Тема. Липиды: классификация, структура, функции. Роль в построении мембран. Обмен липидов.

План:

1. Липиды, общая характеристика и классификация липидов.

2. Простые липиды, жиры, воски, стериды. Сложные липиды: фосфолипиды, гликолипиды.

3. Биологические функции липидов.  Роль липидов в построении мембран.

4. Обмен липидов.

5. Энергетический эффект распада жиров.

Липиды это вещества нерастворимые в воде, растворимы в органических растворителях (спирт, ацетон, петролейный, серный эфиры и т.д.), представляют собой  сложные эфиры высших жирных кислот и различных спиртов. В состав липидов могут входить углеводы неорганические кислоты, азотсодержащие вещества.

Классификация липидов.

Различают следующие основные классы липидов:

Простые липиды: сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами:

- Глицериды (ацилглицерины, или ацилглицеролы - по международной номенклатуре) представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот.

- Воска: сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных или двухатомных спиртов.

Стериды – сложные эфиры высших жирных кислот и спирта стерола

Сложные липиды: сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие и другие группы.

-          Фосфолипиды: липиды, содержащие, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав входят азотистые основания и другие компоненты: глицерофосфолипиды (спирт - глицерол); сфинголипиды (спирт - сфингозин).

-          Гликолипиды (гликосфинголипиды).

-          Стероиды.

-          Липопротеины

Воска - сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных или двухатомных спиртов с числом углеродных атомов от 16 до 22. Общие формулы можно представить так:

Воска входят в состав жира, покрывающего кожу, шерсть, перья. У растений 80% от всех липидов, образующих пленку на поверхности листьев и плодов, составляют воска. Воска являются нормальными  метаболитами  некоторых  микроорганизмов.   Природные воска (например, пчелиный воск, спермацет, ланолин) обычно содержат, кроме указанных сложных эфиров, некоторое количество свободных жирных кислот, спиртов и углеводородов с числом углеродных атомов 21-35.

Фосфолипиды представляют собой сложные эфиры многоатомных спиртов: глицерина или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В состав фосфолипидов входят также азотсодержащие соединения: холин,  этаноламин  или  серин.

Фосфолипиды (глицерофосфолипиды). Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты. В их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов:

В этих формулах R₁ и R₂- радикалы высших жирных кислот, а R₃- чаще радикал азотистого соединения - этаноламин (НО — СН₂ — СН₂ — N ⁺Н₃), холин [НО — СН₂ — СН₂ — Na⁺(СН₃)₃]. -

. Для всех глицерофосфолипидов характерно, что одна часть их молекул (радикалы R₁ и R₂-) обнаруживает резко сраженную гидрофобность, тогда как другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R₃.

Фосфатидилхолины (лецитины). В состав  молекулы входят  глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорная кислота и холин:

Биологические функции липидов:

Энергетическая - эту функцию выполняют жирные кислоты, освобождающиеся после распада жиров.

Структурную - фосфолипиды, гликолипиды и холестерин участвуют в образовании клеточных мембран.

Холестерин является структурным компонентом мембран, а также предшественником желчных кислот и стероидных гормонов.

Регуляторная функция - производные некоторых полиненасыщенных жирных кислот биологически активные вещества - (простагландины), Поэтому эти жирные кислоты представляют собой незаменимые пищевые факторы.

Транспортную - вместе с жирами при всасывании в организм поступают жирорастворимые витамины (А, Е, D, К).

Липиды плохо растворимы в воде (гидрофобность)

Некоторые (гликолипиды, фосфолипиды, желчные кислоты) амфифильны, так как имеют в своем составе гидрофильные и гидрофобные части.

Расщепление липидов в желудочно-кишечном тракте. Расщепление липидов происходит в 12-перстной кишке, куда поступают липаза с соком поджелудочной железы и конъюгированные желчные кислоты в составе желчи.

 Эмульгирование жира - обязательное условие для переваривания, так как делает гидрофобный субстрат более доступным для действия гидролитических ферментов - липаз.

Эмульгирование происходит при участии желчных кислот , которые из-за своей амфифильности, окружают каплю жира и снижают поверхностное натяжение, что приводит к дроблению капли.

Гидролиз жира осуществляется при участии панкреатической липазы , которая, сорбируясь на поверхности капель жира, расщепляет эфирные связи в триацилглицеринах (ТАГ).

Всасывание происходит при участии желчных кислот, которые образуют вместе с моноацилглицеринами, холестерином и жирными кислотами смешанные мицеллы - растворимые комплексы, обеспечивающие переход продуктов гидролиза в клетки слизистой кишечника.

Ресинтез триацилглицеринов из продуктов расщепления происходит в клетках слизистой кишечника.

Транспорт ресинтезированного жира через лимфатическую систему и кровоток возможен только после включения его в состав липопротеинов.

В кишечнике образуются два типа липопротеинов: хиломикроны - ХМ и в небольшом количестве липопротеины очень низкой плотности - ЛОНП. В составе хиломикронов экзогенные жиры доставляются в органы и ткани.

 Потребность в жирах составляет 50-100 г в сутки - в зависимости от характера питания и энергетических затрат.

Депонирование и мобилизация жиров

Жиры, как и гликоген, являются формами депонирования энергетического материала. Жиры более эффективные источники энергии . При голодании запасы жира у человека истощаются за 5-7 недель, тогда как гликоген полностью расходуется примерно за сутки. Если поступление жира превышает потребности организма в энергии, то жир депонируется в адипоцитах - специализированных клетках жировой ткани.

1. Поступают из хиломикронов, которые приносят экзогенные жиры из кишечника

2. Поступают из ЛОНП, которые транспортируют эндогенные жиры, синтезированные в печени из глюкозы

3. Образуются из глюкозы в самих клетках жировой ткани.

Обмен липидов.

Под действием липазы жиры гидролизуются с образованием глицерина и высших жирных кислот.

Глицерин, не зависимо от того, поступит ли он на ресинтез жиров или будет распадаться далее, подвергается фосфорилированию

                         Глицерокиназа           глицерофосфатдегидрогеназа

Глицерин + АТФ               глицерофосфат                              диоксиацетонфосфат

                                                               НАД       НАДН

Диоксиацетонфосфат изомеризуется в 3-фосфоглицериновый альдегид и вступает в реакции обмена.

Жирные кислоты транспортируются кровью в виде комплексов с  сывороточными альбуминами в разные органы и ткани, где включаются в процесс окисления.

Окисление жирных кислот. Окисление жирных кислот происходит путем  β -окисления

Ненасыщенные жирные кислоты предварительно восстанавливаются до предельных.

Процесс распада осуществляется ступенчато, путем отщепления от молекулы кислоты двухуглеродных фрагментов в виде ацетил - КоА.

Жирная кислота поступает из кровотока в цитозоль и активируется путем конденсации с коферментом А (КоА), образуется тиоэфир.

β -окисление происходит в митохондриях клетки. 

Для того чтобы пройти через митохондриальную мембрану, жирной кислоте необходим специальный переносчик - карнитин . Поэтому сначала ацильная группа переносится с ацил-СоА на карнитин. Ацил-карнитин пересекает мембрану и отдает свой ацильный фрагмент снова на кофермент А. Ферментом этой обратимой реакции служит ацил-карнитинтрансфераза .

Первая фаза – активирование высшей жирной кислоты путем образования ацил КоА

С₁₇Н₃₅СООН   +  НSКоА + АТФ               С₁₇Н₃₅СО~ SКоА +            АМФ + Н₄Р₂О₇

Стеариновая кислота

Фермент – ацилкоэнзим-А синтаза.

Вторая фаза состоит в окислении ацилКоА при участии ФАД -зависимой дегидрогеназы

С₁₅ Н₃₁-СН₂-СН₂- СО~ SкоА                                       С₁₅ Н₃₁-СН = СН- СО~ SКоА

Стеарил КоА                                                              α, β дегидростеарил КоА    

                                             ФАД    ФАДН₂

Третья фаза – присоединение воды по месту двойной связи

С₁₅ Н₃₁-СН=СН- СО~ SКоА  + Н₂О                     С₁₅ Н₃₁-СН–СН₂- СО~ SКоА 

                                                                                 ОН

                                                                             α, β оксистеарил КоА    

фермент гидратаза.

Четвертая фаза – окисление – дегидрирование с участием НАД-зависимых дегидрогеназ

С₁₅ Н₃₁-СН–СН₂- СО~ SКоА                                С₁₅ Н₃₁-С–СН₂- СО~ SКоА 

 ОН                           НАД           НАДН₂              О

                                                                                    β кетостеарил КоА    

Пятая фаза распада- перенос новой ацильной группировки на НSКоА

           С₁₅ Н₃₁-С–СН₂- СО~ SКоА +  НSКоА                          С₁₅Н₃₁СО~ SкоА

   О

                  Пальмитил КоА                                 

+ СН₃СО~ SКоА

  ацетил КоА

Фермент – тиолаза.

Т.О. кислота укорачивается на 2 углеродных атома. Далее цикл повторяется

Конечным продуктом распада жирных кислот с четным числом атомов – ацетил КоА, с нечетным - ацетил КоА и пропионил КоА.

                                            СН₃           ОН   ОН

НS-СН₂-СН₂-NН-СО-СН₂- СН₂-NН-СО- СНОН-С- СН₂-О-Р-О-Р-О-СН₂-рибозо3фосфат-аденин                                                                                                                       

                                                         СН₃             О      О

Коэнзим А – остаток тиоламина, остаток пантотеновой кислоты, остаток 3- фосфоаденозин-5-дифосфата.

Конечным итогом повторяющихся циклов β -окисления будет окисление всей ацильной цепи до ацетил-СоА, который затем может включаться в цитратный цикл для полного окисления.

Распад фосфатидов.1) Гидролитический путь. Фосфатиды распадаются на компоненты: глицерин, высшие жирные кислоты, фосфорную кислоту, азотистые вещества.

Ферменты – фосфолипазы – Классифицируются по месту расщепления и делятся на 4 типа:

А В С Д

С действия одного из этих ферментов начинается распад фосфатидов

                                 С                                         Д        холин

Глицерин фосфорилируется и поступает в обменные реакции

ВЖК окисляется до СО₂ и Н₂О

Фосфорная кислота поступает в метаболитный фонд   

Холин взаимодействует с ацетил-КоА – образуется ацетилхолин – вещество , осуществляющее передачу нервных импульсов.

Биосинтез фосфатидов.

Схема синтеза:

глицерин                        фосфоглицерин                 фосфатидная кислота          

 диглицерид                                   ЦДФ Х (цитидиндифосфатхолин)                 

ФОСФАТИД + ЦМФ

ЦДФ + холин                             ЦДФ-холин

ЦДФ-холин   + диглицерид                       фосфатид  + ЦМФ

Фермент – 1,2 диацилглицеролхолинфосфотрансфераза.

Биосинтез жирных кислот.

Схема синтеза высших жирных кислот

СО₂ + ацетил КоА + АТФ + Н₂О

                               Фермент – ацетил-КоА карбоксилаза

СООН- СН₂ – СО –SКoA + АДФ + Н₃РО₄

малонилКоА

СООН- СН₂ – СО –SкoA + ацетил КоА

                                             Фермент трансацилаза

СН₃- СО - СН₂ – СО –SкoA + НSКоА

β - кетобутирил КоА

                   НАДН₂               фермент кетоацилредуктаза

                      НАД

СН₃- СНОН - СН₂ – СО –SкoA

β- оксибутирил КоА

                                             фермент - дегидротаза

                                                  Н₂О

СН₃- СН = СН – СО –SКoA

Кротонил КоА

                                                     НАДФН₂

                                                    НАДФ+          фермент еноилредуктаза

СН₃- СН₂ - СН₂ – СО –SКoA

бутирил КоА

Произошло удлинение цепи на два «С» атома, цикл продолжается дальше до образования высшей жирной кислоты.

Фермент ацетил – КоА-трансфераза

Проявляет свою активность при присоединении лимонной кислоты,

Фосфорилирование фермента понижает активность, дефосфорилирование – повышает.

Синтез триглицеридов. Синтез триацилглицеридов осуществляется путем трансацилирования

В синтезе участвуют :

α -фосфоглицерин

Ацил КоА

Ферменты – ацилтрансферазы

1 Образование  α –фосфоглицерина

глицерин + АТФ                                  глицерофосфат

2. Образование фосфатидной кислоты

глицерофосфат +2 R-СО-SКоА                        фосфатидная кислота

фермент ацилтрансфераза

фосфатидная кислота + Н₂О                              диглицерид + Н₃РО₄

фермент – фосфатидатфосфогидролаза

3. Образование триглицерида

диглицерид + R-СО-SКоА                          триглицерид

фермент – ацилтрансфераза.

Обмен стеридов. При распаде, стериды   гидролизуются на жирную кислоту и стерол. Реакция гидролиза ускоряется холестеролэстеразой, действующей также на сложные эфиры других стеролов.

Видоизменение спиртов состоит в восстановлении стеролов по двойным связям. Так, холестерол у человека и высших животных превращается в дигидрохолестерол (холестанол), который в виде конформера выводится из организма:

Более сложный характер носит видоизменение стеролов путем окисления. До 80% холестерола превращается в печени в различные холевые кислоты. При более полном окислении стеролов могут возникнуть стероидные гормоны. Таким образом, часть стеролов превращает­ся в процессе окисления в различные соединения, выполняющие в организме важные функции.

Синтез стеролов и стеридов. Синтез стеролов осуществляется из ацетил-КоА в качестве исходного вещества. Процесс ускоряется специфическими фосфотрансферазами.

В результате многочисленных реакций непредельный углеводород — сквален, соста­вленный из 6 изопреноидных группировок.

Молекула сквалена легко принимает пространственную конфигурацию, близкую к пространственной конфигурации стеролов,.

При распределении электронной плотности происходит замыкание (показано стрелками) шестичленных и пятичленных циклов, характерных для стеролов. Схема указанного перехода скваленоксида в стерол представлена ниже:

Биосинтез стеридов протекает путем переноса остатка высшей жирной кислоты от молекулы ацил-КоА на место водорода ОН-группы стерола при каталитическом воздействии холестерол-ацилтрансферазы:

Энергетика окисления липидов. Рассмотрим на примере окисления жирных кислот За один цикл β -окисления образуется 1 молекула ацетил-СоА, окисление которого в цитратном цикле обеспечивает синтез 12 моль АТФ. Кроме того, образуется 1 моль ФАДH₂ и 1 моль НАДH, при окислении которых в дыхательной цепи синтезируется соответственно 2 и 3 моль АТФ (в сумме 5).

Таким образом, при окислении, например, пальмитиновой кислоты (С16) происходит 7 циклов β -окисления, в результате которых образуется 8 молей ацетил-СоА, 7 молей ФАДH₂ и 7 молей НАДH+Н. Следовательно, выход АТФ составляет 35 АТФ в результате β -окисления и 96 АТФ в результате цитратного цикла, что соответствует в сумме 131 моль АТФ.

Скачано с www.znanio.ru