10.3.1. Основным местом переваривания липидов является верхний отдел тонкого кишечника. Для переваривания липидов необходимы следующие условия:

• наличие липолитических ферментов;
• условия для эмульгирования липидов;
• оптимальные значения рН среды (в пределах 5,5 - 7,5).

10.3.2. В расщеплении липидов участвуют различные ферменты. Пищевые жиры у взрослого человека расщепляются в основном панкреатической липазой; обнаруживается также липаза в кишечном соке, в слюне, у грудных детей активна липаза в желудке. Липазы относятся к классу гидролаз, они гидролизуют сложноэфирные связи -О-СО- с образованием свободных жирных кислот, диацилглицеролов, моноацилглицеролов, глицерола (рисунок 10.3).

Рисунок 10.3. Схема гидролиза жиров.

Поступающие с пищей глицерофосфолипиды подвергаются воздействию специфических гидролаз - фосфолипаз, расщепляющих сложноэфирные связи между компонентами фосфолипидов. Специфичность действия фосфолипаз показана на рисунке 10.4.

Рисунок 10.4. Специфичность действия ферментов, расщепляющих фосфолипиды.

Продуктами гидролиза фосфолипидов являются жирные кислоты, глицерол, неорганический фосфат, азотистые основания (холин, этаноламин, серин).

Пищевые эфиры холестерола гидролизуются панкреатической холестеролэстеразой с образованием холестерола и жирных кислот.

10.3.3. Уясните особенности структуры желчных кислот и их роль в переваривании жиров. Желчные кислоты - конечный продукт обмена холестерола, образуются в печени. К ним относятся: холевая (3,7,12-триоксихолановая), хенодезоксихолевая (3,7-диоксихолановая)и дезоксихолевая (3, 12-диоксихолановая) кислоты (рисунок 10.5, а). Две первые являются первичными желчными кислотами (образуются непосредственно в гепатоцитах), дезоксихолевая - вторичной (так как образуется из первичных желчных кислот под влиянием микрофлоры кишечника).

В желчи эти кислоты присутствуют в конъюгированной форме, т.е. в виде соединений с глицином Н2 N -СН2 -СООН или таурином Н2 N -СН2 -СН2 - SO3 H (рисунок 10.5, б).

Рисунок 10.5. Строение неконъюгированных (а) и конъюгированных (б) желчных кислот.

15.1.4. Желчные кислоты обладают амфифильными свойствами: гидроксильные группы и боковая цепь гидрофильны, циклическая структура гидрофобна. Эти свойства обусловливают участие желчных кислот в переваривании липидов:

1) желчные кислоты способны эмульгировать жиры, их молекулы своей неполярной частью адсорбируются на поверхности жировых капель, в то же время гидрофильные группы вступают во взаимодействие с окружающей водной средой. В результате снижается поверхностное натяжение на границе раздела липидной и водной фаз, вследствие чего крупные жировые капли разбиваются на более мелкие;

2) желчные кислоты наряду с колипазой желчи участвуют в активировании панкреатической липазы , сдвигая её оптимум рН в кислую сторону;

3) желчные кислоты образуют с гидрофобными продуктами переваривания жиров водорастворимые комплексы, что способствует их всасыванию в стенку тонкого кишечника.

Желчные кислоты, проникающие в процессе всасывания вместе с продуктами гидролиза в энтероциты, через портальную систему поступают в печень. Эти кислоты могут повторно секретироваться с желчью в кишечник и участвовать в процессах переваривания и всасывания. Такая энтеро-гепатическая циркуляция желчных кислот может осуществляться до 10 и более раз в сутки.

15.1.5. Особенности всасывания продуктов гидролиза жиров в кишечнике представлены на рисунке 10.6. В процессе переваривания пищевых триацилглицеролов около 1/3 их расщепляется полностью до глицерола и свободных жирных кислот, приблизительно 2/3 гидролизуется частично с образованием моно- и диацилглицеролов, небольшая часть совсем не расщепляется. Глицерол и свободные жирные кислоты с длиной цепи до 12 углеродных атомов растворимы в воде и проникают в энтероциты, а оттуда через воротную вену в печень. Более длинные жирные кислоты и моноацилглицеролы всасываются при участии конъюгированных желчных кислот, формирующих мицеллы. Нерасщеплённые жиры, по-видимому, могут поглощаться клетками слизистой кишечника путём пиноцитоза. Нерастворимый в воде холестерол, подобно жирным кислотам, всасывается в кишечнике в присутствии желчных кислот.

Рисунок 10.6. Переваривание и всасывание ацилглицеролов и жирных кислот.

Превращение липидов в процессе пищеварения

ТЕМА 8. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН

В составе липидов пищи преобладают триглицериды. фосфолипиды, стерины и другие липиды потребляются значительно меньше. Процесс расщепления пищевых жиров идет в основном в тонком кишечнике. В пилорическом отделе желудка также выделяется липаза, но рН желудочного сока составляет 1,0-2,5 и при этих значениях рН фермент малоактивен. Образующиеся в пилорическом отделе желудка жирные кислоты и моноглицериды участвуют в эмульгировании жиров в двенадцатиперстной кишке. В желудке под действием протеиназ желудочного сока происходит частичное расщепление белковых компонентов липопротеидов, что в дальнейшем облегчает расщепление их липидных составляющих в тонком кишечнике.

Поступающие в тонкий кишечник липиды подвергаются действию ряда ферментов. Пищевые триацилглицерины (жиры) подвергаются действию липазы, поступающей в кишечник из поджелудочной железы. В расщеплении жиров участвует также липаза, выделяемая стенками кишечника. При расщеплении жиров под действием липаз панкреатического сока и кишечного сока образуются свободные высшие жирные кислоты, моноацилглицерины и глицерол. 40-50% пищевых жиров расщепляется полностью, а 3-10% пищевых жиров могут всасываться в неизмененном виде. Расщепление фосфолипидов идет гидролитическим путем при участии ферментов фосфолипаз, поступающих в двенадцатиперстную кишку с соком поджелудочной железы.

Все ферменты, принимающие участие в гидролизе пищевых липидов, растворены в водной фазе содержимого тонкого кишечника и могут действовать на молекулы липидов лишь на границе раздела липид/вода. Для эффективного переваривания липидов необходимо их эмульгирование желчными кислотами.

В стенку кишечника легко всасываются вещества, хорошо растворимые в воде - глицерол, аминоспирты и жирные кислоты с короткими углеводородными радикалами. Эти соединения из клеток кишечника поступают в кровь и вместе с током крови транспортируются в печень. Большинство продуктов переваривания липидов (высшие жирные кислоты, моно- и диацилглицерины, холестерол, лизофосфолипиды) плохо растворимы в воде и для их всасывания в стенку кишечника требуется специальный механизм. Эти соединения образуют мицеллы с желчными кислотами и фосфолипидами. Каждая мицелла состоит из гидрофобного ядра и внешнего мономолекулярного слоя амфифильных соединений, расположенных таким образом, что гидрофильные части их молекул контактируют с водой, а гидрофобные участки ориентированы внутрь мицеллы, где они контактируют с гидрофобным ядром. В состав мономолекулярной амфифильной оболочки мицеллы входят фосфолипиды, желчные кислоты, холестерол. Гидрофобное ядро мицеллы состоит преимущественно из высших жирных кислот, продуктов неполного расщепления жиров, эфиров холестерола, жирорастворимых витаминов и др.

Мицеллы транспортируются к щеточной каемке клеток слизистой оболочки, где всасываются. В норме всасывается до 98% пищевых липидов. Поступившие в энтероциты мицеллы разрушаются. Всосавшиеся продукты расщепления экзогенных липидов превращаются в липиды, характерные для организма человека, и далее они поступают во внутреннюю среду организма. Высвободившиеся при распаде мицелл желчные кислоты поступают обратно в кишечник или в кровь и через воротную вену оказываются в печени. Здесь они улавливаются гепатоцитами и вновь направляются в желчь для повторного использования.

В кишечной стенке всосавшиеся ацилглицерины могут подвергаться дальнейшему расщеплению с образованием свободных жирных кислот и глицерола под действием липаз. Часть моноацилглицеринов может без предварительного расщепления превращаться в триацилглицерины. Все высшие жирные кислоты, всосавшиеся в клетки кишечника, используются в энтероцитах для ресинтеза различных липидов.

Смесь всосавшихся и ресинтезированных в стенке кишечника липидов поступает в лимфатическую систему, а затем через грудной лимфатический проток в кровь и с током крови распределяется в организме. Поступление липидов в лимфу наблюдается уже через 2 часа после приема пищи, алиментарная гиперлипидемия достигает максимума через 6-8 часов, а через 10-12 часов после приема пищи она полностью исчезает.

Триглицериды, фосфолипиды, холестерол практически не растворимы в воде, в связи с чем они не могут транспортироваться кровью или лимфой в виде одиночных молекул. Перенос всех этих соединений осуществляется в виде особым образом организованных надмолекулярных агрегатов - липопротеидных комплексов или просто липопротеидов. Существует несколько классов липопротеидных частиц, отличающихся друг от друга по составу, плотности и электрофоретической подвижности: хиломикроны (ХМ), липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеиды низкой плотности (ЛПНП), липопротеиды высокой плотности (ЛПВП) и некоторые другие. В транспорте экзогенных липидов, т.е. липидов, поступающих во внутреннюю среду организма из кишечника, принимают участие главным образом ХМ и ЛПОНП.

В полости рта липиды подвергаются лишь механической обработке. В желудке имеется небольшое количество липазы, которая гидролизует жиры. Малая активность липазы желудочного сока связана с кислой реакцией содержимого желудка. Кроме того, липаза может влиять только на эмульгированные жиры, в желудке отсутствуют условия для образования эмульсии жира. Только у детей и у моногастричных животных липаза желудочного сока играет важную роль в переваривании липидов.

Кишечник является основным местом переваривания липидов. В двенадцатиперстной кишке на липиды воздействует желчь печени и сок поджелудочной железы, одновременно происходит нейтрализация кишечного содержимого (химуса). Происходит эмульгирование жиров под действием желчных кислот. В состав желчи входят: холевая кислота, дезоксихолевая (3,12 дигидроксихолановая), хенодезоксихолевая (3,7 дигидроксихолановая) кислоты, натриевые соли парных желчных кислот: гликохолевая, гликодезоксихолевая, таурохолевая, тауродезоксихолевая. Они состоят из двух компонентов: холевой и дезоксихолевой кислот, а также глицина и таурина.

дезоксихолевая кислота хенодезоксихолевая кислота

гликохолевая кислота

таурохолевая кислота

Соли желчных кислот хорошо эмульгируют жиры. При этом увеличивается площадь соприкосновения ферментов с жирами и увеличивается действие фермента. Недостаточность синтеза желчных кислот или задержка поступления нарушает эффективность действия ферментов. Жиры, как правило, всасываются после гидролиза, но часть тонко эмульгированных жиров всасывается через стенку кишечника и переходит в лимфу без гидролиза.

Эстеразы разрывают в жирах эфирную связь между, спиртовой группой и карбоксильной группой карбоновых кислот и неорганических кислот (липаза, фосфатазы).

Под действием липазы жиры гидролизуются на глицерин и высшие жирные кислоты. Активность липазы возрастает под действием желчи, т.е. желчь непосредственно активирует липазу. Кроме того, активность липазы увеличивают ионы Са ++ вследствие того, что ионы Са ++ образуют нерастворимые соли (мыла) с освободившимися жирными кислотами и предотвращают их подавляющее влияние на активность липазы.

Под действием липазы в начале гидролизуются эфирные связи у α и α 1 (боковых) углеродных атомов глицерина, затем у β-углеродного атома:

Под действием липазы до 40% триацилглицеридов расщепляются до глицерина и жирных кислот, 50-55% гидролизуется до 2-моноацилглицеринов и 3-10% не гидролизуется и всасываются в виде триацилглицеринов.

Стериды корма расщепляются ферментом холестеролэстеразой до холестерина и высших жирных кислот. Фосфатиды гидролизуются под влиянием фосфолипаз А, A 2 , С и D. Каждый фермент действует на определенную сложноэфирную связь липида. Точки приложения фосфолипаз представлены на схеме:

Фосфолипазы поджелудочной железы, тканевые фосфолипазы вырабатываются в виде проферментов и активируются трипсином. Фосфолипаза A 2 змеиных ядов катализирует отщепление ненасыщенной жирной кислоты в положении 2 фосфоглицеридов. При этом образуются лизолецитины с гемолитическим действием.

фосфотидилхолин лизолецитин

Поэтому при попадании этого яда в кровь происходит сильный гемолиз.. В кишечнике эта опасность устраняется действием фосфолипазы A 1 , быстро инактивирующей лизофосфатид в результате отщепления от него остатка насыщенной жирной кислоты с превращением его в неактивный глицерофосфохолин.

Лизолецитины в малых концентрациях стимулируют дифференцировку лимфоидных клеток, активность протеинкиназы С, усиливают клеточную пролиферацию.

Коламинфосфатиды и серинфосфатиды расщепляются фосфолипазой А до лизоколаминфосфатидов, лизосеринфосфатидов, которые далее расщепляются фосфолипазой A 2 . Фосфолипазы С и D гидролизуют связи холина; коламина и серина с фосфорной кислотой и остатка фосфорной кислоты с глицерином.

Всасывание липидов происходит в тонком отделе кишечника. Жирные кислоты с длиной цепи менее 10 углеродных атомов всасываются в неэтерифицированной форме. Для всасывания необходимо присутствие эмульгирующих веществ – желчных кислот и желчи.

Ресинтез жира, характерного для данного организма, происходит в кишечной стенке. Концентрация липидов в крови в течение 3-5 часов после приема корма высокая. Хиломикроны – мелкие частицы жира, образующиеся после всасывания в кишечной стенке, представляют собой липопротеиды, окруженные фосфолипидами и белковой оболочкой, внутри содержат молекулы жира и желчных кислот. Они поступают в печень, где липиды подвергаются промежуточному обмену, а желчные кислоты проходят в желчный пузырь и далее обратно в кишечник (см. рис.9.3 на стр.192). В результате такого кругооборота теряется малое количество желчных кислот. Считают, что молекула желчной кислоты в сутки совершает 4 кругооборота.

Лекция «ОБМЕН ЛИПИДОВ»

ПРЕВРАЩЕ НИЯ ЛИПИДОВ В ПРОЦЕССЕ ПИЩЕВАРЕНИЯ

Липиды, представляющие большую биологическую ценность для организма человека (триацилглицерины, фосфолипиды, холестерин и др.), поступают в него как компоненты пищи биологического происхождения.

Для переваривания липидов в желудочно-кишечном тракте необходимыми являются следующие условия:

наличие гидролизующих липиды липолитических ферментов ;

оптимальное для проявления высокой каталитической активности липолитических ферментов значение рН среды (нейтральное или слабощелочное);

наличие эмульгаторов.

Все перечисленные условия создаются в кишечнике человека. Слюнные железы не способны продуцировать ферменты, гидролизующие жиры, вследствие чего в ротовой полости заметного переваривания жиров не происходит. В желудке взрослого человека переваривания жиров также не происходит, так как рН желудочного сока близок к 1,5, а оптимум рН среды для действия желудочного липолитического фермента - липазы находится в пределах 5,5-7,5. Следует отметить, что рН желудочного сока у новорожденных детей составляет около 5,0, что способствует перевариванию эмульгированных триацилглицеринов молока желудочной липазой. В кишечнике происходит нейтрализация соляной кислоты желудочного сока бикарбонатами кишечного сока и эмульгирование жиров. Эмульгирование липидов осуществляется выделяющимися в процессе нейтрализации пузырьками СО2 с участием натриевых или калиевых солей желчных кислот - холевой, 7-дезоксихолевой, глицинхолевой, таурохолевой и других в качестве поверхностно-активных веществ. Желчные кислоты поступают в кишечник из желчного пузыря в составе желчи. Эмульгированию способствуют также соли жирных кислот (мыла), образующиеся при гидролизе липидов. Но основная роль поверхностно-активных веществ в эмульгировании жиров принадлежит желчным кислотам.

Анионы желчных кислот резко уменьшают поверхностное натяжение на границе раздела фаз жир - вода, стабилизируют образовавшуюся эмульсию и образуют с жирными кислотами транспортный комплекс, в составе которого осуществляется их всасывание в стенки кишечника. Кроме того, желчные кислоты выполняют функцию активаторов липолитических ферментов.

Триацилглицерины, составляющие основную массу липидов пищи, гидролизуются под действием панкреатической липазы, которая поступает в кишечник в неактивном виде, а затем активируется желчными кислотами. Активная липаза имеет гидратированный гидрофильный участок и гидрофобную головку, контактирующую с триацилглицеринами на поверхности раздела фаз, где и происходит постадийный гидролиз:

В ходе гидролиза на первых стадиях быстро гидролизуются сложноэфирные связи 1 и 3, а затем медленно идет гидролиз 2-моноацилглицерина. Образующийся 2-моноацилглицерин затем может всасываться стенкой кишечника, и использоваться на ресинтез специфических для данного вида организмов триацилглицеринов (см. ниже).

В гидролизе фосфолипидов принимают также участие фосфолипазы. Поступающие с пищей эфиры холестерина, которыми богаты некоторые продукты (желток яиц, сливочное масло, икра и др.), гидролизуются холестеролэстеразой до свободного холестерина и жирных кислот. Холестеролэстераза проявляет свою активность только в присутствии желчных кислот.

Продукты гидролитического расщепления всех пищевых липидов всасываются в кишечнике. Глицерин и жирные кислоты с короткой углеродной цепью (до 10-12 атомов С) хорошо растворимы в воде и переходят в кровь в виде водного раствора. Длинноцепочечные жирные кислоты (более 14 атомов С) и моноацилглицерины не растворимы в воде, поэтому всасываются при участии желчных кислот, фосфолипидов и холестерина, образующих в кишечнике смесь состава 12,5: 2,5: 1,0, соответственно. В результате формируются мицеллы из продуктов гидролиза липидов, окруженных гидрофильной оболочкой из холестерина, фосфолипидов и желчных кислот. В последующем мицеллы распадаются, желчные кислоты снова возвращаются в кишечник, совершая 5-6 таких циклов ежесуточно.

Липиды, прежде чем поступить в лимфу, в кишечной стенке подвергаются ресинтезу, т.е. превращению в триацилглицерины. Важность этого процесса заключается в том, что вновь синтезированные специфические жиры отличаются по физико-химическим показателям от пищевых липидов и наиболее пригодны для данного организма. Поскольку все различия в составе триацилглицеринов определяются составом жирных кислот, то при ресинтезе липидов используются собственные жирные кислоты с длинной цепью, которые синтезируются в кишечнике из предшественников (лишь часть всосавшихся жирных кислот пригодна для ресинтеза). Жирные кислоты образуют ацил-КоА, а затем ацильные остатки переносятся на моноацилглицерин при участии трансацилаз, с последовательным образованием из моноацилглицерина ди- и триацилглицеринов.

Транспорт холестерина и ресинтезированных липидов осуществляется в составе липопротеинов, белковая часть которых (аполипопротеина) придает им растворимость в водных средах.

Основные метаболические пути жирных кислот, образующиеся при гидролизе триацилглицеринов пищи, представлены на рисунке.

Внутриклеточный гидролиз липидов

В тканях происходит непрерывное обновление липидов. Период полупревращения триацилглицеринов, играющих важную энергетическую роль в организме, колеблется от 2 до 18 суток. Другие липиды (фосфо-, сфинго-, гликолипиды и холестерин) преимущественно выполняют роль компонентов биологических мембран и обновляются менее интенсивно. Обновление липидов требует их предварительного внутриклеточного ферментативного гидролиза - липолиза.

Принято считать, что триацилглицерины выполняют в обмене липидов роль, аналогичную той, которую выполняет гликоген в обмене углеводов, а высшие жирные кислоты по своей энергетической ценности напоминают глюкозу. При физической нагрузке и других состояниях организма, требующих повышенных энергетических затрат, увеличивается потребление триацилглицеринов жировой ткани как энергетического резерва. Однако в качестве источника энергии могут использоваться только свободные жирные кислоты. Поэтому триацилглицерины сначала гидролизуются до глицерина и свободных жирных

кислот под действием специфических тканевых липаз. Этот процесс контролируется центральной нервной системой и запускается с помощью ряда гормонов (адреналин, норадреналин и др.), которые активируют гормоночувствительную триацилглицеринлипазу. Триацилглицеринлипаза расщепляет триацилглицерин на диацилглицерин и жирную кислоту. Затем при действии ди- и моноацилгли- церинлипаз происходит дальнейший липолиз до глицерина и жирных кислот.

Образующийся в результате липолиза глицерин может участвовать в глюконеогенезе или включаться в гликолиз с предварительным образованием глицерол-3-фосфата под действием глицеролкиназы и при участии АТФ:

Затем под действием дегидрогеназы глицерол-3-фосфат превращается в трио- зофосфаты, которые, собственно, и вовлекаются в глюконеогенез или гликолиз.

Жирные кислоты в составе белкового комплекса с альбумином крови поступают в клетки различных тканей и органов, где подвергаются окислению.

Биоокисление жирных кислот

Окисление жирных кислот в организмах - чрезвычайно важный процесс, он может протекать по α-, β- и ω-углеродным атомам жирных кислот. Основной путь окисления жирных кислот как в животных, так и в растительных тканях - это β-окисление.

β-Окисление жирных кислот. β-Окисление жирных кислот было впервые изучено в 1904 г. Ф. Кноопом. В дальнейшем было установлено, что β- окисление осуществляется только в митохондриях. Благодаря работам Ф. Линена с сотрудниками (1954-1958 гг.) были выяснены основные ферментативные процессы окисления жирных кислот. В честь ученых, открывших данный путь окисления жирных кислот, процесс β-окисление получил название цикла Кноопа-Линена.

По современным представлениям, процессу окисления жирных кислот предшествует их активация в цитоплазме с участием ацил-КоА-синтетазы и с использованием энергии АТФ:

В форме ацил-КоА жирные кислоты поступают в митохондрии, в матриксе которых они подвергаются β-окислению, включающему последовательность нижеприведенных ферментативных окислительно-восстановительных реакций.

Первой реакцией на пути расщепления жирных кислот является дегидрирование с образованием транс-2,3-ненасыщенных производных, катализируемое различными ФАД-содержащими ацил-КоА-дегидрогеназами:

Вторая реакция - гидратация двойной связи - катализируется еноил-КоА - гидратазой:

На следующей (третьей) стадии происходит дегидрирование спиртового фрагмента, которое осуществляется соответствующей дегидрогеназой и окисленной формой кофермента НАД:

В результате окисления образуется β-оксокислота, из-за чего весь процесс в целом и получил название β-окисления.

Четвертая, последняя реакция, катализируемая тиолазой, сопровождается окислительно-восстановительным расщеплением связи С α -С β с отщеплением ацетил-КоА и присоединением остатка КоА по месту разрыва межуглеродной связи:

Эта реакция носит название тиолиза и является высоко экзергонической, поэтому равновесие в ней всегда смещено в сторону образования продуктов.

Последовательное повторение этого цикла реакций приводит к полному распаду жирных кислот с четным числом атомов углерода до ацетил-КоА. В результате этого процесса образуются ацетил-КоА, ФАДН 2 и НАД-Н. Далее ацетил-КоА вступает в цикл Кребса, а восстановленные коферменты - в дыхательную цепь.

Особенности окисления жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов заключается в том, что наряду с обычными продуктами окисления, образуется одна молекула СН 3 -СН 2 -СО~SКоА (пропионил-КоА), которая в процессе карбоксилирования переводится в сукцинил-КоА, поступающий в цикл Кребса.

Особенности окисления ненасыщенных жирных кислот определяются положением и числом двойных связей в их молекулах. До места двойной связи ненасыщенные жирные кислоты окисляются так же, как и насыщенные. Если двойная связь имеет ту же транс-конфигурацию и расположение, что и еноил-КоА, то далее окисление идет по обычному пути. В противном случае в реакциях участвует дополнительный фермент, который перемещает двойную связь в нужное положение и изменяет конфигурацию молекулы кислоты.

При β-окислении жирных кислот выделяется большое количество энергии. При полном окислении одного моля жирной кислоты, содержащей 2n атомов углерода, образуется n молей ацетил-КоА и (n-1) молей (ФАДН 2 + НАДН). Окисление ФАДН 2 дает 2АТФ, а при окислении НАДН образуется 3АТФ. Полное сгорание одного моля ацетил-КоА приводит к образованию 12 молей АТФ.

С учетом того, что 1 моль АТФ затрачивается на активацию жирной кислоты, баланс АТФ при полном окислении жирной кислоты с четным числом атомов углерода можно выразить следующей формулой:

Например, моль пальмитиновой кислоты, содержащая 16 атомов углерода, при окислении дает 130 молей АТФ. Таким образом, энергетическая ценность жирных кислот намного выше, чем глюкозы. Однако в процессе окисления глюкозы образуется оксалоацетат, который облегчает включение ацетильных остатков жирных кислот в цикл Кребса. В связи с этим, в биохимической литературе бытует выражение, что «жиры сгорают в пламени углеводов».

Для удобства восприятия цикл β-окисления жирных кислот схематично представлен на рисунке.

α-Окисление жирных кислот. Наряду с β-окислением жирные кислоты с достаточно большим числом атомов углерода (С13-С18) могут подвергаться α- окислению. Этот тип окисления особенно характерен для растительных тканей, но может происходить и в некоторых тканях животных. α-Окисление имеет циклический характер, причем цикл состоит из двух реакций.

Первая реакция заключается в окислении жирной кислоты пероксидом водорода в соответствующий альдегид и СО2 с участием специфической пероксидазы:

В результате этой реакции углеводородная цепь укорачивается на один атом углерода.

Суть второй реакции заключается в гидратации и окислении образовавшегося альдегида в соответствующую карбоновую кислоту под действием альдегиддегидрогеназы, содержащей окисленную форму кофермента НАД:

Затем цикл α-окисления повторяется снова. В сравнении с β-окислением α- окисление энергетически менее выгодно.

Затем ω-оксокислота окисляется в ω-дикарбоновую кислоту под действием соответствующей дегидрогеназы:

ω-Окисление жирных кислот. В печени животных и у некоторых микроорганизмов существует ферментная система, обеспечивающая ω-окисление жирных кислот, т.е. окисление по концевой СН 3 -группе, обозначаемой буквой ω. Сначала под действие монооксигеназы происходят гидроксилирование с образованием ω-оксикислоты:

Полученная таким образом ω-дикарбоновая кислота укорачивается с любого конца с помощью реакций β-окисления.

①. ЖЕЛУДОК : у взрослого человека в желудке пищевые триглицериды практически не расщепляются, т.к.

рН ↓ под действием НСl до 1,5 (опт. рН для липазы = 5,5-7,5). Также в желудке отсутствуют

условия для эмульгирования , а липаза может действовать только на триглицериды , находящиеся в

форме эмульсии );

у грудных детей в желудке (рН〜5,2) под действием лингвальной липазы происходит активно

гидролиз эмульгированных жиров молока.

②. КИШЕЧНИК : рН под действием гидрокарбонатов , растворенных в щелочном содержимом сока

поджелудочной железы и желчи .

В составе сока поджелудочной железы в кишечник поступают:

1). липаза – гидролиз жиров до свободных жирных кислот и моноацилглицеролов , может

отщеплять жирную кислоту по 1 -положению глицерина в фосфолипидах ;

1). холестеролэстераза поджелудочной железы – гидролиз пищевых эфиров холестерина;

2). фосфолипаза А 2 – отщепляет жирную кислоту от фосфолипидов по 2 -положению глицерина ;

3). щелочная фосфатаза кишечного сока – гидролиз по фосфоэфирным связям фосфолипидов .

Всасывание холестерола , частично расщепленных фосфолипидов происходит с помощью мицелл,

формируемых солями парных желчных кислот .

Обмен белков, аминокислот

ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ МОЧЕВИНООБРАЗОВАНИЯ (ОЦ ) (в печени) - основной путь детоксикации аммиака (N Н 3 ), который образуется при распаде азот -содержащих веществ: аминокислот, биогенных аминов, пуринов и пиримидинов, фосфо- и гликолипидов, гексозаминов, гликозаминогликанов, гема и др. Реакции ОЦ направлены на связывание токсичного Аммиака с образованием нетоксичной Мочевины . Азот в мочевине происходит из карбамоил-фосфата (N Н 3 +СО 2 ) и аспарагиновой кислоты .

В ОЦ участвуют а/к – орнитин (непротеиногенная), аспартат и образуется аргинин ).

(На образование 1 молекулы Мочевины расходуется энергия 3 АТФ , которые ресинтезируются за счет превращения промежуточного метаболита ОЦ – фумарата через малат в ОА (в ц. Кребса), что сопровождается восстановлением НАДНН + , обеспечивающим синтез 2,5 АТФ в ПДЦМХ . Образованная молекула ОА в реакции трансаминирования при участии пиридоксаминфосфата (кофермент В 6 ) превращается в аспартат , аминогруппа которого, наряду с молекулой аммиака , используется в синтезе Мочевины (N Н 2 -СО -N Н 2 )).

Гипераммониемия (аммиака в крови) – при ↓ активности ферментов ОЦ . Проявления: учащенное дыхание, возбудимость, мигрень, судороги, рвота при употреблении белковой пищи.

ТРАНСДЕЗАМИНИРОВАНИЕ (НЕПРЯМОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ – НД ) - процесс дезаминирования α-аминокислот (а/к ) с образованием α-кетокислот (к/к ) без промежуточного освобождения аммиака . Протекает НД в 2 этапа : 1 - трансаминирование , катализируемое В 6 -зависимой аминотрансферазой : происходит перенос N Н 2 –группы с а/к на α-кетоглутарат , с образованием к/к и глутамата , соответственно. Витамин В 6 вступает в реакцию в форме кофермента – пиридоксаль-Ф , который принимает от а/к амино группу и превращается в пиридоксамин-Ф (через образование промежуточных шиффовых оснований – альдимин и кетимин ), который далее отдает N Н 2 –группу на α-кетоглутарат с образованием глутамата . 2 – окислительное дезаминирование глутамата при участии глутаматдегидрогеназы с выделением аммиака и образованием α-кетоглутарата . Другие типы дезаминирования : восстановительное, гидролитическое (у м/орг.), внутримолекулярное (гистидин → урокановая к-та).

ТРАНСРЕАМИНИРОВАНИЕ (НЕПРЯМОЕ АМИНИРОВАНИЕ – НА ) - процесс, обратный непрямому дезаминированию , обеспечивающий связывание аммиака с образованием из α-к/к → α-а/к . НА протекает в 2 этапа: 1 – восстановительное аминирование α–кетоглутарата с образованием глутамата и 2 – трансаминирование : перенос аминогруппы с глутамата на α-к/к с образованием α-а/к .

БИОГЕННЫЕ АМИНЫ (БА ) – биологически активные производные аминокислот , ключевой реакцией образования которых является В 6 –зависимое декарбоксилирование а/к . К БА относятся: ГАМК – декарбоксилированное производное глутамата ; Гистамин – декарбоксилированный гистидин , Серотонин – образуется из триптофана (при В 6 –зав. декарбоксилировании и гидроксилировании при участии вит.С ); Катехоламины : Дофамин , Норадреналин , Адреналин – образуются из тирозина (при участии В 6 -зависимой декарбоксилазы, вит.С -зависимой гидроксилазы, S АМ -зависимой метилтрансферазы).

ГЛИКО- и КЕТОГЕННЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ : Гликогенные а/к – а/к, которые, распадаясь, превращаются в ЩУК и ПВК, а далее через 3 -й обходной путь вступают в глюконеогенез → далее в гликогеногенез . Кетогенные а/к (ЛЛИФТТ ) – а/к, при распаде которых образуется ацетоацетат (кетоновое тело ) или ацетилКоА (при концентрации которого синтезируются кетоновые тела ). Лиз, Лей – строго кетогенные а/к ; И/лей, Ф/а, Тир, Трп – смешанные – глико - и кетогенные а/к.

НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ : Вал, Лей, Изолей, Мет, Ф/а, Трп, Тре, Лиз. ; Полузаменимые – Тир, Цист .; Частично заменимая – Арг. ; Незаменимая в детском возрасте – Гист .

ЗНАЧЕНИЕ АМНОКИСЛОТ : ① . ФЕНИЛАЛАНИН (незам.а/к) → ТИРОЗИН (полузамен. а/к) – глико- и кетогенные а/к являются предшественниками: 1 ). катехоламинов (в мозговом веществе надпочечников, в мозге) – дофамин , норадреналин , адреналин ; 2 ). йодтиронинов (в щитовидной железе) – трийодтиронин (Т 3 ), тетрайодтиронин (Т 4 ); 3 ). пигмента меланина (в коже, волосах, радужке).

Фенилкетонурия (выведение фенилпирувата с мочой) – наследственная энзимопатия , связанная с ↓ активности фермента – фенилаланинмонооксигеназы , гидроксилирующей фенилаланин в тирозин . Проявления: олигофрения , возбудимость, мышечная гипотония.

Алкаптонурия (выведение алкаптона с мочой) – наследственная энзимопатия , связанная с ↓ активности фермента – гомогентизатдиокигеназы , участвующего в обмене тирозина , что сопровождается гомогентизиновой кислоты и образованием из нее черного пигмента – алкаптона . Проявления: алкаптон откладывается в суставах , что сопровождается воспалением и ограничением их подвижности; развивается охроноз , связанный с отложением алкаптона в хрящах ушных раковин и крыльев носа.

Альбинизм – развивается при нарушении синтеза меланина из тирозина . Отмечается депигментация радужки глаз, волос; чувствительность кожи к УФ.

Гипотиреоз –↓ выработки Т 3 и Т 4 , что приводит к кретинизму в детском возрасте и микседеме (слизистый отек) – у взрослых. Гипертиреоз - выработки Т 3 и Т 4 , что приводит к развитию Базедовой болезни (развиваются экзофтальм, зоб, тахикардия, t 0). (Ферменты , обеспечивающие синтез Т 3 и Т 4 , из тирозина : 1) - йодидпероксидаза , активирующая пищевой йод ; 2) - тирозинйодиназа , включающая йод по С 3 и С 5 -положениям тирозина с конденсацией 2 -х молекул тирозина ).

②. ТРИПТОФАН (незам.; глюко- и кетогенная а/к) необходим для синтеза: 1 ). серотонина (биогенный амин) – регулирует многие соматические функции организма и является антидепрессантом; 2 ). мелатонина – гормон эпифиза, регулирующий биоритмы; 3 ). витамина РР (НАД + , НАДФ + ) в печени.

Гиповитаминоз В 6 – ↓ -сяактивность В 6 – зависимой кинурениназы и нарушается обмен триптофана , что сопровождается выведением с мочой побочного метаболита – ксантуреновой кислоты , и нарушением синтеза витамина РР (НАД + , НАДФ + ). Развивается пеллагроподобный дерматит.

Болезнь «голубых пеленок» - связана с нарушением обмена триптофана , что сопровождается образования индолилацетата , индикана (окрашивают пеленки новорожденных в голубой цвет). Проявления: пеллагроподобный дерматит, эмоциональная лабильность, атаксия, запоры.

③. МЕТИОНИН (незам. а/к ) и ЦИСТЕИН (полузамен. а/к ) – серосодержащие а/к: 1 ). Метионин в форме кофермента SAM участвует в синтезе: а). адреналина из норадреналина ; б). мелатонина из серотонина , в). холина из этаноламина (холин входит в состав лецитина , ацетилхолина ), г). креатин-фосфата (наряду с арг и гли ) – мышечный макроэрг, д). карнитина (наряду с лиз ) – переносчик ЖК через мембраны МХ, е). полиаминов – спермина , спермидина (наряду с орнитином ) – регулируют процессы клеточного роста и дифференцировки, активируя синтез ДНК, РНК, белка, ж). ансерина из карнозина (наряду с гист и β-ала ) – повышают амплитуду мышечного сокращения в утомленной мышце.

2 ). ЦИСТЕИН – необходим для синтеза: а). тиоэтиламина , который участвует в образовании из витамина Пантотеновая кислота коферментов – КоА S Н и 4-фосфопантотеина , б). глутатиона – трипептида, включающего также глу и гли – участвует в переносе а/к через мембраны, в восстановлении дегидроаскорбиновой кислоты , в инактивации активных форм кислорода , в восстановлении SH - групп ферментов и мембран э/ц, в). таурина – образует парные желчные кислоты (таурохолевая, таурохенодезоксихолевая ).

Гомоцистеинурия - выведение с мочой гомоцистеина , т.к. ↓ активность цистатионин-синтазы . Нарушается синтез цис , ↓ умственное развитие, судороги, остеопороз (↓ гидроксилирование лиз в коллагене ), дрожание радужки глаз.

Цистинурия -экскреции с мочой цистеина , цистина при нарушении почечной реабсорбции. Образуются цистиновые камни, происходит закупорка мочевыводящих путей.

④. ЛИЗИН (н/з ), АРГИНИН (частично н/з а/к ), ГИСТИДИН (н/з в детском возрасте ) – оснóвные а/к, «+ » - заряж. ЛИЗИН и АРГИНИН : 1 ).входят в состав гистонов (Н1, Н2а, Н2в, Н3, Н4 ), 2 ). ЛИЗИН – участвует в преобразовании вит.Н в кофермент – биоцитин ; Липоевой кислоты – в липамид ; участвует в организации активного центра аминотрансфераз , связывая коферменты В 6 . 3 ). АРГИНИН – используется для синтеза креатин-фосфата (наряду с гли и мет ), орнитина . Образуется арг в орнитиновом цикле . 4 ). ГИСТИДИН – является предшественником гистамина ; участвует в образовании карнозина и ансерина ; в связывании гемоглобином О 2 .

⑤. ГЛУТАМАТ, АСПАРТАТ (замен. а/к ) – дикарбоновые а/к , «-»-заряж. – участвуют: 1 ). в связывании аммиака с образованием глутамина и аспарагина , 2 ). в синтезе пуринов и пиримидинов , 3 ). в образовании альбуминов и глобулинов крови, 4 ). в трансаминировании , 5 ). АСПАРТАТ – участвует в орнитиновом цикле , 6). ГЛУТАМАТ – в синтезе ГАМК , глутатиона .

⑥. ГЛИЦИН (зам. а/к ) - участвует в синтезе: 1 ). глутатиона (наряду с цис и глу ), 2 ). гема (наряду с СукцинилКоА ), 3 ). пуринов – аденина , гуанина , 4 ). парных желчных кислот – гликохолевая , гликохенодезоксихолевая , 5 ). креатин-фосфата (наряду с арг и мет ), 6 ). участвует в детоксикации продуктов гниения белков , 7 ). в образовании активной формы ТГФК (кофермент фолиевой кислоты ) – N 5 , N 10 -метилен-ТГФК , необходимой для синтеза серина , тимина из урацила .

ПРОСТЫЕ (ПБ ) и СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ (СБ ): ПБ – протеины : состоят только из аминокислот (альбумины, глобулины, гистоны, протамины, проламины ). СБ – протеиды : состоят из апопротеина и простетической небелковой группы (металлопротеины (трансферрин, церулоплазмин ), фосфо- , нуклео- (РНК-содерж. - рибосома , ДНК-содерж. - нуклеосома ), хромо- (цветные белки : Нв, Мв, цитохромы , родопсин, флавопротеиды ), глико- , липопротеины ).

Фибриллярные белки – коллаген , эластин ; фибронектин и ламинин (адгезивные белки ); кератины волос; актин и миозин – сократительные белки; фиброин шелка и паутины.

Азотистый баланс – соотношение количества азота , поступающего в организм в составе пищи и выделяемого с мочой, потом, калом. При положительном АБ – происходит задержка азота в организме – в растущем организме, при беременности, при восстановлении после болезни. Отрицательный АБ – больше азота выводится (гиперазотурия ) – при активном распаде тканевых белков при гипертиреозе, сахарном диабете, распаде злокачественной опухоли.

ПРОДУКТЫ ГНИЕНИЯ БЕЛКОВ (ПГБ ) и ПУТИ ИХ ДЕТОКСИКАЦИИ : ПГБ – скатол ,индол (образуются из трп ), крезол ,фенол (из ф/а и тир ),сероводород (из цист , мет ),кадаверин (из лиз )и др. - образуются в результате разложения пищевых белков и а/к микрофлорой нижних отделов кишечника. Усиливаются процессы гниения при ↓ протеолитической функции поджелудочной железы (остр., хронич. панкреатит) Основное место детоксикации ПГБ – печень , где происходит их метилирование, ацилирование, конъюгирование с глюкуроновой и серной кислотами , с глицином .

По гиппуровой кислоте в моче (продукт конденсации бензойной кислоты с глицином ) судят о детоксикационной функции печени .

ОБМЕН НУКЛЕОТИДОВ (Н/Т ): Н/Т - состоят из азотистого основания (АО ) (пуриновые АО – аденин и гуанин , пиримидиновые – тимин , урацил , цитозин) , рибозы/дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты (ФК ).

1 . при распаде Н/Т : отщепляется ФК под действием нуклеотидаз → далее отщепляется пентоза → происходит дезаминирование АО (кроме урацила ) и превращение АО в конечные продукты : для пуринов – мочевая кислота (МК ) (предшественники – гипоксантин , ксантин ), для пиримидинов – β-аланин (для тимина – β-аминоизомасляная кислота ). Нуклеозиды отличаются от н/т – отсутствием ФК .

Подагра – отложение в суставах плохо растворимых Nа-солей мочевой кислоты при гиперурикемии (концентрации МК в крови), что является результатом употребления пурин -содержащих продуктов (кофе, икра), или ↓ активности гуанин , гипоксантин-фосфорибозил-трансферазы . Развиваются боли в суставах, позвоночнике, ↓ их подвижность, гиперурикемия , уратурия ( МК и ее Nа-солей в моче).

Болезнь Леша-Найхана – наследственная энзимопатия , связанная со ↓ гуанин,гипоксантин-фосфорибозилтрансферазы . Проявления: возбудимости, ↓ умственного развития, нанесение самоповреждений, почечно-каменная болезнь.

Гиперурикемия, уратурия – мочевой кислоты в крови и моче при подагре, болезни Леша-Найхана, патологии почек, печени, при лейкемии.

2 . синтез Н/Т : а ). ПУРИНОВЫЕ Н/Т синтезируются за счет формирования пуринового кольца на активированной фосфорибозе – фосфорибозилпирофосфате (Ф R РР ) из глицина , аспартата , 2 -х молекул глутамина , и при участии формил- и метен- ТГФК (кофермент фолиевой кислоты – В 9 ). При этом образуется Инозиновая кислота , которая далее аминируется с образованием АМФ (источник аминогруппы – аспартат ) и ГМФ (источник аминогруппы – глутамин ). б ). При синтезе ПИРИМИДИНОВЫХ Н/Т сначала формируется Оротовая кислота (из карбамоил-фосфата и аспартата ), которая далее переносится на Ф R РР с образованием оротидилмонофосфата (ОМФ ). ОМФ , декарбоксилируясь , превращается в УМФ , который при участии глутамина → в ЦМФ , а при участии метилен-ТГФК – в ТМФ .

Значение Н/Т : являются мономерами ДНК и РНК ; АТФ – универсальный макроэрг ; выполняют коферментную функцию. Значение УТФ и ЦТФ как коферментов : УТФ – участвует в синтезе гликогена , во взаимопревращении галактозы в глюкозу , в синтезе гликолипидов , гликозаминогликанов . ЦТФ – участвует в синтезе фосфолипидов .

Оротацидурия – выведение оротовой кислоты с мочой при ↓ активности ОМФ-декарбоксилазы , что сопровождается ↓ синтеза пиримидинов – урацила , тимина , цитозина (нарушается пролиферация и дифференцировка быстро делящихся клеток). Развивается мегалобластическая анемия, дерматиты.

СИНТЕЗ ГЕМА : из Глицина и СукцинилКоА образуется Аминолевулиновая кислота , 2 -е молекулы которой формируют порфобилиноген , из 4 -х молекул которого синтезируется уропорфириноген (УПГ ), который через n- количество стадий превращается в Протопорфирин- IX , в который феррохелатаза встраивает железо (Fе 2+ ) и образуется ГЕМ . Значение ГЕМА - является простетической группой хромопротеидов (цветные белки): Нв , Мв, цитохромы ; является коферментом каталазы и пероксидазы .

Порфирии (эритропоэтическая, печеночная, кожная и др.) – наследственные энзимопатии , связанные со ↓ активности какого-либо фермента, участвующего в синтезе гема (напр., ↓активности уропорфириноген- III -синтазы ). Развиваются гипертрихоз, фотодерматит, эритродонтия; с мочой выводятся порфобилиноген , уропорфириноген и др. промежуточные метаболиты.

РАСПАД ГЕМА : под действием гем-окисляющей системы ГЕМ последовательно превращается в вердоглобин → биливердин → билирубин , который в крови адсорбируется на альбуминах , превращаясь в непрямой билирубин (НБ , 75 %) . В печени , конъюгируясь с глюкуроновой или серной кислотами (при участии глюкуронил- и ФАФС – фосфоаденозинфосфат–сульфо трансферазы ), происходит образование прямого билирубина (ПБ – нетоксичный, растворимый, дает прямую реакцию с диазореактивом ) . Поступая в кишечник билирубин многократно восстанавливается и превращается в стеркобилин – конечный продукт распада гема , который в норме выводится с калом (300 мг ) и мочой (2-3 мг ).

Желтухи – развиваются при уровня билирубина в крови (гипербилирубинемия ). Различают 3 типа желтух : 1 – гемолитическая (при гемолиза эритроцитов): Н Б в крови, стеркобилин в кале и моче; 2 – паренхиматозная (при гепатитах, циррозах): появление уробилиногена в моче (предшественник стеркобилина ), в крови уровня общего БР ; 3 – обтурационная , механическая (при закупорке желчных протоков камнем, опухолью): ПБ в крови, отсутствует стеркобилин в кале и моче (ахоличный – бесцветный кал), ПБ выводится с мочой (билирубинурия ) – моча приобретает цвет «темного пива».

СИНТЕЗ БЕЛКА : 1. транскрипция – переписывание последовательности нуклеотидов (н/т ) ДНК в последовательность н/т и РНК по принципу комплементарности (между пуринами и пиримидинами : А=Т (У ), Г ≡Ц ), с заменой Т на У . 2. посттранкрипционный процессинг – созревание про- и РНК : вырезание интронов , сплайсинг – сшивание экзонов , «кэпирование» и РНК по 5′-концу: (+)-е метилированных н/т ), присоединение полиаденилата по 3′-концу. 3. трансляция (происходит на рибосомах при участии т РНК , приносящей а/к к месту синтеза полипептидной цепи) – раскодирование последовательности н/т и РНК в последовательность аминокислот белка : 3 н/т кодируют 1 а/к (триплетность генетического кода ). Свойства генетического кода : универсальность, триплетность, вырожденность, неперекрываемость. 4. посттрансляцинный процессинг (фолдинг – процесс сворачивания белка в правильную пространственную биологически активную конформацию при участии белков-шаперонов ; присоединение простетической группы в сложных белках).

Процессы транскрипции , трансляции , репликации протекают в 3 этапа : инициация, элонгация, терминация.

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК : удвоение ДНК (при делении клетки) происходит при участии следующих ферментов: 1. хеликаза - раскручивает двойную спираль ДНК с образованием репликативной вилки , 2. топоизомераза – предупреждает суперспирализацию ДНК в местах формирования репликативной вилки , 3. праймаза – катализирует образование «затравочного» праймера (олиго рибо нуклеотид ), с которого начинается синтез ДНК , 4. ДНК-полимераза III (основной фермент репликации , катализирующий синтез лидирующей цепи ДНК и отстающей цепи – фрагментами Оказаки в направлении 5′→ 3′), ДНК-полимераза I (удаляет затравочный праймер и замещает на олиго дезоксирибо нуклеотид ),ДНК-полимераза II (участвует в репарации – устранении ошибок); 5. ДНК-лигаза (сшивает фрагменты Оказаки , соединяет 2 цепи ДНК ).