Липидный метаболизм
Липидный метаболизм - это синтез и деградация липидов в клетках, включая разрушение и хранение жиров для энергии и синтез структурных и функциональных липидов, таких как те, которые участвуют в построении клеточных мембран . У животных эти жиры получают из пищи и синтезируются печенью . [ 1 ] Липогенез - это процесс синтеза этих жиров. [ 2 ] [ 3 ] Большинство липидов, обнаруженных в организме человека от приема пищи, - это триглицериды и холестерин . [ 4 ] Другими типами липидов, обнаруженных в организме, являются жирные кислоты и мембранные липиды . Липидный метаболизм часто считается процессом пищеварения и поглощения пищевого жира; Тем не менее, существует два источника жиров, которые организмы могут использовать для получения энергии: от потребляемых пищевых жиров и из сохраненного жира. [ 5 ] Позвоночные (включая людей) используют оба источника жира для производства энергии для органов, таких как сердце , для функционирования. [ 6 ] Поскольку липиды являются гидрофобными молекулами, их необходимо солюбилизировать до начала их метаболизма. Липидный метаболизм часто начинается с гидролиза , [ 7 ] который происходит с помощью различных ферментов в пищеварительной системе. [ 2 ] Липидный метаболизм также встречается у растений, хотя процессы в некоторых отношениях различаются по сравнению с животными. [ 8 ] Вторым этапом после гидролиза является поглощение жирных кислот в эпителиальные клетки кишечной стенки . [ 6 ] В эпителиальных клетках жирные кислоты упаковываются и транспортируются в остальную часть тела. [ 9 ]
Метаболические процессы включают пищеварение липидов, поглощение липидов, транспорт липидов, хранение липидов, липидный катаболизм и биосинтез липидов. Липидный катаболизм осуществляется процессом, известным как -окисление , которое происходит в митохондриях и пероксисомных органелле бета .
Липидное пищеварение
[ редактировать ]Пищеварение является первым шагом к липидному метаболизму, и это процесс разбивания триглицеридов на более мелкие моноглицеридные единицы с помощью ферментов липазы . Расщепление жиров начинается во рту посредством химического пищеварения язычной липазой . Поглощенный холестерин не разрушается липасами и остается нетронутым, пока он не войдет в эпителийные клетки тонкой кишки. Затем липиды продолжаются до желудка, где начинается химическое пищеварение желудочной липазы , а механическое пищеварение ( перистальса ). Однако большая часть липидного пищеварения и поглощения возникает после того, как жиры достигают тонкого кишечника. Химические вещества из поджелудочной железы ( семейство липазы поджелудочной железы и желчная липаза, зависимая от соли ), секретируются в тонкую кишку, чтобы помочь разрушить триглицериды, [ 10 ] Наряду с дальнейшим механическим расщеплением, пока они не станут отдельными единицами жирных кислот тонкой кишки , которые могут поглощаться в эпителиальные клетки . [ 11 ] Это липаза поджелудочной железы, которая отвечает за передачу сигналов для гидролиза триглицеридов в отдельные свободные жирные кислоты и глицериновые единицы.
Поглощение липидов
[ редактировать ]
Вторым этапом липидного метаболизма является поглощение жиров. Жирные кислоты коротких цепей могут поглощаться в желудке , в то время как большая часть поглощения жиров происходит только в тонком кишечнике . Как только триглицериды разбиваются на отдельные жирные кислоты и глицерины , наряду с холестерином, они будут агрегировать в структуры, называемые мицеллами . Жирные кислоты и моноглицериды оставляют мицеллы и диффундируют через мембрану, чтобы войти в эпителиальные клетки кишечника. В цитозоле эпителиальных клеток жирные кислоты и моноглицериды рекомбинируются обратно в триглицериды. В цитозоле эпителиальных клеток триглицериды и холестерин упаковываются в большие частицы, называемые хиломикронами , которые представляют собой амфипатические структуры, которые транспортируют перевариваемые липиды. [ 9 ] Хиломикроны пройдут через кровоток, чтобы войти в жировую и другие ткани в организме. [ 6 ] [ 2 ] [ 3 ]
Липидный транспорт
[ редактировать ]Благодаря гидрофобной природе мембранных липидов , триглицеридов и холестерина , они требуют специальных транспортных белков, известных как липопротеины. [ 1 ] Амфипатическая структура липопротеинов позволяет транспортировать триглицериды и холестерин через кровь . Хиломикроны представляют собой одну подгруппу липопротеинов, которые несут перевариваемые липиды из тонкой кишки до остальной части тела. Различающиеся плотности между типами липопротеинов характерны для того, какой тип жиров они переносят. [ 12 ] Например, липопротеины с очень низкой плотностью ( LLDL ) несут триглицериды, синтезируемые нашим организмом, и холестерином переноса липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) в наши периферические ткани. [ 6 ] [ 1 ] Некоторые из этих липопротеинов синтезируются в печени, но не все из них происходят из этого органа. [ 1 ]
Хранение липидов
[ редактировать ]Липиды хранятся в белой жировой ткани в виде триглицеридов. У худой молодых взрослых человек масса хранящихся триглицеридов составляет около 10–20 килограммов. Триглицериды образуются из основы глицерина с тремя жирными кислотами. Свободные жирные кислоты активируются в ацил-КоА и этерифицируют, чтобы окончательно достичь капли триглицерида. Липопротеин -липаза играет важную роль. [ 13 ]
Липидный катаболизм
[ редактировать ]После того, как хиломикроны (или другие липопротеины) проходят через ткани, эти частицы будут разбиты липопротеиновой липазой на люминальной поверхности эндотелиальных клеток в капиллярах для высвобождения триглицеридов. [ 14 ] Триглицериды будут разбиты на жирные кислоты и глицерину, прежде чем войти в клетки, а оставшийся холестерин снова будет проходить через кровь в печень. [ 15 ]
![[15] Разбивка жирных кислот путем бета -окисления](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cb/Beta_oxidation_of_palmitic_acid.jpg/705px-Beta_oxidation_of_palmitic_acid.jpg)
В цитозоле клетки (например, мышечная клетка) глицерин будет преобразован в глицеральдегид 3-фосфат , который является промежуточным в гликолизе , для дальнейшего окисления и вырабатывания энергии. Однако основные этапы катаболизма жирных кислот происходят в митохондриях . [ 16 ] Длинные цепные жирные кислоты (более 14 углерода) должны быть преобразованы в жирную ацил-КоА, чтобы пройти через мембрану митохондрий . [ 6 ] Катаболизм жирных кислот начинается в цитоплазме клеток , поскольку ацил-коа-синтетаза использует энергию от расщепления АТФ для катализации добавления коэнзимента А к жирной кислоте. [ 6 ] Полученный ацил-КоА пересекает мембрану митохондрий и входит в процесс бета-окисления . Основными продуктами пути бета-окисления являются ацетил-КоА (который используется в цикле лимонной кислоты для производства энергии), NADH и FADH. [ 16 ] Процесс бета-окисления требует следующих ферментов: ацил-коадегидрогеназа , эноил-коа-гидратаза , 3-гидроксиацил-коадегидрогеназа и 3-кетоацил-коа-тиолаза . [ 15 ] Диаграмма слева показывает, как жирные кислоты превращаются в ацетил-КоА. Общая чистая реакция с использованием пальмитоил-COA (16: 0) в качестве модельной субстрата:
- 7 FAD + 7 NAD + + 7 коаша + 7 ч 2 o + h (ch 2 ch 2 ) 7 ch 2 co-scoa → 8 ch 3 co-scoa + 7 fadh 2 + 7 nadh + 7 ч +
Липидный биосинтез
[ редактировать ]В дополнение к диетическим жирам липиды хранения, хранящиеся в жировых тканях, являются одним из основных источников энергии для живых организмов. [ 17 ] Триацилглицерины , липидная мембрана и холестерин могут быть синтезированы организмами через различные пути.
Мембранный липидный биосинтез
[ редактировать ]Существует два основных класса мембранных липидов: глицерофосфолипиды и сфинголипиды . Хотя в нашем организме синтезируется много разных мембранных липидов, пути имеют одинаковую картину. Первым шагом является синтезирование основного костяка ( сфингозин или глицерин ), второй шаг - добавление жирных кислот к основной цепи, чтобы сделать фосфатидную кислоту. Фосфатидная кислота дополнительно модифицируется с прикреплением различных гидрофильных головных групп к основной цепи. Мембранный липидный биосинтез происходит в мембране эндоплазматической ретикулумы . [ 18 ]
Биосинтез триглицеридов
[ редактировать ]Фосфатидная кислота также является предшественником биосинтеза триглицеридов. Фосфотаза фосфатидной кислоты катализирует превращение фосфатидной кислоты в диацилглицерид, который будет преобразован в триглицериды ацилтрансферазой . Биосинтез триглицеридов происходит в цитозоле. [ 19 ]
Биосинтез жирной кислоты
[ редактировать ]Предшественником жирных кислот является ацетил-КоА , и это происходит в цитозоле клетки. [ 19 ] Общая чистая реакция с использованием пальмитата (16: 0) в качестве модельного субстрата:
8 ацетил-COA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H + → пальмитат + 14 NADP + + 6H2O + 7ADP + 7P.
Биосинтез холестерина
[ редактировать ]Холестерин может быть сделан из ацетил-КоА через многоэтапный путь, известный как изопреноидный путь . Холестерины необходимы, потому что они могут быть изменены, чтобы сформировать различные гормоны в организме, такие как прогестерон . [ 6 ] 70% биосинтеза холестерина происходит в цитозоле клеток печени. [ Цитация необходима ]
Гормональная регуляция липидного метаболизма
[ редактировать ]Липидный метаболизм жестко регулируется гормонами для обеспечения баланса между накоплением энергии и использованием.
- Инсулин : способствует синтезу липидов, ингибируя распад липидов и облегчает транспорт глюкозы и превращение в жирные кислоты. [ 20 ]
- Глюкагон : стимулирует окисление жирных кислот и ингибирует синтез жирных кислот de novo, уменьшая высвобождение ЛПОП и стеатоз печени. [ 21 ]
- Гормон щитовидной железы: способствует синтезу печеночных триглицеридов, повышение липолиза, стимулирование β-окисления митохондриальных жирных кислот и регуляцию уровней холестерина посредством различных механизмов, включая экспрессию рецептора ЛПНП и экскремацию желчной кислоты. [ 21 ]
- Секс -гормон:
- Эстроген : снижает синтез триглицеридов и повышает уровень холестерина ЛПВП, потенциально за счет стимулирования окисления жирных кислот и ингибирования липогенеза. [ 21 ]
- Тестостерон : стимулирует липогенез De novo и накопление жира, которые затем включаются в триглицериды для хранения энергии. [ 21 ]
- Адреналин : стимулирует липолиз и ингибирует липогенез посредством фосфорилирования AMPK, влияя на текучесть липидов и накопление в жировой ткани. [ 21 ]
Расстройства липидного метаболизма
[ редактировать ]Нарушения липидного метаболизма (включая врожденные ошибки липидного метаболизма ) являются болезнями, когда возникают проблемы при разрушении или синтезе жиров (или жироподобных веществах). [ 22 ] Нарушения липидного метаболизма связаны с увеличением концентраций плазменных липидов в крови, таких как холестерин ЛПНП , ЛПОНЛ и триглицериды , которые чаще всего приводят к сердечно -сосудистым заболеваниям. [ 23 ] В течение всего времени эти расстройства являются наследственными, а это означает, что это состояние, которое передается от родителя к ребенку через их гены. [ 22 ] Болезнь Гоше (типы I, II и III), болезнь Ниманна - Пика , болезнь Тай -Сах и болезнь Фабри - все это заболевания, при которых эти страдания могут иметь расстройство липидного метаболизма их организма. [ 24 ] Редлеными заболеваниями, касающимися расстройства липидного метаболизма, являются ситостеролемия , болезнь Вольмана , болезнь Рефсума и церебротротендинозный ксантоматоз . [ 24 ]
Типы липидов
[ редактировать ]Типы липидов, участвующих в метаболизме липидов, включают в себя:
- Мембранные липиды:
- Фосфолипиды : фосфолипиды являются основным компонентом липидного бислоя клеточной мембраны и обнаружены во многих частях тела. [ 25 ]
- Сфинголипиды : сфинголипиды в основном обнаруживаются в клеточной мембране нервной ткани. [ 18 ]
- Гликолипиды . Основная роль гликолипидов заключается в поддержании стабильности липидного бислоя и облегчения распознавания клеток. [ 25 ]
- Глицерофосфолипиды : нейронная ткань (включая мозг) содержит большое количество глицерофосфолипидов. [ 25 ]
- Другие виды липидов:
- Холестерины : холестерины являются основными предшественниками для разных гормонов в нашем организме, таких как прогестерон и тестостерон. Основной функцией холестерина является контроль текучести клеточной мембраны. [ 26 ]
- Стероид - см. Также стероидогенез : стероиды являются одной из важных клеточных сигнальных молекул. [ 26 ]
- Триацилглицерины (жиры) - см. Также липолиз и липогенез : триацилглицерины являются основной формой хранения энергии в организме человека. [ 1 ]
- Жирные кислоты - см. Также метаболизм жирных кислот : жирные кислоты являются одним из предшественников, используемых для биосинтеза липидной мембраны и холестерина. Они также используются для энергии.
- Соли желчи : желчные соли секретируются из печени, и они облегчают расщепление липидов в тонкой кишке. [ 27 ]
- Эйкозаноиды : эйкозаноиды изготовлены из жирных кислот в организме и используются для передачи сигналов клеток . [ 28 ]
- Кетоновые тела : кетоновые тела изготовлены из жирных кислот в печени. Их функция состоит в том, чтобы производить энергию в периоды голода или низкого потребления пищи. [ 6 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и «Обзор липидного метаболизма» . Merck Manuals Professional Edition . Получено 2016-11-01 .
- ^ Jump up to: а беременный в «Гидролиз - химическая энциклопедия - структура, реакция, вода, белки, примеры, соль, молекула» . ChemistryExplaide.com . Получено 2016-11-01 .
- ^ Jump up to: а беременный Freifelder D (1987). Молекулярная биология (2 -е изд.). Бостон: Джонс и Бартлетт. ISBN 978-0-86720-069-0 .
- ^ Baynes D (2014). Медицинская биохимия . Saunders, Elsevier Limited. С. 121–122. ISBN 978-1-4557-4580-7 .
- ^ Arrese El, Sulages JL (2010). «Жирный организм насекомых: энергия, метаболизм и регуляция» . Ежегодный обзор энтомологии . 55 : 207–25. doi : 10.1146/annurev-ento-112408-085356 . PMC 3075550 . PMID 19725772 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (2000). Лехнингер Принципы биохимии (3 -е изд.). Нью -Йорк: Стоит издатели. ISBN 978-1-57259-931-4 .
- ^ Ophardt CE (2013). «Сводка липидного метаболизма» . Виртуальная химическая книга . Элмхерст -колледж.
- ^ Свадьба RT (май 1972). «Обзорная работа: биохимия липидов растений». Новый фитолог . 71 (3): 547–548. JSTOR 2430826? Полем
- ^ Jump up to: а беременный Джо Y, Оказаки Х, Мун YA, Zhao T (2016). «Регуляция липидного метаболизма и за его пределами» . Международный журнал эндокринологии . 2016 : 5415767. DOI : 10.1155/2016/5415767 . PMC 4880713 . PMID 27293434 .
- ^ Пелли Дж.В. (2012). Интегрированный обзор Elsevier Biochemistry (2 -е изд.). Филадельфия: Elsevier/Mosby. ISBN 978-0-323-07446-9 .
- ^ Voet D, Voet JG, Pratt CW (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (четвертое изд.). Хобокен, Нью -Джерси: Уайли. ISBN 978-0-470-54784-7 Полем OCLC 738349533 .
- ^ Харрис -младший (2009). Связывание холестерина и транспорт холестерина: структура и функции здоровья и заболевания . Дордрехт: Спрингер. ISBN 978-90-481-8621-1 .
- ^ Механизм хранения и синтез жирных кислот и триглицеридов в белых адипоцитах | Физиология и физиопатология жировой ткани PP 101–121 | Doi: 10.1007/978-2-8178-0343-2_8
- ^ Feingold KR, Grunfeld C (2000). «Введение в липиды и липопротеины» . В De Groot LJ, Chrousos G, Dungan K, Feingold KR, Grossman A, Hershman JM, Koch C, Korbonits M, McLachlan R (Eds.). Endotext . Южный Дартмут (MA): MDText.com, Inc. PMID 26247089 .
- ^ Jump up to: а беременный в «Бета-окисление жирных кислот-липидная библиотека AOCS» . lipidlibrary.aocs.org . Архивировано из оригинала 2019-01-21 . Получено 2017-11-28 .
- ^ Jump up to: а беременный Шеффлер IE (2008). Митохондрия (2 -е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли-Лисс. ISBN 978-0-470-04073-7 .
- ^ Choe SS, Huh JY, Hwang IJ, Kim Ji, Kim JB (2016-04-13). «Реконструкция жировой ткани: его роль в энергетическом метаболизме и метаболических расстройствах» . Границы в эндокринологии . 7 : 30. doi : 10.3389/fendo.2016.00030 . PMC 4829583 . PMID 27148161 .
- ^ Jump up to: а беременный Gault CR, Obeid LM, Hannun YA (2010). «Обзор метаболизма сфинголипидов: от синтеза до разрушения». Сфинголипиды как сигнальные и регуляторные молекулы . Достижения в области экспериментальной медицины и биологии. Тол. 688. С. 1–23. doi : 10.1007/978-1-4419-6741-1_1 . ISBN 978-1-4419-6740-4 Полем PMC 3069696 . PMID 20919643 .
- ^ Jump up to: а беременный Lok CM, Ward JP, Van Dorp DA (март 1976 г.). «Синтез хиральных глицеридов, начиная с d- и l-serine». Химия и физика липидов . 16 (2): 115–22. doi : 10.1016/0009-3084 (76) 90003-7 . PMID 1269065 .
- ^ Соколова, EI; Perova, NV (2004-07-01). «Гормональная регуляция липидного метаболизма у здоровых субъектов с ожирением или без него» . Человеческая физиология . 30 (4): 441–444. doi : 10.1023/b: Humb.0000036339.26918.92 . ISSN 1608-3164 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Дэнке , ; Zhang 7052. DOI : 10.3390 . / : Molecules27207052
- ^ Jump up to: а беременный «Расстройства липидного метаболизма» . MedlinePlus . Получено 2016-11-20 .
- ^ О'Мэлли К (1984). Клиническая фармакология и лекарственное лечение у пожилых людей . Эдинбург; Нью -Йорк: Черчилль Ливингстон. ISBN 978-0-443-02297-5 .
- ^ Jump up to: а беременный «Расстройства липидного метаболизма» . Merck Manuals Consumer Version . Получено 2016-11-20 .
- ^ Jump up to: а беременный в Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). «Липидный бислой» . Молекулярная биология клетки (4 -е изд.). Гарлендская наука. ISBN 978-0-8153-3218-3 .
- ^ Jump up to: а беременный Incardona JP, Eaton S (апрель 2000 г.). «Холестерин в трансдукции сигнала». Современное мнение в клеточной биологии . 12 (2): 193–203. doi : 10.1016/s0955-0674 (99) 00076-9 . PMID 10712926 .
- ^ Рассел Д.В. (2003). «Ферменты, регуляция и генетика синтеза желчной кислоты». Ежегодный обзор биохимии . 72 : 137–74. doi : 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161712 . PMID 12543708 .
- ^ Уильямс Ки, Хиггс Г.А. (октябрь 1988 г.). «Эйкозаноиды и воспаление» . Журнал патологии . 156 (2): 101–110. doi : 10.1002/path.1711560204 . PMID 3058912 . S2CID 34803631 .
Липид+метаболизм в Национальной библиотеке медицины Медицинской библиотеки США (Mesh)