Обмен липидов

1. ОБМЕН ЛИПИДОВ

к.б.н. , доцент Карнаухова И.В.

2.

Лекция 1 – Переваривание липидов
Лекция 2 - Катаболизм липидов
Лекция 3 - Биосинтез липидов
Лекция 4 - Обмен холестерина

3.

Липиды - это органические вещества,
общим свойством которых является
гидрофобность
ЛИПИДЫ представляют собой большую
группу природных гидрофобных
соединений с разнообразной структурой и
биологическими функциями

4. Липиды

Омыляемые
(сложные эфиры)
Простые
1.Воска
2.Триглицериды (ТАГ)
3.Стериды
(эфиры холестерола)
Неомыляемые
1.Стероиды (холестерол,
стероидные гормоны,
желчные кислоты);
2.Витамины А, Д, Е, К;
3.ВЖК
Сложные
(спирт + ВЖК + иной компонент)
1. Фосфолипиды
А. Фосфоглицеролипиды
Б. Сфингомиелины
2. Гликолипиды
А. Цереброзиды
Б. Ганглиозиды

5. Функции липидов

1. Энергетическая
2. Структурная (пластическая)
3. Электроизоляционная
4. Регуляторная
5. Депонирующая
6. Источник эндогенной воды, БАВ
7. Источник жирорастворимых витаминов
8. Механо-защитная
9. Теплоизоляционная

6.

ВЫСШИЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
Предельные
Непредельные
незаменимые

7.

Стеариновая кислота

8.

Олеиновая кислота
ω

9.

Особенности природных ВЖК
1) Четное число атомов С (12,14,16,18...); чаще всего
N=16 и 18
2) Нормальное строение, без разветвлений
3) Монокарбоновые
4) cis-конфигурация непредельных ВЖК
5) Непредельные ВЖК с несопряженными связями

10.

сis - ВЖК
повышают
текучесть
биологических
мемран

11. ТАГ - триацилглицерины сложные эфиры глицерина и карбоновых кислот

ТАГ в основном локализуются в жировой ткани, бывают
липидные капли в цитоплазме других клеток

12. Фосфоглицеролипиды

Серин
Этаноламин
Фосфатидилхолин
(лецитин)
Холин
Состав:
1. Спирт глицерин;
2. Жирные кислоты;
Инозитол
3. Фосфорная кислота;
4. Другие вещества (серин, этаноламин, холин, инозитол)

13.

Амфифильность фосфолипидов
Гидрофильная часть - «полярная голова» ① и
гидрофобная часть «гидрофобный хвост» ②

14.

Самоорганизация
фосфолипидов
в водной среде

15.

Холестерол

16.

Классификация липидов
Группа липидов
1.Жиры (TAГ)
Функции
1) Источник энергии / депо энергии
2) Механическая защита
3) Защита от потери тепла
2.Фосфолипиды
Структура мембран
3.Гликолипиды
4.Стероиды
a) холестерол (Ch)
Компонент мембран и липопротеинов
c) гормоны
Специальные функции
6.Жирорастворимые витамины
Специальные функции

17.

ФУНКЦИИ ТАГ
1. Энергетическая (1г
СО2 + Н2О + 38,9 кДж или 9 кКал)
2. Запасная – трофическая
3. Опорно-механическая, амортизационная
4. Теплоизоляция и теплорегуляция
5. Источник эндогенной воды

18. Этапы обмена липидов

I. Подготовительный (пищеварение)
-поступление липидов с пищей
-гидролиз ТАГ, ФЛ, ЭХС
- всасывание продуктов переваривания
- ресинтез ТАГ, ФЛ в энтероците кишечника,
транспорт экзогенных ТАГ, ФЛ, ЭХС, ХС
в составе ХМ по крови к органам и тканям
II.Внутриклеточный обмен (липолиз, липогенез)
III. Образование конечных продуктов и выведение
из организма

19.

70 -80 г/сутки
35% необходимой суточной энергии
Видимые и невидимые липиды пищи:

20.

Условно внешний обмен липидов можно подразделить на
следующие этапы:
1. Эмульгирование жиров пищи – необходимо для того, чтобы
ферменты ЖКТ смогли начать работу.
2. Гидролиз триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС под
влиянием ферментов ЖКТ.
3. Образование мицелл из продуктов переваривания (жирных
кислот, МАГ, холестерола).
4. Всасывание образованных мицелл в эпителий кишечника.
5. Ресинтез триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС в
энтероцитах.
После ресинтеза липидов в кишечнике они собираются в
транспортные формы – хиломикроны (в основном) и липопротеины
высокой плотности (ЛПВП) (малое количество) – и разносятся по
организму.

21.

Условия переваривания липидов:
1.Эмульгирование липидов
- Перистальтика
- HCl+HCO3- = CO2 + H2O +Cl-
- ЖК
2. Активация липолитических ферментов
3. рН = около 8,0
4. Образование водорастворимых комплексов с продуктами переваривания
липидов (мицелл).

22.

23.

24.

25.

Функции желчи
1. Эмульгирует липиды, увеличивая
их поверхность в 104 раза (0.5
micron)
2. Активирует панкреатическую
липазу
3. Создает рНопт для действия
липазы
4. Обеспечивает всасывание
продуктов переваривания липидов
5. Снижает гнилостные процессы в
кишечнике
6. Усиливает перистальтику
кишечника

26.

ЛИПОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ, СЕКРЕТИРУЕМЫЕ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ
ЖЕЛЕЗОЙ
Липаза - находится в панкреатическом соке в неактивной форме. действует на
поверхности тонких жировых капель. Под ее влиянием ТАГ
гидролизуются до 2-МАГ с высвобождением жирных кислот.
Колипаза – активатор Липазы Колипаза, представляет собой белковый кофермент,
необходимый для оптимальной ферментативной активности панкреатической липазы.
Секретируется поджелудочной железой в неактивной форме, проколипазой, которая
активируется в просвете кишечника трипсином. Ее функция заключается в
предотвращении ингибирующего действия солей желчи на катализируемый липазой
интрадуоденальный гидролиз пищевых длинноцепочечных триглицеридов.
Фосфолипаза А2 находится в панкреатическом соке в неактивной форме.
Профермент активизируется трипсином в двенадцатиперстной
кишке, действует на С2 в ФЛ
Холестерин-эстераза/ Карбоксилэстергидролаза — неспецифически
действующая эстераза.

27.

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВАРИВАНИЯ ТАГ В ДЕТСКОМ ВОЗРАСТЕ
У младенцев клетками слизистой корня языка и глотки (железы Эбнера) при сосании
секретируется лингвальная липаза, продолжающая свое действие и в желудке.
У грудных младенцев и детей младшего возраста липаза желудка более активна, чем у
взрослых, так как кислотность в желудке детей около 5,0. Помогает и то, что жиры
молока эмульгированы.
Жиры у младенцев дополнительно перевариваются за счет липазы, содержащейся в
женском молоке. Благодаря таким преимуществам у детей грудного возраста в желудке
происходит 25-50% всего переваривания ТАГ.
В двенадцатиперстной кишке гидролиз жира дополнительно осуществляется
панкреатической липазой. До 7 лет активность панкреатической липазы невысока, ее
активность достигает максимума к 8-9 годам.
В грудном возрасте содержание желчных кислот в желчи увеличивается примерно в три
раза, позднее этот процесс замедляется.
Тем не менее, это не мешает уже в первые месяцы жизни ребенка достигать почти 100%
гидролиза жира и 95% всасывания.

28.

Факторы активирования панкреатической
липазы
1. Желчь, образующаяся в печени
2. Колипаза, присутствующая в панкреатическом соке в
неактивной форме и активирующаяся под действием
трипсина
3.Бикарбонат натрия (pH = 7,5)

29.

30. Переваривание жиров - гидролиз ТАГ

31.

32. Гидролиз фосфолипидов

33. Гидролиз ЭХС

34. Всасывание продуктов гидролиза липидов

Гидрофильные
простой
диффузией
1.Глицерин
2.ВЖК с длиной
углеводородной цепи
менее 12
3.Глицерофосфохолин
Гидрофобные
с помощью мицеллы
1. ВЖК, с длиной углеводородной
цепи более 12,
2. β-МАГ,
3. жирорастворимые витамины
А,Д,Е,К,
4. Холестерин

35.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ ЛИПИДОВ В ТОНКОМ
КИШЕЧНИКЕ

36.

желчных

37.

38.

Всасывание продуктов переваривания
липидов
ВЖК → простые мицеллы → смешанные мицеллы
ЖК, Сh, MAГ
Хиломикроны ← Ресинтез ТАГ ← ЭНТЕРОЦИТЫ

39.

Ресинтез ТАГ в слизистой кишечника

40.

1. Пищевые TAГ включены в ХМ
2. Затем ХМ оставляют энтероциты и входят в
лимфу
3. Затем в кровь

41.

Белково-липидные
комплексы –
хиломикроны (ХМ)
Состав ХМ:
• Белки – 2% (Апо В48,
апо А)
• ТАГэкз – 83-85%
• ХСэкз, ЭХСэкз – 5-7%
• ФЛэкз – 3-6%
• Витамины А, Д, Е, К

42.

43.

Роль ХМ:
транспорт экзогенных пищевых липидов
(главным образом ВЖК)из стенки
кишечника в ткани

44. Транспорт и метаболизм ХМ

45. Транспорт и метаболизм ХМ

Незрелые ХМ
85% ТАГ
Зрелые ХМ
85% ТАГ
Остаточные ХМ
ЛП-липаза
сосудов
низкое
содержание
В печень
ТАГ
Апо-В-48
ЛПВП-С-II
Е Апо-В-48
Апо-Е
Апо-С-II
ВЖК
в
ткани
Апо-В-48
Апо-Е
Апо-С-II

46.

47.

При снижении переваривания и всасывания липидов содержание жира в кале резко увеличивается –
развивается стеаторея.
Причинами таких нарушений являются:
1.Снижение желчеобразования в результате недостаточного синтеза желчных кислот и фосфолипидов
при болезнях печени, гиповитаминозах.
2.Снижение желчевыделения (обтурационная желтуха, билиарный цирроз, желчнокаменная болезнь).
У детей часто причиной может быть перегиб желчного пузыря, который сохраняется и во взрослом
состоянии.
3.Снижение переваривания при недостатке панкреатической липазы, который возникает при
заболеваниях поджелудочной железы (острый и хронический панкреатит, острый некроз, склероз).
Может возникать относительная недостаточность фермента при сниженном выделении желчи.
4.Избыток в пище катионов кальция и магния, которые связывают жирные кислоты, переводят их в
нерастворимое состояние и препятствуют их всасыванию. Эти ионы также связывают желчные
кислоты, нарушая их работу.
5.Снижение всасывания при повреждении стенки кишечника токсинами, антибиотиками (неомицин,
хлортетрациклин).
6.Недостаточность синтеза пищеварительных ферментов и ферментов ресинтеза липидов в
энтероцитах при белковой и витаминной недостаточности.

48.

49.

Нарушения переваривания и всасывания пищевых
липидов
Ненаследственные нарушения
1. Желчекаменная болезнь - это образование желчных камней в
желчных протоках и отсутствие желчи в тонком кишечнике.
Симптомы: а) стеаторея, т.е. фекалии содержат много жира,
б) боль в области печени.
2. Панкреатит: низкая активность панкреатической липазы.
Симптомы: а) стеаторея;
б) абдоминальные боли.
Эти два заболевания вызывают нарушение усвоения
жирорастворимых витаминов

50.

Наследственные нарушения
Например, гиперхиломикронемия
гипертриглицеридемия
Липопротеинлипаза не работает в этих случаях, поэтому в
крови этих пациентов содержится много Хиломикронов и TAГ.
Симптомы: - эруптивные ксантомы кожи,
- увеличение селезенки и почек - «lipemia renalis»,
- хронический панкреатит;
- боли в животе,
- иногда плохое зрение.

51. Катаболизм липидов

Мобилизация липидов из жировых депо представляет собой
гидролиз липидов в адипоцитах до ВЖК и глицерина под
действием фермента гормон-чувствительной ТАГ-липазы,
называется процесс
липолизом
ТАГ-липаза активируется через аденилатциклазную систему
гормонами: глюкагоном,
адреналином,
СТГ

52.

53.

54. β-окисление ВЖК

1.Транспорт ВЖК из цитозоля в митохондрии
(карнитиновый челночный механизм)
2. Собственно β – окисление ВЖК
(I- фаза) - специфический путь катаболизма
3. II – фаза общий путь катаболизма ЦТК

55.

АКТИВАЦИЯ ВЖК

56.

57.

58.

59. Сущность β-окисление ВЖК (спираль Кноопа - Линена)

1. β-окислению подвергаются ВЖК с четным числом углеродных атомов
2. Окисление идет в β – положении
3. Все ДГ находятся в матриксе митохондрий
4. За один виток спирали отщепляется С2 – фрагмент в виде ацетил-СоА,
который окисляется во II фазе ЦТК,
при этом ВЖК укорачивается на 2 углеродных
атома до образования бутирил – СоА,
он распадается на 2 С2 –фрагмента.
5. Большой энергетический выход АТФ по механизму окислительного
фосфорилирования
6. Окисление ВЖК протекает во всех клетках
кроме: головного мозга, эритроцитов, мозгового слоя надпочечников

60. Химизм β-окисления ВЖК

Химизм βокисления ВЖК

61.

ЦТК

62. ∑(ATP) = [(n/2 - 1)*5 + (n/2*12)] - 2

Энергетический баланс окисления ВЖК
Расчет выделяемой энергии при окислении жирной
кислоты производится по формуле:
∑(ATP) = [(n/2 - 1)*5 + (n/2*12)] - 2

63. Регуляция β-окисления ВЖК

1. Регуляторный фермент β-окисление ВЖК КАТ – I
ингибитор – Малонил СоА , образующийся при
биосинтезе ВЖК,
в отсутствии его β-окисление повышается:
- в постабсорбтивный период
- при длительной физической нагрузке
2. Чем интенсивнее идет распад АТФ, тем быстрее
окисляются жирные кислоты, обеспечивая синтез
новых молекул АТФ

64. Окисление глицерина

Глицерин
ДАФ
ПВК
АцетилКоА
3 стадии
1. Специфический путь окисления
глицерина до ПВК (7 АТФ)
2. Окислительное
декарбоксилирование ПВК (3 АТФ)
3. Цикл Кребса (12 АТФ)
ЦТК

65. Окисление глицерина

Глицерин
ДАФ
ПВК
АцетилКоА
ЦТК

66.

67.

68.

69.

70. Липогенез – синтез ВЖК и ТАГ

• В основном протекает в печени в абсорбтивный период (насыщение), на фоне гипергликемии и
повышения инсулина.
• При потреблении избытка пищевых углеводов продукты катаболизма глюкозы превращаются в
жирные кислоты, а затем в триацилглицеролы.
• Субстратами, необходимыми для синтеза жирных кислот, являются продукты гликолиза и
пентозофосфатного пути: ацетил-КоА, АТФ, НАДФНН+.
• Высокие уровни НАДН и АТФ в митохондриях снижают скорость ЦТК в состоянии насыщения
(сытости), ингибируя регуляторные ферменты ЦТК (цитратсинтазу, изоцитратДГ, альфакетоглутарат ДГК).
• В результате ацетил-КоА накапливается и конденсируется с оксалоацетатом с образованием
цитрата.
• Эта регуляция обеспечивает непрерывный синтез цитрата, который транспортируется из
митохондрий в цитозоль. Цитрат расщепляется цитрат-лиазой до ацетил-КоА и
оксалоацетата в цитозоле.
• Ацетил-КоА становится доступным для синтеза жирных кислот в качестве исходного
предшественника.
• Все последующие реакции синтеза жирных кислот происходят в цитозоле.

71. Синтез ВЖК

Превращение продуктов катаболизма глюкозы в пальмитат – основную жирную кислоту,
синтезируемую в организме человека. Ацетил-КоА переносится из митохондрий в цитозоль в виде
цитрата. Затем высвободившийся ацетил-КоА становится исходным предшественником синтеза
пальмитиновой кислоты. Весь процесс стимулируется инсулином, индуцирующим синтез ферментов,
участвующих в превращении продуктов катаболизма глюкозы в жирные кислоты.
↑ - Индуцибельные ферменты: 1 - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (фермент пентозофосфатного пути);
2 - малик фермент; 3 - ацетил-КоА-карбоксилаза; 4 - комплекс синтазы
жирных кислот; 5 - цитратлиаза

72.

73.

Условия синтеза
1. Высокая концентрация глюкозы крови
2. АТФ
3. НАДФНН+
4. Ферменты:
- ацетил-КоА- карбоксилаза
- синтаза ВЖК (пальмитатсинтаза)

74.

75.

76.

Синтаза жирных кислот – пальмитилсинтаза:
- Димер – две субъединицы (мультиферментный комплекс)
- В каждой субъединице 7 доменов (активных центров) + АПБ
- Имеет два центра связывания – сульфгидрильные группы -SH

77.

78.

79.

80.

1) Перенос ацетила с КоА на SH-группу цистеина ацетилтрансацилазным
центром;
2) Перенос малонила с КоА на SH-группу АПБ малонилтрансацилазным
центром;
3) Кетоацилсинтазным центром ацетильная группа конденсируется с
малонильной с образованием кетоацила и выделением СО2.
4) Кетоацил восстанавливается кетоацил-редуктазой до оксиацила;
5) Оксиацил дегидратируется дегидратазой в еноил;
6) Еноил восстанавливается еноилредуктазой до ацила.

81.

В результате первого цикла реакций образуется ацил С4.
Циклы реакций повторяются до тех пор, пока не образуется
радикал пальмитиновой кислоты, который гидролитически
отделяется от ферментного комплекса.
Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты из ацетилКоА и малонил-КоА имеет следующий вид:
CH3-CO-SKoA + 7 HOOC-CH2-CO-SKoA + 14 НАДФНН+ →
C15H31COOH + 7 СО2 + 7 Н2О + 8 HSKoA + 14 НАДФ+

82.

83. Липогенез - синтез ТАГ

• TАГ синтезируются в печени и жировой ткани из глицерол- 3- фосфата и
ВЖК.
• Образование (происхождение) глицерол- 3- фосфата для этого синтеза
различается в этих тканях:
В печени: глицерол-3-фосфат образуется в результате восстановления ДАФ
(дигидроксиацетонфосфата), образующегося в результате гликолиза, или
путем фосфорилирования глицерина, поступающего с кровью.
Фосфорилирование глицерина катализируется глицеролкиназой только в
печени.
В жировой ткани отсутствует последний фермент, поэтому ДАФ может
образовываться только в результате гликолиза.
В печени жирные кислоты, синтезируемые de novo из продуктов катаболизма
глюкозы, используются для синтеза триацилглицеролов. Два остатка ацил-КоА
реагируют с глицерол-3-фосфатом с образованием фосфатидной кислоты, а
затем ТАГ.

84. Липогенез – синтез ВЖК и ТАГ

В печени: глицерол-3-фосфат
образуется в результате восстановления
ДАФ (дигидроксиацетонфосфата),
образующегося в результате гликолиза,
или путем фосфорилирования глицерина,
поступающего с кровью.
Фосфорилирование глицерина
катализируется глицеролкиназой только в
печени.
В жировой ткани отсутствует последний
фермент, поэтому ДАФ может
образовываться только в результате
гликолиза.
Два остатка ВЖК (ацил-КоА) реагируют с
глицерол-3-фосфатом с образованием
фосфатидной кислоты, а затем ТАГ.

85. Липогенез в жировой ткани ТАГ, синтезируемый в адипоцитах, является основным хранилищем топлива в организме человека.

• В жировой ткани жирные кислоты, необходимые
для синтеза ТАГ, в основном образуются в
результате реакции, катализируемой ЛП-липазой.
• Липопротеинлипаза, прикрепленная к
эндотелиальным клеткам капилляров, распознает
apoCII на поверхности ЛПОНП или ХМ.
• Этот фермент гидролизует триацилглицеролы в
ЛПОНП и хиломикронах до глицерина и жирных
кислот.
• Жирная кислота поступает в жировые клетки и
превращается в ацил-КоА.
• Затем два ацил-КоА реагируют с глицерин-3фосфатом с образованием фосфатидной кислоты.
• Дефосфорилирование фосфатидной кислоты дает
диацилглицерин.
• Наконец, третий жирный ацил-КоА реагирует с
диацилглицерином с образованием
триацилглицерина.

86.

Печень
Жировая ткань
ТАГ, синтезируемые в печени (эндогенные жиры),
упаковываются в ЛПОНП и доставляются в другие ткани.
Превращение глюкозы в жирные кислоты и ТАГ в жировых
клетках возможно, однако печень является основным местом
синтеза жирных кислот и ТАГ.

87.

Транспорт эндогенных ТАГ из печени в периферические ткани
Печень
Триацилглицеролы, синтезируемые в цитозоле гепатоцитов, упаковываются в
ЛПОНП - липопротеины очень низкой плотности вместе с фосфолипидами,
холестерином и белками.
Основным апопротеином ЛПОНП является апоВ-100, пронизывающий
поверхность частицы ЛПОНП.
ЛПОНП, образующиеся в печени в виде зарождающихся частиц, секретируются в
кровь, где они приобретают апоСII и апоЕ из ЛПВП, превращаясь в зрелые
частицы ЛПОНП.
Функция ЛПОНП, содержащих 55% триацилглицеролов, заключается в доставке
триацилглицеролов, синтезируемых в печени, в другие ткани, в частности в
жировую ткань и мышцы.
В крови ЛП гидролизует триацилглицеролы в ЛПОНП и снижается содержание
ТАГ в частицах.
Освободившиеся жирные кислоты транспортируются в клетки в основном к
адипоцитам и гепатоцитам.
Глицерин доставляется в печень. Таким образом, ЛПОНП становятся сначала
ЛППП (липопротеиды промежуточной плотности), а затем ЛПНП (липопротеиды
низкой плотности).
ЛПНП содержат только около 7% ТАГ. Основными соединениями ЛПНП являются
холестерин и сложные эфиры холестерина.
В печени ТАГ ЛОНП и хиломикроны также расщепляются печеночной
триглицеридлипазой (HTGL), которая также прикрепляется к стенкам
капилляров.

88. Биосинтез фосфолипидов

89.

90.

91.

Нарушения переваривания и всасывания пищевых
липидов
Ненаследственные нарушения
1. Желчекаменная болезнь - это образование желчных камней в
желчных протоках и отсутствие желчи в тонком кишечнике.
Симптомы: а) стеаторея, т.е. фекалии содержат много жира,
б) боль в области печени.
2. Панкреатит: низкая активность панкреатической липазы.
Симптомы: а) стеаторея;
б) абдоминальные боли.
Эти два заболевания вызывают нарушение усвоения
жирорастворимых витаминов

92.

Наследственные нарушения
Например, гиперхиломикронемия
гипертриглицеридемия
Липопротеинлипаза не работает в этих случаях, поэтому в
крови этих пациентов содержится много Хиломикронов и TAГ.
Симптомы: - эруптивные ксантомы кожи,
- увеличение селезенки и почек - «lipemia renalis»,
- хронический панкреатит;
- боли в животе,
- иногда плохое зрение.