Липидный обмен - Lipid metabolism

Липидный обмен синтез и деградация липиды в клетках, включая расщепление или накопление жиров для получения энергии и синтез структурных и функциональных липидов, таких как те, которые участвуют в построении клеточные мембраны. У животных эти жиры получают с пищей или синтезируются печень.[1] Липогенез - это процесс синтеза этих жиров.[2][3] Большинство липидов, обнаруживаемых в организме человека при приеме пищи, являются триглицериды и холестерин.[4] Другие типы липидов, обнаруженные в организме: жирные кислоты и мембранные липиды. Липидный обмен часто рассматривается как пищеварение и процесс абсорбции диетических жиров; однако есть два источника жиров, которые организмы могут использовать для получения энергии: из потребляемых пищевых жиров и из накопленных жиров.[5] Позвоночные (включая людей) используют оба источника жира для производства энергия для таких органов, как сердце функционировать.[6] Поскольку липиды гидрофобный молекулы, они должны быть растворены, прежде чем может начаться их метаболизм. Липидный обмен часто начинается с гидролиз,[7] которое происходит с помощью различных ферментов пищеварительной системы.[2] Липидный обмен также происходит в растениях, хотя процессы в некоторых отношениях отличаются по сравнению с животными.[8] Второй этап после гидролиза - абсорбция жирных кислот в эпителиальные клетки из стенка кишечника.[6] В эпителиальных клетках жирные кислоты упаковываются и транспортируются к остальной части тела.[9]

Переваривание липидов

Пищеварение это первый шаг к метаболизму липидов, и это процесс расщепления триглицеридов на более мелкие моноглицерид единиц с помощью липаза ферменты. Переваривание жиров начинается во рту путем химического переваривания лингвальная липаза. Проглоченный холестерин не расщепляется липазами и остается неизменным, пока не попадет в клетки эпителия тонкой кишки. Затем липиды попадают в желудок, где продолжается химическое пищеварение. желудочная липаза и начинается механическое пищеварение (перистальтика ). Однако большая часть переваривания и всасывания липидов происходит, когда жиры достигают тонкого кишечника. Химические вещества из поджелудочной железы (семейство панкреатических липаз и липаза, зависимая от желчных солей ) секретируются в тонкий кишечник, помогая расщеплять триглицериды,[10] вместе с дальнейшим механическим перевариванием, пока они не станут индивидуальными жирная кислота единицы, способные всасываться в тонком кишечнике эпителиальные клетки.[11] Это липаза поджелудочной железы, которая отвечает за передачу сигналов гидролиз триглицеридов на отдельные свободные жирные кислоты и единицы глицерина.

Всасывание липидов

Второй этап липидного обмена - всасывание жиров. Короткоцепочечные жирные кислоты могут абсорбироваться желудок, в то время как большая часть жиров всасывается только в тонкий кишечник. Как только триглицериды расщепляются на отдельные жирные кислоты и глицерины вместе с холестерином они будут объединяться в структуры, называемые мицеллы. Жирные кислоты и моноглицериды покидают мицеллы и диффундируют через мембрану, попадая в эпителиальные клетки кишечника. в цитозоль из эпителиальных клеток жирные кислоты и моноглицериды рекомбинируются обратно в триглицериды. В цитозоле эпителиальных клеток триглицериды и холестерин упакованы в более крупные частицы, называемые хиломикроны которые амфипатический структуры, транспортирующие переваренные липиды.[9] Хиломикроны проходят через кровоток и попадают в жировой и другие ткани в организме.[6][2][3]

Транспорт липидов

Из-за гидрофобной природы мембранные липиды, триглицериды и холестерины, им требуются специальные транспортные белки, известные как липопротеины.[1] Амфипатическая структура липопротеинов позволяет триглицеринам и холестерину переноситься через кровь. Хиломикроны - одна из подгрупп липопротеинов, которые переносят переваренные липиды из тонкой кишки в остальную часть тела. Различная плотность липопротеинов зависит от того, какой тип жиров они переносят.[12] Например, липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП ) переносят синтезированные триглицериды в наш организм и липопротеины низкой плотности (ЛПНП) транспортируют холестерин к нашим периферическим тканям.[6][1] Некоторые из этих липопротеинов синтезируются в печени, но не все они происходят из этого органа.[1]

Катаболизм липидов

Когда хиломикроны (или другие липопротеины) проходят через ткани, эти частицы расщепляются липопротеин липаза на люминальной поверхности эндотелиальные клетки в капилляры для выпуска триглицеридов.[13] Триглицериды расщепляются на жирные кислоты и глицерин перед тем, как попасть в клетки, а оставшийся холестерин снова будет перемещаться через кровь в печень.[14]

[14] Распад жирных кислот путем бета-окисления.

В цитозоле клетки (например, мышечной клетки) глицерин будет преобразован в глицеральдегид-3-фосфат, который является промежуточным звеном в гликолиз для дальнейшего окисления и производства энергии. Однако основные этапы жирных кислот катаболизм происходят в митохондрии.[15] Длинноцепочечные жирные кислоты (более 14 атомов углерода) необходимо преобразовать в жирный ацил-КоА чтобы пройти через митохондрии мембрана.[6] Катаболизм жирных кислот начинается в цитоплазме клетки так как ацил-КоА синтетаза использует энергию от расщепления АТФ, чтобы катализировать добавление кофермент А к жирной кислоте.[6] Результирующий ацил-КоА пересекают мембрану митохондрий и вступают в процесс бета-окисление. Основными продуктами пути бета-окисления являются: ацетил-КоА (который используется в цикл лимонной кислоты для производства энергии), НАДН и ФАДН.[15] Для процесса бета-окисления необходимы следующие ферменты: ацил-КоА дегидрогеназа, еноил-КоА гидратаза, 3-гидроксиацил-КоА дегидрогеназа, и 3-кетоацил-КоА тиолаза.[14] На диаграмме слева показано, как жирные кислоты превращаются в ацетил-КоА. Общая чистая реакция с использованием пальмитоил-КоА (16: 0) в качестве модельной подложки:

7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoASH + 7 H2O + H (CH2CH2)7CH2CO-SCoA → 8 каналов3CO-SCoA + 7 FADH2 + 7 НАДН + 7 Н+

Биосинтез липидов

Помимо пищевых жиров, запасные липиды, хранящиеся в жировая ткань являются одним из основных источников энергии для живых организмов.[16] Триацилглицерины, липидная мембрана и холестерин могут синтезироваться организмами различными путями.

Биосинтез мембранных липидов

Существует два основных класса мембранных липидов: глицерофосфолипиды и сфинголипиды. Хотя в нашем организме синтезируется множество различных мембранных липидов, их метаболические пути сходны. Первый шаг - синтез магистрали (сфингозин или глицерин ), второй этап - это добавление жирных кислот к основной цепи для получения фосфатидной кислоты. Фосфатидная кислота дополнительно модифицируется путем присоединения к основной цепи различных гидрофильных головных групп. Биосинтез мембранных липидов происходит в мембрана эндоплазматического ретикулума.[17]

Биосинтез триглицеридов

Фосфатидная кислота также является предшественником биосинтеза триглицеридов. Фосфотаза фосфатидной кислоты катализирует превращение фосфатидной кислоты в диацилглицерид, который будет преобразован в триацилглицерид посредством ацилтрансфераза. Биосинтез триглицеридов происходит в цитозоле.[18]

Биосинтез жирных кислот

Прекурсор жирных кислот ацетил-КоА и это происходит в цитозоль ячейки.[18] Общая чистая реакция с использованием пальмитат (16: 0) в качестве модельной подложки:

8 Ацетил-коА + 7 АТФ + 14 НАДФН + 6Н + → пальмитат + 14 НАДФ + + 6H2O + 7АДФ + 7P¡

Биосинтез холестерина

Холестерин можно сделать из ацетил-КоА через многоэтапный путь, известный как изопреноидный путь. Холестерины важны, потому что они могут быть изменены для образования различных гормоны в теле, например прогестерон.[6] 70% биосинтеза холестерина происходит в цитозоле клеток печени.[нужна цитата ]

Нарушения липидного обмена

Нарушения липидного обмена (в т.ч. врожденные нарушения липидного обмена ) - это болезни, при которых возникают проблемы с расщеплением или синтезом жиров (или жироподобных веществ).[19] Нарушения липидного обмена связаны с увеличением концентрации липиды плазмы в крови, например Холестерин ЛПНП, ЛПОНП, и триглицериды которые чаще всего приводят к сердечно-сосудистым заболеваниям.[20] В большинстве случаев эти расстройства являются наследственными, то есть это заболевание передается от родителей к ребенку через их гены.[19] Болезнь Гоше (типы I, II и III), Болезнь Ниманна – Пика, Болезнь Тея – Сакса, и Болезнь Фабри это все болезни, при которых у людей может быть нарушение липидного обмена в организме.[21] К более редким заболеваниям с нарушением липидного обмена относятся ситостеролемия, Болезнь Вольмана, Болезнь Рефсума, и церебротендинный ксантоматоз.[21]

Типы липидов

Типы липидов, участвующих в метаболизме липидов, включают:

  • Мембранные липиды:
    • Фосфолипиды: Фосфолипиды являются основным компонентом липидного бислоя клеточной мембраны и обнаруживаются во многих частях тела.[22]
    • Сфинголипиды: Сфинголипиды в основном находятся в клеточной мембране нервной ткани.[17]
    • Гликолипиды: Основная роль гликолипидов заключается в поддержании стабильности липидного бислоя и облегчении распознавания клеток.[22]
    • Глицерофосфолипиды: Нервная ткань (включая головной мозг) содержит большое количество глицерофосфолипидов.[22]
  • Другие типы липидов:
    • Холестерины: Холестерины являются основными предшественниками различных гормонов в нашем организме, таких как прогестерон и тестостерон. Основная функция холестерина - контролировать текучесть клеточной мембраны.[23]
    • Стероидный препарат - смотрите также стероидогенез: Стероиды - одна из важных клеточных сигнальных молекул.[23]
    • Триацилглицерины (жиры) - см. также липолиз и липогенез: Триацилглицериды являются основной формой хранения энергии в организме человека.[1]
    • Жирные кислоты - смотрите также метаболизм жирных кислот: Жирные кислоты являются одними из прекурсоров, используемых для биосинтеза липидных мембран и холестерина. Они также используются для получения энергии.
    • Желчные соли: Желчные соли выделяются печенью и способствуют перевариванию липидов в тонком кишечнике.[24]
    • Эйкозаноиды: Эйкозаноиды производятся из жирных кислот в организме и используются для передачи сигналов клетками.[25]
    • Кетоновые тела: Кетоновые тела образуются из жирных кислот в печени. Их функция - производить энергию в периоды голодания или низкого потребления пищи.[6]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е «Обзор липидного метаболизма». Руководства Merck Professional Edition. Получено 2016-11-01.
  2. ^ а б c «Гидролиз - Химическая энциклопедия - структура, реакция, вода, белки, примеры, соль, молекула». chemistryexplained.com. Получено 2016-11-01.
  3. ^ а б Фрайфельдер Д. (1987). Молекулярная биология (2-е изд.). Бостон: Джонс и Бартлетт. ISBN  978-0-86720-069-0.
  4. ^ Бейнс Д. (2014). Медицинская биохимия. Saunders, Elsevier Limited. С. 121–122. ISBN  978-1-4557-4580-7.
  5. ^ Арресе Е.Л., Сулаж Дж. Л. (2010). «Жировое тело насекомых: энергия, обмен веществ и регуляция». Ежегодный обзор энтомологии. 55: 207–25. Дои:10.1146 / annurev-ento-112408-085356. ЧВК  3075550. PMID  19725772.
  6. ^ а б c d е ж грамм час Ленингер А.Л., Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2000). Принципы биохимии Ленингера (3-е изд.). Нью-Йорк: Worth Publishers. ISBN  978-1-57259-931-4.
  7. ^ Офардт CE (2013). «Резюме липидного метаболизма». Виртуальный чембук. Элмхерст-колледж.
  8. ^ Свадьба RT (май 1972 г.). «Рецензируемая работа: биохимия липидов растений». Новый Фитолог. 71 (3): 547–548. JSTOR  2430826?.
  9. ^ а б Джо Й, Окадзаки Х, Мун Я., Чжао Т. (2016). «Регуляция липидного обмена и не только». Международный журнал эндокринологии. 2016: 5415767. Дои:10.1155/2016/5415767. ЧВК  4880713. PMID  27293434.
  10. ^ Пелли Дж. В. (2012). Комплексный обзор биохимии Elsevier (2-е изд.). Филадельфия: Эльзевьер / Мосби. ISBN  978-0-323-07446-9.
  11. ^ Воет Д., Воет Дж. Г., Пратт К. В. (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (Четвертое изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN  978-0-470-54784-7. OCLC  738349533.
  12. ^ Харрис-младший (2009). Связывающие холестерин и транспортные белки холестерина: структура и функции при здоровье и болезнях. Дордрехт: Спрингер. ISBN  978-90-481-8621-1.
  13. ^ Фейнгольд KR, Грюнфельд C (2000). «Введение в липиды и липопротеины». In De Groot LJ, Chrousos G, Dungan K, Feingold KR, Grossman A, Hershman JM, Koch C, Korbonits M, McLachlan R (ред.). Эндотекст. Южный Дартмут (Массачусетс): MDText.com, Inc. PMID  26247089.
  14. ^ а б c «Бета-окисление жирных кислот - липидная библиотека AOCS». lipidlibrary.aocs.org. Архивировано из оригинал на 2019-01-21. Получено 2017-11-28.
  15. ^ а б Шеффлер И.Е. (2008). Митохондрии (2-е изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley-Liss. ISBN  978-0-470-04073-7.
  16. ^ Чхве СС, Ху Джи, Хван Ай Джи, Ким Джи, Ким Джи Би (13 апреля 2016). «Ремоделирование жировой ткани: его роль в энергетическом метаболизме и метаболических нарушениях». Границы эндокринологии. 7: 30. Дои:10.3389 / fendo.2016.00030. ЧВК  4829583. PMID  27148161.
  17. ^ а б Голт CR, Обейд Л.М., Ханнун Ю.А. (2010). «Обзор метаболизма сфинголипидов: от синтеза до распада». Достижения экспериментальной медицины и биологии. 688: 1–23. Дои:10.1007/978-1-4419-6741-1_1. ISBN  978-1-4419-6740-4. ЧВК  3069696. PMID  20919643.
  18. ^ а б Лок С.М., Уорд Дж. П., Ван Дорп Д. А. (март 1976 г.). «Синтез хиральных глицеридов из D- и L-серина». Химия и физика липидов. 16 (2): 115–22. Дои:10.1016/0009-3084(76)90003-7. PMID  1269065.
  19. ^ а б «Нарушения липидного обмена». MedlinePlus. Получено 2016-11-20.
  20. ^ О'Мэлли К. (1984). Клиническая фармакология и медикаментозное лечение пожилых людей. Эдинбург; Нью-Йорк: Черчил Ливингстон. ISBN  978-0-443-02297-5.
  21. ^ а б «Нарушения липидного обмена». Руководства Merck для потребителей. Получено 2016-11-20.
  22. ^ а б c Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). «Липидный бислой». Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Наука о гирляндах. ISBN  978-0-8153-3218-3.
  23. ^ а б Incardona JP, Eaton S (апрель 2000 г.). «Холестерин в сигнальной трансдукции». Текущее мнение в области клеточной биологии. 12 (2): 193–203. Дои:10.1016 / s0955-0674 (99) 00076-9. PMID  10712926.
  24. ^ Рассел DW (2003). «Ферменты, регуляция и генетика синтеза желчных кислот». Ежегодный обзор биохимии. 72: 137–74. Дои:10.1146 / annurev.biochem.72.121801.161712. PMID  12543708.
  25. ^ Уильямс К.И., Хиггс Г.А. (октябрь 1988 г.). «Эйкозаноиды и воспаление». Журнал патологии. 156 (2): 101–110. Дои:10.1002 / path.1711560204. PMID  3058912.

Липид + метаболизм в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)