stringtranslate.com

Липидный обмен

Липидный обмен — это синтез и распад липидов в клетках, включающий расщепление и хранение жиров для получения энергии, а также синтез структурных и функциональных липидов, например тех, которые участвуют в построении клеточных мембран . У животных эти жиры получаются с пищей и синтезируются печенью . [1] Липогенез — это процесс синтеза этих жиров. [2] [3] Большинство липидов, попадающих в организм человека с пищей, представляют собой триглицериды и холестерин . [4] Другими типами липидов, обнаруженными в организме, являются жирные кислоты и мембранные липиды . Липидный обмен часто рассматривают как процесс переваривания и всасывания пищевых жиров; однако существует два источника жиров, которые организмы могут использовать для получения энергии: из потребляемых пищевых жиров и из накопленных жиров. [5] Позвоночные животные (включая человека) 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. Обмен липидов часто начинается с гидролиза , [7] который происходит с помощью различных ферментов пищеварительной системы. [2] Липидный обмен также происходит у растений, хотя процессы в некоторых отношениях отличаются от животных. [8] Вторым этапом после гидролиза является абсорбция жирных кислот эпителиальными клетками кишечной стенки . [6] В эпителиальных клетках жирные кислоты упаковываются и транспортируются по всему организму. [9]

Метаболические процессы включают переваривание липидов, всасывание липидов, транспорт липидов, накопление липидов, катаболизм липидов и биосинтез липидов. Катаболизм липидов осуществляется процессом, известным как бета-окисление , которое происходит в митохондриях и пероксисомальных органеллах клеток .

Липидное пищеварение

Пищеварение является первым шагом к липидному обмену и представляет собой процесс расщепления триглицеридов на более мелкие моноглицеридные единицы с помощью ферментов липазы . Переваривание жиров начинается во рту посредством химического переваривания лингвальной липазой . Поступивший в организм холестерин не расщепляется липазами и остается нетронутым до тех пор, пока не попадет в эпителиальные клетки тонкой кишки. Затем липиды попадают в желудок, где продолжается химическое пищеварение под действием желудочной липазы и начинается механическое пищеварение ( перистальтика ). Однако большая часть переваривания и всасывания липидов происходит, когда жиры достигают тонкого кишечника. Химические вещества из поджелудочной железы ( семейство панкреатических липаз и липаза, зависимая от солей желчных кислот ) секретируются в тонкий кишечник, чтобы помочь расщеплению триглицеридов [10] наряду с дальнейшим механическим перевариванием, пока они не станут отдельными единицами жирных кислот , способными всасываться в тонкий кишечник. эпителиальные клетки кишечника . [11] Именно липаза поджелудочной железы отвечает за передачу сигналов о гидролизе триглицеридов на отдельные свободные жирные кислоты и глицериновые единицы.

Абсорбция липидов

Блок-схема, показывающая процесс всасывания липидов

Вторым этапом липидного обмена является всасывание жиров. Короткоцепочечные жирные кислоты могут всасываться в желудке , тогда как большая часть всасывания жиров происходит только в тонком кишечнике . Когда 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, проникая в эпителиальные клетки кишечника. В цитозоле эпителиальных клеток жирные кислоты и моноглицериды рекомбинируются обратно в триглицериды. В цитозоле эпителиальных клеток триглицериды и холестерин упакованы в более крупные частицы, называемые хиломикроны , которые представляют собой амфипатические структуры, транспортирующие переваренные липиды. [9] Хиломикроны проходят через кровоток и попадают в жировую ткань и другие ткани организма. [6] [2] [3]

Липидный транспорт

Из-за гидрофобной природы мембранных липидов , триглицеридов и холестерина им требуются специальные транспортные белки, известные как липопротеины. [1] Амфипатическая структура липопротеинов позволяет транспортировать триглицериды и холестерин через кровь . Хиломикроны представляют собой одну 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 ( ЛПОНП ) переносят триглицериды, синтезируемые нашим организмом, а липопротеины низкой плотности (ЛПНП) транспортируют холестерин к нашим периферическим тканям. [6] [1] Некоторые из этих липопротеинов синтезируются в печени, но не все из них происходят из этого органа. [1]

Хранение липидов

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

Катаболизм липидов

Как только хиломикроны (или другие липопротеины) проходят через ткани, эти частицы расщепляются липопротеинлипазой на поверхности просвета эндотелиальных клеток в капиллярах с высвобождением триглицеридов. [14] Триглицериды расщепляются на жирные кислоты и глицерин, прежде чем попасть в клетки, а оставшийся холестерин снова попадает через кровь в печень. [15]

[15] Расщепление жирных кислот путем бета-окисления.
[15] Расщепление жирных кислот путем бета-окисления.

В цитозоле клетки (например, мышечной клетки) глицерин преобразуется в глицеральдегид-3-фосфат , который является промежуточным продуктом гликолиза , для дальнейшего окисления и производства 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 , поскольку ацил-КоА-синтетаза использует энергию расщепления АТФ для катализа присоединения коэнзима А к жирной кислоте. [6] Образующийся ацил-КоА проникает через мембрану митохондрий и вступает в процесс бета-окисления . Основными продуктами бета-окисления являются ацетил-КоА (который используется в цикле лимонной кислоты для производства энергии), НАДН и ФАДН. [16] Для процесса бета-окисления необходимы следующие ферменты: ацил-КоА-дегидрогеназа , еноил-КоА-гидратаза , 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа и 3-кетоацил-КоА-тиолаза . [15] На диаграмме слева показано, как жирные кислоты превращаются в ацетил-КоА. Общая итоговая 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] Триацилглицерины , 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 множество различных мембранных липидов, пути их синтеза одинаковы. Первый этап — синтез основной цепи ( сфингозина или глицерина ), второй этап — добавление жирных кислот к основной цепи с образованием фосфатидной кислоты. Фосфатидная кислота дополнительно модифицируется путем присоединения к основной цепи различных гидрофильных головных групп. Биосинтез мембранных липидов происходит в мембране эндоплазматического ретикулума . [18]

Биосинтез триглицеридов

Фосфатидовая кислота также является предшественником биосинтеза триглицеридов. Фосфатаза фосфатидной кислоты катализирует превращение фосфатидной кислоты в диацилглицерид, который под действием ацилтрансферазы преобразуется в триглицериды . Биосинтез триглицеридов происходит в цитозоле. [19]

Биосинтез жирных кислот

Предшественником жирных кислот является ацетил-КоА , который встречается в цитозоле клетки. [19] Общая итоговая реакция с использованием пальмитата (16:0) в качестве модельного субстрата:

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

Биосинтез холестерина

Холестерин может быть получен из ацетил-КоА многоэтапным путем, известным как изопреноидный путь . Холестерины необходимы, потому что они могут быть модифицированы для образования в организме различных гормонов , таких как прогестерон . [6] 70% биосинтеза холестерина происходит в цитозоле клеток печени. [ нужна цитата ]

Нарушения липидного обмена

Нарушения липидного обмена (включая врожденные нарушения липидного обмена ) — это заболевания, при которых возникают проблемы с расщеплением или синтезом жиров (или жироподобных веществ). [20] Нарушения липидного обмена связаны с увеличением концентрации липидов плазмы в крови, таких как холестерин ЛПНП , ЛПОНП и триглицериды , которые чаще всего приводят к сердечно-сосудистым заболеваниям. [21] В большинстве случаев эти расстройства являются наследственными, то есть это заболевание передается от родителя к ребенку через гены. [20] Болезнь Гоше (типы I, II и III), болезнь Нимана-Пика , болезнь Тея-Сакса и болезнь Фабри - все это заболевания, при которых у больных может наблюдаться нарушение липидного обмена в организме. [22] Более редкими заболеваниями, связанными с нарушением липидного обмена, являются ситостеринемия , болезнь Вольмана , болезнь Рефсума и церебротендинозный ксантоматоз . [22]

Виды липидов

Типы липидов, участвующих в липидном обмене, включают:

Рекомендации

  1. ^ abcde «Обзор метаболизма липидов». Руководства Merck Профессиональная версия . Проверено 1 ноября 2016 г.
  2. ^ abc «Гидролиз - Химическая энциклопедия - структура, реакция, вода, белки, примеры, соль, молекула» . chemistryexplained.com . Проверено 1 ноября 2016 г.
  3. ^ аб Фрайфельдер Д. (1987). Молекулярная биология (2-е изд.). Бостон: Джонс и Бартлетт. ISBN 978-0-86720-069-0.
  4. ^ Бэйнс Д. (2014). Медицинская биохимия . Сондерс, Элзевир Лимитед. стр. 121–122. ISBN 978-1-4557-4580-7.
  5. ^ Аррезе Э.Л., Сулаж Ж.Л. (2010). «Жировое тело насекомых: энергия, обмен веществ и регуляция». Ежегодный обзор энтомологии . 55 : 207–25. doi : 10.1146/annurev-ento-112408-085356. ПМК 3075550 . ПМИД  19725772. 
  6. ^ abcdefgh Ленинджер А.Л., Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2000). Ленингерские принципы биохимии (3-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Worth. ISBN 978-1-57259-931-4.
  7. ^ Офардт CE (2013). «Сводка по липидному обмену». Виртуальная химическая книга . Элмхерстский колледж.
  8. ^ Свадьба RT (май 1972 г.). «Рецензируемая работа: Биохимия липидов растений». Новый фитолог . 71 (3): 547–548. JSTOR  2430826?.
  9. ^ Аб Джо Ю, Окадзаки Х, Мун Ю, Чжао Т (2016). «Регуляция липидного обмена и не только». Международный журнал эндокринологии . 2016 : 5415767. doi : 10.1155/2016/5415767 . ПМЦ 4880713 . ПМИД  27293434. 
  10. ^ Пелли JW (2012). Комплексный обзор биохимии Elsevier (2-е изд.). Филадельфия: Эльзевир/Мосби. ISBN 978-0-323-07446-9.
  11. ^ Voet D, Voet JG, Пратт CW (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (Четвертое изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-0-470-54784-7. OCLC  738349533.
  12. ^ Харрис-младший (2009). Белки, связывающие холестерин и транспортирующие холестерин: структура и функции в здоровом состоянии и при заболеваниях . Дордрехт: Спрингер. ISBN 978-90-481-8621-1.
  13. ^ Механизм хранения и синтеза жирных кислот и триглицеридов в белых адипоцитах | Физиология и физиопатология жировой ткани стр. 101–121 | DOI: 10.1007/978-2-8178-0343-2_8.
  14. ^ Фейнгольд КР, Грюнфельд С (2000). «Введение в липиды и липопротеины». В Де Гроот Л.Дж., Хрусос Г., Дунган К., Файнгольд К.Р., Гроссман А., Хершман Дж.М., Кох С., Корбониц М., Маклахлан Р. (ред.). Эндотекст . Южный Дартмут (Массачусетс): MDText.com, Inc. PMID  26247089.
  15. ^ abc «Бета-окисление жирных кислот - липидная библиотека AOCS». Lipidlibrary.aocs.org . Архивировано из оригинала 21 января 2019 г. Проверено 28 ноября 2017 г.
  16. ^ аб Шеффлер IE (2008). Митохондрии (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Вили-Лисс. ISBN 978-0-470-04073-7.
  17. ^ Чхве СС, Ха JY, Хван IJ, Ким Джи, Ким JB (13 апреля 2016 г.). «Ремоделирование жировой ткани: ее роль в энергетическом обмене и метаболических нарушениях». Границы эндокринологии . 7:30 . дои : 10.3389/fendo.2016.00030 . ПМЦ 4829583 . ПМИД  27148161. 
  18. ^ ab Gault CR, Obeid LM, Hannun YA (2010). «Обзор метаболизма сфинголипидов: от синтеза к распаду». Сфинголипиды как сигнальные и регуляторные молекулы . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 688. стр. 1–23. дои : 10.1007/978-1-4419-6741-1_1. ISBN 978-1-4419-6740-4. ПМК  3069696 . ПМИД  20919643.
  19. ^ аб Лок CM, Уорд JP, ван Дорп DA (март 1976 г.). «Синтез хиральных глицеридов, исходя из D- и L-серина». Химия и физика липидов . 16 (2): 115–22. дои : 10.1016/0009-3084(76)90003-7. ПМИД  1269065.
  20. ^ ab «Нарушения липидного обмена». МедлайнПлюс . Проверено 20 ноября 2016 г.
  21. ^ О'Мэлли К. (1984). Клиническая фармакология и медикаментозное лечение пожилых людей . Эдинбург; Нью-Йорк: Черчилль Ливингстон. ISBN 978-0-443-02297-5.
  22. ^ ab «Нарушения липидного обмена». Руководства Merck, потребительская версия . Проверено 20 ноября 2016 г.
  23. ^ abc Альбертс Б, Джонсон А, Льюис Дж, Рафф М, Робертс К, Уолтер П (2002). «Липидный бислой». Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Гирляндная наука. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  24. ^ ab Incardona JP, Eaton S (апрель 2000 г.). «Холестерин в передаче сигнала». Современное мнение в области клеточной биологии . 12 (2): 193–203. дои : 10.1016/s0955-0674(99)00076-9. ПМИД  10712926.
  25. ^ Рассел Д.В. (2003). «Ферменты, регуляция и генетика синтеза желчных кислот». Ежегодный обзор биохимии . 72 : 137–74. doi : 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161712. ПМИД  12543708.
  26. ^ Уильямс К.И., Хиггс Г.А. (октябрь 1988 г.). «Эйкозаноиды и воспаление». Журнал патологии . 156 (2): 101–110. дои : 10.1002/путь.1711560204 . PMID  3058912. S2CID  34803631.

Липид + обмен веществ по медицинским предметным рубрикам Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)