способны этерифицировать холестерин с помощью лецитин-холестерин-ацилтрансферазы (ЛХАТ) (К.Ф. 2.3.1.43), катализирующей сначала отщепление ацильного остатка из -положения фосфатидилхолина, а потом его перенос на холестерин (схема 7).
Эфир холестерина погружается внутрь ЛПВП, освобождая место для новых молекул холестерина в поверхностном слое. Двусторонняя диффузия холестерина происходит и при контакте ЛПВП с клетками, при этом ЛПВП извлекают холестерин из мембран клеток. ЛПВП, нагруженные холестерином, поглощаются в основном печенью путем эндоцитоза и там освобождают холестерин. Таким образом, ЛПВП участвует в так называемом «обратном транспорте холлестерина» (схема 8) и предупреждает его накопление, а ЛПНП обеспечивает клетку холестерином по мере потребности в нем, тем самым поддерживается постоянство содержания холестерина в клетках. Нарушение соотношения между ЛПНП и ЛПВП может быть причиной гиперхолестеринемии.
(8)
Весь холестерин, который необходимо вывести из тканей организма, поступает сначала в печень, а потом выделяется из этого органа с фекалиями преимущественно в виде вторичных желчных кислот. Часть первичных желчных кислот выводится в неизмененном виде, часть в восстановленном по кольцу В виде холестанола и копростанола.
5.3.9.5. Мобилизация жиров из жировой ткани. Выше упоминалось, что в абсорбтивный период происходит синтез жиров во многих тканях и органах и депонирование их в адипоцитах (схема 9).
Предшественниками для синтеза ТАГ являются глицерол-3-фосфат и активированные жирные кислоты. В печени глицерол-3-фосфат может образовываться или в результате фосфорилирования глицерола, или из глюкозы как промежуточный продукт гликолиза. В жировой ткани единственным источником образования глицерол-3-фосфата является гликолиз. Вслед за перевариванием пищи в плазме крови увеличивается концентрация глюкозы, инсулина, липопротеинов, богатых ТАГ, cтимулируется активность ЛП-липазы для гидролиза ТАГ в составе липопротеинов и снижается активность липазы жировой ткани. Наряду с этим стимулируется образование ТАГ в жировой ткани. Натощак или при повышенной потребности в энергии во время физической работы, повышении уровня катехоламинов, гормона роста, АКТГ и глюкагона в плазме крови, снижении секреции инсулина эти процессы меняются на противоположные увеличивается липолиз в жировой ткани, представляющий собой гидролиз жира до глицерина и жирных кислот, жирные кислоты используются в качестве источника энергии, а глицерол для процесса глюконеогенеза.
Мобилизацию жира осуществляют два фермента: липаза жировой ткани (она же гормон-чувствительная липаза) и моноглицеридли-паза.
Липаза жировой ткани небольшой белок жировых клеток молекулярной массой 8288 kDa, существующий в двух формах: фосфорилированной активной и дефосфорилированной неактивной. Фосфорилирование липазы происходит под действием протеинкиназы А, таким образом, фермент является сАМР-зависимым. Гормоны, увеличивающие концентрацию сАМР, усиливают липолиз. Это гормоны прямого действия − адреналин, соматотропный гормон гипофиза, инсулин и гормоны косвенного действия − глюкокортикостероиды, половые гормоны, лептин.
(9)
Мембраны адипоцитов содержат - и -адренорецепторы. Взаимодействие адреналина с рецепторами обоих типов вызывает изменение концентрации сАМР. -Адренорецептор связан с ингибирующим G-белком (Gi), вызывающим понижение активности аденилатциклазы. Это приводит к уменьшению концентрации сАМР и торможению липолиза. -Адренорецептор связан со стимулирующим G-белком (Gs), что приводит к стимуляции липолиза. Соотношение - и -адренорецепторов определяется как индивидуальными особенностями организма в целом, так и процессов липолиза в разных частях тела у разных людей, что отражается в неодинаковом «худении». Однако в целом у человека преобладают -адренорецепторы, поэтому суммарное действие адреналина приводит к активации липолиза.
Соматотропный гормон стимулирует липолиз, воздействуя через аденилатциклазную систему.
Инсулин увеличивает активность внутриклеточной фосфодиэстеразы, приводя к снижению концентрации сАМР и угнетению липолиза. Инсулин усиливает синтез жира (схема 9) и уменьшает скорость его мобилизации.
Продукты липолиза глицерин и жирные кислоты, выходя из жировой клетки, кровью разносятся в клетки других тканей. Глицерин как вещество гидрофильное растворяется в плазме крови. Жирные кислоты, гидрофобные соединения, транспортируются альбуминами, образуя с ними комплексы путем формирования слабых типов связей: гидрофобного взаимодействия радикалов жирных кислот и ионных связей карбоксильных групп жирных кислот с радикалами лизина молекулы альбумина. Жирные кислоты, находящиеся в комплексе с альбуминами, получили название неэстерифицированных жирных кислот (НЭЖК). Уровень НЭЖК в крови служит показателем степени мобилизации жира: чем больше в плазме крови НЭЖК, тем интенсивнее идет липолиз