Химическое строение и биологическая роль липидов. Бета-окисление жирных кислот и окисление глицерола. Синтез жирных кислот и холестерола (источники НАДФН). Биологическое значение
Липиды - это группа соединений, не растворимых в воде, но растворимых в органических растворителях (спирт, эфир и др.).
Классификация липидов
Липиды делят на 2 группы: неомыляемые (не содержат жирных кислот) и омыляемые. К неомыляемым липидам относят стероиды, каротиноиды и терпеноиды (построены из изопреновых остатков).
Омыляемые липиды делят на простые и сложные. К простым липидам относят жиры – триацилглицеролы, или триглицериды (резерв энергии) и воски - эфиры одноатомного спирта с жирной кислотой (кожное сало).
У мужчины массой 70 кг имеются следующие энергетические резервы (топливные молекулы): 100000 ккал (420000 кДж) в форме триацилглицеролов (нейтральный жир), 25000 ккал (100000 кДж) в белках (преимущественно в белках мышц), 600 ккал (2500 кДж) в гликогене и 40 ккал (170 кДж) в глюкозе.
2. Функции липидов:
1) пластическая – липиды входят в состав мембран и определяют их свойства (проницаемость, жидкостность, передача нервного импульса и др.);
2) энергетическая – липиды служат энергетическим материалом для организма; при окислении 1 г жира выделяется 39 кДж/моль энергии, что в 2 раза больше, чем при окислении 1 г белков или углеводов (липиды - долгосрочный резерв энергии);
3) защитная – липиды предохраняют тело и органы от механического повреждения и сохраняют тепло (подкожный жир, жировая капсула почек, сальник в брюшной полости);
4) регуляторная функция (эйкозаноиды, стероидные гормоны);
5) эмульгирование жиров (пищеварение), стабилизация липидсодержащих жидкостей (желчь) и транспорт гидрофобных молекул (мицеллы, липопротеины). С нарушениями обмена липидов связаны такие заболевания как атеросклероз, ожирение, желчнокаменная болезнь и др.
6) являются растворителем для жирорастворимых витаминов.
3. Характеристика жирных кислот. Жирные кислоты, входящие в состав омыляемых липидов, могут быть насыщенными и ненасыщенными, как правило, содержат четное число углеродных атомов (14-20) и являются неразветвленными. Наиболее распространенными являются пальмитиновая (16С) и стеариновая (18С) кислоты.
Жирные кислоты выполняют 4 функции:
1. Жирные кислоты являются строительными блоками для фосфолипидов и гликолипидов. Эти амфипатические молекулы являются важнейшими компонентами мембран.
2. Многие белки модифицируются при ковалентном связывании с жирными кислотами, определяя тем самым свое положение в мембранах.
3. Жирные кислоты являются топливными молекулами. Они запасаются в виде триацилглицеролов. При их освобождении и окислении освобождается много энергии.
4. Жирные кислоты и их производные выполняют регуляторную функцию (например, эйкозаноиды).
Незаменимыми (эссенциальными) являются линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты. При достаточном поступлении с пищей линолевой кислоты имеется адекватный синтез арахидоновой кислоты. Незаменимые жирные кислоты выполняют три важные функции:
1) из них образуются биорегуляторы - эйкозаноиды;
2) необходимы для построения мембран (обеспечивают текучесть мембраны);
3) участвуют в транспорте холестерола и образовании липопротеинов.
Эйкозаноиды
Эйкозаноиды - это производные эйкозаполиеновых жирных кислот, т.е. С20-жирных кислот (арахидоновой кислоты).
Их делят на простаноиды и лейкотриены. Термин простагландины часто используют для обозначения всех простаноидов (рис. 1).
Эйкозаноиды
 | |||
 | |||
Простаноиды Лейкотриены
 |  |  | |||
простагландины тромбоксаны простациклины
Рис. 1. Классификация эйкозаноидов
Синтез эйкозаноидов катализируется тремя ферментами, два из которых регулируются (рис. 2).
Рис. 2. Синтез эйкозаноидов
Переваривание липидов
Основными липидами, поступающими с пищей в организм человека, являются триацилглицеролы (60-80 г/сутки), фосфолипиды (1-2 г/сутки), холестерол и его эфиры (300-500 мг/сутки).
4.1. Переваривание триацилглицеролов. Из поступающих триацилглицеролов более 85% подвергаются расщеплению в желудочно-кишечном тракте. В ротовой полости нет ферментов и условий для переваривания триацилглицеролов.
С желудочным соком выделяется желудочная липаза, однако ее роль в гидролизе триацилглицеролов невелика. Это обусловлено тем, что:
1) содержание этого фермента в желудке незначительно;
2) рН желудочного сока не соответствует оптимуму рН для фермента (оптимальное значение для липазы 5,5-7,5);
3) в желудке отсутствуют условия для эмульгирования триацилглицеролов.
Поэтому у взрослых людей неэмульгированные триацилглицеролы проходят через желудок без изменений.
У новорожденных детей величина рН в желудке около 5 и липиды молока находятся в эмульгированном состоянии, поэтому процесс переваривания их в желудке происходит активно. Переваривание липидов у детей происходит в желудке под действием лингвальной липазы, которая синтезируется слизистой оболочкой корня языка в ответ на сосательные и глотательные движения при кормлении. Активность лингвальной липазы не успевает проявиться в полости рта и основным местом ее действия является желудок.
Основная масса пищевых триацилглицеролов подвергается расщеплению в тонком кишечнике высших животных и человека при действии липазы панкреатического сока. Она расщепляет триацилглицеролы, находящиеся в эмульгированном состоянии, т.к. фермент действует на границе между водной и липидной фазой.
Эмульгирование
Эмульгирование является процессом разделения липидов на маленькие капли при снижении поверхностного натяжения. В эмульгировании липидов принимает участие ряд факторов:
1. Желчные кислоты, поступающие в кишечник с желчью в виде конъюгатов с глицином или таурином.
Желчные кислоты, синтезируемые в организме человека, являются С24 насыщенными карбоновыми кислотами – производными холановой кислоты, имеющими в основе строения циклопентанпергидрофенантрен. Синтезируются в печени из холестерола и являются главным путем выведения холестерола из организма. У человека из холестерола синтезируются 2 первичные желчные кислоты: холевая кислота (3,7,12-тригидроксихолановая) и хенодезоксихолевая (3,7-дигидроксихолановая) кислота. Эти желчные кислоты конъюгируются с таурином или глицином (R) до секреции в желчь. Желчные кислоты накапливаются в желчи, секретируются в тонкий кишечник, активно абсорбируются в терминальной части ileum специфическими транспортными системами и возвращаются в печень через портальную вену. Таким образом, желчные кислоты подвергаются кишечно-печеночной рециркуляции несколько раз в день.
Процесс эмульгирования жиров пищи включает следующие этапы:
1. Соли желчных кислот адсорбируются на поверхности капелек жира, снижают поверхностное натяжение, тем самым, обеспечивая дробление крупных капель жира на мелкие капли. Кроме того, желчные кислоты стабилизируют эмульсию, адсорбируясь на поверхности капелек жира в виде тончайшей пленки.
2. Перистальтика кишечника механически разбивает жир на капли.
3. Пузырьки углекислого газа, которые образуются при нейтрализации кислого содержимого желудка бикарбонатами, поступающими из поджелудочной железы (эффект секретина), дробят капли жира.
4. Поверхностно активные вещества (пептоны, лизофосфолипиды и др.) способствуют эмульгированию пищевых жиров.
Панкреатическая липаза вырабатывается в неактивной форме и в 12-перстной кишке происходит активация липазы путем образования комплекса с низкомолекулярным белком – колипазой в молярном соотношении 2:1. Комплекс адсорбируется на поверхности капелек жира и гидролизует сложноэфирные связи триацилглицеролов. Специфичность действия липазы определяется положением эфирных связей в триацилглицероле. Фермент активен по отношению к гидролизу внешних эфирных связей в α(1)- и α¢(3)-положениях, в результате чего образуется β(2)-моноацилглицерол. Гидролиз эфирной связи в β-положении 2-моноацилглицерола идет уже более медленно и преимущественно катализируется липазой, секретируемой железами тонкого кишечника. Таким образом, гидролиз триацилглицеролов идет ступенчато, и только часть 2-моноацилглицеролов (не более 50%) гидролизуется до глицерола и жирных кислот.
Если продукция желчных кислот в печени нарушена, то при поступлении в организм более 30 г/сутки липидов обнаруживаются капли непереваренных жиров в кале (стеаторея).
Переваривание глицерофосфолипидов
Распад глицерофосфолипидов происходит в кишечнике при участии фосфолипаз, секретируемых поджелудочной железой. Известно несколько типов фосфолипаз.
Фосфолипаза А1 гидролизует эфирную связь в первом положении глицерофосфолипида.
Фосфолипаза А2 катализирует гидролитическое отщепление жирной кислоты во втором положении глицерофосфолипида. В результате действия фосфолипазы А2 образуются лизофосфолипиды и жирные кислоты.
Фосфолипаза А2 поджелудочной железы поступает в полость тонкого кишечника в неактивной форме и активируется трипсином. Накопления лизофосфолипидов в кишечнике обычно не происходит, поскольку одновременно на глицерофосфолипиды действуют обе фосфолипазы А1 и А2.
Фосфолипаза С вызывает гидролиз связи между фосфорной кислотой и глицерином, что ведет к образованию диацилглицеролов.
Фосфолипаза Д расщепляет эфирную связь между азотистым основаием и фосфорной кислотой с образованием свободного основания и фосфорной кислоты.
Таким образом, в результате действия фосфолипаз глицерофосфолипиды расщепляются до глицерола, высших жирных кислот, азотистого основания и фосфорной кислоты.
4.4.Эфиры холестерола гидролизуются панкреатической холестеролэстеразой на холестерол и жирную кислоту.
