Как известно, расщепление триацилглицеролов происходит под действием фермента липазы.
В полости рта жиры не подвергаются никаким изменениям, т.к. слюна не содержит данный фермент.
Расщепление триацилглицеролов в желудке взрослого человека невелико. Это связано со следующими причинами: во-первых, в желудочном соке содержание липазы крайне низкое; во-вторых, рН желудочного сока (1,5) далек от оптимума действия этого фермента (рН для желудочной липазы 5,5-7,5); в-третьих, в желудке отсутствуют условия для эмульгирования триацилглицеролов, а липаза может активно расщеплять жир, находящийся в форме эмульсии.
Незначительное расщепление триацилглицеролов в желудке облегчает последующее переваривание их в тонком кишечнике под действием липазы панкреатического сока, вырабатываемой поджелудочной железой. Этому процессу способствуют следующие факторы:
– хорошее перемешивание в кишечнике пищевой кашицы с пищеварительными соками. Это связано с тем, что происходит нейтрализация попавшей в кишечник с пищей соляной кислоты желудочного сока бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечном соке. Поэтому выделяющиеся при разложении бикарбонатов пузырьки углекислого газа и способствуют тщательному перемешиванию;
– эмульгирование жира в кишечника. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры оказывают соли желчных кислот, попадающие в двенадцатиперстную кишку с желчью в виде натриевых солей.
По химической природе желчные кислоты являются производными холановой кислоты и представляют собой конечный продукт метаболизма холестерина. В желчи человека в основном содержатся такие желчные кислоты как: холевая (3,7,12 – триоксихолановая), дезоксихолевая (3,12 – диоксихолановая) и хенодезоксихолевая (3,7 – диоксихолановая).
Эти соединения иногда называют парными желчными кислотами, так как они состоят из двух компонентов – желчной кислоты и глицина или таурина:
Считают, что только комбинация соль желчной кислоты + ненасыщенная жирная кислота + моноглицерид придает необходимую степень эмульгирования жира. Соли желчных кислот резко уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела жир¤вода, благодаря чему они не только облегчают эмульгирование, но и стабилизируют уже образовавшуюся эмульсию;
– активирование панкреатической липазы. Данный фермент является гликопротеином, имеющим мол.массу 48000 и оптимум действия рН 8-9. Как и другие пищеварительные ферменты (пепсин,трипсин и др.) панкреатическая липаза поступает в верхний отдел тонкой кишки в виде неактивной пролипазы. Превращение пролипазы в активную липазу происходит при участии желчных кислот и еще одного белка панкреатического сока – колипазы. Последняя присоединяется к пролипазе в молекулярном соотношении 2:1. Это приводит к тому, что липаза становится активной и устойчивой к действию различных протеолитических ферментов.
Основными продуктами расщепления триацилглицеролов при действии активной панкреатической липазы являютсяβ(2)- моноглицерид и жирные кислоты. Фермент катализирует гидролиз эфирных связей в α(1), α¢(3)-положениях, в результате чего и образуется β(2)-моноглицерол и две молекулы жирной кислоты.
В панкреатическом соке наряду с липазой содержится фермент-изомераза, катализирующая внутримолекулярный перенос ацила из β(2)-положения моноглицерида в α(1)-положение. Поскольку эфирная связь в α-положении чувствительна к действию панкреатической липазы, последняя расщепляет большую часть α-моноглицеридов до конечных продуктов – глицерина и жирной кислоты. Всасывание происходит в проксимальной части тонкой кишки. Основная часть жира всасывается лишь после расщепления его панкреатической липазой на жирные кислоты, моноглицеролы и глицерин. Жирные кислоты с короткой углеродной цепью (менее 10 атомов углерода) и глицерин, будучи хорошо растворимыми в воде, свободно всасываются в кишечнике и поступают в кровь воротной вены, оттуда в печень, минуя какие-либо превращения в кишечной стенке.
Всасывание жирных кислот с длинной цепью и моноглицеролов происходит более сложно. Этот процесс осуществляется при участии желчи и, главным образом, желчных кислот, фосфолипидов, холестерина, входящих в ее состав. Жирные кислоты с длинной цепью и моноглицеролы в просвете кишечника образуют с этими соединениями устойчивые в водной среде мицеллы. Структура мицелл такова, что их гидрофобное ядро (жирные кислоты, моноглицеролы и т.д.) оказывается окруженным снаружи гидрофильной оболочкой из желчных кислот и фосфолипидов.
В составе таких мицелл высшие жирные кислоты переносятся к всасывающей поверхности кишечного эпителия. В результате диффузии, мицеллы проникают в эпителиальные клетки ворсинок, где происходит распад жировых мицелл. При этом желчные кислоты поступают в ток крови и через систему воротной вены попадают сначала в печень, а оттуда вновь в желчь. Таким образом происходит постоянная циркуляция желчных кислот между печенью и кишечником. Этот процесс получил название печеночно-кишечной циркуляции.
После того как произошло всасывание глицерина жирных кислот, они могут использоваться тканями и органами тела в качестве энергетического материала.
Окисление жира
Образовавшиеся в результате гидролиза триацилглицерола глицерин и жирные кислоты вовлекаются в дальнейший путь распада – окисление.
Окисление глицерина
Глицерин вовлекается в цитоплазме клетке в процесс гликолиза.
Сначала глицерин при участии фермента глицерофосфаткиназы (трансфераза) превращается в a-глицеролфосфат. Последний под действием НАД+ – зависимой a-глицеролфосфатдегидрогеназы (оксидоредуктаза) превращается в фосфодиоксиацетон:
Фосфодиоксиацетон, являясь обычным метаболитом гликолиза, изомеризуется в 3-фосфоглицериновый альдегид и включается в данный метаболический путь до ПВК. Пировиноградная кислота, превращаясь в ацетил-КоА (этап III), полностью окисляется в цикле Кребса (этап IV) до СО2, Н2О и выделением АТФ.
Окисление жирных кислот
Окисление жирных кислот протекает в печени, почках, скелетных и сердечных мышцах, в жировой ткани.
Ф.Кнооп высказал предположение, что окисление молекулы жирной кислоты в тканях организма происходит в b-окислении. В результате от молекулы жирной кислоты отщепляются двууглеродные фрагменты со стороны карбоксильной группы. Процесс b-окисления жирных кислот складывается из следующих этапов:
Активация жирных кислот. Подобно первой стадии гликолиза сахаров перед b-окислением жирные кислоты подвергаются активации. Эта реакция протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима А (НS-КоА) и ионов Mg2+. Реакция катализируется ацил-КоА-синтетазой:
В результате реакции образуется ацил-КоА, являющийся активной формой жирной кислоты.
Транспорт жирных кислот внутрь митохондрий. Коэнзимная форма жирной кислоты, в равной мере как и свободные жирные кислоты, не обладает способностью проникать внутрь митохондрий, где, собственно, и протекает их окисление, переносчиком активированных жирных кислот через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин (g-триметиламино-b-оксибути-рат):
После прохождения ацилкарнитина через мембрану митохондрий происходит обратная реакция – расщепления ацилкарнитина при участии НS-КоА и митохондриальной карнитин-ацилтрансферазы:
Ацил-КоА в митохондрии подвергается процессу b-окисления.
Этот путь окисления связан с присоединением атома кислорода к углеродному атому жирной кислоты, находящемуся в b-положении:
При b-окислении происходит последовательное отщепление от карбоксильного конца углеродной цепи жирной кислоты двууглеродных фрагментов в форме ацетила-КоА и соответствующее укорачивание цепи жирной кислоты:
В матриксе митохондрии ацил-КоА распадается в результате повторяющейся последовательности четырех реакций (рис.8).
1) окисление с участием ацил-КоА-дегидрогеназы (ФАД-зависимой дегидрогеназы);
2) гидратация, катализируемой еноил-КоА-гидратазой;
3) второго окисления под действием 3-гидроксиацетил-КоА-дегидрогеназы (НАД-зависимой дегидрогеназы);
4) тиолиза с участием ацетил-КоА-ацилтрансферазы.
Совокупность этих четырех последовательностей реакций составляет один оборот b-окисления жирной кислоты (см. рис. 8).
Образовавшийся ацетил-КоА подвергается окислению в цикле Кребса, а ацетил-КоА, укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь b-окисления вплоть до образования бутирил-КоА (4-углеродное соединение), на последнем этапе b-окисления распадается на две молекулы ацетил-КоА.
При окислении жирной кислоты, содержащей n углеродных атомов, происходит n/2-1 цикл b-окисления (т.е. на один цикл меньше, чем n/2, так как при окислении бутирил-КоА сразу происходит образование двух молекул ацетил-КоА) и всего получится n/2 молекул ацетил-КоА.
Например при окислении пальмитиновой кислоты (С16) повторяется 16/2-1=7 циклов b-окисления и образуется 16/2=8 молекул ацетил-КоА. Баланс энергии. При каждом цикле b-окисления образуется одна молекула ФАДН2 (см. рис. 8; реакция 1) и одна молекула НАДН+Н+(реакция 3). Последняя в процессе окисления дыхательной цепи и сопряженного с ним фосфорилирования дают: ФАДН2 – 2 молекулы АТФ и НАДН+Н+ – 3 молекулы АТФ, т.е. в сумме за один цикл образуется 5 молекул АТФ. При окислении пальмитиновой кислоты образуется 5*7=35 молекул АТФ. В процессе b-окисления пальмитиновой кислоты образуется 8 молекул ацетил-КоА, каждая из которых, «сгорая» в цикле Кребса, дает 12 молекул АТФ, а 8 молекул дадут 12*8=96 молекул АТФ.
Таким образом, всего при полном b-окислении пальмитиновой кислоты образуется 35+96=131 молекула АТФ. С учетом одной молекулы АТФ, потраченной в самом начале на стадии активации жирной кислоты, общий энергетический выход при полном окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты составит 131-1=130 молекул АТФ.
Однако, образовавшийся в результате b-окисления жирных кислот ацетил-КоА, может не только окисляться до СО2, Н2О, АТФ, вступая в цикл Кребса, но использоваться на синтез холестерина, а также углеводов в глиоксилатном цикле. Окисление ненасыщенных жирных кислот
Олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты, являющиеся важнейшими компонентами ацилглицеролов, также подвергаются b-окислению. Окисление этих ненасыщенных жирных кислот, в принципе, происходит также, как и окисление насыщенных жирных кислот, но с некоторыми особенностями.
При окислении олеиновой кислоты (содержащей одну двойную связь) в результате трех циклов b-окисления (рис. 8) образуется 3 молекулы ацетил-КоА и 12-углеродная ненасыщенная жирная кислота с цис-двойной связью между 3-им и 4-ым атомами углерода.
Дело в том, что образовавшаяся 12-углеродная ненасыщенная жирная кислота должна снова включиться в путь b-окисления, но двойные связи природных ненасыщенных жирных кислот имеют цис-конфигурацию, а при b-окислении насыщенных жирных кислот двойные связи имеют транс-конфигурацию. Кроме того, в результате последовательного удаления трех двууглеродных фрагментов (ацетил-КоА) до первой двойной связи дает D3,4– ацил-КоА (расположение двойной связи между 3 и 4 атомами углерода), а не D2,3– ацил-КоА, который является промежуточным продуктом при b-окислении насыщенных жирных кислот. Поэтому в тканях существует фермент, который осуществляет перемещение двойной связи из положения 3-4 в положение 2-3, а также изменяет конфигурацию двойной связи из цис- в транс-положение. Этот фермент получил название
D3,4–цис D2,3 транс-еноил-КоА-изомеразы:
Образовавшийся D2,3–транс-еноил-КоА включается в путь b-окисления (см. рис.8) в стадию гидратации (2).
В результате полного окисления олеиновой кислоты образуется 9 (6+3) молекул ацетил-КоА, которые включаются в цикл Кребса и «сгорают» до СО2, Н2О с образованием энергии.
39. Окисление ненасыщенных жирных кислот
Олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты, являющиеся важнейшими компонентами ацилглицеролов, также подвергаются b-окислению. Окисление этих ненасыщенных жирных кислот, в принципе, происходит также, как и окисление насыщенных жирных кислот, но с некоторыми особенностями.
При окислении олеиновой кислоты (содержащей одну двойную связь) в результате трех циклов b-окисления (рис. 8) образуется 3 молекулы ацетил-КоА и 12-углеродная ненасыщенная жирная кислота с цис-двойной связью между 3-им и 4-ым атомами углерода.
Дело в том, что образовавшаяся 12-углеродная ненасыщенная жирная кислота должна снова включиться в путь b-окисления, но двойные связи природных ненасыщенных жирных кислот имеют цис-конфигурацию, а при b-окислении насыщенных жирных кислот двойные связи имеют транс-конфигурацию. Кроме того, в результате последовательного удаления трех двууглеродных фрагментов (ацетил-КоА) до первой двойной связи дает D3,4– ацил-КоА (расположение двойной связи между 3 и 4 атомами углерода), а не D2,3– ацил-КоА, который является промежуточным продуктом при b-окислении насыщенных жирных кислот. Поэтому в тканях существует фермент, который осуществляет перемещение двойной связи из положения 3-4 в положение 2-3, а также изменяет конфигурацию двойной связи из цис- в транс-положение. Этот фермент получил название
D3,4–цис D2,3 транс-еноил-КоА-изомеразы:
Образовавшийся D2,3–транс-еноил-КоА включается в путь b-окисления (см. рис.8) в стадию гидратации (2).
В результате полного окисления олеиновой кислоты образуется 9 (6+3) молекул ацетил-КоА, которые включаются в цикл Кребса и «сгорают» до СО2, Н2О с образованием энергии.
Окисление жирных кислот с нечетным числом
углеродных атомов
Основная масса природных липидов содержит жирные кислоты с четным числом углеродных атомов, однако в липидах многих растений и некоторых морских организмов присутствуют жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода.
Установлено, что жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов окисляются таким же образом, как и жирные кислоты с четным числом углеродных атомов, с той лишь разницей, что на последнем этапе расщепления (b-окисления) образуется одна молекула пропионил-КоА и одна молекула ацетил-КоА, а не 2 молекулы ацетил-КоА (рис. 8) как в случае b-окисления жирных кислот с четным числом углеродных атомов:
Рисунок 9 – Схема b-окисления жирных кислот с нечетным числом
углеродных атомов
Но при прохождении всех этих реакций сукцинил-КоА до ЩУК по циклу Кребса не происходит полного окисления до СО2 и Н2О. Для этого образовавшийся оксалоацетат через ряд последовательных реакций превращается в ацетил-КоА, который поступая в цикл Кребса, полностью «сгорает» до СО2, Н2О и выделением энергии.