Открытия в биохимии

 

Липиды 200401

ХИМИЯ  И  ОБМЕН  ЛИПИДОВ.

ЛИПИДЫ -  органические вещества, характерные для живых организмов, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях и друг в друге.

 

Группы липидов отличаются по степени гидрофобности. Фосфолипиды и гликолипиды являются полярными липидами.

Холестерин занимает промежуточное положение между полярными и абсолютно гидрофобными липидами.

Абсолютно гидрофобными являются триглицериды и  эфиры холестерина. 

Большинство липидов (кроме стеринов и некоторых минорных липидов) содержат высшие жирные кислоты (ВЖК).

В состав мембран входят только ФОСФОЛИПИДЫ (ФЛ), ГЛИКОЛИПИДЫ (ГЛ) и ХОЛЕСТЕРИН (ХС).

 

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

Кислота называется жирной, если число углеродных атомов в ее молекуле больше четырех. Преобладают длинноцепочечные жирные кислоты (число атомов углерода 16 и выше). Количество углеродных атомов и двойных связей обозначается двойным индексом. Например: С18:1 (9-10). В данном случае 18 – число атомов углерода и 1 – количество двойных связей. В скобках указывается местоположение двойных связей (по номерам углеродных атомов).  

Студенты должны знать количество углеродных атомов и двойных связей в молекулах следующих жирных кислот:

 

1. С16:0 - пальмитиновая,
2. С18:0 - стеариновая,
3. С18:1 – олеиновая (9:10),
4. С18:2 – линолевая (9-10,12-13),
5. С18:3 - линоленовая (9-10, 12-13, 15-16),
6. С20:4 - арахидоновая (5-6, 8-9, 12-13, 15-16).

 

Жирные кислоты, имеющие двойную связь в положении w3, обладают очень выраженным антиатеросклеротическим действием (линоленовая). Особенно много w3-содержащих жирных кислот находится в рыбьем жире и других морепродуктах. В организме человека такие жирные кислоты не синтезируются.

 

Жирные кислоты, входящие в состав организма человека, имеют общие черты строения:

1. Чётное число атомов углерода.
2. Линейная (неразветвлённая) углеродная цепь.
3. Полиненасыщенные жирные кислоты имеют ТОЛЬКО ИЗОЛИРОВАННЫЕ двойные связи (между соседними двойными связями не меньше двух одинарных).
4. Двойные связи имеют только цис-конфигурацию.

 

По количеству двойных связей жирные кислоты можно разделить на НАСЫЩЕННЫЕ (нет двойных связей), МОНОНЕНАСЫЩЕННЫЕ (есть одна двойная связь) и ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫЕ (две или более двойных связей).

Свободные жирные кислоты встречаются в очень небольшом количестве. В основном они находятся в составе других липидов. При этом они связаны с другими компонентами липидов сложноэфирной связью (эстерифицированы).

 

ФОРМЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЛИПИДОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

1. Жировые включения, которых больше всего в адипоцитах. Это форма существования триглицеридов.
2. Биомембраны. Они не содержат триглицеридов, зато в них присутствуют фосфолипиды, гликолипиды и холестерин.
3. Липопротеины. Могут включать в себя липиды всех классов.

 

ЛИПОПРОТЕИНЫ

Липопротеины - это сферические частицы, в которых можно выделить гидрофобную сердцевину, состоящую из триглицеридов (ТРГ) и эфиров холестерина (ЭХС), и амфифильную оболочку, в составе которой – фосфолипиды, гликолипиды и белки.

Белки оболочки называются апобелками. Холестерин (ХС) обычно занимает промежуточное положение между оболочкой и сердцевиной. Компоненты частицы связаны слабыми типами связей и находятся в состоянии постоянной диффузии – способны перемещаться друг относительно друга.

Основная роль липопротеинов – транспорт липидов, поэтому обнаружить их можно в биологических жидкостях.

При изучении липидов плазмы крови оказалось, что их можно разделить на группы, так как они отличаются друг от друга по соотношению компонентов. У разных липопротеинов наблюдается различное соотношение липидов и белка в составе частицы, поэтому различна и плотность.

Липопротеины разделяют по плотности методом ультрацентрифугирования, при этом они не осаждаются, а всплывают (флотируют). Мерой всплывания является константа флотации, обозначаемая Sf (сведберг флотации). В соответствии с этим показателем различают следующие группы липопротеинов:

 

Липопротеины можно разделить и методом электрофореза. При классическом щелочном электрофорезе разные липопротеины ведут себя по-разному. При помещении липопротеинов в электрическое поле хиломикроны остаются на старте. ЛОНП и ЛПП можно обнаружить  во фракции преb-глобулинов, ЛНП - во фракции b-глобулинов, а ЛВП - a-глобулинов:

Определение липопротеинового спектра плазмы крови применяется в медицине для диагностики атеросклероза.

Все эти липопротеины отличаются по своей функции.

1. Хиломикроны (ХМ) - образуются в клетках кишечника, их функция: перенос экзогенного жира из кишечника в ткани (в основном - в жировую ткань), а также - транспорт экзогенного холестерина из кишечника в печень.

2. Липопротеины Очень Низкой Плотности (ЛОНП) - образуются в печени, их роль: транспорт эндогенного жира, синтезированного в печени из углеводов, в жировую ткань.

3. Липопротеины Низкой Плотности (ЛНП) - образуются в кровеносном русле из ЛОНП через стадию образования Липопротеинов Промежуточной Плотности (ЛПП). Их роль: транспорт эндогенного холестерина в ткани.

4. Липопротеины Высокой Плотности (ЛВП) - образуются в печени, основная роль - транспорт холестерина из тканей в печень, то есть удаление холестерина из тканей, а дальше холестерин выводится с желчью.

При определении содержания в крови липопротеинов различной плотности их обычно разделяют методом электрофореза. При этом ХМ остаются на старте, ЛОНП оказываются во фракции преb-глобулинов, ЛНП и ЛПП находят во фракции b-глобулинов, а ЛВП - a2-глобулинов. Если в крови повышено содержание b-глобулинов (ЛНП) - это означает, что холестерин откладывается в тканях (развивается атеросклероз).

 

РОЛЬ АПОБЕЛКОВ В СОСТАВЕ ЛИПОПРОТЕИНОВ

Белковые компоненты липопротеинов особенно важны. Они называются "аполипопротеинами" и обозначаются латинскими буквами (апоА, апоВ, апоС и так до апоG).   

ФУНКЦИИ  АПОБЕЛКОВ.

1. Апобелки выполняют функцию эмульгаторов, потому что являются амфифильными веществами.

2. Некоторые из аполипопротеинов  являются регуляторами активности  ферментов липидного обмена.

3. Могут обладать собственной  ферментативной активностью.

4. Могут выступать в качестве лигандов клеточных рецепторов для липопротеинов.
5. Многие апобелки осуществляют транспорт липидов из одного липопротеина в другой.

 

ОБМЕН ЖИРА (ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНА)

Химическое название жиров - ацилглицерины, то есть жиры. Это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. "Ацил-" - это означает "остаток жирных кислот" (не путать с "ацетил-" - остатком уксусной кислоты). В зависимости от количества ацильных радикалов жиры разделяются на моно-, ди- и триглицериды. Если в составе молекулы 2 радикала жирных кислот,  то жир называется ДИАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ. Если в  составе молекулы 1 радикал жирных кислот,  то жир называется МОНОАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ.

    В организме человека  и животных преобладают ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНЫ (содержат три радикала жирных  кислот).

Свойства жира определяются составом жирных кислот.

 

Функции жира:

1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ.

    В отличие от углеводов  жиры составляют энергетический  резерв организма. Преимущество  жира в качестве энергетического  резерва заключается в том, что  жиры являются более восстановленными веществами по сравнению с углеводами (в молекулах углеводов при каждом углеродном атоме есть кислород – группы “–CHOH-“; у жира имеются длинные углеводородные радикалы, в которых преобладают группы “-CH2-“ - в них нет кислорода). От жира можно отнять больше водорода, который затем проходит по цепи митохондриального окисления с образованием АТФ.

    Калорийность углеводов  и белков: ~ 4 ккал/грамм.

    Калорийность жира: ~ 9 ккал/грамм.

    Преимуществом жира как  энергетического резерва, в отличие  от углеводов, является гидрофобность  – он не связан с водой. Это  обеспечивает компактность жировых  запасов - они хранятся в безводной форме, занимая малый объем.

В среднем, у человека запас чистых триацилглицеринов составляет примерно 13 кг. Этих запасов могло бы хватить на 40 дней голодания в условиях умеренной физической нагрузки. Для сравнения: общие запасы гликогена в организме – примерно 400 гр.; при голодании этого количества не хватает даже на одни сутки.

 

2.ЗАЩИТНАЯ.

Жировая ткань:

   а) защищает органы от  механических повреждений.

   б) участвует в терморегуляции.

    Образование запасов  жира в организме человека и некоторых животных рассматривается как приспособление к нерегулярному питанию и к обитанию в холодной среде. Особенно большой запас жира у животных, впадающих в длительную спячку (медведи, сурки) и приспособленных к обитанию в условиях холода (моржи,  тюлени). У плода жир практически отсутствует, и появляется только перед рождением.

 

ИСТОЧНИКИ ЖИРА В ОРГАНИЗМЕ:

    1. Пищевой жир (экзогенный)

    2. Эндогенный  жир,  синтезируется  в печени из углеводов.

 

ПИЩЕВОЙ ЖИР.

Переваривание экзогенного жира обязательно требует предварительного эмульгирования. Некоторые пищевые жиры поступают в организм уже в эмульгированной форме, например молочный жир. Для остальных необходимо эмульгирование с помощью специальных веществ - эмульгаторов (детергентов).

Эмульгаторы – вещества амфифильной природы. Они снижают поверхностное натяжение и стабилизируют эмульсию. Общее в строении эмульгаторов: наличие гидрофильных и гидрофобных участков. Гидрофильным участком молекула эмульгатора растворяется в воде, гидрофобным - в жире. Благодаря этому создается большая площадь контакта жира с водной фазой, в которой находится  фермент.  Белки  могут выступать в  роли  эмульгаторов.  Грудным детям эмульгаторы не нужны: они получают уже эмульгированный жир молока.

В организме человека эмульгаторами являются ЖЕЛЧНЫЕ КИСЛОТЫ. Это вещества стероидной природы. Синтезируются в печени  из холестерина путем окисления по монооксигеназному типу в две первичные желчные кислоты: ХОЛЕВУЮ и ХЕНОДЕЗОКСИХОЛЕВУЮ, которые затем связываются с аминокислотными остатками глицина и таурина. Так образуются конъюгированные желчные кислоты - ГЛИКОХОЛЕВАЯ (в которой гидрофильный  участок представлен остатком глицина) и ТАУРОХОЛЕВАЯ (в ней гидрофильный участок представлен таурином). Гидрофобным компонентом всех желчных кислот является производное холестерина. Образуются и другие желчные кислоты – их разнообразие достаточно велико. В составе желчи желчные кислоты поступают в 12-перстную кишку и аллостерически активируют панкреатическую липазу.

Собственно переваривание жиров – это гидролиз сложноэфирных связей. Существует три фермента:

 

1. Язычная липаза. Вырабатывается клетками слизистой оболочки задней части языка. Действие этого фермента проявляется только в желудке (раньше считали, что это – желудочная липаза). Язычная липаза может переваривать уже эмульгированный жир. Ее pH-оптимум – 4-5. Поэтому в желудке взрослого человека язычная липаза неактивна. Реально жиры перевариваются язычной липазой только у младенцев.

У взрослых людей переваривание жира идет только в кишечнике по схеме: «выделение желчи Þ эмульгирование жира Þ действие панкреатической липазы». 

2. Панкреатическая липаза. Сам по себе этот фермент обладает очень низкой активностью. Но в поджелудочной железе вырабатывается белок, который, попадая в кишечник, способен активировать панкреатическую липазу. Название этого белка – «колипаза». Колипаза вырабатывается в виде неактивного предшественника – проколипазы, который активируется трипсином в кишечнике. Колипаза не является классическим активатором, она лишь связывает субстрат и приближает его к активному центру липазы.

Образовавшиеся жирные кислоты и моноацилглицерины могут всасываться в кишечную стенку.

3. Эстераза липидов. Под действием этого фермента часть моноацилглицеринов может подвергаться гидролизу с образованием глицерина и жирных кислот.

Таким образом, продуктами переваривания жира являются глицерин, жирные кислоты и моноацилглицерины. Всасываются продукты переваривания путем предварительного образования смешанных МИЦЕЛЛ с желчными кислотами.

Итак, желчные кислоты выполняют 2 функции: эмульгирование жира и всасывание жирных кислот.

Мицеллы попадают в энтероциты. Там из компонентов мицелл снова образуются триацилглицерины, а желчные кислоты по системе воротной вены возвращаются в печень, и могут снова поступать в желчь. Этот процесс называется рециркуляцией желчных кислот.

Процесс синтеза жира в энтероцитах из компонентов мицелл называется РЕСИНТЕЗОМ жира. В процессе ресинтеза происходит образование жиров, близких по составу к жирам организма. Затем из ресинтезированного жира, других липидов и апобелков формируются липопротеиновые частицы: ХИЛОМИКРОНЫ.

Хиломикрон построен так же, как и остальные липопротеины (смотрите стр.2). Это небольшая жировая капля: в центре ее находятся триацилглицерины, являющиеся преобладающим компонентом частицы и составляет 80% массы хиломикрона. По периферии располагаются слои фосфолипидов (8% массы) и слои апобелков (2% массы), два из которых – А и В48 синтезируются на рибосомах энтероцита, которые чередуются. Остальные 10% массы приходятся на холестерин и его эфиры. Поверхность хиломикрона гидрофильна: гидрофильные части белков и фосфолипидов находятся на поверхности частицы. Размеры хиломикрона настолько велики, что он не может пройти через поры, имеющиеся в стенках кровеносных капилляров, путем экзоцитоза. Поэтому путем экзоцитоза хиломикроны поступают в лимфу. Через нее они попадают в большой круг кровообращения, минуя печень. После употребления в пищу жира в крови наблюдается повышенное содержание хиломикронов. В кровеносном русле происходит перенос на хиломикроны ещё двух апобелков: "С" и "Е". Стенки капилляров жировой, мышечной и других тканей, а также мембраны таких клеток содержат фермент – липопротеинлипазу. Он гидролизует триацилглицерины хиломикрона. АпоС является мощным активатором липопротеинлипазы.