stringtranslate.com

Липидный обмен веществ

Липидный обмен веществ — это синтез и деградация липидов в клетках, включающий расщепление и хранение жиров для получения энергии и синтез структурных и функциональных липидов, таких как те, которые участвуют в построении клеточных мембран . У животных эти жиры поступают с пищей и синтезируются печенью . [ 1] Липогенез — это процесс синтеза этих жиров. [2] [3] Большинство липидов, обнаруженных в организме человека при приеме пищи, — это триглицериды и холестерин . [4] Другие типы липидов, обнаруженных в организме, — это жирные кислоты и мембранные липиды . Липидный обмен веществ часто считают процессом переваривания и усвоения пищевых жиров; однако существует два источника жиров, которые организмы могут использовать для получения энергии: из потребляемых пищевых жиров и из накопленного жира. [5] Позвоночные (включая людей) используют оба источника жира для производства энергии для функционирования таких органов, как сердце . [6] Поскольку липиды являются гидрофобными молекулами, их необходимо растворить, прежде чем начнется их метаболизм. Липидный обмен веществ часто начинается с гидролиза , [7] который происходит с помощью различных ферментов в пищеварительной системе. [2] Липидный обмен веществ также происходит в растениях, хотя процессы в некоторых отношениях отличаются по сравнению с животными. [8] Вторым шагом после гидролиза является всасывание жирных кислот в эпителиальные клетки стенки кишечника . [ 6] В эпителиальных клетках жирные кислоты упаковываются и транспортируются в остальную часть организма. [9]

Метаболические процессы включают переваривание липидов, абсорбцию липидов, транспорт липидов, хранение липидов, катаболизм липидов и биосинтез липидов. Катаболизм липидов осуществляется процессом, известным как бета-окисление , которое происходит в митохондриях и пероксисомах клеточных органелл .

Переваривание липидов

Пищеварение является первым шагом к метаболизму липидов, и это процесс расщепления триглицеридов на более мелкие моноглицеридные единицы с помощью ферментов липазы . Переваривание жиров начинается во рту посредством химического переваривания лингвальной липазой . Поглощенный холестерин не расщепляется липазами и остается нетронутым, пока не попадет в эпителиальные клетки тонкого кишечника. Затем липиды продолжают движение в желудок, где химическое переваривание продолжается желудочной липазой , и начинается механическое переваривание ( перистальтика ). Однако большая часть переваривания и всасывания липидов происходит после того, как жиры достигают тонкого кишечника. Химические вещества из поджелудочной железы ( семейство панкреатических липаз и липаза, зависящая от желчных солей ) секретируются в тонкий кишечник, чтобы помочь расщепить триглицериды, [10] вместе с дальнейшим механическим перевариванием, пока они не станут отдельными единицами жирных кислот, способными всасываться в эпителиальные клетки тонкого кишечника . [11] Именно панкреатическая липаза отвечает за передачу сигнала для гидролиза триглицеридов на отдельные свободные жирные кислоты и глицериновые единицы.

Поглощение липидов

Блок-схема, демонстрирующая процесс абсорбции липидов

Вторым этапом липидного метаболизма является всасывание жиров. Короткоцепочечные жирные кислоты могут всасываться в желудке , в то время как большая часть всасывания жиров происходит только в тонком кишечнике . После того, как триглицериды расщепляются на отдельные жирные кислоты и глицерины , вместе с холестерином, они объединяются в структуры, называемые мицеллами . Жирные кислоты и моноглицериды покидают мицеллы и диффундируют через мембрану, чтобы попасть в эпителиальные клетки кишечника. В цитозоле эпителиальных клеток жирные кислоты и моноглицериды рекомбинируются обратно в триглицериды. В цитозоле эпителиальных клеток триглицериды и холестерин упаковываются в более крупные частицы, называемые хиломикронами , которые представляют собой амфипатические структуры, транспортирующие переваренные липиды. [9] Хиломикроны будут перемещаться по кровотоку, чтобы попасть в жировую и другие ткани организма. [6] [2] [3]

Транспорт липидов

Из-за гидрофобной природы мембранных липидов , триглицеридов и холестеринов , им требуются специальные транспортные белки, известные как липопротеины. [1] Амфипатическая структура липопротеинов позволяет триглицеридам и холестерину транспортироваться через кровь . Хиломикроны являются одной из подгрупп липопротеинов, которые переносят переваренные липиды из тонкого кишечника в остальную часть тела. Различная плотность между типами липопротеинов характерна для того, какой тип жиров они транспортируют. [12] Например, липопротеины очень низкой плотности ( ЛОНП ) переносят триглицериды, синтезируемые нашим организмом, а липопротеины низкой плотности (ЛПНП) транспортируют холестерин в наши периферические ткани. [6] [1] Некоторые из этих липопротеинов синтезируются в печени, но не все из них происходят из этого органа. [1]

Накопление липидов

Липиды хранятся в белой жировой ткани в виде триглицеридов. У молодого человека с худым телосложением масса хранящихся триглицеридов составляет около 10–20 килограммов. Триглицериды образуются из остова глицерина с тремя жирными кислотами. Свободные жирные кислоты активируются в ацил-КоА и этерифицируются, чтобы в конечном итоге достичь капли триглицерида. Липопротеинлипаза играет важную роль. [13]

Катаболизм липидов

После того, как хиломикроны (или другие липопротеины) проходят через ткани, эти частицы будут расщепляться липопротеинлипазой на поверхности эндотелиальных клеток в капиллярах , высвобождая триглицериды. [14] Триглицериды будут расщепляться на жирные кислоты и глицерин перед тем, как попасть в клетки, а оставшийся холестерин снова будет перемещаться через кровь в печень. [15]

[15] Распад жирных кислот путем бета-окисления
[15] Распад жирных кислот путем бета-окисления

В цитозоле клетки (например, мышечной клетки) глицерин будет преобразован в глицеральдегид-3-фосфат , который является промежуточным продуктом в гликолизе , для дальнейшего окисления и получения энергии. Однако основные этапы катаболизма жирных кислот происходят в митохондриях . [16] Длинноцепочечные жирные кислоты (более 14 атомов углерода) должны быть преобразованы в жирный ацил-КоА, чтобы пройти через мембрану митохондрий . [6] Катаболизм жирных кислот начинается в цитоплазме клеток , когда ацил-КоА-синтетаза использует энергию от расщепления АТФ для катализа добавления кофермента А к жирной кислоте. [6] Полученный ацил-КоА пересекает мембрану митохондрий и вступает в процесс бета-окисления . Основными продуктами пути бета-окисления являются ацетил-КоА (который используется в цикле лимонной кислоты для производства энергии), НАДН и ФАДН. [16] Процесс бета-окисления требует следующих ферментов: ацил-КоА-дегидрогеназа , еноил-КоА-гидратаза , 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа и 3-кетоацил-КоА-тиолаза . [15] Диаграмма слева показывает, как жирные кислоты превращаются в ацетил-КоА. Общая чистая реакция с использованием пальмитоил-КоА (16:0) в качестве модельного субстрата:

7 ФАД + 7 НАД + + 7 КоАШ + 7 Н 2 О + Н(СН 2 СН 2 ) 7 СН 2 CO-SCoA → 8 СН 3 CO-SCoA + 7 ФАДН 2 + 7 НАДН + 7 Н +

Биосинтез липидов

Помимо пищевых жиров, запасные липиды, хранящиеся в жировых тканях, являются одним из основных источников энергии для живых организмов. [17] Триацилглицериды , липидные мембраны и холестерин могут синтезироваться организмами различными путями.

Биосинтез мембранных липидов

Существует два основных класса мембранных липидов: глицерофосфолипиды и сфинголипиды . Хотя в нашем организме синтезируется много различных мембранных липидов, пути имеют одинаковую схему. Первый шаг - синтез остова ( сфингозина или глицерина ), второй шаг - добавление жирных кислот к остову для получения фосфатидной кислоты. Фосфатидная кислота далее модифицируется путем присоединения различных гидрофильных головных групп к остову. Биосинтез мембранных липидов происходит в мембране эндоплазматического ретикулума . [18]

Биосинтез триглицеридов

Фосфатидная кислота также является предшественником биосинтеза триглицеридов. Фосфатидная кислота фосфатаза катализирует превращение фосфатидной кислоты в диацилглицерид, который будет преобразован в триглицериды ацилтрансферазой . Биосинтез триглицеридов происходит в цитозоле. [19]

Биосинтез жирных кислот

Предшественником жирных кислот является ацетил-КоА , и он находится в цитозоле клетки. [19] Общая чистая реакция с использованием пальмитата (16:0) в качестве модельного субстрата выглядит следующим образом:

8 Ацетил-КоА + 7 АТФ + 14 НАДФН + 6H+ → пальмитат + 14 НАДФ+ + 6H2O + 7АДФ + 7P¡

Биосинтез холестерина

Холестерин может быть получен из ацетил-КоА через многоступенчатый путь, известный как изопреноидный путь . Холестерины необходимы, поскольку они могут быть модифицированы для образования различных гормонов в организме, таких как прогестерон . [6] 70% биосинтеза холестерина происходит в цитозоле клеток печени. [ необходима цитата ]

Гормональная регуляция липидного обмена

Липидный обмен веществ строго регулируется гормонами, обеспечивая баланс между накоплением и использованием энергии.

Нарушения липидного обмена

Нарушения липидного обмена (включая врожденные ошибки липидного обмена ) — это заболевания, при которых возникают проблемы с расщеплением или синтезом жиров (или жироподобных веществ). [22] Нарушения липидного обмена связаны с повышением концентрации липидов плазмы в крови, таких как холестерин ЛПНП , ЛПОНП и триглицериды , которые чаще всего приводят к сердечно-сосудистым заболеваниям. [23] В большинстве случаев эти нарушения являются наследственными, то есть это состояние передается от родителей к детям через их гены. [22] Болезнь Гоше (типы I, II и III), болезнь Ниманна-Пика , болезнь Тея-Сакса и болезнь Фабри — все это заболевания, при которых у страдающих может быть нарушение липидного обмена организма. [24] Более редкие заболевания, связанные с нарушением липидного обмена, — это ситостеролемия , болезнь Вольмана , болезнь Рефсума и церебротендинозный ксантоматоз . [24]

Типы липидов

Типы липидов, участвующих в липидном обмене, включают:

Ссылки

  1. ^ abcde "Обзор липидного метаболизма". Merck Manuals Professional Edition . Получено 2016-11-01 .
  2. ^ abc "Гидролиз – Химическая энциклопедия – структура, реакция, вода, белки, примеры, соль, молекула". chemistryexplained.com . Получено 2016-11-01 .
  3. ^ ab Freifelder D (1987). Молекулярная биология (2-е изд.). Бостон: Jones and Bartlett. ISBN 978-0-86720-069-0.
  4. ^ Baynes D (2014). Медицинская биохимия . Saunders, Elsevier Limited. стр. 121–122. ISBN 978-1-4557-4580-7.
  5. ^ Arrese EL, Soulages JL (2010). «Жировое тело насекомого: энергия, метаболизм и регуляция». Annual Review of Entomology . 55 : 207–25. doi :10.1146/annurev-ento-112408-085356. PMC 3075550. PMID  19725772 . 
  6. ^ abcdefgh Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (2000). Lehninger Principles of Biochemistry (3-е изд.). Нью-Йорк: Worth Publishers. ISBN 978-1-57259-931-4.
  7. ^ Ophardt CE (2013). «Обзор липидного метаболизма». Virtual Chembook . Колледж Элмхерст.
  8. ^ Wedding RT (май 1972). «Обзорная работа: биохимия липидов растений». The New Phytologist . 71 (3): 547–548. JSTOR  2430826?.
  9. ^ ab Jo Y, Okazaki H, Moon YA, Zhao T (2016). «Регуляция липидного метаболизма и не только». Международный журнал эндокринологии . 2016 : 5415767. doi : 10.1155/2016/5415767 . PMC 4880713. PMID  27293434 . 
  10. ^ Pelley JW (2012). Интегрированный обзор биохимии Elsevier (2-е изд.). Филадельфия: Elsevier/Mosby. ISBN 978-0-323-07446-9.
  11. ^ Voet D, Voet JG, Pratt CW (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (четвертое издание). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-0-470-54784-7. OCLC  738349533.
  12. ^ Harris JR (2009). Связывающие холестерин и транспортные белки холестерина: структура и функция в норме и патологии . Дордрехт: Springer. ISBN 978-90-481-8621-1.
  13. ^ Механизм хранения и синтеза жирных кислот и триглицеридов в белых адипоцитах | Физиология и патофизиология жировой ткани, стр. 101–121 | DOI: 10.1007/978-2-8178-0343-2_8
  14. ^ Feingold KR, Grunfeld C (2000). «Введение в липиды и липопротеины». В De Groot LJ, Chrousos G, Dungan K, Feingold KR, Grossman A, Hershman JM, Koch C, Korbonits M, McLachlan R (ред.). Endotext . South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc. PMID  26247089.
  15. ^ abc "Бета-окисление жирных кислот – Библиотека липидов AOCS". lymphodilbrary.aocs.org . Архивировано из оригинала 21-01-2019 . Получено 28-11-2017 .
  16. ^ аб Шеффлер IE (2008). Митохондрии (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Вили-Лисс. ISBN 978-0-470-04073-7.
  17. ^ Choe SS, Huh JY, Hwang IJ, Kim JI, Kim JB (2016-04-13). «Ремоделирование жировой ткани: его роль в энергетическом метаболизме и метаболических расстройствах». Frontiers in Endocrinology . 7 : 30. doi : 10.3389/fendo.2016.00030 . PMC 4829583. PMID  27148161 . 
  18. ^ ab Gault CR, Obeid LM, Hannun YA (2010). "Обзор метаболизма сфинголипидов: от синтеза до распада". Сфинголипиды как сигнальные и регуляторные молекулы . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том 688. С. 1–23. doi :10.1007/978-1-4419-6741-1_1. ISBN 978-1-4419-6740-4. PMC  3069696 . PMID  20919643.
  19. ^ ab Lok CM, Ward JP, van Dorp DA (март 1976). «Синтез хиральных глицеридов, начиная с D- и L-серина». Химия и физика липидов . 16 (2): 115–22. doi :10.1016/0009-3084(76)90003-7. PMID  1269065.
  20. ^ Соколова, Е.И.; Перова, Н.В. (2004-07-01). «Гормональная регуляция липидного обмена у здоровых субъектов с ожирением или без него». Физиология человека . 30 (4): 441–444. doi :10.1023/B:HUMP.0000036339.26918.92. ISSN  1608-3164.
  21. ^ abcde Чжан, Дэнке; Вэй, Янхуэй; Хуан, Циннань; Чен, Юн; Цзэн, Кай; Ян, Вэйцинь; Чен, Хуан; Чен, Цзявэй (январь 2022 г.). «Важные гормоны, регулирующие липидный обмен». Молекулы . 27 (20): 7052. doi : 10,3390/molecules27207052 . ISSN  1420-3049. ПМЦ 9607181 . ПМИД  36296646. 
  22. ^ ab "Нарушения липидного обмена". MedlinePlus . Получено 20.11.2016 .
  23. ^ О'Мэлли К (1984). Клиническая фармакология и лекарственная терапия у пожилых людей . Эдинбург; Нью-Йорк: Churchill Livingstone. ISBN 978-0-443-02297-5.
  24. ^ ab "Нарушения липидного обмена". Merck Manuals Consumer Version . Получено 20.11.2016 .
  25. ^ abc Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). "Липидный бислой". Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  26. ^ ab Incardona JP, Eaton S (апрель 2000 г.). «Холестерин в передаче сигнала». Current Opinion in Cell Biology . 12 (2): 193–203. doi :10.1016/s0955-0674(99)00076-9. PMID  10712926.
  27. ^ Рассел Д. В. (2003). «Ферменты, регуляция и генетика синтеза желчных кислот». Annual Review of Biochemistry . 72 : 137–74. doi : 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161712. PMID  12543708.
  28. ^ Уильямс КИ, Хиггс ГА (октябрь 1988 г.). «Эйкозаноиды и воспаление». Журнал патологии . 156 (2): 101–110. doi : 10.1002/path.1711560204 . PMID  3058912. S2CID  34803631.

Липиды+метаболизм в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)