Обмен липидов

Как уже отмечалось, начало органическим соединениям и всему живому на Земле было положено фотосинтезом углеводов.

В организме животного, в микроорганизмах и высших растениях углеводы трансформируются в жиры. Очень энергично образуются жиры в созревающих семенах и плодах.

Биосинтез жиров осуществляется в цитоплазме клетки.

Как будет показано далее, жирные кислоты синтезируются на основе

о

двухуглеродных молекул ацетил-КоА (h3C-C-S-KoA> или Ас - S - КоА).

Следовательно, для конструирования молекулы пальмитиновой кислоты (С,6) требуется 8 таких молекул. Одна молекула глюкозы в условиях аэробного окисления продуцирует 2 мол. Ac-S-KoA и 2 мол. СО2. То есть, непосредственно на синтез указанной кислоты требуется 4 мол. глюкозы. Однако, как уже отмечалось, жиры более энергоемки, чем сахара. Трансформируя глюкозу в жир, организм тем самым запасается энергией. Необходимая для синтеза жирной кислоты энергия получается за счет аэробного окисления дополнительной порции глюкозы. Весьма производительным в этом плане, как показано в п. 7.2, является «сгорание» молекул в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК) и окисление образующегося при этом водорода в дыхательной цени. Эти процессы связаны с образованием ССЬ и расходованием кислорода.

Итак, синтез жирных кислот происходит при доступе кислорода с интенсивным образованием СО2 и связан со значительными затратами энергии.

Формально синтез молекулы стеариновой можно представить уравнением:

Энергозатраты на один моль потребленной глюкозы составляют порядка 792,0 кДж.

Как видно, дыхательный коэффициент ССЬ/СЬ в этом случае должен быть равным трем, что подтверждается, естественно, с определенной погрешностью, на практике.

Биосинтез липидов

Схема синтеза жира из углеводов представляется следующим образом:

Главным источником компонентов жира являются глюкоза и фруктоза. Однако некоторые микроорганизмы, например, различные виды Fusarium, образуют жир из пентоз, а пекарские дрожжи (Torulopsis lipofera и др.) - из пировиноградной и уксусной кислот, этилового спирта и ацетальдегида. Уксусная кислота легко превращается в жир в организмах животных и высших растений.

Глицерин, необходимый для синтеза жиров, образуется путем восстановления глицеринового альдегида, который в свою очередь продуцируется фруктозодифосфатом под действием фермента альдолазы:

Метаболическая цепь превращений, связанных с биосинтезом жирных кислот, начинается со взаимодействия ацетилированного по

О

группе SH кофермента A (h3c-c-s-KoA) с СО2, в результате чего образуется производное малоновой кислоты - малонил-S-KoA:

Реакция катализируется ферментом карбоксилазой, в структуру которого включен кофермент биотин. Далее реализуется биологический аналог малонового синтеза: новая молекула ацетил-S-KoA аце- тилирует образовавшийся малонил-КоА по метиленовой группе (СНЬ) с последующим декарбоксилированием продукта ацилирования. Предварительно переносчик ацильных радикалов - кофермент А - под влиянием трансфераз замещается ацилнереносищим белком (АПБ), включенным в синтстазу жирных кислот (полифункциональный комплекс 6 ферментов).

На следующей сталии образовавшийся бутирил-8-АПБ ацилиру- ет новую молекулу малонил-Б-АПБ. И снова реализуется декарбокси- лирование р -кетокислоты и цепь превращений, показанных выше, с образованием ацильного производного гексановой кислоты. Таким образом, каждая последующая молекула малонил- S-АПБ удлиняет цепь синтезируемой кислоты на два атома углерода.

Суммарное уравнение синтеза, например, пальмитиновой кислоты отражает участие семи молекул малонил-КоА.

Используемый в качестве исходного материала ацетил-КоА образуется в процессе /?-окисления жирных кислот в митохондриях и при окислительном дскарбоксилировании нировиног радной кислоты в процессе метаболизма углеводов.

Характерно, что митохондриальные мембраны непроницаемы для молекулы ацетил-КоА. Чтобы преодолеть этот барьер, они претерпевают некоторые трансформации и вновь восстанавливаются в цитоплазме клетки. В частности, перенос ацетильного фрагмента через мембраны может осуществлять карнитин -гидрокси- у- гриметиламмонийбутират) за счет ацилирования группы ОН:

Перенос ацетил-КоА осуществляет также щавелевоуксусная кислота, образуя под действием фермента цитрат-синтетазы лимонную кислоту:

Ацетил-КоА способен также ферментативно превращаться в ацетатную форму, проникающую в цитоплазму.

Ненасыщенные кислоты синтезируются в аэробных условиях в результате дегидрирования насыщенных кислот. В процесс биосинтеза этих кислот вовлекаются и реакции удлинения углеродной цепи. В отличие от растительных в животных организмах образуются обычно моноеновые кислоты - олеиновая и пальмитоолеиновая, содержащие двойную связь в 9-ом положении.

В организме животного биосинтез триацилглицеролов осуществляется в слизистой оболочке кишок, печени, жировой клетчатке и в других органах. В основе этих процессов лежит ацилирование гли- церол-3-фосфата с помощью ацил-КоА под влиянием глицеролфосфат- ацилтрансфераз, локализованных в микросомах.

Кроме этих процессов источником запасных триацилглицеролов могут быть так называемые экзогенные глицеролы, поступающие в организм с пищей.

Регуляция процессов запасания и использования липидов, поступающих с пищей, осуществляется при участии печени и жировой ткани под контролем нервной и гормональной систем.

Экзогенные триацилглицеролы расщепляются панкреатической липазой с участием эмульгаторов - солей желчных кислот - главным образом на моноацилглицеролы и свободные жирные кислоты. После всасывания продуктов гидролиза жиров в эпителиальных клетках происходит ресинтез триацилглицеролов за счет этерификации моно- ацилглицеролов. Такой метаболический путь называется моноацилгли- цероловым шунтом.

В клетках жировой ткани жиры откладываются в виде капелек и в таком виде не могут трансформироваться в органы и ткани. Транспортировке липидов предшествует их гидролиз. Жирные кислоты с длинной углеродной цепью не растворяются в воде, поэтому они транспортируются в виде комплексов с сывороточным альбумином (белком).

Метаболизм фосфолипидов характеризуется синтезом большого числа промежуточных продуктов и наличием альтернативных путей биосинтеза, ключевое положение в которых занимает биосинтез фос- фатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов при участии цитидиновых ферментов (биосинтез de novo).

Синтез эфиров холестерола может осуществляться как прямым ацилированием его жирными кислотами под влиянием фермента холе- стсролэстсразы, так и в результате переэтерификации с участием фос- фатидилхолинов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >