Переваривание и всасывание липидов. Обмен высших жирных кислот. Внутриклеточный обмен триацилглицеридов и фосфолипидов

Цели занятия:

Сформировать у студентов представление о переваривании,  всасывании, ресинтезе жиров в стенке кишечника и метаболизме жирных кислот, триацилглицеридов и фосфолипидов в организме.

 

Задачи обучения: познакомиться с условиями переваривания, всасывания и ресинтеза жиров в кишечнике;  уметь подсчитывать энергетический выход при β-окисления жирных кислот; уметь прогнозировать  причины ожирения, жировой дистрофии печени, стеатореи.

 

Основные вопросы темы:

  1. Пищевые жиры, норма суточного потребления, переваривание, всасывание продуктов переваривания. Роль желчных кислот
  2. Ресинтез жиров в клетках кишечника. Роль хиломикронов в обмене жиров
  3. Окисление высших жирных кислот (ВЖК) , последовательность реакций, окисление  ВЖК, связь с ЦТК, регуляция
  4. Биосинтез жирных кислот, последовательность реакций, физиологическое значение, зависимость скорости биосинтеза от ритма питания и состава пищи
  5. Нарушения процессов переваривания и всасывания липидов. Хиломикронемия
  6. Биосинтез триацилглицеринов (ТАГ) в печени и жировой ткани. Зависимость скорости биосинтеза от ритма питания и состава пищи
  7. Окисление триацилглицеринов. Физиологическое значение мобилизации жиров
  8. Биосинтез фосфолипидов. Жировое перерождение печени. Липотропные факторы
  9. Взаимосвязь обмена жиров и углеводов. Регуляция обмена липидов. Влияние гормонов на обмен жиров

10.Взаимосвязь обмена липидов и углеводов.

 

Методы обучения и преподавания: практическое занятие – дискуссия

В ходе дискуссии  обратить внимание на следующее:

99°/о пищевых жиров составляют триацилглицерины (ТАГ), которые в ЖКТ под действием липазы подвергаются гидролитическому расщеплению.

Усвоить, что начальным этапом переваривания пищевых жиров является

их эмульгирование солями желчных кислот. Соли холевой, хенодезоксихолевой, гликохолевой кислот являются поверхности – активными веществами (ПАВ). Они резко увеличивают поверхность контакта жира с молекулами водорастворимых ферментов: липазы и фосфолипазы.

Усвоить,  что панкреатическая липаза гидролизует эмульгированныйи жир до    жирных кислот,  диацилглицеринов (ДАГ) и β- моноацилглицеринов (МАГ).

Фосфолипиды  гидролизутся  панкреатической  фосфолипазой  с   образованием глицерина, ВЖК, Н3РО4, азотистых оснований холестеролэстераза   гидролизует   эфиры      холестерина.

Обратить внимание на то, что амфифильные продукты гидролиза

(жирные кислоты, моноацилглицерины), желчные кислоты и холестерин образуют смешанные мицеллы и проникают в клетки слизистой тонкой кишечного, где распадаются на составные компоненты.

Усвоить, что в клетках эпителия кишечника происходит ресинтез молекул жира,  структура   которых отличается от молекул пищевых жиров.

β-окисление – специфический катаболический путь жирных кислот протекает в митохондриях только в аэробных условиях и включает несколько этапов:

1.Активация жирных кислот. Перед тем, как включиться в разные реакции, жирные кислоты активируются, связываются макроэргической связью с коэнзимом А при участии фермента ацил-КоАсинтетазы.

2.Транспорт жирных кислот в митохондрии. Жирные кислоты переносятся в матрикс митохондрий при помощи карнитина, который или поступает с пищей или синтезируется в организме из незаменимых аминокислот лизина и метионина с участием аскорбиновой кислоты.

3.β-окисление жирных кислот. β-окисление начинается с дегидрирования ацил-КоА с образованием еноил-КоА, двойная связь в котором расположена между α- и β-атомами углерода. Реакцию катализирует ацил-КоА дегидрогеназа, содержащая ФАД. В этой реакции образуется ФАДН2, который передает атомы водорода в ЦПЭ, обеспечивая энергией синтез 2 АТФ. Затем в реакции, которую катализирует еноил-КоА-гидратаза, образуется β-гидроксиацил-КоА за счет присоединения молекулы воды. В следующей реакции, катализируемой НАД-зависимой β-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназой, образуется β-кетоацил-КоА и восстановленный НАДН, при окислении которого ферментами ЦПЭ образуется 3 АТФ. β-кетоацил-КоА ферментом тиолазой расщепляется с образованием ацетил-КоА и укороченного на 2 атома углерода ацил-КоА. Затем реакции повторяются.

Биосинтез жирных кислот протекает в абсортивный период в цитоплазме клеток, в основном печени, жировой ткани, лёгких и молочных железах. Главным источником атомов углерода является ацетил-КоА, образующийся из глюкозы в постабсортивном периоде, однако возможны и другие источники ацетил-КоА, например аминокислоты.

Образование ацетил-КоА и его транспорт в цитозоль

Ацетил-КоА, образующийся в митохондриях выходит в цитоплазму в виде цитрата, который образуется в матриксе митохондрий в реакции, катализируемой цитратсинтазой:

Ацетил-КоА + Оксалоацетат → Цитрат + НS-КоА

Транслоказа переносит цитрат в цитоплазму, это возможно только при избытке цитрата в митохондриях, что наблюдается в абсортивный период при избытке источников энергии. В цитоплазме цитрат расщепляется цитратлиазой:

Цитрат + НS-КоА + АТФ → Ацетил-КоА + Оксалоацетат + АДФ + Фн

Ацетил-КоА используется для синтеза жирных кислот, а оксалоацетат подвергается следующим превращениям, которые катализируют цитоплазматическая малатдегидрогеназа и малик-фермент:

Оксалоацетат → Малат → Пируват + СО2

Пируват переносится обратно в матрикс митохондрий, а НАДФН, восстановленный в реакции, катализируемой малик-ферментом, используется в реакциях синтеза жирных кислот.

Образование малонил-КоА

Первая стадия – карбоксилирование ацетил-КоА с образованием малонил-СоА – катализируется ацетил-КоА-карбоксилазой, ключевым ферментом биосинтеза жирных кислот. Ацетил-КоА-карбоксилаза содержит ковалентно связанный биотин и относится к классу лигаз. На первом этапе СО2 ковалентно связывается с биотином за счет энергии гидролиза АТФ, на втором этапе СОО переносится на ацетил-КоА с образованием малонил-КоА:

1) Биотин + СО2 + АТФ → Биотин─СОО + АДФ + Фн

 

2) СН3─СО~SКоА → СООН─СН2─СО~SКоА

 

Реакции, катализируемые синтазой жирных кислот

Синтаза жирных кислот – полиферментный комплекс, содержащий АПБ (ацилпереносящий белок) с закрепленным на нем 4-фосфопантотеином. Синтазный комплекс состоит из двух идентичных субъединиц, каждая из которых содержит 6 ферментов. На первом этапе ацетил-КоА при участии трансацилазы взаимодействует с – SН- группой цистеина, закрепленной на 3-кетоацилсинтазе, а малонил-КоА под действием той же трансацилазы присоединяется к соседней SН- группе 4-фосфопантотеина. В результате этой реакции образуется ацетил, малонил-фермент.

На втором этапе 3-кетоацилсинтаза катализирует взаимодействие ацетильной группы с малонильной, при этом высвобождается СО2  и образуется ацетоацетил-фермент. SН-группа цистеина освобождается.

3 этап – восстановление ацетоацетила редуктазой с использованием НАДФН. В результате этой реакции образуется 3-гидроксиацил фермент.

4 этап – дегидратация 3- гидроксиацила с образованием еноил-фермента.

5 этап – восстановление еноила редуктазой с образованием ацил-фермента. Далее новая молекула малонил-КоА присоединяется к 4-фосфопантотеину, при этом ацильный остаток перемещается на свободную -SН-группу цистеина. Цикл реакций повторяется еще 6 раз, до тех пор пока не образуется пальмитоил-фермент. Пальмитоил высвобождается из синтазного комплекса при участии тиоэстеразы (деацилазы).

Суммарная реакция биосинтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА и малонил-КоА:

 

СН3─СО~SКоА + 7СООН─СН2─СО~SКоА + 14НАДФН + 14Н+

СН3(СН2) + 7СО2 + 6Н2О + 8НSКоА + 14 НАДФ+

 

Регуляция обмена жирных кислот

Скорость β-окисления жирных кислот зависит от количества жирных кислот, поступающих в митохондрии, что. в свою очередь зависит от активности карнитин ацилтрансферазы, которая ингибируется малонил-КоА. Уровень малонил-КоА повышается в абсортивный период, когда в печени активируется гликолиз и увеличивается образование ацетил-КоА из пирувата.         При активации липополиза при голодании под действием глюкагона и при физической работе под действием адреналина в крови повышается уровень свободных жирных кислот, которые становятся преимущественным источником энергии для мышц и печени, так как образующиеся при β-окислении НАДН и ацетил-КоА ингибируют окисление пирувата, что, в свою очередь, препятствует окислению глюкозо-6-фосфата. Глюкозо-6-фосфат ингибирует гексокиназу, препятствуя поступлению глюкозы в клетки мышц и печени, а это сберегает глюкозу для нервной ткани и эритроцитов.

Синтез жирных кислот регулируется ацетил-КоА-карбоксилазой. Активирует фермент – цитрат, инсулин, который через активную фосфатазу, переводит в активную, дефосфорилированную форму. Кроме того инсулин стимулирует индукцию синтеза ферментов: ацетил-КоА-карбоксилазы, синтазы жирных кислот, цитратлиазы, изоцитратдегидрогеназы. В постабсортивный период и при физической нагрузке глюкагон и адреналин фосфорилируют ацетил-КоА-карбоксилазу, переводя ее в неактивное состояние. Пальмитоил-КоА снижает активность фермента.

Биосинтез ФЛ в печени необходим для выполнения трех главных задач: обеспечения обновления мембран клеток и клеточных органелл самой печени; обеспечение фосфолипидами других тканей; обеспечение диацилглицеринами для синтеза жиров.

Липолиз регулируется гормонами (катехоламины, глюкагон, АКТГ, СТГ – положительные эффекторы аденилат-циклазы, инсулин-отрицательный эффектор).          Жировая клетка содержит внутриклеточную липазную систему, которая осуществляет гидролиз резервных триацилглицеринов. Липазная система состоит из 2-х видов липаз: а) липаза, гидролизующая только триацилглицерины; б) липаза, гидролизующая диацилглицерины.          Первая липаза стимулируется ц-АТФ и является регуляторным ферментом. Это гормончувствительная липаза. Гормональный сигнал, приводящий к гидролизу триацилглицеринов, поступает тогда, когда клетки испытывают энергетический «голод». ВЖК поступают в кровоток и разносятся к другим

областям тела в виде комплексов с альбуминами. Глицерин повторно жировыми клетками  не используется, он также освобождается в кровоток.

Мембрана жировой клетки обладает двумя типами рецепторов:

I тип – рецепторы к катехоламинам, СТГ, глюкагону, АКТГ; II тип – к инсулину.          Стимуляция рецепторов I типа ведет к образованию цАМФ и активации липолиза. Инсулин уменьшает уровень цАМФ  (через фермент фосфодиэстеразу) и , следовательно, подавляет липолиз. Например, при сахарном диабете, отсутствие инсулина приводит к бесконтрольной стимуляции внутриклеточной липазы липолитическими гормонами, наблюдается мобилизация ВЖК из жировых депо. Такой же эффект дает голодание, т.к. в данном случае синтез инсулина снижен (отсутствует глюкоза).

Следует акцентировать внимание студентов на тесную взаимосвязь  обмена липидов и углеводов, возможность переключения метаболитов углеводного обмена (ацетил-КоА, 3 -фосфоглицериновый альдегид, НАДФН2)  на синтез тирацилглицеринов.

Особо подчеркнуть, что при снижении концентрации глюкозы в клетке (голод, сахарный диабет) усиливается распад жирных кислот до ацетил-КоА, ввиду дефицита оксалоацетата (расходуется на глюконеогенез), образующийся при распаде ВЖК  ацетил-КоА превращается в ацетоацетат,

b – оксимасляную кислоту и ацетон. Как следствие усиленного кетогенеза развивается кетонемия, кетонурия. Подчеркнуть, что 3 симптома: кетонемия, кетонурия и запах ацетона при выдыхании объединяются под названием кетоз.

Контроль: выполнить задание и работа по билетам:

А)  Известно, что ВЖК – это естественное энергетическое горючее для миокарда, Подсчитайте и сравните энергетический эффект аэробного окисления  1 моля глюкозы и 1моля лауриновой кислоты    С11 Н23  СООН

Б) Сколько молей   СН3-С О- S КоА    и НАДФН2  необходимо для синтеза 1 моля миристиновой кислоты  С 13 Н 27 СООН

В) Напишите формулы желчных кислот, какая из них обладает более сильными эмульгирующими свойствами.

Г) Выберите функции желчи в процессе переваривания и всасывания липидов:

  1. Эмульгирует жиры;
  2. Активирует липазу;
  3. Способствует всасыванию продуктов переваривания жира:
  4. Гидролизует жиры.

 

Д) Мицеллы желчи образуются в желчном пузыре, имеют состав:

Желчные кислоты-фосфолипиды-холестерин в соответствии 12,5 : 2,5 : 1, при нарушении которого могут образоваться желчные камни, содержащие холестерин. Объясните, какую функцию выполняют желчные кислоты.

Е) Выберите возможные продукты гидролиза жиров и фосфолипидов:

  1. холестерин А. Жиры
  2. глицерин В. Фосфолипиды
  3. жирные кислоты С. Оба соединения
  4. фосфорная кислота Д. Ни одно из соединений
  5. холин
  6. моноацилглицерин
  7. сфингозин.

Ж.) Указать субстраты ресинтеза триацилглицеринов в клетках слизистой

тонкого кишечника:

  1. В-моноацилглицерин
  2. Ацил КоА
  3. Диацилглицерин
  4. А-глицерофосфат.

З) Выберите последствия к которым приведут отсутствие поступления желчи в тонкий кишечник (вследствие закупорки желчного протока при желчно-каменной болезни) и прекращение секреции панкреатической липазы (при остром панкреатите):

  1. Жиры медленно перевариваются,                А.отсутствие секреции
    но продукты переваривания не всасываются        липазы (панкреатит)
    в кишечнике.
  2. Жиры не подвергаются гидролизу               В. отсутствие поступления
    и в нерасщепленном виде в не-                             желчи (желчно-каменная
    значительных количествах всасываются.             болезнь).
  3. Пищевые жиры выводятся с калом              С. в обоих случаях
    (стеаторрея)                                                             Д. ни в одном из них
  4. Развивается недостаточность линолевой,

линоленовой и арахидоновой желчных кислот

  1. Развивается гиповитаминоз А, Д, Е, К

 

№ 1

  1. Напишите реакции гидролиза трипальмитина по этапам. Назовите продукты гидролиза.

2.Напишите формулу фосфатидилинозитола; укажите вещества, необходимые для  его синтеза.

3.Нарисуйте схему каскадного механизма действия адреналина на липолиз ТАГ с соответствующими комментариями.

 

№ 2

1.Напишите реакции β- окисления жирных кислот. Назовите ферменты.

2.Напишите формулу фосфатидилхолина, укажите на какие химические связи действуют фосфолипазы ( А1, А2, С, Д), какие при этом образуются продукты.

3.Напишите схему взаимосвязи липидного и углеводного обмена.

 

№ 3

1.Напишите схему переноса ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму.

2.Напишите формулу фосфатидилэтаноламина укажите какие вещества являются исходными для его синтеза.

3.Объясните механизм влияния инсулина на обмен триацилглицеринов.

 

№ 4

1.Напишите реакцию образования малонил-КоА, назовите фермент.

2.Напишите формулу метаболитов углеводного обмена, используемых для биосинтеза триацилглицеридов (ТАГ).

3.Объясните роль глюкагона и соматропина в регуляции липидного обмена.

 

№ 5

1.Опишите пальмитатсинтетазу, укажите ферменты входящие в ее состав.

2.Напишите реакции синтеза фосфолипидов, укажите роль ЦТФ.

3.Объясните механизм действия гормона тормозящего липолиз и

ускоряющего липогенез.

 

№ 6

1.Напишите реакции синтеза жирных кислот.

2.Напишите формулу лецитина, назовите ферменты,  катализирующие его гидролиз, какие при этом образуются метаболиты.

3.Подсчитайте выход энергии при окислении С11Н23СООН.

 

№ 7

1.Напишите уравнение реакции синтеза фосфатидной кислоты.

2.Объясните роль аденилатциклазы и циклической – АМФ в регуляции

липидного обмена.

  1. 3.Подсчитайте выход энергии при окислении С13Н27СООН.

Қажетті материалды таппадың ба? Онда KazMedic авторларына тапсырыс бер

Переваривание и всасывание липидов. Обмен высших жирных кислот. Внутриклеточный обмен триацилглицеридов и фосфолипидов

error: Материал көшіруге болмайды!