Транспорт и депонирование липидов

Поскольку липиды нерастворимы в воде, их транспорт по организму осуществляется в виде особых транспортных форм – хиломикронов и липопротеинов разной плотности. Эти транспортные формы представляют собой мельчайшие частички, во внутренних зонах которых находятся неполярные или слабополярные молекулы жиров, холестерола, стеридов, а в наружных слоях - полярные молекулы фосфолипидов и белков, способные смачиваться водой. Клетки слизистой оболочки кишечника могут образовывать такие хиломикроны с высоким содержанием липидов из продуктов пищеварения.

Из слизистой оболочки кишечника хиломикроны поступают в лимфатическую систему, а затем через грудной лимфатический проток попадают в кровь, которая разносит их по всему организму.

Проходя через капиллярную сеть различных тканей хиломикроны теряют часть своих фосфолипидов и холестерола, которые поступают в клетки этих тканей. Содержащиеся в хиломикронах триглицериды расщепляются ферментом липопротеинлипазой, закрепленным на внутренней поверхности капилляров, на глицерин и жирные кислоты. Особенно высока активность липопротеинлипазы в капиллярах печени и жировой ткани, меньше – в капиллярах сердечной и скелетных мышц. Образовавшиеся жирные кислоты поступают в клетки указанных тканей, где используются для синтеза специфических для организма липидов. Специфичность липидов заключается преимущественно в ином, чем в пищевых липидах, наборе и расположении жирных кислот, аминоспиртов.

Особенно интенсивно синтез жиров может происходить в печени и в жировой ткани. Поскольку печень обладает ограниченной способностью для накопления липидов, она включает образованные в ней жиры и фосфолипиды в состав особых транспортных форм: соединений липидов с белками – липопротеинов. Липопротеины доставляют эти липиды в разные ткани, в первую очередь в жировую ткань.

Поступившие в печень жирные кислоты могут не только участвовать в синтезе специфических липидов, но и подвергаться видоизменениям. Может происходить удлинение или укорочение их углеродной цепи, взаимопревращение предельных и непредельных жирных кислот. Часть таких (прошедших модернизацию) жирных кислот может вновь выйти в кровь и попасть в другие ткани, в первую очередь, жировую ткань, где включаются в состав резервного жира. Кроме указанных, в печени могут происходить и другие превращения липидов: преобразование жиров в фосфолипиды, образование стеридов, желчных кислот из холестерола.

Глицерин, поступивший из пищеварительной системы в кровь, поглощается преимущественно печенью, где из него может образоваться глюкоза. В другие ткани глицерин практически не попадает. В процессы синтеза липидов в различных тканях включается глицерин, образующийся непосредственно в клетках этих тканей из промежуточного продукта превращений углеводов (гликогена и глюкозы) – фосфоглицеринового альдегида.

Жиры преимущественно откладываются в запас, другие липиды включаются в состав клеточных структур, используются как сырье для синтеза важных для организма соединений (гормонов, желчных кислот, простагландинов и др.) или выполняют самостоятельные функции.

Перераспределение липидов по организму осуществляемся кровью. Липиды являются обязательной составной частью крови. Содержание липидов в крови зависит от времени суток, состава принятой пищи, возраста. Утром натощак содержание липидов в крови составляет 500-600 мг% (500-600 миллиграммов на 100 мл крови), из которых около 200 мг приходится на фосфолипиды, по 130-160 мг составляют жиры и холестерол (включая его эфиры), 18-20 мг составляют свободные жирные кислоты.

После приема пищи, в состав которой входят липиды, их содержание в крови повышается (алиментарная гиперлипемия). При этом увеличивается содержание тех липидных фракций, которые присутствовали в пище. Степень повышения связана с содержанием липидных фракций в пище. Гиперлипемия проявляется через 2-3 часа после приема пищи, содержащей липиды, и достигает максимума через 4-6 часов. К концу 9 часа уровень жира в крови возвращается к норме.

Диссимиляция липидов

Из всех липидов наиболее быстро метаболизирующей частью являются жиры. Это связано с тем, что жиры второй (после углеводов) по значимости источник энергии. Основная масса находящихся в организме жиров служит запасным источником энергии. Те жиры, которые выполняют иные функции (например, структурные функции), расщепляясь, также участвуют в энергетическим обеспечении организма. Ежедневно за счет расщепления жиров покрывается до 30 и более процентов энергетических потребностей организма человека.

Говоря о расщеплении жиров, необходимо подчеркнуть следующую особенность. Жиры (запасные, структурные) содержатся практически в каждой клетке организма. Среди этих клеток есть специализированные, предназначенные исключительно для хранения жиров (клетки жировой ткани). В определенной степени аналогичную функцию выполняют и клетки печени. Процессы расщепления жиров, хранящихся в таких специализированных клетках, характеризуются рядом особенностей.

Первоначально остановимся на превращениях жиров в клетках тканей, не предназначенных исключительно для их хранения, например, мышечных. Все эти превращения происходят внутри самих этих клеток, а их скорость определяется, в первую очередь, энергетическими потребностями клеток.

Процесс использования жиров (мобилизация) начинается с их расщепления на глицерин и жирные кислоты под действием фермента тканевой липазы, активность которой повышается под влиянием симпатической нервной системы и целого ряда гормонов: адреналина, норадреналина, глюкагона, адренокортикотропина, тиреотропина и некоторых других. Гормон инсулин, молочная и пировиноградная кислоты, кетоновые тела, напротив, подавляют активность тканевых липаз и препятствуют расщеплению липидов.

Далее остановимся на превращениях каждого из продуктов мобилизации липидов.

Окисление глицерина

На первом этапе этих превращений затрачивается энергия: глицерин вступает в реакцию с АТФ с образованием глицерофосфата и АДФ. На следующем этапе превращений происходит окисление фосфоглицерина и его превращение в фосфодиоксиацетон (рис. 42).

глицерин фосфоглицерин фосфодиоксиацетон

Рис. 42. Начальные этапы использования глицерина в качестве источника энергии

Перенос водорода с НАД-Н_2, образующегося в ходе этой реакции, на кислород по цепи дыхательных ферментов сопряжен с ресинтезом трех молекул АТФ. Таким образом, не только компенсируются первоначальные затраты энергии, но и образуется две дополнительных молекулы АТФ.

Фосфодиоксиацетон преобразуется в свой изомер – фосфоглицериновый альдегид, дальнейшие превращения которого тождественны превращениям, происходящим в процессе окисления углеводов (рис. 43).

фосфодиоксиацетон фосфоглицериновый

альдегид

Рис. 43. Превращение фосфодиоксиацетона в фосфоглицериновый альдегид

Через несколько этапов он превращается в пировиноградную кислоту (ПВК), затем в ацетил-К_оА, превращения которого завершаются в цикле трикарбоновых кислот (ЦТКК). Конечными продуктами окисления глицерина являются Н₂О и СО₂.

Глицерин является достаточно энергоемким веществом. При полном (до СО₂и Н₂О) окислении одной молекулы глицерина освобождается энергия, за счет которой может быть ресинтезирована 22 молекулы АТФ (с учетом затрат одной молекулы АТФ на начальном этапе превращений).

Окисление жирных кислот

Главный путь расщепления жирных кислот в организме получил название β-окисления. Оно начинается с активации жирных кислот, которое происходит в цитоплазме клеток при участии АТФ и кофермента А (рис. 44).

Рис. 44.ß-окисление жирныхкислот

 

Независимо от того, какая жирная кислота была активирована, полученное соединение называется ацил-коферментом А (ацил-К_оА).

Дальнейшие превращения ацил-К_оА происходят в митохондриях клеток. Ацил-К_оА сам не способен проникать внутрь митохондрий и поступает туда с помощью карнитина (витамина В_т). Ацил-К_оА образует с карнитином комплекс (ацил-карнитин). Ацил-карнитин в результате активного транспорта поступает в митохондрии, где распадается с образованием свободного ацил-К_оА, который и включается в процесс β-окисления.

Процесс β-окисления включает пять последовательных реакций и завершается отщеплением от ацил-К_оА двухуглеродного фрагмента в виде ацетил-К_оА. Ацетил-К_оА вступает в превращения цикла трикарбоновых кислот, в результате чего распадается на конечные продукты обмена веществ СО₂ и Н₂О. За счет освободившейся при этом энергии ресинтезируется 12 молекул АТФ.

Укороченный ацил-К_оА подвергается новому циклу β-окисления, завершающемуся отщеплением от него следующей молекулы ацетил-К_оА. И так продолжается до тех пор, пока вся жирная кислота, имеющая в своем составе четное число атомов углерода, не распадается на соответствующее количество ацетил-К_оА.

Энергетический эффект окисления жирных кислот связан не только с расщеплением образовавшихся при их β-окислении ацетил-К_оА в цикле трикарбоновых кислот. Сам процесс β-окисления включает две стадии окисления (отщепления водорода) при участии ФАД- и НАД-зависимых дегидрогеназ. Перенос водорода с ФАД-Н₂ и НАД-Н₂ на кислород по цепи дыхательных ферментов сопровождается освобождением энергии, за счет которой могут быть ресинтезированы, соответственно, 2 и 3 молекулы АТФ. Таким образом, каждый цикл ß-окисления обеспечивает ресинтез 5 молекул АТФ.

Полный энергетический эффект окисления жирных кислот рассмотрим на примере стеариновой кислоты – С₁₇Н₃₅СООН. Содержащая 18 атомов углерода стеариновая кислота в процессах последовательного β-окисления распадается на 9 ацетил-К_оА, каждый из которых. окисляясь в цикле трикарбоновых кислот, может обеспечить ресинтез 12 молекул АТФ:

12×9=108 мол. АТФ

Для того чтобы стеариновая кислота распалась на 9 молекул ацетил-К_оА, должно произойти 8 циклов β-окисления. За счет энергии, освобождающейся в каждом цикле β-окисления, может быть ресинтезировано 5 молекул АТФ:

5×8=40 мол. АТФ

Суммарный энергетический эффект окисления стеариновой кислоты будет составлять: 108+40=148 мол. АТФ. Из этой суммы необходимо вычесть затраты энергии на начальную активацию жирной кислоты.

Говоря об энергетическом эффекте окисления жирных кислот, глицерина или жиров в целом, мы имеем в виду только ту часть освобождающейся энергии, которая может фиксироваться в химических связях молекул АТФ. Эта доля составляет около 56% от освобождающейся энергии. Оставшиеся 44% энергии освобождаются в виде тепла и в обычных условиях обеспечивают поддержание температуры тела организма, т.е. по существу также используются полезно.