Промежуточный обмен липидов Включает 1 Гидролиз липидов до

Промежуточный обмен липидов Включает: 1. Гидролиз липидов до жирных кислот и глицерина 2. Окисление глицерина 3. Окисление жирных кислот 4. Биосинтез

Промежуточный обмен липидов Внутриклеточный липолиз Адипоциты или клетки жировой ткани (подкожный жир, малый и большой сальники брюшной полости): * Гидролиз ТАГ катализирует гормончувствительная ТАГ-липаза. * Процесс мобилизации жира активируется в постабсорбтивном периоде, голодании, при физической нагрузке.

Механизм активации гормончувствительной ТАГ-липазы адипоцитов • В постабсорбтивном периоде липолиз в адипоцитах активируется глюкагоном; • * При физической нагрузке липолиз в адипоцитах активируется адреналином. • • * Оба гормона связываются со своими рецепторами на поверхности клеточной мембраны и активируют аденилатциклазу.

Механизм действия гормонов Аденилатциклаза ц-АМФ протеинкиназа активная форма ТАГ-липазы активация липолиза Дефосфорилирование ТАГлипазы (инсулин активирует протеин-фосфатазу и фосфодиэстеразу) Снижение липолиза соматотропный гормон увеличивает количество аденилатциклазы, глюкокортикоиды способствуют синтезу ТАГ-липазы.

Суммарный результат гидролиза ТАГ в адипоцитах Гормончувствительная ТАГ-липаза сначала отщепляет ЖК в положении 1 = 1 СЖК + диацилглицерол (ДАГ). Другие липазы завершают процесс = 2 СЖК + глицерол.

Пути использования глицерола: 1. Окисление 2. Синтез липидов (ТАГ, ФЛ) 3. Гликонеогенез (через ГАФ, ДАФ)

Окисления глицерола Глицерол гидрофилен и переносится по крови в свободном виде ОКИСЛЯЕТСЯ в диоксиацетонфосфат (метаболит гликолиза):

Глицерин хороший источник энергии (практически для всех клеток) энергетический эффект окисления глицерина составляет 22 АТФ (считаем вместе) глицерин ДАФ ГАФ Пируват ацетил Ко. А ЦТК

Пути использования жирных кислот 1. Окисление 2. Синтез кетоновых тел 3. Синтез липидов

Транспорт жирных кислот Транспорт в крови - с альбумином – молекула альбумина имеет 7 сайтов связывания транспорт через мембрану клетки - с помощью специфического белкапереносчика (40 к. Да): fatty acids binding protein (FABP). транспорт через митохондиальную мембрану – короткоцепочечные (С<9) самостоятельно, длинноцепочечные - помощью переносчика карнитина (производное лизина)

Окисление жирных кислот • называется -окислением - окисление третьего атома углерода и удаление двухуглеродных фрагментов в виде ацетил Ко. А • протекает в митохондриях

Опыты Франца Кнопа (1904 г) К w-атому углерода ЖК с неразветвленной цепью присоединена фенильная группа. Продукты свидетельствуют том, что окисление ЖК идет по -углеродному атому.

Активация жирной кислоты идет с участием ацил-Ко. А-синтетазы (тиокиназы ЖК), локализованной в наружной мембране митохондрий:

Транспорт ЖК в митохондриальный матрикс с карнитином (витаминоподобное вещество, одноатомный спирт) На наружной поверхности внутренней мембраны митохондрий присутствует фермент ацилкарнитинтрансфераза 1 (регуляторный фермент – его аллостерическим ингибитором является малонил-Ко. А)

Ацилкарнитин проникает через внутреннюю мембрану на внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий присутствует фермент ацилкарнитинтрансфераза II, который катализирует обратную реакцию ацилкарнитин + Ко. А-SH ацил-Ко. А + карнитин Митохондриальный!!! Два не обменивающихся между собой пула Ко. А. В цитоплазме и матриксе МХ эти пулы используются для разных целей.

Реакции -окисления жирных кислот Путь b-окисления – повторяющаяся последовательность четырех реакций. На каждом этапе окисления образуется: 1 ацетил-Ко. А 1 FADH 2 1 NADH исходная цепь ЖК укорачивается на 2 С-атома. Количество циклов b – окисления: (n/2)-1, где: n – число С-атомов в ЖК.

Ацил-Ко. А-дегидрогеназа. Дегидрирование по a- и b- С атомам (положения 2 и 3). Атомы водорода переносятся на FAD – простетическую группу дегидрогеназы, которая передает электроны на специфический электронпереносящий флавопротеин, а далее – на убихинон в дыхательной цепи. (транс-изомер) Еноил-Со. А-гидратаза.

3 -гидроксиацил-Со. А-дегидрогеназа. Специфический акцептор электронов – NAD+ Образовавшийся NADH передает восстановительные эквиваленты на NADH-дегидрогеназу дыхательной цепи. Ацетил-Ко. А-ацетилтрансфераза, тиолаза. В итоге получаются: 1. молекула ацетил-Ко. А; 2. молекула ацил-Ко. А, укороченная на 2 С-ато ма. Двухуглеродные фрагменты последовательно удаляются с карбоксильного конца жирной кислоты.

Особенности -окисления ЖК с нечетным числом С-атомов и ненасыщенных ЖК 1. ЖК с нечетным числом С-атомов : На последнем этапе окисления образуется 3 -х углеродный остаток пропионил-Ко. А. Пропионил-Ко. А карбоксилируется до сукцинил-Ко. А, который поступает в ЦТК.

2. Ненасыщенные ЖК (содержат двойные связи): Требует участия дополнительных ферментов: 1. Если ЖК имеет 1 двойную связь – олеиновая к-та (С 18: 1, цис-D 9): Δ 3, 4–цис–Δ 2, 3–транс-изомераза Фермент переносит двойную связь и меняет её конфигурацию.

Из цис-D 3 -еноил-Ко. А получается транс-D 2 -еноил-Ко. А, который является нормальным субстратом для еноил-Ко. А-гидратазы.

Эпимераза превращает D-стереоизомер в L-стереоизомер, который является субстратом для 3 -гидроксиацил-Со. А-дегидрогеназы.

Если окисляется ЖК с двумя двойными связями – линолевая к-та (С 18: 2, цис D 9, D 12) I фермент: Δ 3, 4–цис–Δ 2, 3–трансизомераза II фермент: эпимераза (D-стереоизомер превра щает в L-стереоизомер).

• Ацетил-Ко. А, как продукт окисления ЖК, далее окисляется в ЦТК ( «Жиры сгорают в пламени углеводов» ). • В норме, оптимальность «переработки» ацетил-Ко. А в ЦТК определяется доступностью окаслоацетата, необходимого для образования цитрата (чтобы цикл замкнулся). В норме интенсивность окисления глюкозы и жирных кислот четко сбалансированы.

Энергетический эффект окисления жирной кислоты с Сn 1. Количество циклов –окисления: n/2 -1 2. Количество АТФ за все циклы, за один цикл 5 АТФ= ФАДН 2 (2 АТФ) + НАДН (3 АТФ) 5(n/2 -1) 3. Количество ацетил Ко. А: n/2 4. Количество АТФ при окислении всех молекул ацетил. Ко. А в ЦТК: 12 n/2 5. 1 АТФ затрачивается на активацию жирной кислоты. ИТОГО: 5(n/2 -1)+12 n/2 -1

ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ -окисление до СО 2 и Н 2 О Перекисное окисление липидов Окисление с образованием биологически активных веществ (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены изопростаны)

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ (ПОЛ) ПОЛ подвергаются ненасыщенные ЖК. Это могут быть СЖК или ЖК в составе фосфолипидов. Это окисление неферментативное, по двойным связям с участием сильных окислителей: супероксиданион-радикал О 2 -. , или гидроперекись Н 2 О 2, или гидроксил-радикал ОН. . . ПОЛ является цепной реакцией, обеспечивающей расширенное воспроизводство так называемых свободных радикалов: ROO. (перекиси), RO. , OH. . Эти радикалы, в свою очередь инициируют дальнейшее распространение процесса ПОЛ.

Четырехэлектронное восстановление кислорода Неполное восстановление О 2 при одноэлектронном переходе дает последовательно: супероксид O 2 -, пероксид водорода Н 2 О 2 и гидроксирадикал OH

Окисление линоленовой кислоты

Стадии ПОЛ: Инициация : RH + 'OH H 2 O + R‘ R' + O 2 - ROO‘ Развитие: ROO' + RH ROOH + R‘ Завершение: R' + R' R - R ,

Биологическая роль ПОЛ • Синтез эйкозаноидов • Образование желчных кислот из холестерола • Респираторный взрыв Бактерицидное и цитотоксическое действие

ПОЛ ПРИ ПАТОЛОГИИ Окислительный стресс • Воспаление (активация нейтрофилов • Распад липопротеинов и фосфолипидов • Повреждение мембран • Повреждение эластических волокон • Повреждение эндотелия сосудов • Гемолиз

Супероксиддисмутаза О 2 -. + е- + 2 Н+ Н 2 О 2 • СОД в цитозоле состоит из 2 субъединиц, содержит ионы Zn 2+ и Cu 2+ • СОД в митохондриях содержит ион Mn 2+ • При недостаточности СОД образуется пероксинитрит NO· + Н 2 О 2→ ONOO¯ повреждающий стенки эндотелия сосудов

Система глутатион-глутатионпероксидаза обладает антирадикальным и антиперекисным действием Глутатионпероксидаза • 2 G–SH + 2 RO 2 G–SS–G + 2 ROOH • 2 G–SH + ROOH G–SS–G + ROH + H 2 O • 2 G–SH + H 2 O 2 G–SS–G + 2 H 2 O Глутатионредуктаза • G–SS–G + 2 НАДФН 2 G–SH + 2 НАДФ+

ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ОКИСЛЕНИЕ Некоторые ЖК с длинной цепью и несколькими ненасыщенными связями являются предшественниками гормонов и гормоно-подобных веществ. Из арахидоновой кислоты (20 С) образуются простагландины. Арахидоновая кислота неотъемлемой частью входит в фосфолипиды биомембран любых клеток, и в том числе - лейкоцитов. Арахидоновая кислота относится к классу жирных кислот с цепочкой из 20 атомов углерода (от греч. eicos – двадцать) и имеет четыре двойных связи, т. е. является, так называемой, полиненасыщенной жирной кислотой, активно вступающей в химические реакции. В последние годы все производные арахидоновой кислоты предложено называть эйкозаноидами. К этому классу относят - простагландины, тромбоксаны и лейкотриены.

Простагландины (ПГ) образуются из арахидоновой кислоты ферментом циклоксигеназой. ПГ Е 1 и Е 2 стойко расширяют капилляры, ПГД 2 и ПГF 2 а - вызывают стойкий спазм гладкой мускулатуры сосудов и бронхов. ПГ регулируют многие процессы в клетках. ПГ либо повышают, либо понижают (в зависимости от вида ткани) содержание внутриклеточного ц. АМФ или ц. ГМФ. ПГ изменяют ЧСС, реабсорбцию в почках, выделение желудочного сока. Они понижают содержание сахара в крови, снижают синтез НCl ПГ в большом количестве усиливают воспалительные процессы.

Другая группа эйкозаноидов - тромбоксаны А 2/В 2 . Они образуются из арахидоновой кислоты под действием тромбоксансинтетазы, вызывают спазм сосудов и агрегацию тромбоцитов и лейкоцитов. В стенках сосудов образуется простациклин, который, напротив, расширяет просвет сосудов и предотвращает образование тромбов. Поэтому очень важно, чтобы образование этих веществ было сбалансированным. В некоторых клетках ПГ превращаются в тромбоксан (в тромбоцитах), он сужает просвет сосудов (особенно мелких), увеличивает слипание тромбоцитов, таким образом

Еще один класс соединений, родственных ПГ, - лейкотриены. Они синтезируются в лейкоцитах также из арахидоновой кислоты. Фермент - липоксигеназа. ЛТ увеличивают подвижность лейкоцитов, их хемотаксис, увеличивают сокращение гладкой мускулатуры, особенно в бронхиолах, способствуют возникновению приступов удушья у больных бронхиальной астмой.

Использование ацетил Ко. А на синтез веществ 1. Синтез кетоновых тел 2. Синтез липидов (жирных кислот) 3. Синтез холестерина

КЕТОГЕНЕЗ При выраженной активации липолиза образуется избыток ацетил-Ко. А. Ацетил-Ко. А в печени может использоваться на синтез кетоновых тел (транспортная форма, депо ацетил Ко. А). Кетоновые тела являются источником энергии для многих клетках (особенно для сердечной мышцы и коры надпочечников) Недостаток глюкозы, голодание, физическая нагрузка, сахарный диабет, алкогольное отравление

При недостатке глюкозы • В качестве источника энергии используются липиды. Ацетил-Ко. А образуется в избытке; • Концентрация оксалоацетата снижается, поскольку он «уходит» в глюконеогенез; • В результате – избыточный поток ацетил. Ко. А не может полностью расходоваться в реакции конденсации с оксалоацетатом; • Избыток ацетил-Ко. А включается в кетогенез с образованием кетоновых тел: ацетоацетата, гидроксибутирата и ацетона.

3 -кетотиолаза Гидроксиметилглутарил-Ко. Асинтетаза Гидроксиметилглутарил-Ко. Алиаза D-3 -гидроксибутират-ДГ ( «главное» КТ) Покидает организм через кожу, почки и легкие Спонтанное декарбоксилирование (необратимо)

Длительность голодания, сутки Концентрация в сыворотке крови, mmol / l

Ацетоацетат и гидроксибутират свободно диффундируют (по градиенту концентрации) из гепатоцитов в кровь и доставляются к периферическим (по отношению к печени) органам для окисления до СО 2 и Н 2 О. Кетоновые тела более эффективные источники энергии, чем пируват. Кетоновые тела не оказывают разобщающего эффекта на митохондрии, что может быть при увеличении окисления жирных кислот.

Печень не способна утилизировать кетоновые тела Токсичный ацетон удаляется с потом, мочой, выдыхаемым воздухом. В периферических тканях гидроксибутират окисляется до ацетоацетата. Далее по схеме Ацетоацетат Сукцинил-Ко. А Сукцинат Ко. А-трансфераза нет в печени!!! Ацетоацетил-Ко. А тиолаза Ко. А 2 Ацетил-Ко. А ЦТК

При длительном голодании и при диабете концентрация кетоновых тел в крови может достигать чрезвычайно высоких значений. При этом ткани уже не могут потребить все это количество кетоновых тел – формируется патологическое состояние - кетоз.

КЕТОЗ - КЕТОНЕМИЯ Голодание Недостаток углеводов Липолиз Бета-окисление ВЖК В моче до 5000 мг/сутки, в крови 90 и более мг/100 мл Сахарный диабет ПФП НАДФ. Н 2 синтез холестерина и ВЖК ацетоацетил-Ко. А Кетоновые тела активность ЦТК образование кетоновых тел

ОСЛОЖНЕННИЯ КЕТОЗА Ацетоацетат и бета-оксибутират относятся к умеренно сильным кислотам, существуют в основном в виде анионов. Поэтому при их выведении с мочой теряются катионы, главным образом Na+. Обеднение плазмы и других жидкостей тела катионами приводит к ацидозу. Одновременно, с мочой теряется большое количество жидкости. У таких больных есть тошнота и рвота, так что они теряют дополнительно жидкость.

В то же время, из-за отравления кетоновыми телами наступает сначала сумеречное сознание, а потом полная потеря сознания - кома, так что человек не может потреблять дополнительного количества жидкости. Наступает выраженное обезвоживание. Обезвоживание и ацидоз, обусловленные кетозом, сопровождаются наличием запаха ацетона при дыхании и присутствием кетоновых тел в моче - кетонурией. Если причиной является диабет, почти всегда наблюдается также глюкозурия и гипергликемия.