Реакции биосинтеза липидов могут идти в гладкой эндоплазматической сети клеток всех органов. Субстратом для синтеза жиров de novo является глюкоза .
Как известно, попадая в клетку, глюкоза превращается в гликоген, пентозы и окисляется до пировиноградной кислоты. При высоком поступлении глюкоза используется для синтеза гликогена, но этот вариант ограничивается объемом клетки. Поэтому глюкоза «проваливается» в гликолиз и превращается в пируват либо напрямую, либо через пентозофосфатный шунт. Во втором случае образуется НАДФН, который понадобится впоследствии для синтеза жирных кислот.
Пируват переходит в митохондрии, декарбоксилируется в ацетил-SКоА и вступает в ЦТК . Однако в состоянии покоя, при отдыхе, при наличии избыточного количества энергии в клетке реакции ЦТК (в частности, изоцитратдегидрогеназная реакция) блокируются избытком АТФ и НАДН .
Общая схема биосинтеза триацилглицеролов и холестерола из глюкозы
В результате накапливается первый метаболит ЦТК – цитрат . По градиенту концентрации он перемещается в цитозоль, расщепляется с образованием ацетил-SКоА , который далее используется в биосинтезе холестерола и жирных кислот .
Оксалоацетат, также образуемый из цитрата, восстанавливается малатдегидрогеназой до яблочной кислоты и возвращается в митохондрии
- посредством малат-аспартатного челночного механизма (на рисунке не показан),
- после декарбоксилирования малата до пирувата НАДФ-зависимым малик-ферментом . Образованный НАДФН будет использован при синтезе жирных кислот или холестерина.
Синтез жиров в жировой ткани
В жировой ткани для синтеза жиров используются в основном жирные кислоты, освободившиеся при гидролизе жиров ХМ и ЛПОНП (рис. 8-22). Жирные кислоты поступают в адипоциты, превращаются в производные КоА и взаимодействуют с глицерол-3-фосфатом, образуя сначала лизофосфатидную кислоту, а затем фосфатидную. Фосфатидная кислота после дефосфорилирования превращается в диацил-глицерол, который ацилируется с образованием триацил-глицерола.
Кроме жирных кислот, поступающих в ади-поциты из крови, в этих клетках идёт и синтез жирных кислот из продуктов распада глюкозы. В адипоцитах для обеспечения реакций синтеза жира распад глюкозы идёт по двум путям: гликолиз, обеспечивающий образование глицерол-3-фосфата и ацетил-КоА, и пентозофосфатный путь, окислительные реакции которого обеспечивают образование NADPH, служащего донором водорода в реакциях синтеза жирных кислот.
Молекулы жиров в адипоцитах объединяются в крупные жировые капли, не содержащие воды, и поэтому являются наиболее компактной формой хранения топливных молекул. Подсчитано, что, если бы энергия, запасаемая в жирах, хранилась в форме сильно гидратированных молекул гликогена, то масса тела человека увеличилась бы на 14-15 кг.
Рис. 8-21. Синтез жиров в печени и жировой ткани.
Рис. 8-22. Депонирование жира в адипоцитах в абсорбтивном периоде.После еды при повышении концентрации глюкозы в крови увеличивается секреция инсулина. Инсулин активирует транспорт глюкозы внутрь адипоцитов, действуя на ГЛЮТ-4, синтез ЛП-липазы в адипоцитах и её экспонирование на поверхности стенки капилляров. ЛП-липаза, связанная с эндотелием сосудов, гидролизует жиры в составе ХМ и ЛПОНП. АпоС-II на поверхности ХМ и ЛПОНП активирует ЛП-липазу. Жирные кислоты проникают в адипоцит, а глицерол транспортируется в печень. Так как в адипоцитах нет фермента глицеролкиназы, то свободный глицерол не может использоваться для синтеза ТАГ в этой ткани. Активированные жирные кислоты взаимодействуют с гли-церол-3-фосфатом, образующимся из дигидроксиацетонфосфата, и через фосфатидную кислоту превращаются в ТАГ, которые депонируются в адипоцитах. Сокращения: ТАГ* — триацилглицеролы в составе ХМ и ЛПОНП; ДАФ — дигидроксиацетонфосфат.
Читайте также: Нитки для ткани джерси
Синтез нейтрального жира в тканях роль глюкозы в синтезе жира
а) Синтез триглицеридов из углеводов. Если когда-нибудь большие количества углеводов попадают в организм, они либо сразу используются для получения энергии, либо запасаются в виде гликогена, а избыток их быстро превращается в триглицериды и хранится в таком виде в жировой ткани. У человека большая часть триглицеридов образуется в печени, но очень небольшие количества могут образовываться и в самой жировой ткани. Триглицериды, образуемые в печени, транспортируются главным образом в виде липопротеинов очень низкой плотности в жировую ткань, где и хранятся.
б) Превращение ацетил-КоА в жирные кислоты. Первым этапом синтеза триглицеридов является превращение углеводов в ацетил-КоА.
Это происходит во время обычного расщепления глюкозы гликолитической системой. Вследствие того, что жирные кислоты являются крупными полимерами уксусной кислоты, легко представить, каким образом ацетил-КоА может быть превращен в жирную кислоту. Однако синтез жирных кислот не обеспечивается просто изменением направления реакции окислительного расщепления. Этот синтез осуществляется двуступенчатым процессом, показанным на рисунке ниже, с использованием малонил-КоА и НАДФ-Н в качестве основных посредников процесса полимеризации.
Синтез жирных кислот
в) Объединение жирных кислот с α-глицерофосфатом при образовании триглицеридов. Как только синтезируемые цепочки жирных кислот начинают включать от 14 до 18 атомов углерода, они взаимодействуют с глицеролом, образуя триглицериды. Ферменты, катализирующие эту реакцию, высокоспецифичны для жирных кислот с длиной цепочки от 14 атомов углерода и выше, что является фактором, контролирующим структурное соответствие триглицеридов, хранящихся в организме.
Как показано на рисунке ниже, образование глицероловой части молекулы триглицерида обеспечивается α-глицерофосфатом, который является побочным продуктом реакции гликолитического расщепления глюкозы.
Общая схема синтеза триглицеридов из глюкозы
г) Эффективность превращения углеводов в жиры. Во время синтеза триглицеридов только 15% потенциально содержащейся в глюкозе энергии теряется в виде тепла. Остальные 85% преобразуются в энергию запасаемых триглицеридов.
д) Важность синтеза и хранения жиров. Синтез жиров из углеводов особенно важен в связи с двумя обстоятельствами.
1. Способность различных клеток организма запасать углеводы в виде гликогена выражена слабо. Только несколько сотен граммов гликогена может запасаться в печени, скелетных мышцах и всех других тканях организма, вместе взятых. В то же время могут запасаться килограммы жира, поэтому синтез жиров является способом, с помощью которого энергия, содержащаяся в избыточном количестве поступивших в организм углеводов (и белков), может запасаться, чтобы использоваться позднее. Количество энергии, которую запасает организм человека в виде жиров, приблизительно в 150 раз превышает количество энергии, запасаемой в виде углеводов.
2. Каждый грамм жиров содержит почти в 2,5 раза больше энергии, чем каждый грамм углеводов. Следовательно, при одном и той же массе тела организм может запасать в несколько раз больше энергии в виде жиров, чем в виде углеводов, что особенно важно, если необходима высокая степень подвижности, чтобы выжить.
Читайте также: Кубическая эпителиальная ткань особенности
е) Снижение синтеза жиров из углеводов при отсутствии инсулина. При отсутствии инсулина, как это бывает при тяжелом сахарном диабете, жиров синтезируется мало, если они вообще синтезируются, по следующим причинам. Во-первых, при отсутствии инсулина глюкоза не может попадать в сколько-нибудь существенных количествах в жировые ткани и клетки печени, что не обеспечивает образования достаточных количеств ацетил-КоА и НАДФ-Н, необходимых для синтеза жиров и получаемых при метаболизме глюкозы. Во-вторых, отсутствие глюкозы в жировых клетках существенно снижает количество наличного глицерофосфата, что также затрудняет образование триглицеридов.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Схема превращения глюкозы в жиры
Основная роль печени в углеводном обмене заключается в обеспечении постоянства концентрации глюкозы в крови. Это достигается регуляцией между синтезом и распадом гликогена, депонируемого в печени.
Влияние инсулина, глюкагона и адреналина на обмен жиров и углеводов.
Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови. Инсулин увеличивает проницаемость плазматических мембран для глюкозы, активирует ключевые ферменты гликолиза, стимулирует образование в печени и мышцах из глюкозы гликогена, усиливает синтез жиров и белков
Механизм действия глюкагона обусловлен его связыванием со специфическими глюкагоновыми рецепторами клеток печени. Это приводит к повышению опосредованной G-белком активности аденилатциклазы и увеличению образования цАМФ. Результатом является усиление катаболизма депонированного в печени гликогена (гликогенолиза)
Адреналин — катаболический гормон и влияет практически на все виды обмена веществ. Под его влиянием происходит повышение содержания глюкозы в крови и усиление тканевого обмена. Будучи контринсулярным гормоном и воздействуя на β2 адренорецепторы тканей и печени, адреналин усиливает глюконеогенез и гликогенолиз, тормозит синтез гликогена в печени и скелетных мышцах, усиливает захват и утилизацию глюкозы тканями, повышая активность гликолитических ферментов. Также адреналин усиливает липолиз (распад жиров) и тормозит синтез жиров
Роль пентозофосфатного пути обмена глюкозы для синтеза жиров
Глицеральдегид-3-фосфат в зависимости от условий и вида клеток может либо «проваливаться» во 2-й этап гликолиза либо через диоксиацетонфосфат восстанавливаться до глицерол-3-фосфата и далее направлятьяся в синтез триацилглицеролов.
Зависимость скорости биосинтеза жиров от ритма питания и состава пищи
После приема пищи концентрация хиломикронов в крови повышается, достигает максимума примерно через 5 ч, затем начинает снижаться.
Если во время приема пищи в печень поступает избыток глюкозы, который не используется для синтеза гликогена и других синтезов, то она превращается в липиды
Регуляция обмена жиров тесно сопряжена с регуляцией обмена глюкозы. Как и в случае обмена глюкозы, в регуляции обмена жиров важную роль играют гормоны инсулин, глюкагон, адреналин и процессы переключения фосфорилирования-дефосфори-лирования белков.
Напомним, что в печени после приема пищи ускоряется аэробный гликолиз и образование ацетил-КоА и оксалоацетата, а из них — цитрата (рис. 10.22; см. также рис. 10.5). Повышение концентрации цитрата активирует цикл переноса ацетильных остатков в цитозоль. В цитозоле в результате активации ацетил-КоА-карбоксилазы путем дефосфорилирования (см. рис. 10.10) ускоряется синтез жирных кислот. Одновременно стимулируется образование НАДФН в результате реакции малат -» пируват, а также в результате активации пентозофосфатного пути (инсулин индуцирует синтез глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы). Жирные кислоты и глицерол-3-фосфат, образующийся тоже из глюкозы, превращаются в жиры, которые в печени упаковываются в ЛОНП и секретируются в кровь, а в жировой ткани пополняют запасы жира в адипоцитах. Таким образом в печени и в жировой ткани при пищеварении одновременно активируются гликолиз и синтез жиров из глюкозы. Перенос ацил-КоА в митохондрии не происходит вследствие высокой концентрации малонил-КоА, который ингибирует карни-тин-ацилтрансферазу (см. рис. 10.22); следовательно, не происходит и [3-окис-ление жирных кислот.
Читайте также: Что такое терракотовая ткань
Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных нет, но у растений такие механизмы имеются.
Синтез происходит только из глицерина.
Строение кетоновых тел
Кетоацидозразвивается при уменьшении концентрации инсулина крови, существенном недостатке углеводов в пище при достаточном или избыточном потреблении белков и жиров, при отравлении алкоголем, при голодании.
Механизм развития кетоацидоза состоит в избыточном окислении жирных кислот, поступающих в печень с пищей или из жировой ткани (активация липолиза) либо недостаточно эффективное сжигание «алкогольного» ацетил-SКоА.
Кетонемия (повышение концентрации кетоновых тел в крови) возникает при нарушении равновесия — скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации периферическими тканями организма.
Кетонурия Повышенное выведение кетоновых тел с мочой; наблюдается при сахарном диабете, отравлениях ацетоном, голодании
Диабетический кетоацидоз (ДКА) обусловливается резкой недостаточностью регуляторного действия инсулина на обмен глюкозы и жира. При ДКА к эффектам высокой гипергликемии добавляются последствия увеличения печеночного синтеза и поступления в кровь кетоновых тел, так что количество их намного превышает потребность периферических тканей в энергии. Основные кетоновые тела — ацетоуксусная и Р-гидроксимасляная кислоты — являются сильными органическими кислотами; гиперкетонемия вызывает метаболический ацидоз с последующей дыхательной компенсацией, а резкое повышение экскреции с мочой ацетоуксусной и бета-гидроксимасляной кислот неизбежно приводит к дополнительным потерям Na и К.. В результате спонтанного декарбоксилирования ацетоуксусной кислоты в плазме накапливается ацетон, который медленно выводится из организма через дыхательные пути.
Уровень свободных жирных кислот в плазме и их поступление в печень резко увеличиваются. В норме инсулин регулирует окисление свободных жирных кислот и кетогенез в печени за счет непрямого торможения транспорта КоА-производных длинноцепочечных жирных кислот через внутреннюю мембрану митохондрий в их матрикс. Эти производные, попав в митохондриальный матрикс, быстро окисляются, а повышение скорости их окисления в печени сверх определенного предела автоматически приводит к увеличению и высвобождению ацетоуксусной кислоты; большая, но непостоянная часть последней перед выходом в плазму восстанавливается до бета-гидроксимасляной кислоты. Глюкагон стимулирует транспорт ацил-КоА-производных длинноцепочечных жирных кислот и их окисление и кетогенез в митохондриях печени, а нормальный противодействующий эффект инсулина при ДКА отсутствует. Соотношение p-гидроксимасляной и ацетоуксусной кислот, в норме составляющее 3:1, при ДКА резко возрастает, достигая иногда 8:1.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом