Образование и утилизация кетоновых тел

источников. Двумя основными видами ацетоновых тел являются ацетоацетат и -гидроксибутират.-гидроксибутират - это восстановленная форма ацетоацетата. Ацетоацетат образуется в клетках печени из ацетил~КоА. Образование происходит в

митохондриальном матриксе.

Первоначальная стадия этого процесса катализируется ферментом - -кетотиолазой. Затем ацетоацетил-КоА конденсируется со следующей молекулой ацетил-КоА под влиянием фермента ГОМГ-КоА синтетазы. В результате образуется-гидрокси--метилглютарил-КоА. Затем фермент - ГОМГ-КоА лиаза катализирует расщепление ГОМГ-КоА на ацетоацетат и ацетил-КоА. В дальнейшем ацетоуксусная кислота восстанавливается под влиянием фермента-гидроксибутиратдегидрогеназы и в результате образуется-оксимасляная кислота. Количество ацетоацетата, которое восстанавливается в-гидроксибутират, зависит от соотношения НАДН/НАД⁺. Восстановление это происходит под влиянием фермента-гидроксибутиратдегидрогеназы. Печень служит главным местом образования кетоновых тел благодаря высокому содержанию ГОМГ-КоА синтетазы в митохондриях гепатоцитов.

Ацетон образуется из ацетоуксусной кислоты при декарбоксилировании. Из печени поток кетоновых тел попадает во внепеченочные ткани.

Обратите внимание: эти реакции происходят в митохондриях. В цитозоле имеются изоферменты --кетотиолазы и ГОМГ~КоА синтетазы, которые также катализируют образование ГОМГ~КоА, но в качестве промежуточного продукта в синтезе холестерола. Цитозольный и митохондриальный фонды ГОМГ~КоА не смешиваются.

Образование кетоновых тел в печени контролируется состоянием питания. Такое контрольное действие усиливается инсулином и глюкагоном. Принятие пищи и инсулин снижают образование кетоновых тел, в то время как при голодании стимулируется кетогенез вследствие увеличения количества жирных кислот в клетках. При голодании усиливается липолиз, растет уровень глюкагона и концентрация цАМФ в печени. Происходит фосфорилирование, тем самым активация ГОМГ-КоА синтетазы. Аллостерическим ингибитором ГОМГ-КоА синтетазы выступает сукцинил-КоА.

В норме кетоновые тела являются источником энергии для мышц; при продолжительном голодании они могут использоваться центральной нервной системой. Следует иметь ввиду, что окисление кетоновых тел не можетпроходить в печени. В клетках других органов и тканей оно протекает в митохондриях. Такая избирательность обусловлена локализацией ферментов, катализирующих этот процесс.

Сначала -гидроксибутират дегидрогеназа катализирует окисление-гидроксибутирата до ацетоацетата в НАД⁺-зависимой реакции. Затем с помощью фермента, сукцинилКоА:АцетоацетилКоА трансферазы, кофермент А перемещается с сукцинилКоА на ацетоацетат. Образуется ацетоацетилКоА, который является промежуточным продуктом последнего витка-окисления жирных кислот. Этот фермент в печени не образуется. Именно поэтому там не может происходить окисление кетоновых тел. Зато спустя несколько суток после начала голодания в клетках мозга начинается экспрессия гена, кодирующего этот фермент. Тем самым мозг адаптируется к использованию кетоновых тел в качестве альтернативного источника энергии, снижая свою потребность в глюкозе и белке Тиолаза довершает расщепление ацетоацетил-КоА встраивая КоА по месту разрыва связи междуиуглеродными атомами. В результате образуется две молекулы ацетил-КоА.

Интенсивность окисления кетоновых тел во внепеченочных тканях пропорциональна их концентрации в крови. Общая концентрация кетоновых тел в крови обычно ниже 3 мг/100 мл, а средняя ежесуточная экскреция с мочой составляет приблизительно от 1 до 20 мг. В определенных метаболических условиях, когда происходит интенсивное окисление жирных кислот, в печени образуются значительные количества так называемых кетоновых тел.

Состояние организма, при котором концентрация кетоновых тел в крови выше нормальной, называется кетонемией. Повышенное содержание кетоновых тел в моче называется кетонурией. В тех случаях, когда имеет место выраженная кетонемия и кетонурия, в выдыхаемом воздухе ощущается запах ацетона. Он обусловлен спонтанным декарбоксилированием ацетоацетата в ацетон. Эти три симптома - кетонемия, кетонурия и запах ацетона при дыхании объединяются общим названием - кетоз.

Кетоз возникает в результате недостатка доступных углеводов. Например, при голодании их мало поступает (или не поступает) с пищей, а при сахарном диабете, вследствие недостатка гормона - инсулина, она не может эффективно окисляться в клетках органов и тканей. Это приводит к дисбалансу между этерификацией и липолизом в жировой ткани в сторону интенсификации последнего. В результате большое количество жирных кислот поступает в кровоток, а затем - в клетки. Эти кислоты являются главным субстратом для образования кетоновых тел в печени. Поскольку в результате их -окисления образуется ацетил-КоА, естественно, что при увеличении количества окисляемых жирных кислот возрастает доля синтезируемых кетоновых тел.

Гуморальная регуляция синтеза и распада триацилглицеролов в жировой ткани тесно связана с проблемой ожирения. Это состояние характерно, прежде всего, для жителей развитых стран, у которых на 100% выше вероятность преждевременной (раньше, чем средняя продолжительность жизни) смерти; у людей с избыточным весом эта вероятность выше на 10% - 25%.

Формула развития ожирения проста. Оно развивается тогда, когда поступление в организм энергосубстратов превышает расходование энергии. Среди причин развития этого состояния, включающих генетические и средовые факторы, важнейшее значение имеют состав принимаемой пищи и специфические регуляторы энергетического баланса. Одним из таких соединений является продукт экспрессии так называемого гена ожирения (ob - гена) - лептин (leptos – греч. «тонкий»).

Лептин является белком, состоящим из 167 аминокислот. Местом синтеза лептина являются адипоциты, в гораздо меньшей степени - эпителиальные клетки желудка и плаценты. Причем, чем больше в этих клетках накапливается триацилглицеролов, тем больше там образуется лептина. Образовавшись, белок секретируется адипоцитами и не депонируется в клетках. До настоящего времени неизвестны механизмы, регулирующие экспрессию ob генов. По всей вероятности, к этому процессу имеют отношение глюкокортикоиды и инсулин.

Нормальная мышь (справа) и мышь с ожирением (слева), у которой имеется ob/ob мутация. Много лет назад генетики выявили у мышей два вида рецессивных мутаций. Наличие их в гомозиготном состоянии приводит к значительному ожирению. Гены получили название obиdb. Вес мышей с мутациями этих генов в три раза превышает вес нормального животного, а масса жира - в 5 раз. У них также появляются признаки диабета, непереносимости холода, подавления иммунитета, отставания в половом созревании.

Действие лептина на депонирование триацилглицеролов в жировой ткани опосредовано его влиянием на гипоталамические центры, контролирующие поведение и чувство голода, температуру тела и энергозатраты. Такое его влияние опосредовано взаимодействием со специфическими рецепторами. Рецептор для лептина кодирует ген – db. Клонирование гена осуществили в 1995г. Он имеет в своем составе 1 трансмембранный домен. Экспрессия рецептора осуществляется в мозге (гипоталамус, хориоидное сплетение), Т-лимфоцитах, эндотелиальных клетках сосудистой стенки, меньше – в легких и почках. Он обнаружен у мышей и у человека.

. Схематическое изображение механизма действия лептина, направленного на снижение веса

Другими участниками процесса регуляции массы тела являются:

• Нейропептид Y. Синтезируется во многих областях мозга; самый мощный из известных на сегодняшний день стимуляторов аппетита; снижает расход энергии; лептин подавляет аппетит, ингибируя экспрессию нейропептида Y.

• Меланокортины. Воздействуют на некоторые гипоталамические нейроны и ингибируют потребление пищи.

• Карбоксипептидаза Е (жировой ген) – фермент-протеаза  процессинг проинсулина и др. гормонов (нейропептида Y)

• Митохондриальные разобщающие белки – обнаружены в буром жире, белом жире и мышечных клетках. Они разобщают процессы тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, тем самым энергия, которая выделяется в ходе тканевого дыхания расходуется на теплопродукцию, а не на анаболические процессы в виде АТФ.

• Бета-адренергические рецепторы – присутствуют в жировой ткани; связывание норадреналина с этим рецептором на поверхности адипоцитов  усиление транскрипции митохондриальных разобщающих белков  увеличенное теплообразование в результате окисления жирных кислот.

У человека, как оказалось, мутации ob и db генов редко являются причиной патологического ожирения. Вместе с тем, концентрация лептина в крови у таких людей обычно повышена, что позволяет думать скорее о какой-то потере чувствительности к лептину, но не о дефиците этого белка.

Министерство здравоохранения республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра биохимии

Обсуждено на заседании кафедры _(МК или ЦУНМС)___

Протокол № 200 года_____

ЛЕКЦИЯ

По биологической химии

для студентов 2 курса лечебного факультета

Тема: Патология липидного обмена

Время 90 минут

Учебные цели:

1. Сформировать представление о причинах, вызывающих патологию липидного обмена

2.Сформулировать понятия- а)Холестериноз;б)Холестеринопатии; в)Липидозы

Литература:.

1.Биохимия человека., Р.Марри, Д.Греннер, П.Мейес, В.Родуэлл.- М.книга ,2004.- т.1-2.

2.Основы биохимии,А.Уайт, Ф.Хендлер,Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман.-М. книга,1981,т. 1-.2,.с.

3.Наглядная биохимия,Кольман., Рем К.-Г-М.книга 2004г.

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

5. Холестериноз., Ю.М. Лопухин., А.И. Арчаков., Ю.А. Владимиров., Э.М.Коган., М.,Медицина.,-С.352.

Материальное обеспечение

1.Мультимедийная презентация

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

№п/п	Перечень учебных вопросов	Количество выделяемого Времени в минутах
1.	Причины патологии липидного обмена
2.	Понятие холестериноза и холестеринопатии
3.	Атеросклероз и причины его вызывающие

Всего 90 минут

Введение:

Патология липидного обмена возникает по двум причинам:

а) при нарушении переваривания и всасывания липидов;

б) при нарушении метаболизма липидов и липопротеидов.

В основе нарушения переваривания и всасывания липидов лежат три группы патологических процессов:1) в поджелудочной железе, сопровождающиеся дефицитом панкреатической липазы; 2) в печени- при закупорке желчных протоков и фистуле желчного пузыря, приводящие к дефициту желчи; 3) в кишечнике, сопровождающиеся снижением метаболической активности слизистой оболочки, где локализованы ферменты синтеза ТГ. В соответствии с этим различают панкреатическую, гепатогенную и энтерогенные формы стеаторей. Стеаторея- нарушение переваривания жиров.

Панкреатическая стеаторея вызывается дефицитом панкреатической липазы, что наблюдается при хроническом панкреатите, врожденной гипоплазии пакреас и муковисцедозе, когда наряду с другими железами поражена и поджелудочная железа.

Гепатогенная стеаторея наблюдается при врожденной атрезии желчных путей, механических желтухах, гепатитах, циррозе.

Энтерогенная стеаторея отмечается при целиакии, абеталипопротеинемии, интестинальной лимфангиэктазии, интестинальной липодистрофии, амилоидозе и обширной резекции тонкого кишечника.

При переваривании пищевых жиров в пищеварительном тракте высвобождаются моноглицериды и высшие жирные карбоновые кислоты (ВЖК)., которые после всасывания образуют ТГ. Последние являются основными компонентом хиломикронов (ХМ). Липиды, являясь гидрофобными , транспортируются кровью в виде особых надмолекулярных образований- липопротеидов(ЛП), в состав которых входят ХС, ТГ, ФЛ (фосфолипиды) и апобелки.

Диагностическое значение имеет определение в крови содержания ТГ, СЖК, ХС, желчных кислот, ФЛ и ЛП а также состав последних.

При переваривании пищи, в пищеварительном тракте высвобождается большое количество ТГ и ВЖК, которые после всасывания в слизистой кишечника образуют ресинтезированные липиды, Являясь экзогенными по своей природе, эти ресинтезированные ТГ, встраиваются в ХМ и через грудной лимфатический проток попадают в большой круг кровообращения. Это относится к ЖК, содержащим > 10-12 атомов С.Жирные кислоты с короткими цепями непосредственно попадают в портальный кровоток и далее в печень, где они наряду с эндогенными ( синтезированными в печени ТГ) встраиваются в пре-бетаЛП-ЛПОНП.

Холестерин- составная часть клеточных мембран и ЛП, особенно ЛПНП.

Независимо от происхождения, свободный ХС встраивается в липидные мицеллы, включающие СЖК, желчные кислоты и лизолецитин. . Мицеллы отдают свободный ХС клеткам слизистой оболочки кишечника, где экзогенный ХС смешивается с эндогенным и подвергается частичной эстерификации холестеринэстеразой. Далее ХС секретируется в лимфу, где появляется в составе ЛПОНП и ХМ. В крови он переходит из ЛПОНП в ЛПНП. Окисление ХС это его единственный путь его необратимого удаления из организма, т.е. из мембран и ЛП-комплексов., и этот процесс характерен не для всех типов клеток. Оксигеназные системы находятся в клетках печени и органов, синтезирующих стероиды.

Окисление ХС идет двумя путями: за счет биосинтеза желчных кислот и биосинтеза стероидных гормонов. Первый путь окисляет от 60-80% всего ежедневно, образующегося в организме ХС, второй путь- всего2-4 %. Монооксигеназный путь окисления при участии цитохрома Р450. Желчегенез ускоряется при гиперхолестеринемии и снижается у больных атеросклерозом.

Холестерин в патологии. В основу классификации холестериноза (накопления ХС) и холестеринопатий положен принцип содержания ХС в целом организме, крови, в отдельных органах

Содержание ХС в мембранах клеток	Содержание ХС в крови	Содержание ХС в отдельных органах, тканях
Повышенное содержание ХС в мембранах-неосложненное течение-физиологическое старение	Дислипопротеинемия-изменение соотношения классов липопротеидов	Липидозы ( Болезнь Нимана-Пика, болезнь Тея- Сакса и т.д.)
Осложненное течение -атеросклероз	Гиперлипопротеинемия (ГЛП), классификация ВОЗ
Пониженное содержаниеХС в мембранах: а)канцерогенез;б)вирусные инфекции	Гипопротеинемия

Тип 1. ( изменение содержания ХС в организме)

1.Холестериноз:- накопление ХС

а) неосложненный ( физическое старение, старость, смерть)- накопление ХС в плазматических мембранах, как результат снижения стероидогенеза ( секс-гормонов);

б) осложненный (атеросклероз ) в форме ИБС ( инфаркт миокарда, кардиосклероз), ишемии мозга ( инсульт, тромбоз), ишемии конечностей ( гангрена), ишемии органов и тканей, дегенерации брадитрофных структур ( катаракта, остеохондроз), связанный с уменьшением желчегенеза.

2. Дефицит ХС:

А) злокачественные новообразования, сопровождаются гипоХС, с низким содержанием ХС в плазматических мембранах клеток.;

Б) вирусные инфекции сопровождаются гипоХС, повышенной проницаемостью плазматических мембран для вирусов

ТИП 2. Дислипопротеинемии-изменение соотношения классов ЛП в крови. – это гипо и гиперхолестеринемии. Это первичные наследственные гипо и приобретенные вторично состояния. ( Классификация по Фредриксону)

ТИП 3. Накопление ХС в отдельных органах и тканях

Атеросклероз. В этиологии атеросклероза ведущая роль принадлежит риск-факторам, в частности артериальной гипертензии, эмоциональной лабильности, курению, гиперТГ-демии. Сферу этих факторов можно ограничить, если выделить три категории больных, в одной из которых влияние этих факторов в развитии атеросклероза действительно велико, а в другой несущественно.

Первая группа- это лица, устойчивые к развитию атеросклеротических изменений.. Содержание ХС у них в крови меньше 5.2 ммоль/л и частота атеросклротических изменений МИНИМАЛЬНА. К этой группе относятся долгожители с наследственной гипобеталипопротеидемией ( отсутствие ЛПНП в крови) или семейным дефицитом ЛПВП. Даже полное отсутствие ЛПВП не приводит к развитиюатеросклеротических изменений сосудов эласто-мышечного типа. Действие факторов риска на эту популяцию не приводит к развитию атеросклероза.

Вторая группа-это люди с содержанием ХС от 5.2-до 9 ммоль/л, т.е. основная часть взрослого населения. Влияние факторов риска в этой группе является решающимпри образовании атеросклеротических изменений и появления атеросклероза любой локализации. Большую роль в диагностике заболеваний играет холестериновый индекс атерогенности, когда высокая концентрация ХС в ЛПНП, на фоне низкого содержания ЛПВП является плохим прогностическим признаком. Отдельные факторы риска влияют на развитие атеросклероза в различной степени.

Третью группу составляют лица с концентрацией ХС в плазме выше, чем 9 ммоль/л. Это больные атеросклерозом и отсутствие атеросклеротических изменений сосудов при такой концентрации ХС в крови встречается крайне редко. Следует отметить, что подавляющее большинство людей принадлежит ко 2 группе. Поэтому ограничение сферы деятельности других факторов за исключением ХС, определнной популяции людей, переводит стероид из категории способствующих, в категорию причинных.

Появление и развитие атеросклеротических изменений рассматривается с позиций инфильтрационной теории, согласно которой основным действующим фактором, вызывающим образование и развитие атеросклеротических изменений в стенке сосуда является ХС ЛПНП.Этот класс ЛП подвергается значительным изменениям в зависимости от питания, условий внешней и внутренней среды. Меняется не только липидный, но и апопротеиновый состав, заряд, жесткость ЛП- частицы. При этом заметно нарастает содержание иммуноглобулина LgG.

Апо-В содержащие ЛП (ЛПНП и ЛПОНП) образуют растворимые комплексы с ГАГ соединительнотканного матрикса аретрий, приводя к структурным изменениям стенки сосуда.

Строение артериальной стенки Дисфункция эндотелия

Такое изменение структуры и конформации ЛП вызывает активацию перекисного окисления липидов, входящих в состав ЛП. Экзогенные вещества (например жирорастворимые витамины), также как и перекиси липидддов, могут с одной стороны вызывать конформационные изменения апоаротеинов, а сдругой служить гаптенамит. Не исключено появление в составе ЛП фенотипов апопротеинов или их мутантных форм. Антитела к ЛП появляются в 2х случаях: в отвте на модифицированные in vivo ЛП, которые приобретают аутогенные свойства, и , во-вторых в ответ на воздейтсвие патогенных или других факторов, когда клетки иммунокомпетентной системы синтезируют антитела, образующие иммунные комплексы с нативными плазменными ЛП. В обоих случаях образуется иммунный комплекс ЛП-антитело, который рассматривается как модифицированный ЛП , иначе реагирующий с клеткой, чем нативный ЛП.

Физиологический смысл формирования иммунного комплекса необходим для более быстрого удаления антигена из крови. Иммунный комплекс ЛПНП-LgG захватывается макрофагами на 23% активнее, чем нативные ЛП. Избыточный захват иммунных комплексов ЛП- антитело макрофагами приводит к превращению последних в пенистые клетки, играющие важную роль в развитии атеросклеротичесмких поражений артерий ( ксантоматоз, регрессирование и стадии атеросклероза) Появление пенистых клеток во внутренней оболочке артерий является характерным морфологическим признаком прогрессирующего атеросклеротического процесса. Ускоренному образовании. Пенистых клеток способствует специфический набор рецепторов, у макрофагов интимы артериальной стенки. Это:

1.апо-В рецепторы к ЛПОНП и ЛПНП

2. рецепторы к ЛПОНП и ЛППП

3.рецепторы к комплексу ЛПОНП с ГАГ

4.рецепторы к комплексу белок- эф.ХС

5. рецепторы к иммунным комплексам ЛП-иммуногобулин LgG

6. рецепторы, связывающие модифицированные ЛП- сукцинилированные и ацетоацетилированные.

Гибель пенистых клеток приводит к выходу в межклеточное пространство липидов. Таким образом липидоз интимы происходит одновременно как за счет ЛП, поступающих их плазмы, так и за счет освобождения из пенистых клеток ХС. Накопление последних сопровождатеся очаговым склерозом, образованием пятен и полос, являющихся основой для фиброзных бляшек.

Осложненные поражения сопровождаются развитием воспалительных, дегенеративных и некротических изменений в атеросклеротических бляшках. Дальнейшее разрастание СТ, увеличение размеров бляшки, утолшение интимы, образование изъязвлений с выходом детрита в кровоток, геморрагии в бляшку, возникновение тромбов, кальциноз.

Существенную роль в появлении ишемического синдрома при атеросклерозе имеет поражение клеток крови. Увеличение содержания ХС в мембране эритроцитов приводит к изменению ее физико-химических свойств и нарушению функции мембранно-связанных ферментов. Одновременно с индексом ХС/ФЛ увеличивается микровязкость и скрость агрегации тромбоцитов.. При этом снижается активность Na⁺ K⁺ АТФ-азы, увеличиваются размеры эритроцитов, деформируемость клеток падает. Тромбоциты также накапливают ХС, скорость их агрегации также возрастает, мембрана становится более регидной. Такие же изменения характерны и для лимфоцитов.

Нарушение реологических свойств крови наряду с изменением микрососудов при холестеринозе обуславливает нарушение микроциркуляции и связанную с этим ишемию. Результатом этого является тромбоз, ишемия, склероз и некроз.

Генетические варианты первичных гиперлипопротеинемий

Табл.1.

Тривиальное название	Тип по Fredricson	Причина ГЛП	Связь с атеросклерозом	Распростаненность в популяции
Семейная ГХС: гомозиготная гетерозиготная	II A	Дефицит ЛПНП-рецепторов	++++ ++	1: 1006 1: 500
Семейная ГХС, причина- дефект апо В-100	II A	Нарушение катаболизма ЛПНП: дефект апоВ	+++	1:500-1:6000
Семейная дисбета-ЛП Семейная комбинированная ГЛП	III IIA или IIB или IV	Гомозиготный тип Е2/Е2, усиленное образование ЛПОНП , нарушение катаболизма ремнант Повышенный синтез апо-В-100 и ЛПОНП	++ ++	1: 5000 1: 100-1: 300
Полигенная ГХС	IIA	?	+	?
Семейная ГТГ	IV	Усиленное образование и замедленный клиренс ТГ и ЛПОНП	+	1: 500
Семенная гиперХМ	I или V	Дефицит ЛПЛ или апо С-II	--	1:106
Семейная гипер-ЛП(а)-емия		Усиленное образование ЛП(а)	+++	?
Семейная гиперальфаЛП	Повышенный уровень ЛПВП	Усиленное образование апо А-1: дефицит-ЭХС: замедленный катаболизм ЛПВП	-	?

Вторичные гиперлипидемии

Табл.2.

Заболевание или состояние	Изменение уровня липидов	ХМ	ЛПОНП	ЛПНП	ЛПВП
Диабет Гипотиреоз Хроническая почечная недостаточность Нефротический синдром Холестаз Алкоголь	Ув.ТГ Ув. ХС Ув.ТГ Ув.ХС Ув.ТГ Ув.ХС Ув.ТГ	Ув-ы Пов.	Ув-ы Увеличены Повышены	Ув.ХС N или выше Повышены Повышен.	Понижены N или снижен Сниженны Снижены Снижены N или выше

доц.каф. Свергун В.Т.

Дата