Анатомія і фізіологія метаболізму ліпідів II

Наприкінці цього розділу ви зможете:

Поясніть, як енергію можна отримувати з жиру
Поясніть призначення та процес кетогенезу
Опишіть процес окислення кетонового тіла
Поясніть мету та процес ліпогенезу

Жири (або тригліцериди) всередині організму надходять у їжу або синтезуються адипоцитами або гепатоцитами з вуглеводних попередників. Метаболізм ліпідів передбачає окислення жирних кислот, щоб або генерувати енергію, або синтезувати нові ліпіди з менших складових молекул. Ліпідний обмін пов'язаний з вуглеводним обміном, оскільки продукти глюкози (такі як ацетил КоА) можуть перетворюватися на ліпіди.

Рисунок 1. Молекула тригліцеридів (а) розпадається на моногліцерид (б).

Обмін ліпідів починається в кишечнику, де потрапляє всередину тригліцериди розщеплюються на менші ланцюжки жирних кислот і згодом на молекули моногліцеридів від панкреатичні ліпази, ферменти, які розщеплюють жири після їх емульгування солі жовчі. Коли їжа потрапляє до тонкої кишки у вигляді хімусу, називається травний гормон холецистокінін (CCK) виділяється клітинами кишечника в слизовій оболонці кишечника. CCK стимулює викид ліпази підшлункової залози з підшлункової залози та стимулює скорочення жовчного міхура для вивільнення накопичених жовчних солей у кишечник. CCK також подорожує до мозку, де він може діяти як пригнічувач голоду.

Рисунок 2. Хіломікрони містять тригліцериди, молекули холестерину та інші аполіпопротеїни (білкові молекули). Вони виконують функцію перенесення цих нерозчинних у воді молекул з кишечника, через лімфатичну систему та в кров, яка несе ліпіди в жирову тканину для зберігання.

Разом панкреатичні ліпази та солі жовчі розщеплюють тригліцериди до вільних жирних кислот. Ці жирні кислоти можуть транспортуватися через кишкову мембрану. Однак, перетнувши мембрану, вони рекомбінують, щоб знову утворити молекули тригліцеридів. У клітинах кишечника ці тригліцериди упаковуються разом з молекулами холестерину у фосфоліпідні пухирці, які називаються хіломікрони. Хіломікрони дозволяють жирам і холестерину рухатися у водному середовищі лімфатичної та кровоносної систем. Хіломікрони залишають ентероцити шляхом екзоцитозу і потрапляють у лімфатичну систему через лактати у ворсинках кишечника. З лімфатичної системи хіломікрони транспортуються до кровоносної системи. Потрапляючи в кровообіг, вони можуть або надходити в печінку, або зберігатися в жирових клітинах (адипоцитах), які складаються з жирової (жирової) тканини, виявленої в усьому тілі.

Ліполіз

Для отримання енергії з жиру тригліцериди спочатку слід розщеплювати шляхом гідролізу на два основні компоненти - жирні кислоти та гліцерин. Цей процес, т.зв. ліполіз, має місце в цитоплазмі. Отримані жирні кислоти окислюються шляхом β-окислення в ацетил КоА, який використовується за циклом Кребса. Гліцерин, що виділяється з тригліцеридів після ліполізу, безпосередньо надходить у шлях гліколізу як DHAP. Оскільки одна молекула тригліцеридів утворює три молекули жирних кислот з 16 і більше вуглеводами в кожній, молекули жиру дають більше енергії, ніж вуглеводи, і є важливим джерелом енергії для людського організму. Тригліцериди дають удвічі більше енергії на одиницю маси порівняно з вуглеводами та білками. Отже, коли рівень глюкози низький, тригліцериди можуть бути перетворені в молекули ацетил КоА і використані для генерування АТФ за допомогою аеробного дихання.

Розпад жирних кислот, т.зв. окислення жирних кислот або бета (β) -окислення, починається в цитоплазмі, де жирні кислоти перетворюються в жирні молекули ацил-КоА. Цей жирний ацил-КоА поєднується з карнітином, створюючи молекулу жирного ацил-карнітину, який допомагає транспортувати жирну кислоту через мембрану мітохондрій. Потрапляючи всередину мітохондріального матриксу, молекула жирного ациларнітину перетворюється назад у жирний ацил CoA, а потім в ацетил CoA. Новоутворений ацетил-КоА вступає в цикл Кребса і використовується для продукування АТФ так само, як ацетил-КоА, отриманий з пірувату.

Малюнок 3. Клацніть, щоб збільшити зображення. Під час окислення жирних кислот тригліцериди можуть розщеплюватися на молекули ацетил КоА та використовуватися для отримання енергії, коли рівень глюкози низький.

Кетогенез

Якщо в результаті окислення жирних кислот створюється надмірна кількість ацетил-КоА, а цикл Кребса перевантажений і не може впоратися з цим, ацетил-КоА відводять для створення кетонові тіла. Ці кетонові тіла можуть служити джерелом палива, якщо рівень глюкози в організмі занадто низький. Кетони служать паливом під час тривалого голодування або коли пацієнти страждають від неконтрольованого діабету і не можуть використовувати більшу частину циркулюючої глюкози. В обох випадках жирові запаси звільняються для отримання енергії через цикл Кребса і генерують кетонові тіла, коли накопичується занадто багато ацетил-КоА.

У цій реакції синтезу кетонів надлишок ацетил КоА перетворюється на гідроксиметилглутарил CoA (HMG CoA). HMG CoA є попередником холестерину і є проміжним продуктом, який згодом перетворюється на β-гідроксибутират, первинне кетонове тіло в крові.