Обмен и функции липидов. Классификация липидов. Простейшие липиды.

Обмен и функции липидов.
Классификация липидов. Простейшие липиды.
Простагландины. Переваривание липидов. Роль желчных
кислот в переваривании жиров. Хиломикроны.
Липопротеидная липаза.
Лекция 17
Обмен и функции липидов
• Эта группа веществ получила
название от греческого lipos – жир.
• К липидам относятся нерастворимые в
воде органические вещества, которые
находятся в живых организмах и могут
извлекаться из них неполярными
органическими растворителями,
такими как хлороформ, эфир или
бензол.
Значение липидов
• 1. Выполняют энергетическую функцию.
Богатейший источник энергии. При сгорании
1 г жира получается 9,3 ккал (39 кДж), то
есть в 2,5 раза больше, чем при сгорании 1 г
углеводов.
• 2. Выполняют структурную функцию, входят
в состав клеточных мембран.
• 3. Роль механического амортизатора.
• 4. Жир подкожной клетчатки выполняет
теплоизолирующую функцию, так как жир
плохо проводит тепло.
• 5. Информационную функцию – некоторые
липиды являются гормонами.
Два вида липидов:
резервные и структурные
• Резервные жиры депонируются в больших
количествах и затем расходуются для
энергетических нужд организма. В ним
относятся триацилглицеролы. Резервный
жир может очень быстро накапливаться …
• Структурные липиды не имеют той
энергетической ценности, как резервный
жир, так как они почти не расходуются даже
при голодании. Они участвуют в построении
клеточных мембран.
Два вида липидов:
резервные и структурные
• Липиды составляют примерно 10-20% от
массы тела. У молодого человека
студенческого возраста содержится 10-12 кг
липидов, из них 2-3 кг приходится на
структурные липиды, а остальное –
резервный жир – около 10 кг. Много это или
мало?
• 10 кг – это 10000 г × 9,3 ккал/г = 93000 ккал.
93000 ккал : 3000 ккал/день (суточная
потребность в энергии) = 31 день.
Модель кеточной мембраны
Содержание жира в молоке
млекопитающих
Молоко
Содержание жира
Коровье
4%
Женское
3,5%
Козье
4,8%
Кобылье
2,0%
Овечье
6,86%
Оленье
17%
Дельфинье
46%
Классификация липидов
ЛИПИДЫ
ПРОСТЫЕ ЛИПИДЫ
Жиры
триацилглицеролы
ВОСКИ
СЛОЖНЫЕ ЛИПИДЫ
ФОСФОЛИПИДЫ ГЛИКОЛИПИДЫ
Глицерофосфолипиды: Сфингофосфолипиды
Фосфатидилхолин
(сфингомиелин)
Фосфатидилсерин
Фосфатидилэтаноламин
Фосфатидилинозит
Плазмалогены
кардиолипины
СТЕРОИДЫ
цероброзиды
ганглиозиды
глобозиды
сульфатиды
•
O
CH2 O C R1
O
CH O C R2
O
CH2 O C R3
Жиры – это
триацилглицеролы,
сложные эфиры глицерола
и жирных кислот.
Локализуются
преимущественно в
адипоцитах.
• Общая формула
• Могут быть смешанные
сложные эфиры, разные
радикалы R. Долго
считали, что имеются
только определенные
жирные кислоты с четным
числом углеродных атомов
и с неразветвленной цепью.
•
Название кислоты
Cn : m
Структура кислот
ω
Насыщенные
Миристиновая
14:0
СН3-(СН2)12СООН
Пальмитиновая
16:0
СН3-(СН2)14СООН
Стеариновая
18:0
СН3-(СН2)16СООН
Моноеновые
Пальмитоолеиновая
16:1 ∆9
СН3-(СН2)5СН=СН-(СН2)7-СООН
Олеиновая
18:1 ∆ 9
СН3-(СН2)7СН=СН-(СН2)7-СООН
Полиеновые
Линолевая*
18:2 ∆ 9,12
6
СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=CH-(СН2)7-CООН
Линоленовая*
18:3 ∆ 9,12, 15
3
СН3-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН-СН2-СН=CH-(СН2)7-СООН
Эйкозатриеновая
20:3 ∆ 8,11,14
6
СН3-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН-СН2-СН=CH-(СН2)7-СООН
Арахидоновая**
20:4 ∆ 5, 8, 11,
14
6
СН3-(СН2)3-(СН2-СН=СН)4 (СН2)3СООН
Эйкозапентаеновая
(тимнодоновая)
20:5 ∆ 5, 8,11,
14, 17
3
СН3-СН2-(СН=СН-СН2)5(СН2)2СООН
Жирные кислоты и глицерол
H2C
OH
HC
OH
H2C
OH
Триацилглицеролы (ТАГ)
ώ-3 ненасыщенные
жирные кислоты
O
HO
9
6
3
1
ω
9
В последнее время большое внимание стали уделять
ώ-3 ненасыщенным жирным кислотам. Это семейство
полиненасыщенных жирных кислот, общим для которых
является углерод-углерод двойная связь в ώ-3 положении.
Организм человека не может синтезировать ώ-3 жирные
кислоты, но он может преобразовывать линоленовую
кислоту в 20- или 22-углеродные ώ-3 ненасыщенные
жирные кислоты.
Полиненасыщенные жирные кислоты не синтезируются в
организме человека, они должны поступать в организм с
пищей, их называют
незаменимыми жирными кислотами
•
•
•
•
1. Они поддерживают жидкое состояние, присущее
липидам клеточных мембран в норме.
2. Они предотвращают отложение холестерина в
стенках кровеносных сосудов, что имеет
первостепенное значение для профилактики
атеросклероза.
3. ώ-6 служат предшественниками важных
гормоноподобных веществ простагландинов,
тромбоксанов и лейкотриенов. Провоспалительное
действие
4. ώ-3 ненасыщенные жирные кислоты – напротив
антивоспалительное
Жиры подразделяются на собственно
жиры и масла.
• Разница в агрегатном состоянии при комнатной
температуре. Это объясняется составом жирных
кислот. Как правило, большинство природных
ненасыщенных жирных кислот в области двойных
связей находятся в цис-конфигурации, имеющей
форму буквы Г, благодаря чему содержащие их
хвосты (в отличие от насыщенных) имеют не
прямую, а изломанную форму. Такого рода изломы
препятствуют плотной упаковке молекул. Но в
гидрогенизированных жирах встречается и трансконформация – прямая конфигурация в области
двойных связей.
Глицерофосфолипиды.
• Молекулы глицерофосфолипидов имеют
гидрофобную часть, образованную
радикалами жирных кислот, и
гидрофильную часть – остаток фосфорной
кислоты, аминоспиртов и аминокислот.
Амфифильные свойства фосфолипидов
позволяют им образовывать бислойные
структуры мембран или гидрофильный слой
на поверхности липопротеинов – частиц,
обеспечивающих транспорт гидрофильных
липидов, в частности триглицеридов,
кровью.
Глицерофосфолипиды являются
производными фосфатидной кислоты.
R1
O
C O CH2
R2 C O CH
O
O
CH2 O P O
O
Фосфатидная кислота
Здесь могут быть разные гидрофильные заместители
Фосфолипиды
R1
R2
фосфатидилхолин
O
R1
R2
C
O
C
O
O
CH2
O
CH
H2C
O
P
H2 H2
O C C
O
Фосфатидилэтаноламин
NH3
O
R1
R2
C
O
O
C O
CH2
CH
H2C
O
O
P
O
Фосфатидилсерин
O
H2
C
H
C
NH3
СООН
O
R1
R2
C
O
O
C O
CH2
O
CH
HO
H2C
O
P
OH
O
H
O
H
OH
H
OH
HO
Фосфатидилинозит
H
Молекулярная модель фосфолипидной
двухслойной мембраны
H2C
H
O C
O
R2
C O
C
H
R1
ненасыщенный спирт
CH
O
H2C
O
P
O
холин (этаноламин; серин)
O
Плазмалогены:
фосфатидальхолины
фосфатидальэтаноламины
фосфатидальсерины
ТАФ – тромбоцитактивирующий фактор
КАРДИОЛИПИН
Сфинголипиды
Сфингозин
Церамид
Сфинголипиды
Фосфорилхолин
сфингозин
Сфингомиелин
жирная кислота
ЦЕРОБРОЗИДЫ
Сфингозин + ж.кислота + моносахарид
Галактоцереброзид – моносахарид галактоза
Глюкоцероброзид – моносахарид глюкоза
Ганглиозиды
D-галактоза
N-ацетилD-галактозамин
D-галактоза
N-ацетилнейраминовая
кислота
D-глюкоза
Стероиды
Холестерол
Стероиды-витамины
Стероиды - гормоны
•
Все стероидные
гормоны –
липофильные
низкомолекулярные
соединения, общим
предшественником
которых является
холестерол
кортизол
•
тестостерон
Источники
холестерола в
организме человека:
пища и биосинтез
(преимущественно в
гепатоцитах)
прогестерон
эстрадиол
Терпены
Терпены
Эйкозаноиды
Цитокины
Гормоны
Гистамин
Кинины
Повреждение
Фосфолипаза А2
Арахидоновая
кислота
Липоксигеназа
Циклооксигеназа
Лейкотриены
PGG2
пероксидаза
LTC4
LTD4
LTE4
LTA4
PGA2
PGH2
ТХА2
PGI2
PGE2
PGF2
Эйкозаноиды
Эйкозаноиды
СООН
O
PGI 2
сн3
OH
ОН
Эйкозаноиды
O
СООН
PGE 1
OH
ОН
HO
СООН
PGF2α
OH
ОН
PGE1
ω6
Эйкозатриеновая
20:3 (8,11,14)
PGF1
Эйкозаноиды – cерии 1
PGI1
ω6
Арахидоновая
кислота
20:4 (5,8,11,14)
PGE2
Эйкозаноиды – cерии 2
PGF2
ТХА2
PGA3
ω3
Эйкозапентаеновая
20:5 (5,8,11,14,17)
PGI3
TXA3
Эйкозаноиды – cерии 3
Простагландины
• Это жирные кислоты, содержащие 20
углеродных атомов и циклопентановое кольцо.
Они встречаются во всех тканях человека и
обладают разнообразным действием.
Увеличивают капиллярную проницаемость,
вызывают сокращение матки, влияют на
просвет бронхов.
• Аспирин тормозит синтез простагландинов из
арахидоновой кислоты путем ацетилирования
фермента циклооксигеназы
Переваривание жиров
• Жиры практически не всасываются без
предварительного гидролиза. Лишь при
значительных нагрузках происходит
всасывание небольшого количества
негидролизованного жира.
Переваривание складывается из трех
этапов.
• Гидролиз.
• Всасывание продуктов гидролиза.
• Ресинтез жира.
Переваривание жиров
• В ротовой полости вырабатывается «липаза
языка». Оптимум рН «липазы языка» лежит
при 5,5-7,5 (слабо кислая и нейтральная
среда), а рН желудочного сока резко кислое –
2-1,5. Для взрослого человека не имеет
особого значения, разве лишь в особых
случаях. Она важна для детей. У них рН
желудочного содержимого 5,5, то есть
совпадает с оптимумом рН фермента.
Поэтому у детей переваривание жиров
молока начинается еще с полости желудка.
Переваривание жиров
• В двенадцатиперстной кишке HCl химуса из желудка
стимулирует секрецию кишечных гормонов (небольших
пептидов) слизистой дуоденума.
• 1. HCl стимулирует секрецию секретина, который вызывает
секрецию НСО3 из поджелудочной железы. Секретин –
пептид из 27 аминокислотных остатков – первый гормон
открытый Бейлисом и Старлингом в 1902 году.
• 2. Жиры и аминокислоты стимулируют освобождение
панкреозимина-холецистокинина, который в свою очередь
приводит к секреции зимогеновых гранул из
панкреатической железы и выделение желчи из желчного
пузыря.
• Желчные кислоты и фосфатидилхолин, содержащиеся в
желчи, являются детергентами ввиду их амфипатической
структуры.
Переваривание жиров
• В зимогеновых гранулах содержатся
панкреатическая липаза,
холестеролэстераза, фосфолипаза А,
которая гидролизует фосфолипиды до
лизофосфолипидов и жирных кислот.
• Кислотность в двенадцатиперстной кишке
меняется. Нейтрализуется HCl. 7,0-7,2-7,4.
«Липаза языка»становится активной, к
которой присоединяется панкреатическая
липаза, оптимум рН которой составляет 7,08,8.
Желчные кислоты
CH3
CH3
CH CH2CH2 CH2 CH
CH3
CH3
CH3
холестерол
O
H
НАДФН + Н+ + О2
7α-гидроксилаза
CH3
CH CH2
OH
CH3
O
H2
C
C
OH
12
CH3
3
OH
7
OH
холевая кислота
(3,7,12 – тригидроксихолановая
кислота)
Желчные кислоты
CH3
CH CH2
OH
O
H2
C
C
холевая кислота
(3,7,12 – тригидроксихолановая
кислота)
OH
CH3
CH3
OH
OH
H2N – CH2 – COOH
OH
CH3
O
H2
CH CH2 C
C
O
H
N
H
CH
C OH
CH3
CH3
гликохолевая
OH
OH
глицин
Желчные кислоты
CH3
O
CH CH2
OH
H2
C
C
холевая кислота
(3,7,12 – тригидроксихолановая
кислота)
OH
CH3
CH3
OH
OH
OH
H2N – CH2 – CH2 – SO3
CH3
O
H2
CH CH2 C
C
O
H
H
H
2
2
H
– SO
N 2N –CCH2 –C CH2 C
OH3
-
CH3
CH3
таурохолевая
OH
OH
-
таурин
Липаза гидролизует триацилглицеролы.
O
CH2 O C R1 Панкреатическая CH2 OH
O
O
липаза
CH O C R2
CH O C R2 + 2 R COOH
O
+ 2 H2O
CH2 O C R3
CH2 OH
CH2 OH
O
CH O C R2
CH2 OH
Панкреатическая CH2 OH
липаза
CH OH
+ H2O
CH2 OH
+ R COOH
ЭМУЛЬГИРОВАНИЕ
АБСОРБЦИЯ
ОБРАЗОВАНИЕ СМЕШАННЫХ МИЦЕЛЛ
Ресинтез жиров и образование эфиров
холестерола
HS~KoA+RCOOH+АТФ
R-CO~KoA+АМФ+ФФ
ацил~КоА
Ацил-КоА-синтетаза
(тиокиназа)
Активация жирных кислот
Холестерол+ацил~КоА
эфир холестерола
АХАТ
(ацилхолестеролацилтрансфераза)
ОБЩАЯ СТРУКТУРА ЛИПОПРОТЕИНОВ
апо С-II (апоЕ)
Холестерол 2%
Фосфолипиды 3%
Апопротеин апоВ-100
(апоВ-48)
ХМ
Эфир
холестерола 3%
ТАГ 85%
Неполярные
липиды
полярные
липиды
ворсинки
жирные кислоты
желчные кислоты
жирные кислоты
тонкий кишечник
смешанные мицелы
Эпителиальные клетки
микроворсинки
лимфатический сосуд
капиллярная сеть
Хиломикроны
• Состав хиломикронов: триацилглицеролы около
80%, фосфолипиды 7%, холестерол от 2 до 20%,
белок 2-2,5%.
• Диаметр хиломикронов составляет от 0,2 до 1,0
микрона. Их можно видеть как молочную муть в
плазме или сыворотке после центрифугирования
«сытой» крови. Поэтому биохимические
исследования крови производятся утром
натощак.
• В крови происходит дозревание ХМ, к ним
присоединяются дополнительно апобелки С и Е.
Хиломикроны
• Состав хиломикронов: триацилглицеролы около
80%, фосфолипиды 7%, холестерол от 2 до 20%,
белок 2-2,5%.
• Диаметр хиломикронов составляет от 0,2 до 1,0
микрона. Их можно видеть как молочную муть в
плазме или сыворотке после центрифугирования
«сытой» крови. Поэтому биохимические
исследования крови производятся утром
натощак.
• В крови происходит дозревание ХМ, к ним
присоединяются дополнительно апобелки С и Е.
ЛИПОПРОТЕИНЫ
Типы липопротеинов
Состав (%)
Белки
ФЛ
ХС
ЭХС
ТАГ
Хиломикроны
(ХМ)
ЛПОНП
ЛППП
ЛПНП
ЛПВП
2
3
2
3
85
10
18
7
10
55
11
23
8
30
26
22
21
8
42
7
Функции
Транспорт
липидов из
клеток
кишечника
(экзогенных
липидов)
Транспорт
липидов,
синтезируемы
х в печени
(эндогенных
липидов)
Промежуточная
форма
превраще-ния
ЛПОНП в ЛПНП
под действием
фермента
ЛП-липазы
Транспорт
холестерола
в ткани
Место
образования
Эпителий
тонкого
кишечника
Клетки
печени
Кровь
Кровь (из
ЛПОНП и
ЛППП)
Плотность,
(г/мл)
Диаметр
частиц,
(нМ)
Основные
аполипопротеины
0,92-0,98
0,96-1,00
1,00-1,06
50
27
4
16
3
Удаление
избытка
холестерола
из клеток и
других
липопротеинов.
Донор
апопротеино
в А, С-II.
Клетки
печени —
ЛПВП-предшественники
1,06-1,21
больше 120
30-100
21-100
7-15
В-48
С-II
E
B-100
C-II
E
B-100
A-I
C-II
E
B-100
E
Судьба хиломикронов
• Триацилглицеролы хиломикронов служат
субстратами своеобразной
липопротеинлипазы, находящейся на
поверхности эндотелия некоторых органов.
Этот фермент активируется апопротеином С
и гидролизует триацилглицеролы до
свободных жирных кислот и глицерола.
Глицерол используется печенью, а жирные
кислоты используются на месте, например
мышцами. Истощенные хиломикроны
захватываются печенью через рецепторы,
связывающие апопротеин Е.
Липопротеинлипаза