Строение и функции биомембран. Роль витамина Е.

Обмен липидов

Желчные кислоты, строение, синтез, биороль.

Желчные кислоты - производные холановой кислоты являются важнейшей составной частью желчи. Желчнокислотный спектр желчи у различных видов животных варьирует в широком диапазоне. У человека первичными желчными кислотами являются холевая (3,7,12 – тригидроксихолановая) и хенодезоксихолевая (3,7-дигидроксихолановая), вторичными – литохолевая (3-гидроксихолановая) и дезоксихолевая (3,12-дигидроксихолановая). Первичные желчные кислоты синтезируются в печени из холестерина. Вторичные желчные кислоты образуются в кишечнике из поступивших в него первичных желчных кислот.

Первым этапом биосинтеза желчных кислот является 7a-гидроксилирование холестерина. Именно эта реакция является ключевой реакций синтеза желчных кислот. Она катализируется микросомальным ферментом 7a-гидроксилазой и протекает с участием кислорода, НАДФН₂, и цитохрома Р-450. При недостатке витамина С образование желчных кислот тормозится на этой стадии. В дальнейшем 7a-гидроксихолестерин подвергается укорочению боковой цепи на трехуглеродный пропионильный фрагмент и гидроксилированию по 3 и 12 положениям. В случае если 7a-гидроксихолестерин подвергается гидроксилированию в 3 и 12 положениям образуется холевая кислота, если же только в 3 положении образуется хенодезоксихолевая кислота.

В норме желчные кислоты поступают в желчь в виде конъюгатов с глицином и таурином. У человека соотношение конъюгатов желчных кислот с глицином и таурином составляет 3:1. Поскольку желчь содержит значительные количества натрия и калия и имеет щелочную реакцию, то принято рассматривать желчные кислоты и их конъюгаты в форме солей, откуда и возник термин «желчные соли».

В кишечнике под действием бактерий часть первичных желчных кислот подвергается деконъюгированию и 7a-дегидроксилированию, в результате чего образуются вторичные желчные кислоты: из холевой образуется дезоксихолевая кислота, а из хенодезоксихолевой образуется литохолевая кислота.

Поступившие в кишечник с желчью желчные соли подвергаются всасыванию в тонком кишечнике и доставляются с кровотоком в печень. За сутки имеющийся в организме пул желчных кислот 6-10 раз проходит через кишечник. 1-2% желчных солей не усваивается в кишечнике удаляется из организма. Для восполнения потери желчных кислот, выводимых с фекалиями, в печени постоянно осуществляется синтез желчных кислот из холестерина в количествах эквивалентных выводимому.

Биороль желчных солей связана с их свойствами анионных детергентов. В водных растворах желчные соли самопроизвольно ассоциируют в мицеллы с неполярной частью (стероиды), обращенной внутрь, и полярной группой (глицин, таурин), обращенной наружу. Благодаря этому свойству желчные соли принимают участие в процессах переваривания и всасывания липидов, в частности в процессе эмульгирования и солюбилизации жиров и продуктов их гидролиза. Они способствуют также нейтрализации кислого содержимого желудка. Недостаточное образование или поступление в кишечник желчных солей является одной из причин нарушения переваривания и всасывания нейтрального жира (примерно на 50%) и жирорастворимых витаминов.

 

Липопротеины –транспортная форма липидов.

Жиры, поступающие в организм с пищей, и липиды, синтезируемые в печени и жировой ткани, должны транспортироваться в другие ткани и органы, где они либо используются, либо депонируются. Поскольку липиды не растворимы в воде возникает проблема их транспорта в водной среде (плазма крови). Она решается путем взаимодействия неполярных липидов (триацилглицеринов и эфиров холестерина) с амфипатическими липидами (фосфолипидами и холестерином) и белками, в результате образуются смешивающиеся с водой липопротеины. Типичный липопротеин состоит из липидного (гидрофобного) ядра, образованного триацилглицеринами и эфирами холестерина, и наружного слоя состоящего из полярных фосфолипидов, холестерина, и апобелков.

В зависимости от соотношения белкового и липидного компонентов различают 4 класса липопротеинов: хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП).

Описание хиломикронов см. судьба всосавшихся липидов.

2.ЛПОНП – транспортная форма эндогенных триацилглицеринов (синтезированных в печени). Синтез ЛПОНП осуществляется в основном в печени и в небольших количествах в тонком кишечнике. Уровень ЛПОНП возрастает через 406 часов после приема пищи, богатой углеводами. Содержимое ЛПОНП удаляется с помощью липопротеиновой липазы, локализованной в эндотелии сосудов сердца, жировой ткани, селезенки, легких и лактирующей молочной железы. Апобелок ЛПОНП является кофактором липопротеиновой липазы.

3.ЛПНП – транспортная форма холестерина из печени во внепеченочные ткани. Большая часть ЛПНП образуется из ЛПОНП в печени или непосредственно в кровотоке в результате включения специфических апобелков и обогащения липидного ядра эфирами холестерина. Установлена прямая корреляция между вероятность коронарного атеросклероза и концентрацией ЛПНП в сыворотке крови. Существует рецепторзависимый путь деградации ЛПНП. В случае отсутствия рецепторов на поверхности артерий наблюдается гиперхолестеринемия. Люди, страдающие недостатком рецепторов ЛПНП погибают от осложнений атеросклероза в молодом возрасте.

4. ЛПВП – транспортная форма холестерина из внепеченочных тканей в печень. Синтез осуществляется в плазме и печени. Холестерин, доставляемый в печень ЛПВП из тканей вовлекается в синтез желчных кислот или удаляется с желчью в интактном виде. Снижение уровня ЛПВП в сыворотке крови рассматривается прогностически плохой признак, способствующий развитию атеросклероза.

Жирные кислоты транспортируются в комплексе с альбуминами плазмы

СИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Способностью синтезировать жирные кислоты обладают различные органы и ткани. Исключение составляет лишь мышечная ткань. Наиболее интенсивно синтез жирных кислот осуществляется в печени, жировой ткани и слизистой тонкого кишечника.

Основным предшественником жирных кислот, образующихся в животном организме является пальмитиновая кислота. Синтез остальных жирных кислот осуществляется из эндогенной пальмитиновой кислоты путем удлинения ее цепи или введения двойных связей.

Синтез пальмитиновой кислоты представляет собой циклически повторяющийся процесс, заключающийся в последовательном удлинении карбоксильного конца растущей цепи на двууглеродные фрагменты за счет использования трехуглеродных малонильных фрагментов.

Ферментные системы синтеза жирных кислот локализованы в цитозоле клеток. Исходным субстратом и одновременно куском-стартером является ацетил-КоА. Ацетил-КоА образуется в процессе аэробного дихотомического распада углеводов на стадии окислительного декарбоксилирования пирувата. Некоторое количество ацетил-КоА образуется в ходе катаболизма аминокислот. Образование ацетил-КоА происходит исключительно в митохондриях, поэтому для использования его в синтезе жирных кислот он должен транспортироваться в цитозоль клетки. Наиболее важным механизмом транспорта ацетил-КоА является цитратная система переноса. В результате взаимодействия ацетил-КоА с оксалоацетатом образуется цитрат, способный проникать через митохондриальную мембрану. В цитозоле цитрат расщепляется на ацетил-КоА и оксалоацетат.

Ключевой реакцией синтеза является карбоксилирование ацетил-КоА под действием биотин-зависимой ацетил-КоА-карбоксилазы с образованием малонил-КоА.

Синтез пальмитиновой кислоты катализируется ферментным комплексом – пальмитатсинтазой. Он состоит из семи ферментов, каждый из которых выполняет свою функцию. В центре полиферментной системы находится ацилпереносящий белок, а по периметру шесть остальных ферментов. АПБ выполняет роль акцептора и распределителя ацильных остатков. В его составе имеется ковалентно связанный 4-фосфопантетеин, содержащий свободную SН-группу, которая предназначена для связывания ацильных остатков. Ферментная система располагает еще одной SН-группой, принадлежащей остатку цистеина. Если пальмитатсинтазу изобразить символом Е, то циклический процесс синтеза жирной кислоты можно описать рядом последовательно протекающих реакций.

На первом этапе процесса инициирующая молекула ацетил-КоА при участии трансацилазы взаимодействует с SН-группой цистеина. Малонил-КоА под действием того же фермента взаимодействует с соседней SН-группой, принадлежащей 4-фосфопантетеину, локализованному в АПБ. В результате этой реакции образуется ацетил малонил-АПБ. Циклически повторяющиеся реакции синтеза начинаются с взаимодействия под влиянием 3-кетоацилсинтазы ацетильной группы с метиленовой группой малонила с выделением СО₂. В результате образуется ацетоацетил-АПБ, при этом освобождается сульфгидрильная группа цистеина, ранее занятая ацетильной группой. Затем под действием кетоацилредуктазы происходит реакция восстановления ацетоацетил-АПБ до 3-гидроксибутирила-АПБ. Донором водорода служит НАДФН₂, который поставляется пентозным циклом превращения углеводов. В следующей реакции, катализируемой гидратазой происходит отщепление молекулы воды. Важно, что в данной реакции удаляется из состава 3-гидроксибутирила-АПБ кислород. Вслед за дегидратацией образовавшийся кротонил-АПБ подвергается второй реакции восстановления под действием еноилредуктазы. Эта реакция также требует присутствия НАДФН₂ и завершается образованием бутирил-АПБ. Таким образом совершается цикл реакций синтеза жирной кислоты. Затем бутирил переносится на SН-группу цистеина и цикл повторяется. Для получения пальмитиновой кислоты требуется повторения подобных циклов еще 6 раз.

Образовавшаяся пальмитиновая кислота для получения других жирных кислот с четным числом углеродных атомов подвергается удлинению микросомальными ферментами. Для получения ненасыщенных жирных пальмитиновая кислота или ее производные подвергаются действию десатураз.

Для нормального функционирования процесса синтеза жирных кислот необходимо присутствие производных следующих витаминов: НАДФ- производное витамина РР, КоА и 4-фосфопантетеин – производные пантотеновой кислоты.

b- ОКИСЛЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

b-окисление (цикл Кноопа-Линена) представляет собой циклически повторяющийся процесс, заключающийся в последовательном окислении b-углеродного атома, завершающийся отщеплением от карбоксильного конца двууглеродного фрагмента в виде ацетил-КоА. b-окисление является основным путем деградации жирных кислот. Этот процесс происходит в печени, сердечной и скелетной мышцах, почках. Энзимные системы b-окисления локализованы в матриксе митохондрий. Субстратами b-окисления являются насыщенные жирные кислоты с четным числом углеродных атомов, поступающие с кровотоком или образующиеся в результате деградации различных ацилсодержащих липидов клетки.

b-окислению предшествует активация жирной кислоты. Этот процесс происходит в цитозоле клетки и требует расхода одной молекулы АТФ и присутствия КоА. Образовавшиеся ацил-КоА транспортируется через митохондриальные мембраны с участием карнитина. Карнитин образуется из лизина и метионина в печени и почках. Особенно много его в мышцах. Жирная кислота в виде ацилкарнитина переносится через внутреннюю мембрану митохондрий специальным ферментом карнитинацилкарнитинтранслоказы. Оказавшаяся в матриксе митохондрий жирная кислота образует эфир с КоА в форме которого она может подвергаться b-окислению.

После проникновения ацильного фрагмента в матрикс митохондрий и образования эфира с НS-КоА происходит отщепление от него двух атомов водорода в положениях 2 и 3, катализируемое ФАД-зависимым ферментом ацил-КоА-дегидрогеназой, с образованием транс-2,3-дегидроацил-КоА.

На следующем этапе транс-2,3-дегидроацил-КоА гидратируется еноил-КоА-гидратазой с образованием 3-гидроксиацил-КоА. В этой реакции к 3 углеродному атому присоединяется атом кислорода в составе гидроксильной группы. Затем повторяется реакция дегидрирования с той лишь разницей, что катализируется она НАД-зависимой 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназой, а оба атома водорода отщепляются от 3^го атома углерода 3-гидроксиацил-КоА. Образовавшийся в этой реакции 3-кетоацил-КоА под действием ацилтрансферазы с участием НS-КоА расщепляется на ацетил-КоА и укороченный на два углеродных атома ацил-КоА. Ацетил-КоА вовлекается в цикл трикарбоновых кислот, где подвергается деградации до СО₂ и воды. Укороченный ацил вступает в следующий цикл реакций. При b-окислении насыщенных жирных кислот с четным числом углеродных атомов на последнем этапе заключительного цикла образовавшийся ацетоацетил-КоА расщепляется на два ацетил-КоА.

Баланс энергии

Укорочение цепи жирных кислот в ходе каждого цикла b-окисления связано с двумя реакциями дегидрирования, при которых образуется 1 ФАДН₂ и 1НАДН₂. При их окислении в митохондриальных электронтранспортных цепях образуется за счет окислительного фосфорилирования соответственно 2 и 3 АТФ.

Образующийся в каждом цикле ацетил-КоА в цикле Кребса и сопряженной с ним цепи МЭТЦ является источником 12 АТФ. Для того чтобы определить энергетическую ценность окисления какой либо жирной кислоты необходимо знать: 1. Какое количество циклов потребуется для ее окисления. Количество циклов будет равно половине углеродных атомов минус единица (так как в последнем цикле образуется сразу два ацетил-КоА). 2. Количество образующихся ацетил-КоА определяется как половина углеродных атомов жирной кислоты. Пример: окисление пальмитиновой кислоты, в составе которой находится 16 углеродных атомов. Количество циклов b-окисления будет равно 7, их энергетическая эффективность составит 7 х 5= 35 АТФ. Количество образующихся ацетил-КоА равно 8, энергетическая эффективность их окисления составит 8 х 12 =96 АТФ. Суммируем 35+ 96 = 131 АТФ. Из полученного количества необходимо вычесть 1 АТФ, использованную на активацию жирной кислоты. Энергетический баланс окисления пальмитиновой кислоты составит 130 АТФ.

 

АЦИЛГЛИЦЕРИНЫ, СТРОЕНИЕ, СИНТЕЗ, МОБИЛИЗАЦИЯ ИЗ ЖИРОВОЙ ТКАНИ.

 

Ацилглицерины – так называемые нейтральные жиры – являются сложными эфирами, образованными спиртом глицеролом и жирными кислотами. Гетерогенность ацилглицеринов определяется числом, природой и расположением жирнокислотных остатков. В зависимости от количества жирнокислотных остатков, входящих в структуру ацилглицеринов различают триацилглицерины, диацилглицерины и моноацилглицерины. В животном организме ацилглицерины представлены в основном триацилглицеринами. Почти все триацилглицерины являются смешанными, т.е. в их состав входят различные жирнокислотные остатки. Жирнокислотный состав триацилглицеринов в гораздо большей степени, чем состав других ацилсодержащих липидов зависит от характера питания, изменений температуры среды и других условий.

Триацилглицерины служат важнейшим источником энергии в организме. В форме триацилглицеринов депонируется и транспортируются запасы метаболического топлива. С энергетической точки зрения наибольшее значение имеют жирнокислотные компоненты. Энергетическая ценность триацилглицеринов составляет более 9 ккал/г, что заметно превышает таковую углеводов и белков.

У человека на долю триацилглицеринов приходится в среднем 10-20% массы тела. Этого количества вполне достаточно для обеспечения энергетических потребностей организма на протяжении 6 недель голодания. Запасные жиры могут использоваться в качестве источника энергии не только в условиях продолжительного голодания или зимней спячки, но также и для поддержания мышечной активности. В различных органах и тканях триацилглицерины локализуются в цитоплазме клеток в виде изолированных капелек. Наиболее велико содержание триацилглицеринов в жировой ткани, где на их долю приходится около 80% массы.

Синтез триацилглицеринов может осуществляться двумя различными путями - a- глицерофосфатным и моноглицеридным. Независимо от пути, в ходе синтеза триацилглицеринов используются активированные жирные кислоты. Активирование жирной кислоты осуществляется ацил-КоАсинтетатозой. Реакция сопровождается расходованием АТФ.

a-глицерофосфатный путь. Исходными субстратом этого пути является глицеро-3-фосфат. Предшественниками глицерол-3-фосфата служат глицерин и дигидрооксиацетонфосфат (промежуточный продукт гликолитической цепи превращений углеводов). Глицерин образуется при гидролизе триацилглицеринов в жировой ткани, но не используется в ней и с током крови доставляется в печень. Превращение в глицерол-3-фосфат катализируется глицеролкиназой. Реакция осуществляется с расходованием АТФ, который и выступает в качестве донора фосфатной группы. Превращение дигидроксиацетонфосфата в глицерол-3-фосфат осуществляется цитоплазматической НАД-зависимой глицеро-3-фосфатдегидрогеназой. В ходе синтеза глицерол-3-фосфат ацилируясь последовательно двумя ацил-КоА через стадию 1-лизофосфатидата превращается в фосфатидат. Последний гидролизуется специфической фосфатазой до диацилглицерина, который затем взаимодействует с ацил-КоА с образованием триацилглицерина. Синтез триацилглицеринов по данному пути локализован в основном в печени и жировой ткани.

В тонком кишечнике в синтезе триацилглицеринов в качестве исходного субстрата используется моноацилглицерин, являющийся продуктом неполного гидролиза жиров в кишечнике. В ходе моноглицеридного пути моноацилглицерины двукратно ацилируясь ацил-КоА, через стадию диацилглицерина превращается в триацилглицерин.

Мобилизация триацилглицеринов происходит в цитоплазме путем последовательного ступенчатого гидролитического отщепления жирных кислот. Этот процесс является необходимым этапом использования жиров в качестве энергетического материала. Гидролиз триацилглицеринов инициирует триацилглицероллипаза. Этот фермент является гормончувствиетельным и активируется некоторыми гормонами (глюкагон, адреналин и др.). Под его влиянием триацилглицерин расщепляется на диацилглицерин и жирную кислоту. Дальнейший процесс гидролиза катализирует диацилглицероллипаза, активность которой зависит от количества субстрата, т.е. по сути от активности триацилглицероллипазы. Образующийся моноацилглицерин расщепляется моноацилглицероллипазой с образованием глицерола и жирной кислоты.

 

ФОСФОЛИПИДЫ

Фосфолипиды – это гетерогенный класс липидов, содержащий в качестве структурного элемента остаток фосфорной кислоты. Большая часть фосфолипидов представлена глицерофосфолипидами.

 

ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ, СТРОЕНИЕ, БИОРОЛЬ, СИНТЕЗ, РАСПАД.

 

Глицерофосфолипиды являются производными глицерол-3-фосфата, гидроксильные группы которого замещены при С¹ и С² остатками длинноцепочных жирных кислот, остаток фосфорной кислоты этерифицирован гидроксильной группой спиртового компонента. Гетерогенность глицерофосфолипидов обусловлена прежде всего различиями спиртового компонента. В составе глицерофосфолипидов остаток фосфорной кислоты может быть этерифицирован холином, этаноламином, серином, инозитом, глицерином и его производными. В соответствии с характером спиртового компонента и учитывая то, что их можно рассматривать как производные фосфатидных кислот глицерофосфолипидам и присваивается соответствующее название. Основными из них являются фосфатидилхолины, фосфатидилсерины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилинозитиды, дифосфатидилглицерины. У большинства глицерофосфолипидов во втором положении, как правило, находятся остатки ненасыщенных жирных кислот, тогда как первое положение занимают остатки насыщенных жирных кислот

Фосфолипиды входят в состав всех клеток. Особенно богаты фосфолипидами головной мозг – около 6% от сырой массы, в плазме содержится около 0,2%.

Все фосфолипиды относятся к числу амфипатических или полярных липидов. Длинные углеводородные хвосты, характеризующиеся низким сродством к воде (гидрофобностью) образуют объемную липофильную область. Гидрофильная полярная группа представлена остатком фосфорной кислоты, этерифицированной спиртом. Наличие у фосфолипидов двух частей – сильно полярной и неполярной - имеет отношение к их способности образовывать мембраны. Практически все фосфолипиды клетки сосредоточены в ее мембранах.

Глицерофосфолипиды являются важнейшими структурными элементами биомембран. Наряду с другими полярными липидами они формируют бимолекулярный липидный слой, составляющий основу биомембран. В бимолекулярном липидном слое углеводородные цепи жирных кислот обращены внутрь (хвост к хвосту), образуя непрерывную углеводородную фазу, а полярные головы молекул направлены наружу. Формирование биомембран является одной из наиболее важных функций глицерофосфолипидов.

Кроме того, глицерофосфолипиды принимают участие в формировании наружного слоя липопротеиновых частиц и таким образом выполняют функцию транспорта нейтральных липидов.

Ненасыщенные жирнокислотные остатки, в частности арахидоновая кислота, мембранных ГФЛ, используется как субстрат в синтезе простагландинов. Ненасыщенные жирнокислотные остатки мембранных ГФЛ являются также субстратом перекисного окисления липидов.

Синтез ГФЛ осуществляется в различных органах и тканях, особенно интенсивно – в печени, головном мозге и тонком кишечнике. Все типы глицерофосфолипидов синтезируются на мембранах эндоплазматического ретикулума.

Ключевое положение в синтезе большей части глицерофосфолипидов занимают фосфатидные кислоты, т.е. до образования фосфатидных кислот синтез триацилглицеринов и глицерофосфолипидов совпадают. На стадии фосфатидных кислот пути синтеза различных типов ГФЛ расходятся.

Синтез дифосфатидилглицеринов и фосфатидилинозитидов связан с превращением фосфатидных кислот в липонуклеотиды – ЦДФ-диглицериды. Использованию фосфатидных кислот для синтеза фосфатидилхолинов, и фосфатидилэтаноламинов предшествует их дефосфорилирование до диацилглицеринов.

Дифосфатидилглицерины синтезируются путем конденсации двух молекул ЦДФ-диглицерида с глицерол-3-фосфатом. Фосфатидилинозитиды образуются в результате присоединения к ЦДФ-диглицериду инозита.

Фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноамины синтезируются путем присоединения к диацилглицерину активной формы соответственно ЦДФ-холина и ЦДФ-этаноламина. Образование фосфатидилхолина происходит также в результате трехкратного метилирования этаноламина в составе фосфатидилэтаноламина. Донором метильных групп в данном случае служит метионин. Фосфатидилсерин образуется в результате замещения этаноламина серином. Фосфатидилсерин в ходе реакции декарбоксилирования превращается в фосфатидилэтаноламин.

Распад глицерофосфолипидов осуществляется в различных тканях двумя альтернативными путями. В ходе первого пути гидролитический распад глицерофосфолипидов начинается с отщепления жирных кислот под влиянием фосфолипаз А₁ и А₂. Образующиеся при этом 1 (или 2)-лизофосфоглицериды теряют оставшуюся жирную кислоту независимо от ее положения под действием лизофосфолипазы. Освободившийся глицерофосфорноосновный скелет расщепляется на глицерол-3-фосфат и соответствующее спиртовое основание.

Распад глицерофосфолипидов по второму пути начинается с гидролиза эфирной связи между диацилглицеринами и замещенной фосфорной кислотой под действием фосфолипазы С. Диацилглицерины подвергаются дальнейшему распаду на жирные кислоты и глицерин

 

 

Строение и функции биомембран. Роль витамина Е.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: