Метаболизм жиров в жировой ткани (на схеме сверху)

Жиры (триацилглицерины) - наиболее важный резерв энергии в организме животных. Они хранятся главным образом в клетках жировой ткани, адипоцитах . Там же они участвуют в постоянно происходящих процессах образования и деградации.

Жирные кислоты, необходимые для синтеза жиров (липогенеза), в составе триацил-глицеринов переносятся из печени и кишечника в виде липопротеиновых комплексов (ЛОНП и хиломикроны). Липопротеин-липаза , находящаяся на поверхности эндотелиальных клеток кровеносных капилляров, отщепляет от этих липопротеинов жирные кислоты (см. ).

В адипоцитах деградация жиров (липолиз) катализируется гормонзависимой липазой . Уровень свободных жирных кислот, поступающих из жировой ткани, зависит от активности этой липазы - фермент регулирует таким образом уровень жирных кислот в плазме.

Жирные кислоты из жировой ткани транспортируются в плазму крови в неэтерифицированной форме. При этом растворимы только короткоцепочечные жирные кислоты, а жирные кислоты с более длинными цепями, менее растворимые в воде, переносятся в комплексе с альбумином .

Деградация жирных кислот в печени (на схеме слева)

Жирные кислоты поступают из плазмы крови в ткани; здесь из них синтезируются жиры или за счёт окисления получается энергия. Особенно интенсивен метаболизм жирных кислот в клетках печени (гепатоцитах).

Наиболее важным процессом деградации жирных кислот является β-окисление (см. ) в митохондриях. При этом жирные кислоты вначале активируются в цитоплазме, присоединяясь к коферменту А . Затем они с помощью транспортной системы (карнитинового челнока ; см. ) попадают в митохондриальный матрикс, где разрушаются в результате β-окисления до ацетил-КоА . Образующиеся ацетильные остатки полностью окисляются до CO 2 в цитратном цикле с освобождением энергии в виде АТФ (АТР). Если количество образовавшегося ацетил-КоА превосходит энергетическую потребность гепатоцитов, что наблюдается при высоком содержании жирных кислот в плазме крови (типичные случаи - голодание и сахарный диабет), то в гепатоцитах синтезируются кетоновые тела (см. ), снабжающие энергией уже другие ткани.

Синтез жирных кислот в печени (на схеме справа)

Биосинтез жирных кислот протекает в цитоплазме, в основном в печени, жировой ткани, почках, лёгких и молочных железах. Главным источником атомов углерода является глюкоза , однако возможны и другие предшественники ацетил-КоА, например аминокислоты.

Первая стадия - карбоксилирование ацетил-КоА с образованием мапонил-СоА - катализируется ацетил-КоА-карбоксилазой , ключевым ферментом биосинтеза жирных кислот. Создание длинноцепочечных жирных кислот осуществляется синтазой жирных кислот (см. ). Исходя из молекулы ацетил-КоА под действием этого полифункционапьного фермента, цепь удлиняется (процесс включает семь реакций) путём добавления малонильных групп и отщепления CO 2 (в каждой реакции) с образованием пальмитата. Таким образом, в результате каждой реакции молекула удлиняется на два углеродных атома. В качестве восстановителя используется НАДФН + Н + , образующийся в гексозомонофосфатном пути (см. ) или в реакциях, катализируемых изоцитратдегидрогеназой и «малат-ферментом ».

Удлинение цепи жирной кислоты на синтазе жирных кислот заканчивается на C 16 , то есть на пальмитиновой кислоте (16:0). В последующих реакциях пальмитат используется в качестве предшественника для получения ненасыщенных или более длинноцепочечных жирных кислот.

Дальнейший биосинтез жиров протекает с участием активированных жирных кислот (ацил-КоА) и 3-глицерофосфата (см. ). Для обеспечения других тканей жиры в гепацитах упаковываются в липопротеиновые комплексы типа ЛОНП (VLDL ) и поступают в кровь.

Жировая ткань представляет собой главное хранилище жира в форме триглицеридов, причем у взрослого здорового человека ко­личество ее составляет примерно 15% (10 кг у 70-килограммового мужчины - не так уж мало).

А например, в работе Filozof с соавт., которой исследовалась скорость окисления жиров у сбросивших вс. пациентов, имеющих ранее высокие степени ожирения, по сравне­нию с людьми, никогда не имеющими избыточного веса, за нормальное количество жира в теле взята средняя величина - 33±6%(!) при ИМТ 24,5±1 кг/м 2 .

Жировые клетки метаболически чрезвычайно активны. В перио­ды изобилия они, как и клетки печени, способны синтезировать жирные кислоты (ЖК) из углеводов, а в период лишений - поставлять их организму, освобождая из триглицеридов. Лдипоциты активно накапливают триглицериды, поступающие из ЖКТ в виде хиломикро­нов. Процесс отщепления ЖК от триглицеридов, входящих в состав хиломикронов, осуществляется свободной липопротеидлипазой, цир­кулирующей в крови и активирующейся гепарином, и липопротеид­липазой, локализованной в клетках кровеносных капилляров и так­же активирующейся гепарином. В принципе, любая ткань может потреблять жирные кислоты липидов хиломикронов, если она имеет соответствующую ферментную систему. Скорость высвобождения ЖК из адипоцитов резко возрастает под влиянием адреналина, в то время как связывание инсулина жировыми клетками снимает эффект адре­налина и понижает активность липазы адипоцитов (см. Липолиз). При инсулинорезистентности такого торможения инсулином высвобож­дения ЖК из депо не происходит, что приводит к существенному по­вышению их концентрации в крови после приема пищи (в так назы­ваемый постпрандиальный период, от англ, prandial - обеденный). Нарушение липидного обмена затрудняет работу мембранных рецеп­торов за счет изменения структуры клеточных мембран, что усугуб­ляет состояние инсулинорезистентности , и порочный круг за­мыкается.

Гидролитические ферменты . Жиры составляют важную часть пищи. Их частичный гидролиз происходит в пищеварительном тракте. Факт их переваривания вызывает некоторое недоумение, поскольку пищеварительные ферменты водорастворимы, а жиры гидрофобны. Объяснение этого факта состоит в том, что ферменты сорбируются на липидных субстратах, причем контакт между ними обеспечивается желчью, которая содержит желчные кислоты. Желчные кислоты, взаимодействуя с липидами, образуют очень тонкие и устойчивые эмульсии. Кроме того, желчные кислоты растворяют жирные кислоты, освобождающиеся в ходе ферментативного гидролиза, что позволяет возобновляться фермент-липидному комплексу.

Панкреатический сок содержит липазу, гидролизующую триглицериды до моно- и диглицеридов. В первую очередь отщепляются жирные кислоты от первичных атомов глицерина. В продуктах переваривания около половины молекул гидролизуются полностью до жирных кислот и глицерина. Фофолипиды гидролизуются фосфолипазой В, которая отделяет жирную кислоту по первичной спиртовой группе. Продукты переваривания всасываются в тонком кишечнике. Для всасывания также необходимо присутствие эмульгирующих веществ – желчных кислот и желчи. В кишечнике часть липидов ресинтезируется и в форме микроскопических капелек попадают в лимфатическую систему. В крови и лимфе липиды соединяются с белками, образуя липопротеиды. В крови присутствует фермент липопротеидлипаза, ее активирует гепарин. Эта липаза отделяет часть жирных кислот от триглицеридов. Кислоты соединяются с сывороточным альбумином и переносятся в печень.

Окисление жирных кислот . Идет во многих тканях, особенно в печени, легких, почках и сердце. Жирные кислоты окисляются по второму от карбоксильной группы углероду. Механизм β-окисления прояснился после открытия Липманом и Нахмансоном кофермента А, они выяснили механизм действия этого кофермента.

Стадии окисления жирных кислот .

1. Активация жирных кислот коферментом А. Под действием специфической тиолипазы жирных кислот КоА присоединяется тиоэфирной связью с карбоксильной группой жирной кислоты. Эта реакция протекает в области наружной мембраны митохондрий:

R-СН 2 -СН 2 -СООН + НS-КоА →

→R-СН 2 -СН 2 -СО~ S-КоА +АМФ+ ф

Реакция требует присутствия ионов марганца.

2. Проникновение ацил-КоА в митохондрию. Для прохождения через митохондриальную мембрану ацил-КоА должен прореагировать с аминированной оксикислотой – карнитином. Реакция катализируется ферментом карнитин-ацилтрансферазой.

Обратная реакция идет внутри митохондрии. Тиоэфирная связь разрывается. КоА может вернуться в цитоплазму, а может попасть для окисления в цикл Кребса.

Расщепление пальмитиновой кислоты, имеющей 16 атомов углерода происходит следующим образом:

Сначала образуется пальмитоил-КоА

3. Еще одна реакция дегидрирования, с образованием НАДН2

4. Гидролитическое расщепление по β-атому углерода с образованием ацетил- КоА, а по месту расщепления к укороченному остатку кислоты присоединяется другая молекула КоА.

Суммарная реакция окисления пальмитиновой кислоты:

Пальмитоил-КоА→ 8 ацетил-КоА +ФАДН2 + НАДН2

Эти продукты реакции в митохондриях переходят в цикл Кребса и дыхательную цепь, где в результате дальнейших превращений каждая молекула ФАДН 2 дает 2 молекулы АТФ, каждая молекула НАДН 2 дает 3 молекулы АТФ, восемь молекул ацетил-КоА дают в ходе окисления в цикле Кребса 96 молекул АТФ. Можно подвести итоговый энергетический баланс: при окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты на активацию затрачена 1 молекула АТФ, прошло 7 циклов окисления, получено 130 молекул АТФ дополнительно. Окисление каждой молекулы ЖК, имеющей n атомов углерода, проходит n-1 циклов окисления.

Синтез жирных кислот . Жирные кислоты синтезируются в условиях, когда пища доставляет достаточное количество энергии для всех существенных нужд организма. Однако небольшое количество жирных кислот необходимо для структурных липидов и должно синтезироваться в любых условиях. Синтез жирных кислот может намного превышать потребности организма, и в этом случае липиды начинают откладываться про запас, особенно в жировых тканях.

Биосинтез жирных кислот – процесс в основном цитоплазматический. Отправной точкой служит ацетил-КоА. Частично он поступает из сферы митохондриального метаболизма.

Таблица 7

Превращения и передвижения митохондриального

В триацилглицеринах (жирах) жировой ткани человека в основ­ном содержатся следующие жирные кислоты: миристиновая (3%), паль­митиновая (20%), стеариновая (5%), пальмитоолеиновая (5%), олеино­вая (55%), линолевая (10%), арахидоновая (0,2%). В значительных ко­личествах эти жирные кислоты содержатся и в других липидах, но жирнокислотный состав гликолипидов и фосфолипидов клеточных мембран гораздо более разнообразен. Особенно много характерных жирных ки­слот найдено в сложных липидах нервных клеток.

Источниками жирных кислот организма служат липиды пищи (главным образом жиры) и синтез жирных кислот из углеводов.

Расходуются жирные кислоты в основном по трем направлениям (рис.33):

Включаются в состав резервных жиров;

Включаются в состав структурных липидов;

Окисляются до углекислого газа и воды с использованием вы­деляющейся при этом энергии для синтеза АТФ.

Рис. 33. Метаболизм жирных кислот

Все превращения сложных жирных кислот в клетках начинаются с образования Ацил-КоА (активация жирных кислот):

СН 3 -(СН 2) n -СН 2 -СН 2 -СООН + HSKoA + АТФ

СН 3 -(СН 2) n -СН 2 -СН 2 -С ~SKoA + АМФ + Н 4 Р 2 О 7

Дальнейший катаболизм жирных кислот можно разделить на три стадии:

1) β-окисление - специфический для жирных кислот путь мета­болизма, завершающийся превращением молекулы жирной кислоты в несколько молекул Ацетил-КоА;

2) цикл Кребса, в котором окисляются ацетильные остатки;

3) Митохондриальная дыхательная цепь.

Процесс активации жирных кислот протекает в цитоплазме, а β-окисление активированных кислот происходит в матриксе митохондрий при участии мультиферментного комплекса. Мембрана митохондрий не­проницаема для жирных кислот; их перенос происходит при участии карнитина:

При действии карнитин-ацилтрансферазы к спиртовой группе карнитина присоединяется ацильный остаток жирной кислоты (сложно-эфирной связью):

Ацилкартинин

Образующийся ацилкарнитин может диффундировать в мито­хондрию, где происходит обратная реакция с образованием Ацил-КоА.

В матриксе митохондрий происходит β-окисление поступившего Ацил-КоА. При β-окислении окисляется группа –СН 2 - в β-положении по отношению к группе -СО-:

(Ацил-КоА) Ацетил-КоА

Новый Ацил-КоА вновь подвергается β-окислению. Многократное повторение этого процесса приводит к полному распаду жирной кислоты до Ацетил-КоА. Напиример, молекула пальмитиновой кислоты, содержащая 16 атомов углерода, превращаясь в 8 молекул Ацетил-КоА за 7 циклов β-окисления:

Пальмитин-КоА

Окисление кислот с нечетным числом атомов углерода и нена­сыщенных кислот имеет свои особенности.

В случае кислот с нечетным количеством атомов углерода наря­ду с обычными продуктами окисления образуется одна молекула пропионил-КоА (CH 3 -CH 2 -CO~SKoA) на молекулу окисленной жирной кислоты. Пропионил-КоА окисляется по особому пути:

Образующийся сукцинил-КоА поступает в цикл Кребса.

Особенности окисления ненасыщенных жирных кислот опреде­ляются положением и числом двойных связей в их молекулах. Окисление идет обычным путем, если каждая двойная связь имеет транс­конфигурацию. В противном случае в реакциях участвует дополнитель­ный фермент, изменяющий конфигурацию групп атомов относительно двойной связи из цис- в транс-, далее окисление идет так же, как у на­сыщенных кислот. Следует отметить, что скорость окисления ненасы­щенных жирных кислот выше, чем насыщенных. Например, по сравнению с окислением стеариновой кислоты скорость окисления олеиновой выше в 11 раз, линолевой - в 114, линоленовой - в 170 раз, а арахидоновой - почти в 200 раз.

Энергетическая ценность жирной кислоты с четным числом ато­мов углерода рассчитывается следующим образом. Если жирная кислота содержит 2n атомов углерода, то при полном ее окислении образуется n молекул ацетил-КоА и по (n-1) молекул ФАД(Н 2) и (НАД.Н + Н +). Окисление ФАД(Н 2) дает 2 АТФ, а (НАД.Н+Н +)-3 АТФ, то есть вместе - 5 АТФ или, в общем виде, 5(n-1) АТФ. Полное сгорание одной молекулы ацетил-КоА дает 12 АТФ, значит n молекул обеспечивают образование 12n АТФ. Учитывая, что 1 АТФ тратится на активирование кислоты, пол­ный баланс АТФ при окислении жирной кислоты с четным числом атомов углерода можно выразить формулой:

5(n-l)+(12n-l)=(17n-6) молекул АТФ,

где n=m/2 (m- число атомов углерода в кислоте).

Например, полный выход АТФ при окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты составляет 130 молекул.

Энергетическая ценность жирных кислот выше, чем, например, глюкозы. Так, полное окисление капроновой кислоты, имеющей то же число атомов углерода, что и глюкоза, дает 45 молекул АТФ (глюкоза дает 38 молекул АТФ). Однако для сгорания в цикле Кребса образующих­ся при β-окислении молекул ацетил-КоА требуется достаточное количе­ство оксалоацетата. В этом отношении углеводы имеют преимущество перед жирными кислотами, так как при их распаде образуется пируват, являющийся источником образования не только ацетил-КоА, но и окса­лоацетата, то есть облегчается превращение ацетил-КоА в цикле Кребса. Не случайно в биохимической литературе бытовало выражение: "жиры сгорают в пламени углеводов", поскольку образующийся уже в гликолизе АТФ может использоваться для активирования жирных кислот в цитоплазме, а образующийся из пирувата оксалоацетат обеспечивает включение ацетил-КоА в цикл Кребса.

β-Окисление жирных кислот происходит во многих тканях, но особенно значительна роль этого источника энергии в скелетных мышцах при большой физической нагрузке, а также в сердечной мышце и в поч­ках. Сердечная мышца около 70% поглощаемого кислорода использует для окисления жирных кислот, а нервная ткань, например, вообще не использует этот источник энергии.

Часть Ацетил-КоА минует цикл Кребса и расходуется на синтез стероидов, прежде всего холестерина, и жирных кислот в цитоплазме клеток различных органов и тканей. Холестерин в наибольшей степени синтезируется в печени (80%), а также в стенках тонкого кишечника (10%)и в клетках кожи (5%). За сутки образуется 1 г холестерина в ор­ганизме, тогда как с пищей в организм поступает 0,1-0,3 г холестерина, всего 8 тканях организма холестерина приблизительно 140 г, на втором месте группа стероидов желчных кислот - приблизительно 5 г.

Биосинтез жиров

Биосинтез жиров осуществляется наиболее активно в печени и менее активно - в жировой ткани. Глюкоза является строительным мате­риалом для синтеза жирных кислот и глицерина, которые затем превра­щаются в триглицериды (рис.34). Общая схема образования жиров из глюкозы изображена ниже:

Рис. 34. Общая схема образования жиров из глюкозы

Синтез триглицеридов (жиров) из α-фосфоглицерата и Ацил-КоА осуществляется в цитозоле клеток (рис.35).

>> Усвоение жиров, регулирование обмена

Обмен жиров (липидов) в организме человека

Жировой (липидный) обмен в организме человека состоит из трёх этапов

1. Переваривание и всасывание жиров в желудке и кишечнике

2. Промежуточный обмен жиров в организме

3. Выделение жиров и продуктов их обмена из организма.

Жиры входят в состав большой группы органических соединений - липиды, поэтому понятие "жировой обмен веществ" и "липидный обмен веществ" являются синонимы.

В организм взрослого человека в сутки поступает около 70 грамм жиров животного и растительного происхождения. В полости рта расщепление жиров не происходит, так как слюна не содержит соответствующих ферментов. Частичное расщепление жиров на составляющие (глицерин, жирные кислоты) начинается в желудке, но этот процесс идёт медленно вот по каким причинам:

1. в желудочном соке взрослого человека активность фермента (липаза) для расщепления жиров очень невысокая,

2. кислотно - щелочной баланс в желудке не оптимальный для действия этого фермента,

3. в желудке отсутствуют условия для эмульгирования (расщепление на мелкие капельки) жиров, а липаза активно расщепляет жиры только в составе жировой эмульсии.

Поэтому у взрослого человека большая часть жиров проходит желудок без существенных изменений.

В отличие от взрослых у детей расщепление жиров в желудке происходит намного активнее.

Основная часть пищевых липидов подвергается расщеплению в верхнем отделе тонкого кишечника, под действием поджелудочного сока.

Успешное расщепление жиров возможно, если они предварительно распадаются на мелкие капельки. Это происходит под действием желчных кислот попадающих в двенадцатипёрстную кишку с желчью. В результате эмульгирования резко увеличивается поверхность жиров, что облегчает взаимодействие их с липазой.

Всасывание жиров и других липидов происходит в тонком кишечнике. Вместе с продуктами расщепления жиров в организм попадают жирорастворимые кислоты (A, D, E, K).

Синтез жиров специфичных для данного организма, происходит в клетках стенки кишечника. В дальнейшем вновь созданные жиры попадают в лимфатическую систему, а затем уже в кровь. Максимальное содержание жиров в плазме крови происходит на период между 4 - 6 часов после приёма жирной пищи. Через 10 - 12 часов концентрация жира приходит в норму.

Активное участие в жировом обмене принимает печень. В печени часть вновь образованных жиров окисляется с образованием энергии необходимой для жизнедеятельности организма. Другая часть жиров превращается в форму удобную для транспортировки, и поступают в кровь. Таким образом, за сутки переносится от 25 до 50 грамм жиров. Жиры, которые организм не использует сразу, с током крови попадают в жировые клетки, где откладываются про запас. Эти соединения могут использоваться при голодании, физической нагрузке и так далее.

Жиры являются важным источником энергии для нашего организма. При кратковременных и внезапных нагрузках сначала используется энергия гликогена, который находиться в мышцах. Если нагрузка на организм не прекращается, то начинается расщепление жиров.

Отсюда необходимо сделать вывод, если вы хотите избавиться от лишних килограмм с помощью физических нагрузок, необходимо чтобы эти нагрузки были достаточно длительными как минимум 30 - 40 минут.

Обмен жиров очень тесно связан с обменом углеводов. При избытке углеводов в организме, обмен жиров замедляется, и работа идёт только в направлении синтеза новых жиров и откладыванию их про запас. При недостатке в пище углеводов наоборот активизируется расщепление жиров из жирового запаса. Отсюда можно сделать вывод, что питание для сброса веса должно ограничивать (в разумных пределах) не только употребления жиров, но и углеводов.

Большинство жиров, которые мы употребляем с пищей, используется нашим организмом или остаются про запас. В нормальном состоянии только 5% жиров выводится из нашего организма, это осуществляется при помощи сальных и потовых желёз.

Регуляция обмена жиров

Регуляция жирового обмена в организме происходит под руководством центральной нервной системы. Очень сильное влияние на жировой обмен оказывают наши эмоции. Под действием различных сильных эмоций в кровь поступают вещества, которые активизируют или замедляют жировой обмен веществ в организме. По этим причинам надо принимать пищу в спокойном состоянии сознания.

Нарушение жирового обмена может произойти при регулярном недостатке в пище витаминов А и В.

Физико-химические свойства жира в организме человека зависит от вида жира поступающего с пищей. Например, если у человека основным источника жира являются растительные масла (кукурузное, оливковое, подсолнечное) то и жир в организме будет более жидкой консистенции. Если же в пище человека преобладает жиры животного происхождения (бараний, свиной жир) то и в организме будет откладываться жиры более похожие на животные жир (твёрдой консистенции с высокой температурой плавления). Этому факту есть экспериментальное подтверждения.

Как вывести трансжирные кислоты из организма

Одна из важнейших задач, с которой сталкивается современный человек – как очистить собственный организм от шлаков и ядов накопившихся «благодаря» некачественному ежедневному питанию. Весомую роль в загрязнении организма играют трансжиры которые обильно поступают с ежедневной пищей и со временем сильно угнетают работу внутренних органов.

В основном трансжирные кислоты выводятся из организма благодаря способностям клеток обновляться. Одни клетки отмирают, на их место появляются новые. Если в организме существуют клетки, мембраны которых состоят из трансжирных кислот, то после того, как они отомрут, на их место могут появиться новые клетки, мембраны которых состоят из качественных жирных кислот. Так происходит, если человек исключил из рациона продукты, содержащие трансжирные кислоты.

Чтобы в мембраны клеток проникало как можно меньше трансжирных кислот, вам нужно увеличить количество ежедневно потребляемых Омега – 3 жирных кислот. Потребляя продукты питания, содержащие такие масла и жиры, вы сможете достичь того, что мембраны нервных клеток будут иметь правильную структуру, что положительно скажется на работе головного мозга и нервной системы.

Надо помнить о том, что в процессе тепловой обработки жиры могут разлагаться с образованием раздражающих и вредных веществ. Перегревание жиров снижает их пищевую и биологическую ценность.

Дополнительные статьи с полезной информацией

Для чего нужны жиры человеку

Недостаток жиров в пище ощутимо подрывает здоровье человека, а если же в рационе присутствуют полезные жиры, то человек существенно облегчает себе жизнь увеличивая физическую и умственную работоспособность.

Описание разновидностей ожирения и способов лечения этого заболевания

Ожирение в последнее время получает всё более широкое распространения среди населения планеты, и данное заболевание требует длительного и системного лечения.