Липидный обмен - Lipid metabolism

Липидный метаболизм - это синтез и деградация липидов в клетках, включая расщепление или накопление жиров для получения энергии и синтез структурных и функциональных липидов, таких как те, которые участвуют в построении клеточных мембран . У животных эти жиры получают с пищей или синтезируются печенью . Липогенез - это процесс синтеза этих жиров. Большинство липидов, обнаруживаемых в организме человека при приеме пищи, - это триглицериды и холестерин . Другими типами липидов, обнаруживаемых в организме, являются жирные кислоты и мембранные липиды . Липидный обмен часто рассматривается как процесс переваривания и абсорбции пищевых жиров; однако есть два источника жиров, которые организмы могут использовать для получения энергии: из потребляемых пищевых жиров и из накопленных жиров. Позвоночные животные (включая человека) используют оба источника жира для выработки энергии для функционирования таких органов, как сердце . Поскольку липиды представляют собой гидрофобные молекулы, их необходимо солюбилизировать, прежде чем может начаться их метаболизм. Обмен липидов часто начинается с гидролиза , который происходит с помощью различных ферментов пищеварительной системы. Липидный обмен также происходит у растений, хотя процессы в некоторых отношениях отличаются по сравнению с животными. Второй шаг после гидролиза является поглощением жирных кислот в эпителиальные клетки в стенке кишечника . В эпителиальных клетках жирные кислоты упаковываются и транспортируются к остальной части тела.

Переваривание липидов

Пищеварение - это первый шаг к метаболизму липидов, и это процесс расщепления триглицеридов на более мелкие моноглицеридные единицы с помощью ферментов липазы . Переваривание жиров начинается во рту путем химического переваривания липазой языка . Проглоченный холестерин не расщепляется липазами и остается неизменным до тех пор, пока не попадет в клетки эпителия тонкой кишки. Затем липиды попадают в желудок, где химическое пищеварение продолжается желудочной липазой и начинается механическое пищеварение ( перистальтика ). Однако большая часть переваривания и всасывания липидов происходит, когда жиры достигают тонкого кишечника. Химические вещества из поджелудочной железы ( семейство липаз поджелудочной железы и липаза, зависящая от желчных солей ) секретируются в тонкий кишечник, чтобы помочь расщепить триглицериды вместе с дальнейшим механическим перевариванием, пока они не станут отдельными единицами жирных кислот, способными абсорбироваться эпителиальными клетками тонкого кишечника. . Именно липаза поджелудочной железы отвечает за передачу сигналов о гидролизе триглицеридов на отдельные свободные жирные кислоты и единицы глицерина.

Всасывание липидов

Второй этап липидного обмена - усвоение жиров. Жирные кислоты с короткой цепью всасываются в желудке , тогда как большая часть жиров всасывается только в тонком кишечнике . После того, как триглицериды расщепляются на отдельные жирные кислоты и глицерины вместе с холестерином, они объединяются в структуры, называемые мицеллами . Жирные кислоты и моноглицериды покидают мицеллы и диффундируют через мембрану, попадая в эпителиальные клетки кишечника. В цитозоле эпителиальных клеток жирные кислоты и моноглицериды снова рекомбинируются в триглицериды. В цитозоле эпителиальных клеток триглицериды и холестерин упакованы в более крупные частицы, называемые хиломикронами, которые представляют собой амфипатические структуры, транспортирующие переваренные липиды. Хиломикроны проходят через кровоток и попадают в жировую и другие ткани организма.

Транспортировка липидов

Из-за гидрофобной природы мембранных липидов , триглицеридов и холестерина им требуются специальные транспортные белки, известные как липопротеины. Амфипатическая структура липопротеинов позволяет триглицеринам и холестерину переноситься через кровь . Хиломикроны - одна из подгрупп липопротеинов, которые переносят переваренные липиды из тонкой кишки в остальную часть тела. Различная плотность липопротеинов зависит от того, какой тип жиров они переносят. Например, липопротеины очень низкой плотности ( ЛПОНП ) переносят синтезированные нашим организмом триглицериды, а липопротеины низкой плотности (ЛПНП) переносят холестерин в периферические ткани. Некоторые из этих липопротеинов синтезируются в печени, но не все они происходят из этого органа.

Катаболизм липидов

Когда хиломикроны (или другие липопротеины) проходят через ткани, эти частицы будут расщепляться липопротеинлипазой на просветной поверхности эндотелиальных клеток в капиллярах с высвобождением триглицеридов. Триглицериды перед попаданием в клетки расщепляются на жирные кислоты и глицерин, а оставшийся холестерин снова перемещается через кровь в печень.

В цитозоле клетки (например, мышечной клетки) глицерин будет преобразовываться в глицеральдегид-3-фосфат , который является промежуточным звеном в гликолизе , для дальнейшего окисления и выработки энергии. Однако основные этапы катаболизма жирных кислот происходят в митохондриях . Длинноцепочечные жирные кислоты (более 14 атомов углерода) необходимо преобразовать в жирный ацил-КоА , чтобы пройти через мембрану митохондрий . Катаболизм жирных кислот начинается в цитоплазме клеток, поскольку ацил-КоА-синтетаза использует энергию расщепления АТФ, чтобы катализировать добавление кофермента А к жирной кислоте. Образующийся ацил-КоА проникает через мембрану митохондрий и вступает в процесс бета-окисления . Основными продуктами пути бета-окисления являются ацетил-КоА (который используется в цикле лимонной кислоты для производства энергии), НАДН и ФАДН. Для процесса бета-окисления необходимы следующие ферменты: ацил-КоА-дегидрогеназа , еноил-КоА-гидратаза , 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа и 3-кетоацил-КоА-тиолаза . На диаграмме слева показано, как жирные кислоты превращаются в ацетил-КоА. Общая чистая реакция при использовании пальмитоил-КоА (16: 0) в качестве модельного субстрата:

7 FAD + 7 NAD ⁺ + 7 CoASH + 7 H ₂ O + H (CH ₂ CH ₂ ) ₇ CH ₂ CO-SCoA → 8 CH ₃ CO-SCoA + 7 FADH ₂ + 7 NADH + 7 H ⁺

Биосинтез липидов

Помимо пищевых жиров, запасные липиды, хранящиеся в жировых тканях, являются одним из основных источников энергии для живых организмов. Триацилглицерины , липидная мембрана и холестерин могут синтезироваться организмами различными путями.

Биосинтез мембранных липидов

Существует два основных класса мембранных липидов: глицерофосфолипиды и сфинголипиды . Хотя в нашем организме синтезируется множество различных мембранных липидов, их метаболические пути сходны. Первый этап - это синтез основной цепи ( сфингозина или глицерина ), второй этап - добавление жирных кислот к основной цепи для получения фосфатидной кислоты. Фосфатидная кислота дополнительно модифицируется путем присоединения различных гидрофильных головных групп к основной цепи. Биосинтез мембранных липидов происходит в мембране эндоплазматического ретикулума .

Биосинтез триглицеридов

Фосфатидная кислота также является предшественником биосинтеза триглицеридов. Фосфотаза фосфатидной кислоты катализирует превращение фосфатидной кислоты в диацилглицерид, который будет превращаться в триацилглицерид под действием ацилтрансферазы . Биосинтез триглицеридов происходит в цитозоле.

Биосинтез жирных кислот

Предшественником жирных кислот является ацетил-КоА, он находится в цитозоле клетки. Общая чистая реакция при использовании пальмитата (16: 0) в качестве модельного субстрата:

8 Ацетил-коА + 7 АТФ + 14 НАДФ + 6Н + → пальмитат + 14 НАДФ + + 6H2O + 7АДФ + 7P¡

Биосинтез холестерина

Холестерин может быть получен из ацетил-КоА посредством многоступенчатого пути, известного как изопреноидный путь . Холестерины важны, потому что они могут быть изменены для образования различных гормонов в организме, таких как прогестерон . 70% биосинтеза холестерина происходит в цитозоле клеток печени.

Нарушения липидного обмена

Нарушения липидного обмена (включая врожденные нарушения липидного обмена ) - это болезни, при которых возникают проблемы с расщеплением или синтезом жиров (или жироподобных веществ). Нарушения липидного обмена связаны с увеличением концентрации липидов плазмы в крови, таких как холестерин ЛПНП , ЛПОНП и триглицериды, что чаще всего приводит к сердечно-сосудистым заболеваниям. В большинстве случаев эти расстройства являются наследственными, то есть это заболевание передается от родителей к ребенку через их гены. Болезнь Гоше (типы I, II и III), Ниман-Пика болезнь , болезнь Тея-Сакса и болезнь Фабри все заболевания , при которых одержимых может иметь расстройство липидного обмена их тела. Реже заболевание , связанное с расстройством липидного метаболизма ситостеролемии , болезнь Wolman в , болезни Рефсума и cerebrotendinous ксантоматоза .

Типы липидов

Типы липидов, участвующих в метаболизме липидов, включают:

• Мембранные липиды:
  • Фосфолипиды : фосфолипиды являются основным компонентом липидного бислоя клеточной мембраны и обнаруживаются во многих частях тела.
  • Сфинголипиды : Сфинголипиды в основном обнаруживаются в клеточной мембране нервной ткани.
  • Гликолипиды : основная роль гликолипидов заключается в поддержании стабильности липидного бислоя и облегчении распознавания клеток.
  • Глицерофосфолипиды : нервная ткань (включая мозг) содержит большое количество глицерофосфолипидов.
• Другие типы липидов:
  • Холестерины : холестерины являются основными предшественниками различных гормонов в нашем организме, таких как прогестерон и тестостерон. Основная функция холестерина - контроль текучести клеточной мембраны.
  • Стероиды - смотрите также стероидогенез : Стероиды один из важных клеточных сигнальных молекул.
  • Триацилглицерины (жиры) - см. Также липолиз и липогенез : Триацилглицериды являются основной формой хранения энергии в организме человека.
  • Жирные кислоты - см. Также метаболизм жирных кислот: жирные кислоты являются одними из предшественников, используемых для биосинтеза липидной мембраны и холестерина. Они также используются для получения энергии.
  • Соли желчных кислот : соли желчных кислот выделяются из печени и способствуют перевариванию липидов в тонком кишечнике.
  • Эйкозаноиды : Эйкозаноиды состоят из жирных кислот в организме и используются для передачи сигналов клетками.
  • Кетоновые тела : Кетоновые тела состоят из жирных кислот в печени. Их функция - производить энергию в периоды голодания или низкого потребления пищи.

использованная литература

Липид + метаболизм в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)