Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра биологической химии

Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)

Протокол № 10

Л Е К Ц И Я

По биологической химии

для студентов 2 курса лечебного факультета

Тема. Липиды 3. Липолиз. Тканевой обмен липидов

Время 3 часа

Учебные и воспитательные цели:

1.Сформулировать представление о липолизе и причинах его вызывающих

2.Подсчитать эффект окисления жирных кислот и глицерина, как мощных энергетических субстратов

ЛИТЕРАТУРА

1.Биохимия человека:, Р.Марри, Д.Греннер, П.Мейес, В.Родуэлл.- М.Мир. ,2004.- т.1.

,с..

2.Основы биохимии:А.Уайт, Ф.Хендлер,Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман.-М. 1981,т.- 2,.с. 730-780.

3.Наглядная биохимия: Кольман., Рем К.-Г-М. Мир.-2004г. с.164-174.

4.Липиды, липопротеиды и атеросклероз: А.Н.Климов, Н.Г.Никульчева, Питер.,С-Питербург.,-1995г С. 298.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1.Мультимедийная презентация

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№п/п	Перечень учебных вопросов	Количество выделяемого Времени в минутах
1.	Липолиз, механизм мобилизации жира
2.
3.

Всего 90 минут

Вопрос 1. Механизм мобилизации жира ( роль гормонов , цАМФ и ионов Са+).

Содержащиеся в организме человека массой 70 кг триацилглицеролы (ТАГ) могут дать 100.000 ккал энергии: белки – 60.000 ккал; гликоген – 6.000 ккал; глюкоза - 400 ккал. ТГ составляют 90% среди всех липидов, содержащихся в организме. Наиболее часто встречающимися жирными кислотами в их составе являются олеиновая (18:1), пальмитиновая (16:0) и линолевая (18:2) кислоты. На их долю приходится 75% всех жирных кислот. В норме более 95% ТГ находится вжировой ткани. Оставшиеся 5% локализованы преимущественно в печени и мышцах. При голодании, тяжелом СД, некоторых других состояниях, при которых жир мобилизуется из жировой ткани( ЛИПОЛИЗ) для энергетических целей, количество ТГ в печени увеличивается.

Жировая ткань функционально специализируется на хранении (запасании) и мобилизации ТАГ. При этом за 2-3 недели в адипоците происходит полное их обновление. Схематически процессы синтеза - гидролиза ТАГ изображены ниже.

Предшественниками для синтеза ТАГ являются глицерол-3-фосфат и активированные жирные кислоты. В печени глицерол-3-фосфат может образовываться или в результате фосфорилирования глицерина, или из глюкозы как промежуточный продукт гликолиза. В жировой ткани отсутствует фермент глицеролкиназа; поэтому единственным источником образования глицерол-3-фосфата является гликолиз .Жировая ткань функционально специализируется на хранении (запасании) и мобилизации ТАГ.

Предшественниками для синтеза ТАГ являются глицерол-3-фосфат и активированные жирные кислоты. В печени глицерол-3-фосфат может образовываться или в результате фосфорилирования глицерина, или из глюкозы как промежуточный продукт гликолиза. В жировой ткани отсутствует фермент глицеролкиназа; поэтому единственным источником образования глицерол-3-фосфата является гликолиз.

Жировая ткань функционально специализируется на хранении (запасании) и мобилизации ТАГ. При этом за 2-3 недели в адипоците происходит полное их обновление. Схематически процессы синтеза - гидролиза ТАГ изображены ниже.

Фосфорилирование активирует гормон-чувствительную липазу, тем самым ускоряется гидролиз ТАГ. Адреналин, норадреналин, глюкагон и АКТГ так же активируют этот фермент, в то время как инсулин вызывает его дефосфорилирование, снижая активность

Депонирование жира в жировой ткани сопряжено с питанием и гормональным статусом, которые направлены на стимуляцию поглощения глюкозы. Активация жирных кислот происходит путем их превращения в ацил~КоА под влиянием фермента - ацил~КоАсинтетазы.

Гидролиз триацилглицероловопосредован липазными ферментами. Активность липазы в клетках жировой ткани находится под строгим регуляторным контролем (отсюда название - гормон-чувствительная липаза). Фермент проявляет субстратную специфичность к ТАГ, 1,2-диацилглицеролам, 2-моноацилглицеролам и эфирам холестерола. Активность гормон-чувствительной липазы регулируется путем фосфорилирования-дефосфорилирования, которые опосредует фермент цАМФ-зависимая протеинкиназа. В результате полного гидролиза молекулы ТАГ образуется 3 молекулы жирных кислот и 1 молекула глицерола. Глицерол из жировой ткани попадает в печень и используется там как предшественник в синтезе глюкозы путем глюконеогенеза. Жирные кислоты выходят из адипоцитов в плазму крови. Они используются любыми тканями, клетки которых содержат митохондрии, способные окислять жирные кислоты с выделением энергии. Однако преимущественно эти жирные кислоты утилизируются в клетках сердечной, скелетных мышц и печени. Другим важным источником ТГ являются ЛП плазмы крови.

Метаболизм ТАГ в жировой ткани скоординирован с анаболической и катаболической фазами метаболизма на уровне целого организма. Вслед за перевариванием пищи в плазме крови увеличивается концентрация глюкозы, инсулина, липопротеинов, богатых ТАГ. Наряду с этим стимулируется образование ТАГ в жировой ткани. В развитие этой анаболической фазы вовлечены переносчики глюкозы и гликолиз; стимулируется активность ЛПЛ для гидролиза ТАГ в составе липопротеинов и снижается активность жиромобилизующей липазы 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, высвобождаются жирные кислоты, используемые в качестве источника энергии, и глицерол - для глюконеогенеза

Олеиновая кислота (18:1  9)или цис - 9 - октадеценовая кислота.

Линолевая кислота (18:2  6)или цис -9-цис-12 -октадекадиеновая кислота.

Линоленовая кислота (18:3  3) или цис-9, цис-12, цис-15-октадека-триеновая кислота.

Арахидоновая кислота (20:4  6)или (эйкозатетраен-5,8,11,14-овая кислота), цис-5, цис-8, цис-11, цис-14- эйкозатетраеновая кислота.

Характерно, что все двойные связи в составе жирных кислот организма имеют цис-конфигурацию Двумя преобладающими мононенасыщенными жирными кислотами животных липидов являются олеиновая и пальмитолеиновая. Олеиновая кислота наиболее широко распространена в природе и преобладает в количественном отношении. Среди полиненасыщенных жирных кислот в тканях млекопитающих наиболее часто встречается линолевая кислота, содержащая две двойные связи, линоленовая - с тремя двойными связями и арахидоновая - с четырьмя двойными связями. Ненасыщенность жирных кислот существенно влияет на их свойства. С увеличением числа двойных связей снижается температура плавления жирных кислот, возрастает их растворимость в неполярных растворителях. Все ненасыщенные жирные кислоты, встречающиеся в природе, при комнатной температуре являются жидкостями. Олеиновая кислота (18:1  9)или цис - 9 - октадеценовая кислота.

Линолевая кислота (18:2  6)или цис -9-цис-12 -октадекадиеновая кислота.

Линоленовая кислота (18:3  3) или цис-9, цис-12, цис-15-октадека-триеновая кислота.

Арахидоновая кислота (20:4  6)или (эйкозатетраен-5,8,11,14-овая кислота), цис-5, цис-8, цис-11, цис-14- эйкозатетраеновая кислота.

Транспорт свободных жирных кислот (СЖК) в плазме крови

Как уже упоминалось, основными потребителями СЖК являются клетки сердечной и скелетной мышц, печени. Для этих тканей характерно поглощение 30%-40% СЖК, содержащихся в артериальной крови. Основными СЖК плазмы крови являются пальмитиновая и олеиновая.

Комплекс СЖК - альбумин.Вследствие сильной гидрофобности >99% жирных кислот плазмы циркулируют в нековалетно связанном с альбумином состоянии. Важнейшей функцией альбумина, наиболее распространенного белка во внеклеточной жидкости, является связывание небольших, плохо растворимых в воде молекул. На молекуле альбумина имеется 3 центра связывания, к которым присоединяется 10 и более молекул жирных кислот. В плазме имеется небольшая концентрация жирных кислот, которые не связаны с альбумином, но уравновешены с комплексом альбумин-жирные кислоты. Они могут диффундировать через эндотелий капилляров и поглощаться тканями. Присутствие альбумина обеспечивает существование мощного резервуара жирных кислот в непосредственной близости к тканям всего организма.

Вклад СЖК плазмы крови в энергетический обмен. Период полужизни СЖК плазмы короток (около 1,5 мин), а оборот СЖК плазмы значительный и составляет около 200г/сутки. Если бы все они подверглись окислению, то выделилось бы 1800 ккал энергии. На самом деле, значительная часть этих жирных кислот используется для эстерификации ТАГ.

Оценка вклада СЖК плазмы крови в энергетический обмен

человека

Параметр	Значение
Масса	70 кг
Объем плазмы	3 л
СЖК плазмы (средн. концентрация)	0,5 ммоль
Молекулярная масса СЖК (средн.)	280
Период полужизни СЖК плазмы	1,5 мин
Оборот СЖК плазмы	10 ммоль/л 720 ммоль/сутки 201,6 г/сутки
Калорический коэффициент оборота (9 ккал/г)	1818 ккал/сутки
Калорическая потребность (умеренная активность)	2350 ккал/сут
Максимальный вклад оборота СЖК плазмы в калорическую потребность	77%

Расходование жирных кислот

Поглощение жирных кислот и роль белка, связывающего жирные кислоты. Считается, что жирные кислоты проходят через клеточную мембрану путем диффузии по концентрационному градиенту, хотя вопрос о том, существует ли такой градиент для жирных кислот, остается спорным. В последнее десятилетие получено много сведений относительно структуры и функции семейства белков, связывающих жирные кислоты. Эти белки обладают тканевой специфичностью и составляют от 2% до 5% от общего количества цитозольного белка в сердечной и скелетной мышцах, молочной железе, надпочечниках и мозге. Их роль заключается в обеспечении поглощения и внутриклеточного транспорта жирных кислот, в регуляции клеточного содержания жирных кислот и ацил~КоА. Высокая концентрация таких белков позволяет клеткам поддерживать внутриклеточный фонд жирных кислот, сохранять на низком уровне концентрацию несвязанных жирных кислот. Последние обладают детергентным действием.

Бета – окисление жирных кислот

Начинается с реакции RCOOH+HS~KoA+ATF-------RCOO~SKoA+AMF+ дифосфат

Реакция эта протекает, главным образом, в цитоплазме, в то время как процесс окисления жирных кислот происходит в митохондриях. Ацил-КоА не может проникнуть в митохондрию без помощи карнитина. Карнитин является широко распространенным соединением, особенно много его в мышцах. Образуется он из аминокислот лизина и метионина в печени и почках. На наружной стороне внутренней мембраны митохондрий имеется фермент ацилкарнитин трансфераза, который катализирует взаимодействие ацил-КоА с карнитином:

Опосредованный карнитином перенос длинноцепочечного ацил-КоА в митохондриальный матрикс

КПТ_нкатализирует образование ацилкарнитинового комплекса из ацил-КоА и карнитина на внутренней стороне наружной митохондриальной мембраны (НММ). Ацилкарнитиновый комплекс затем диффундирует через межмембранное пространство к внутренней митохондриальной мембране (ВММ). Там совместное последовательное действие карнитин:ацилкарнитин транслоказы (Т) и КПТ_вобеспечивает поступление ацил-КоА в митохондриальный матрикс для последующего окисления. Активность КПТ_нингибируется малонил-КоА на наружной стороне наружной мембраны митохондрий. Наличие специального места связывания малонил-КоА пока четко не установлено.

Ацилкарнитин обладает способностью проходить через внутреннюю мембрану митохондрий. На внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий ацилкарнитин взаимодействует с митохондриальным КоА. В результате в митохондриальном матриксе вновь образуется ацил-КоА, а карнитин высвобожда

Далее митохондриальный ацил-КоА распадается в результате повторяющейся последовательности из четырех реакций окисления с участием флавинадениндинуклеотида (ФАД), гидратации, окисления с участием НАД и тиолиза с участием КоА.

Краткая характеристика ферментов, катализирующих эти реакции:

Ацил~КоА дегидрогеназа. Есть несколько форм этого фермента, каждый из которых специфичен к ацил-КоА с определенной длиной углеводородной цепи. В ходе реакции, катализируемой этим ферментом, отщепляются два атома водорода, в результате образуется еноил-КоА с двойнойсвязью в транс-положении между и- углеродными атомами (С₂и С₃). Образующийся ФАДН₂впоследствии окисляется в цепи тканевого дыхания с выделением энергии, которая запасается в двух молекулах АТФ.

-Еноил~КоА гидратаза. Фермент катализирует последующую реакцию гидратации по месту двойной связи с образованием 3-L-гидроксиацил~КоА. Гидроксильная группа в составе этого соединения находится у -углеродного атома.

--оксиацил~КоА дегидрогеназа. Катализирует III этап - дегидрирование по месту-углеродного атома с образованием кетогруппы и НАДН. Последний, окисляясь в цепи тканевого дыхания, приводит к высвобождению энергии, которая запасается в трех молекулах АТФ.

-Тиолаза. Катализирует четвертый этап, в ходе которого от -кетоацил~КоА отщепляется двухуглеродный фрагмент в виде ацетил~КоА. Оставшийся ацил~КоА укорочен на 2 углеродных атома. Он опять включается в процесс (виток)-окисления. Образовавшийся ацетил~КоА может поступать в цикл трикарбоновых кислот и, окисляясь там, давать энергию.

Цепь жирной кислоты укорачивается при этом на два атома углерода. Одновременно происходит образование ФАДН₂, НАДН и ацетил-КоА. Укороченный ацил-КоА вступает вновь в следующий цикл окисления, начиная с реакции, катализируемой ацил-КоА-дегидрогеназой. Большой вклад в изучение этой последовательности реакций внесли Дэвид Грин, Северо Очоа и Феодор Линен. Они и назвали этот процесс-окислением в соответствии с тем, что окислению всегда подвергается-углеродный атом остатка жирной кислоты (второй углеродный атом ацила).

Последовательность реакций -окисления жирных кислот: окисление, гидратация, окисление и тиолиз.