Депонування і мобілізація жирів
Ліпіди організму людини включають сполуки, значно різняться як за структурою, так і за функціями в живій клітині. Найбільш важливими групами ліпідів з точки зору функції є:
1) триацилгліцеролів (ТАГ) - важливе джерело енергії. Серед поживних речовин вони самі калорійні. Близько 35% добової потреби людини в енергії покривається за рахунок ТАГ. У деяких органах, таких як серце, печінка, понад половини необхідної енергії постачають ТАГ.
2) Фосфоліпіди і гліколіпіди - найважливіші компоненти клітинних мембран. При цьому деякі фосфоліпіди виконують особливі функції: а) діпальмітоіллецітін є основним елементом сурфактанту легень. Його відсутність у недоношених дітей може призводити до розладів дихання; б) фосфатидилинозитол є попередником вторинних гормональних посередників; в) тромбоцит-активуючого фактору, що є за своєю природою алкілфосфоліпідом, відводиться важлива роль в патогенезі бронхіальної астми, ІХС та інших захворювань.
3) Стероїди. Холестерин входить до складу клітинних мембран, а також служить попередником жовчних кислот, стероїдних гормонів, вітаміну D3.
4) Простагландини і лейкотрієни - похідні арахідонової кислоти, що виконують в організмі регуляторні функції.
Обмін жирних кислот
Джерелом жирних кислот для організму служать ліпіди їжі, а також синтез жирних кислот з вуглеводів. Використання жирних кислот відбувається за трьома напрямками: 1) окислення до СО2 і Н2 О з утворенням енергії, 2) депонування в жировій тканині у вигляді ТАГ, 3) синтез складних ліпідів.
Всі перетворення вільних жирних кислот у клітинах починаються з освіти ацил-КоА. Ця реакції каталізується ацил-КоА-синтетазами, локалізованими на зовнішній мітохондріальній мембрані:
R-COOH + КоА + АТФ → ацил-КоА + АМФ + Н4 Р2 О7
З урахуванням цієї обставини основні шляхи перетворень жирних кислот можна представити таким чином:
Окислення жирних кислот з парним числом атомів вуглецю
Окислення жирних кислот відбувається в матриксі мітохондрій. Однак, що утворився в цитоплазмі ацил-КоА нездатний проникати через внутрішню мембрану мітохондрій. Тому транспорт ацильних груп здійснюється за допомогою спеціального переносника - карнітину (розглядається як вітаміноподібні речовини) і двох ферментів - карнітин-ацілтрансферази I (КАТ 1) і КАТ 2. Спочатку під дією КАТ 1 відбувається перенесення ацильних груп з ацил-КоА на карнітин з утворенням комплексу ацил-карнітин:
Ацил-КоА + карнітин → ацил-карнітин + КоА
Утворився ацил-карнітин проникає через внутрішню мембрану мітохондрій і на внутрішній стороні внутрішньої мембрани мітохондрій за участю ферменту КАТ 2 відбувається перенос ацильної групи з ацил-карнітину на внутрімітохондріальний КоА з утворенням ацил-КоА:
ацил-карнітин + КоА → ацил-КоА + карнітин
Звільнився карнітин вступає в новий цикл транспорту ацильних груп, а жирнокислотного залишки піддаються окисленню в циклі, який отримав назву # 946; -Окислення жирних кислот.
Процес окислення жирних кислот полягає в послідовному відщепленні двууглеродних фрагментів від карбоксильного кінця жирної кислоти. Кожен двууглеродного фрагмент відщеплюється в результаті циклу з 4 ферментативних реакцій:
Доля утворилися продуктів: ацетил-КоА вступає в цикл лимонної кислоти, ФАДН2 і НАДН · Н + передають протони й електрони в дихальний ланцюг, а що утворився ацил-КоА вступає в новий цикл окислення, що складається з тих же 4-х реакцій. Багаторазове повторення цього процесу призводить до повного розпаду жирної кислоти до ацетил-КоА.
Розрахунок енергетичної цінності жирних кислот
на прикладі пальмітинової кислоти (С16).
Для окислення пальмітинової кислоти з утворенням 8 молекул ацетил-КоА потрібно 7 циклів окислення. Кількість циклів окислення розраховується за формулою:
де С - кількість атомів вуглецю.
Таким чином, в результаті повного окислення пальмітинової кислоти утворюється 8 молекул ацетил-КоА і по 7 молекул ФАДН2 і НАДН · Н +. Кожна молекула ацетил-КоА дає 12 молекул АТФ, ФАДН2 - 2 молекули АТФ і НАДН · Н + - 3 молекули АТФ. Підсумовуємо і отримуємо: 8 · 12 + 7 · (2 + 3) = 96 + 35 = 131. Після вирахування 2-х молекул АТФ, що витрачаються на етапі активації жирної кислоти, отримуємо сумарний вихід - 129 молекул АТФ.
Значення окислення жирних кислот
Використання жирних кислот шляхом # 946; -Окислення відбувається в багатьох тканинах. Особливо велика роль цього джерела енергії в серцевому м'язі і в скелетних м'язах при тривалій фізичній роботі.
Окислення жирних кислот з непарним числом атомів вуглецю
Жирні кислоти з непарним числом атомів вуглецю надходять в організм людини в невеликих кількостях з рослинною їжею. Вони окислюються в тій же послідовності, що і жирні кислоти з парним числом атомів "С", тобто шляхом відщеплення двууглеродних фрагментів з карбоксильного кінця жирної кислоти. При цьому на завершальній стадії # 946; -Окислення утворюється пропіоніл-КоА. Крім того, пропіоніл-КоА утворюється при катаболизме амінокислот з розгалуженим бічним радикалом (валіну, ізолейцину, треоніну). Пропіоніл-КоА має свій шлях метаболізму:
Спочатку за участю пропіоніл-КоА-карбоксилази відбувається карбоксилирование пропіоніл-КоА з утворенням-КоА. Потім-КоА під дією-КоА-мутази перетворюється в сукцинил-КоА - метаболіт циклу лимонної кислоти. Коферментом-КоА-мутази служить дезоксиаденозилкобаламін - одна з коферментних форм вітаміну В12. При нестачі вітаміну В12 ця реакція сповільнюється і з сечею виводяться великі кількості пропіонової і метилмалоновой кислот.
Синтез і використання кетонових тіл
Ацетил-КоА включається в цитратний цикл в умовах, коли окислення вуглеводів і ліпідів збалансовано, тому що включення ацетил-КоА, що утворився при окисленні жирних кислот, в ЦЛК залежить від доступності оксалоацетата, що є в основному продуктом обміну вуглеводів.
В умовах, коли переважає розщеплення ліпідів (цукровий діабет, голодування, безвуглеводна дієта) утворився ацетил-КоА вступає на шлях синтезу кетонових тіл.