Замай Т.Н. и др. Биохимия

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕМА 8. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН

8.2. Всасывание продуктов переваривания липидов и ресинтез липидов в кишечной стенке



Биохимия. Учеб. пособие

-91-

специальный механизм. Эти соединения образуют мицеллы с желчными

кислотами и фосфолипидами. Каждая мицелла состоит из гидрофобного ядра

и внешнего мономолекулярного слоя амфифильных соединений,

расположенных таким образом, что гидрофильные части их молекул

контактируют с водой, а гидрофобные участки ориентированы внутрь

мицеллы, где они контактируют с гидрофобным ядром. В состав

мономолекулярной амфифильной оболочки мицеллы входят фосфолипиды,

желчные кислоты, холестерол. Гидрофобное ядро мицеллы состоит

преимущественно из высших жирных кислот, продуктов неполного

расщепления жиров, эфиров холестерола, жирорастворимых витаминов и др.

Мицеллы транспортируются к щеточной каемке клеток слизистой

оболочки, где всасываются. В норме всасывается до 98% пищевых липидов.

Поступившие в энтероциты мицеллы разрушаются. Всосавшиеся продукты

расщепления экзогенных липидов превращаются в липиды, характерные для

организма человека, и далее они поступают во внутреннюю среду организма.

Высвободившиеся при распаде мицелл желчные кислоты поступают обратно

в кишечник или в кровь и через воротную вену оказываются в печени. Здесь

они улавливаются гепатоцитами и вновь направляются в желчь для

повторного использования.

В кишечной стенке всосавшиеся ацилглицерины могут подвергаться

дальнейшему расщеплению с образованием свободных жирных кислот и

глицерола под действием липаз. Часть моноацилглицеринов может без

предварительного расщепления превращаться в триацилглицерины. Все

высшие жирные кислоты, всосавшиеся в клетки кишечника, используются в

энтероцитах для ресинтеза различных липидов.

Смесь всосавшихся и ресинтезированных в стенке кишечника липидов

поступает в лимфатическую систему, а затем через грудной лимфатический

проток в кровь и с током крови распределяется в организме. Поступление

липидов в лимфу наблюдается уже через 2 часа после приема пищи,

алиментарная гиперлипидемия достигает максимума через 6-8 часов, а через

10-12 часов после приема пищи она полностью исчезает.

Триглицериды, фосфолипиды, холестерол практически не растворимы

в воде, в связи с чем они не могут транспортироваться кровью или лимфой в

виде одиночных молекул. Перенос всех этих соединений осуществляется в

виде особым образом организованных надмолекулярных агрегатов -

липопротеидных комплексов или просто липопротеидов. Существует

несколько классов липопротеидных частиц, отличающихся друг от друга по

составу, плотности и электрофоретической подвижности: хиломикроны

(ХМ), липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеиды

низкой плотности (ЛПНП), липопротеиды высокой плотности (ЛПВП) и

некоторые другие. В транспорте экзогенных липидов, т.е. липидов,

поступающих во внутреннюю среду организма из кишечника, принимают

участие главным образом ХМ и ЛПОНП.

ТЕМА 8. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН



Биохимия. Учеб. пособие

-92-

Высшие жирные кислоты могут окисляться в клетках тремя путями α -,

β- и ω-окисления. Процессы α- и ω-окисления высших жирных кислот идут в

микросомах клеток и играют в основном пластическую функцию - в ходе

этих процессов идет синтез гидроксикислот, кетокислот и кислот с нечетным

числом атомов углерода, необходимых для клеток. Основным способом

окисления высших жирных кислот является процесс β -окисления. Этот

процесс можно определить как процесс ступенчатого окислительного

расщепления высших жирных кислот, в ходе которого идет

последовательное отщепление двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-

КоА со стороны карбоксильной группы активированной молекулы высшей

жирной кислоты.

Поступающие в клетку высшие жирные кислоты подвергаются

активации с превращением их в ацил-КоА. Процесс β -окисления жирных

кислот идет в матриксе митохондрий. Активированная жирная кислота в

матриксе митохондрий подвергается ступенчатому циклическому

окислению. В результате одного цикла β-окисления радикал жирной кислоты

укорачивается на 2 атома углерода, а отщепившийся фрагмент выделяется в

виде ацетил-КоА, который может поступать в цикл трикарбоновых кислот

для окисления. Для сравнения: при окислении 3 молекул глюкозы,

содержащих также 18 атомов углерода, клетка получает только 114 молекул

АТФ, т.е. высшие жирные кислоты являются более выгодным

энергетическим топливом для клеток по сравнению с моносахаридами. По-

видимому, это обстоятельство является одной из главных причин того, что

энергетические резервы организма представлены преимущественно в виде

триацилглицеринов, а не гликогена.

Общее количество свободной энергии, выделяющееся при окислении 1

моля стеариновой кислоты составляет около 2632 ккал, из них накапливается

в виде энергии макроэргических связей синтезированных молекул АТФ

около 1100 ккал. Таким образом, аккумулируется примерно 40% всей

выделяющейся свободной энергии.

В условиях длительной интенсивной работы, требующей больших

энергозатрат, жирные кислоты, поступающие из жировых депо, становятся

основным видом "энергетического топлива". Значение их как

энергетического топлива еще более возрастает при недостатке глюкозы в

клетках органов и тканей, например при сахарном диабете или голодании.

Для синтеза жирных кислот необходимы восстановительные

эквиваленты в виде НАДФН. Насыщенные высшие жирные кислоты

синтезируются путем последовательного удлинения углеводородного

радикала на два углеродных атома в ферментных системах клетки.

Источником двухуглеродных фрагментов при синтезе других высших

жирных кислот в цитозоле служит малонил-КоА, в митохондриальных

системах для удлинения ацильного радикала используется ацетил-КоА.

ТЕМА 8. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН



Биохимия. Учеб. пособие

-93-

Триглицериды синтезируются в клетках различных органов и тканей в

качестве резервных питательных веществ, однако их синтез с наибольшей

интенсивностью протекает в клетках печени и в клетках жировой ткани. Для

синтеза необходимы высшие жирные кислоты и глицерол. Синтез резервных

триацилглицеринов идет в период абсорбции продуктов пищеварения и

поступления их во внутреннюю среду организма. В постабсорбционном

периоде идет мобилизация резервных триглицеридов. Они расщепляются в

клетках под действием ферментов липаз.

Суточная потребность человека в холестероле составляет около 1г,

причем вся потребность в этом соединении может быть удовлетворена за

счет его эндогенного синтеза. Экзогенный пищевой, холестерол также

эффективно усваивается организмом. У здорового человека поступление

холестерола с пищей и его эндогенный синтез хорошо сбалансированы.

Поступление 2-3 г холестерола с пищей почти полностью тормозит

эндогенный синтез; полное отсутствие в пище приводит к тому, что в сутки в

организме будет синтезироваться около 1 г холестерола. Основным органом,

в котором идет синтез холестерола, является печень. В печени синтезируется

50-80% эндогенного холестерола, 10-15% холестерола синтезируется в

клетках кишечника, около 5% образуется в коже. Объем синтеза холестерола

в других органах и тканях незначителен, хотя ферментные системы,

обеспечивающие его синтез, присутствуют в клетках большинства органов и

тканей. В условиях обычного пищевого рациона во внутреннюю среду

организма поступает около 300 мг экзогенного холестерола, а 500-700 мг

холестерола организм получает за счет его эндогенного синтеза.

Общее содержание холестерола в организме составляет около 140 г.

Основная масса этого соединения включена в состав клеточных мембран.

Однако около 10 г холестерола постоянно находится в плазме крови в

составе липопротеинов. Концентрация холестерола в плазме крови

составляет 3,5-6,8 мМ/л. Избыток холестерола в клетках запасается в виде

эфиров олеиновой кислоты, в состав мембран входит свободный холестерол.

Холестерол используется в организме для синтеза желчных кислот, из

него синтезируются стероидные гормоны, в коже из 7-дегидрохолестерола

под действием ультрафиолетовой радиации образуется витамин Д. Избыток

холестерола выводится из организма с желчью; часть избыточного

холестерола может поступать в просвет кишечника непосредственно из его

стенки. Холестериновый гомеостаз в организме - результат динамического

равновесия процессов 1) поступления его в организм и эндогенного синтеза;

2) процессов использования холестерола для нужд клеток и его выведения из

организма.

ТЕМА 8. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН

8.4. Обмен триглицеридов и холестерина в тканях



Биохимия. Учеб. пособие

-94-

Холестерол синтезируется в клетках из двухуглеродных группировок

ацетил-КоА. Процесс синтеза холестерола включает 35 последовательных

энзиматических реакций. Избыток холестерола в мембранах клеток нарушает

их микровязкость и работу трансмембранных транспортных систем. Избыток

холестерола оказывает на клетки токсический эффект. В клетках

периферических тканей имеется несколько механизмов, предотвращающих

избыточное накопление холестерола в их мембранах: 1) при избыточном

поступлении холестерола в клетку за счет рецептор-опосредованного захвата

ЛПНП, количество β -рецепторов на поверхности клетки уменьшается; 2)

излишнее накопление холестерола в мембранах тормозит работу

собственного механизма синтеза холестерола; 3) избыток холестерола

переводит свободный холестерол в его эфиры, которые резервируются в

клетке в специальных вакуолях.

Метаболические пути липидного обмена взаимодействуют друг с

другом, обеспечивая переключение потока вещества с одного

метаболического пути на другой в соответствии с потребностями клеток. В

любой живой системе обмен липидов связан с обменом соединений других

классов. Пищевые липиды являются источниками высших жирных кислот,

глицерола, аминоспиртов и некоторых других соединений, используемых

организмом для синтеза свойственных для него структурных или резервных

липидов. Свободные высшие жирные кислоты, наряду с глицеролом и

аминоспиртами образуются в организме также при расщеплении резервных

или структурных липидов. Другим источником высших жирных кислот

служит их синтез из ацетила-КоА, который может быть промежуточным

продуктом обмена углеводов или аминокислот. Одним из ключевых

метаболитов липидного обмена является ацетил-КоА.

Липиды выполняют множество функций в организме, одной из

важнейших является обеспечение клеток различных органов и тканей

энергией, т.к. 30%-40% всей необходимой ему энергии человек получает за

счет окислительного расщепления соединений липидной природы.

Превращения липидов соответствуют потребности организма в

энергетическом и пластическом материале. Эффективная работа

регуляторных и координирующих механизмов обеспечивает адаптацию

организма к изменяющимся условиям его существования.

Процесс мобилизация резервных триглицеридов стимулируется рядом

гормонов (адреналин, норадреналин, глюкагон, β -липотропный гормон

гипофиза, соматотропин, АКТГ, МСГ, кортизол, тироксин, тестостерон).

ТЕМА 8. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН



Биохимия. Учеб. пособие

-95-

Ожирение - избыточное накопление липидов в организме. Диагноз

ожирение ставят в том случае, когда масса тела обследуемого превышает

оптимальную на 20%.

Расчет оптимальной массы тела можно произвести по простейшей

формуле:

m = ( Рост в см - 100) кг

Многочисленные более сложные формулы для расчета не вносят

существенных корректив в величину оптимальной массы - отклонения не

превышают 3-5%. По данным американских страховых компаний

оптимальная масса для человека, рост которого 170 см, составляет при

худощавом телосложении 68 кг, а при крепком - 73 кг. Подсчитано, что

каждый кг излишней массы сокращает продолжительность жизни на 3

месяца.

Увеличение массы тела при ожирении связано с накоплением

резервных триглицеридов в жировых депо. Ожирение может быть

первичным, обусловленным алиментарно-конституциональными факторами,

или вторичным – следствием имеющейся патологии или поведенческой

реакции (при переедании). Увеличение массы тела связано с накоплением

избытка триглицеридов в результате превышения калорийности пищи над

энергозатратами, без этого превышения не реализуется никакая

наследственная предрасположенность.



Биохимия. Учеб. пособие

-96-

Обмен белков – центральный процесс всего обмена веществ в

организме. Он связан с обменом других веществ, так как белки катализируют

все химические реакции. Поскольку белки – основной строительный

материал различных биологических структур, они играют важную роль в их

разрушении и новообразовании. Обновление белков в организме протекает

быстро: белки печени обновляются наполовину за 10 суток, плазмы крови –

за 20-40 суток, мышечные – несколько медленнее.

Основным материалом обновления белков служат белки пищи, но они

не могут включиться в состав клеточных структур без предварительного

расщепления, поскольку все белки обладают видовой специфичностью.

Поэтому белки должны быть в пищеварительном тракте расщеплены до

аминокислот.

В клетках различных органов аминокислоты образуются из веществ

небелковой природы – промежуточных продуктов углеводов и липидов.

Однако только часть аминокислот (заменимые) может синтезироваться в

организме человека. Другие аминокислоты (незаменимые) должны

поступать в организм с пищей. Белки пищи, содержащие полный набор

незаменимых аминокислот, называются полноценными. Белки, не

содержащие незаменимых аминокислот – неполноценные. Незаменимыми

аминокислотами являются валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин,

фенилаланин, триптофан, лизин, гистидин, аргинин.

Все аминокислоты (из пищи или тканей) поступают в общий фонд

аминокислот.

В клетках аминокислоты могут включаться в синтез новых белков или

разрушаться в процессе диссимиляции до конечных продуктов обмена.

Аминокислоты

Белки пищи

Пептиды

Вещества

небелковой природы

Тканевые белки

Пептиды

Аминокислоты

ТЕМА 9. БЕЛКОВЫЙ ОБМЕН

9.1. Общие представления об обмене белков



Биохимия. Учеб. пособие

-97-

Включение аминокислот в пластические процессы или энергетический

обмен зависит от конкретных условий протекания реакций в клетках. При

напряженной мышечной работе преобладает распад тканевых белков и

аминокислот, в ходе которого может освобождаться до 12% энергии,

необходимой для работы мышц. В период отдыха после работы

преобладающими становятся реакции биосинтеза белка, потребляющие

много энергии. Особенно интенсивно синтез белков идет в печени,

лимфатических узлах, костном мозге, селезенке, слизистой оболочке

кишечника.

Диссимиляция аминокислот происходит с помощью реакций

дегидрирования, дезиминирования, переаминирования,

декарбоксилирования. Они приводят к образованию из аминокислот

пировиноградной кислоты, ацетил-кофермента А и ряда метаболитов цикла

Кребса, где их распад завершается образованием углекислого газа и воды.

Азот белков и аминокислот оказывается в составе аммиака и мочевины.

Белки, поступающие с пищей, подвергаются в желудочно-кишечном

тракте распаду при участии гидролитических ферментов или

пептидгидролаз. Пептидгидролазы выделяются в неактивной форме (это

предохраняет стенки пищеварительной системы от самопереваривания).

Активируются они при поступлении пищи в пищеварительную систему.

Активация пепсина и трипсина происходит по механизму автокатализа,

другие пептидгидролазы активируются трипсином.

Химические изменения белков начинаются в желудке при участии

пепсина и соляной кислоты. При действии соляной кислоты белки набухают,

Аминокислоты

Тканевые белки

Биологически активные

вещества, гормоны,

нуклеотиды, коферменты

Распад

Метаболиты цикла

трикарбоновых кислот

Распад

СО

+ Н

Мочевина

Распад

ТЕМА 9. БЕЛКОВЫЙ ОБМЕН

9.2. Пищеварение белков



Биохимия. Учеб. пособие

-98-

и фермент получает доступ во внутренние зоны молекулы. Пепсин ускоряет

гидролиз внутренних (расположенных далеко от концов молекул) пептидных

связей. В результаты белки расщепляются до пептидов. Пептиды в

кишечнике подвергаются дальнейшим превращениям в слабощелочной среде

под действием трипсина, химотрипсина и пептидаз. В результате образуются

дипептиды, которые гидролизуются до свободных аминокислот.

Аминокислоты всасываются через стенки кишечника. Этот процесс

энергозависим. Некоторые аминокислоты включаются в синтез белков уже

после всасывания, 95% поступает в кровь и лимфу. Кровь переносит их в

печень, где идет интенсивный синтез белков. Не использованные

аминокислоты вновь попадают в кровь.

Часть аминокислот в кишечнике подвергается гниению под действием

кишечных бактерий. Из некоторых аминокислот образуются токсины –

амины, фенолы, меркаптаны. Они выводятся с калом и частично всасываются

в кровь, переносятся ею в печень, где происходит их детоксикация. Этот

процесс требует значительных затрат АТФ.

Синтез белков в живых организмах – сложный многоступенчатый

процесс, включающий активацию аминокислот, установление их

последовательности в полипептидной цепи белка, замыкание пептидных

связей и образование трехмерной структуры, свойственной данному белку.

Аминокислоты активируются АТФ с помощью фермента

аминоацилсинтетазы, находящейся в цитозоле клеток. Следующий этап –

определение последовательности аминокислотных остатков (первичной

структуры белка) – связан с обменом нуклеиновых кислот. Наследственная

информация о первичной структуре всех белков хранится в закодированной

форме в молекулах ДНК. Молекула ДНК содержит несколько тысяч

различных генов, хранящих информацию о последовательности аминокислот

в одном белке.

Когда в клетке возникает необходимость в синтезе какого-либо белка,

под действием индукторов активируется соответствующий ген в ДНК.

Информация о последовательности аминокислотных остатков в белках

кодируется через последовательность нуклеотидных остатков, образующих

ген. Каждой аминокислоте соответствует участок гена, состоящий из трех

нуклеотидов (триплет или кодон). Перевод информации с ДНК в мРНК –

транскрипция.

мРНК в цитоплазме клеток связывается с рибосомами, содержащими

рРНК. Процесс синтеза белка происходит на рибосоме с участием тРНК и

большого количества факторов трансляции. Аминокислотная

последовательность точно соответствует последовательности кодонов.

Полипептидная цепь синтезируется в линейном порядке. После окончания

синтеза она отделяется от рибосомы и приобретает свойственную этому

белку конформацию. Этот способ синтеза белка называется матричным.

ТЕМА 9. БЕЛКОВЫЙ ОБМЕН



Биохимия. Учеб. пособие

-99-

Наряду с синтезом белков постоянно идет их распад. В организме

человека массой 70 кг при обычном режиме питания ежедневно распадается

и вновь синтезируется около 400 г белка. Распад может происходить двумя

способами – гидролитическим (с образованием аминокислот) с помощью

катепсинов, находящихся в лизосомах, и нуклеопептидным,

реализующимся в разрушении тканевых белков при взаимодействии их с

АТФ (ГТФ, УТФ, ЦТФ), в результате чего образуются фосфорилированные

пептиды.

В результате распада белков и нуклеотидов образуется свободный

аммиак. Даже в небольших количествах он ядовит для клеток. В организме

существует несколько механизмов его детоксикации. Одни из них служат для

временного связывания, транспорта аммиака из одного органа в другой,

другие – для образования конечных продуктов, которые выводятся из

организма. Временное связывание происходит в реакциях образования

амидов аспарагиновой и глутаминовой кислот – аспарагина и глутамина. Эти

реакции идут с затратой энергии АТФ. Аспарагин и глутамин

транспортируют аммиак из различных тканей в печень, где он

обезвреживается.

Другой способ временного связывания аммиака – восстановительное

аминирование щавелевоуксусной кислоты с образованием аспарагиновой

кислоты. Она принимает участие в окончательном устранении аммиака –

синтезе мочевины в печени. Синтез мочевины – ферментативный процесс,

идущий с затратой АТФ. Мочевина в физиологических концентрациях –

безвредное для организма вещество. Процесс образования ее начинается с

синтеза карбомаилфосфатат при взаимодействии аммиака с углекислым

газом и АТФ.

Суммарное уравнение цикла имеет вид:

2NH

+CO

+ 3ATФ → NH

-CО-NH

+ 2AДФ +2H

+ АМФ + H

Многие ферменты, обеспечивающие синтез мочевины, находятся в

митохондриях клеток, где интенсивно протекают окислительные реакции.

Мочевина выделяется из клеток печени в кровь, переносится в почки и

выделяется с мочой.



Биохимия. Учеб. пособие

-100-

Все протекающие в организме процессы взаимосвязаны. Существует

связь между обменом воды и обменом практически всех химических

соединений. Вода – это та среда, где осуществляются химические

превращения в организме, она является участником или продуктом многих

химических реакций. Существенное влияние на протекание процессов

обмена веществ оказывают минеральные соединения. Некоторые ионы

входят в состав ферментов, выполняют роль активаторов ферментов.

Особенно ярко проявляется взаимосвязь обмена углеводов, липидов, белков.

Взаимосвязь процессов обмена углеводов, липидов, белков

проявляется в наличии единых промежуточных продуктов обмена и общих

путей превращений, а также во взаимопревращениях углеводов, липидов и

белков. В обмене этих веществ можно выделить три основные стадии: 1)

подготовительную, 2) стадию универсализации, 3) стадию окисления в цикле

трикарбоновых кислот.

В подготовительной стадии происходит гидролиз полимеров до

мономеров. Ди- и полисахариды преобразуются до моносахридов, жиры

расщепляются на глицерин и жирные кислоты, белки – на аминокислоты. В

стадии универсализации из углеводов, глицерина, жирных кислот,

аминокислот образуется ацетил-КоА.

Особое значение взаимосвязь обмена жиров, белков и углеводов имеет

для обеспечения их взаимопревращений. Большинство реакций обмена

Белки

Полисахариды

Липиды

Подготовительная

стадия

Аминокислоты

Моносахариды

Глицерол

Ацетил-Ко А

Цикл

трикарбоновых

кислот

Стадия

универсализации

Окисление

Жирные

кислоты