Липиды: строение, свойства, биологическая роль. Энергетическое использование липидов

1. Липиды: строение, свойства, биологическая роль. Энергетическое использование липидов

2022 год

2. Химическая классификация липидов

омыляемые
простые
жиры
неомыляемые
сложные
стериды
Изопреноиды
воска
Фосфолипиды
Глицерофосфолипиды
Сфингофосфолипиды
Эйкозаноиды
Гликолипиды
стероиды
1. Стерины (ХС, ЭХС, D3)
2. Желчные кислоты
3. Стероидные гормоны)
Ганглио- Цереброзиды
зиды
2

3. ТРИАЦИЛГЛИЦЕРОЛЫ (ТАГ)

(гидрофобны, неполярны)
Роль ацилглицеролов в организме:
1) ТАГ - основные липиды пищи (жиры и масла);
ТАГ - основные липиды жировой ткани
(резервная роль). В состав мембран не входят
(гидрофобны)
2)
Механическая
3)
Терморегуляторная
4)
МАГ – амфифильные вещества
(ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕЩЕСТВА В ОБМЕНЕ
ацилглицеридов)
5)
ДАГ – ВТОРИЧНЫЕ МЕССЕНДЖЕРЫ
3

4. Структура глицерофосфолипидов (ФЛ) (АМФИФИЛЬНЫ)

Структура глицерофосфолипидов (ФЛ)
(АМФИФИЛЬНЫ)
Глицерол + остаток фосфорной к-ты + аминоспирт
Фосфатидилинозитол
Фосфатидилхолин
Фосфатидилсерин
Фосфатидилэтаноламин
4

5. Функции фосфолипидов

Фосфолипидный бислой – основа мембран
клеток всех живых организмов
1. Структурная
2. Источники 2-х видов
вторичных
посредников: ДАГ и
инозитолтрифосфата
3. Входят в состав
сурфактанта легких
4. ТАФ (плазмалоген)
активирует
агрегацию
тромбоцитов
5

6. Жирные кислоты

• Жирными кислотами (ЖК) - называются карбоновые кислоты,
которые образуются при гидролизе липидов.
• В основном к жирным кислотам относятся высшие карбоновые
кислоты (содержащие 12 и более атомов С).
• Высшие ЖК гидрофобные, они транспортируются в крови с
помощью альбуминов, а в клетках - с помощью Z-белков.
6

7.

№
Жирная кислота
1 Лауриновая
2 Миристиновая
Индекс ЖК
12:0
14:0
∆ ЖК
ω ЖК
3 Пальмитиновая
4 Пальмитолеиновая
5 Стеариновая
16:0
16:1
18:0
∆9
ω9
6 Олеиновая
18:1
∆9
ω9
7 Линолевая
8 Линоленовая
18:2
18:3
∆9,12
∆9,12,15
ω6
ω3
9 Октадекатетраеновая
10 Арахиновая
18:4
20:0
∆5,8,11,14
ω3
11 Гадолеиновая
12 Эйкозатриеновая
20:1
20:3
∆9
∆8,11,14
ω9
ω6
7

8.

№ Жирная кислота
13 Арахидоновая
14 Эйкозапентаеновая
Индекс ЖК
∆ ЖК
20:4
∆5,8,11,14
20:5
∆5,8,11,14,17
ω ЖК
ω6
ω3
15 Бегеновая
16 Эруковая
17 Андреновая
22:0
22:1
22:4
∆13
∆9,12,15,18
ω9
ω6
18 Докозапентаеновая
22:5
∆4,7,10,13,16
ω6
19 Докозагексаеновая
20 Лигноцериновая
22:6
24:0
∆4,7,10,13,16,19 ω3
21 Невроновая
22 Цереброновая
24:1
24:0
∆15
ω9
α-гидрокси ЖК
8

9. АНАБОЛИЗМ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

• Источником ЖК в организме являются синтетические
процессы, омыляемые липиды и пища.
• ЖК, которые синтезируются в организме, называются
заменимыми. Значительная их часть образуется в
печени, в, меньшей степени — в жировой ткани и
лактирующей молочной железе.
• ЖК, которые не синтезируются в организме, но
необходимы для него называются незаменимыми.
Единственным источником незаменимых ЖК
является пища. Они образуют понятие витамин F
(линолевая, линоленовая и арахидоновая).
9

10. Ненасыщенные жирные кислоты

СН3
Линолевая кислота (С17H31COOH)
Цис-конфигурация
двойной связи
Олеиновая кислота (C18H34O2)
Арахидоновая кислота (C20H32O2)
Леноленовая кислота (C₁₈H₃₀O₂)
10

11. Биологическое значение ЖК

1. полиеновые ЖК (арахидоновая, эйкозапентаеновая,
эйкозатриеновая) используются для синтеза БАВ –
эйкозаноидов (простагландинов, простациклинов,
тромбоксанов, лейкотриенов, липоксинов).
2. ЖК окисляются в аэробных условиях с образованием
АТФ;
3. ЖК являются структурным компонентом омыляемых
липидов: восков, глицерофосфолипидов,
сфинголипидов, эфиров холестерола.
11

12.

Липолиз жировой ткани (мобилизация жиров)
– ступенчатый гидролиз сложноэфирных связей
ТАГ под действием специфических тканевых липаз
с образованием глицерола и ВЖК. Протекает в
постабсорбтивном периоде, при голодании и
активной физической работе.
Триацилглицероллипаза является
лимитирующим ферментом липолиза. Она имеет
две формы: фосфорилированную (активную) и
нефосфорилированную (неактивную).
12

13. Реакции липолиза

СН2–О–СО–R1
СН2–ОН
ТАГ-липаза |
|
CН–О–СО–R2
|
CН–О–СО–R2
- R1–CООН
СН2–О–СО–R3
ТАГ
ДАГ-липаза
|
- R3–CООН
СН2–О–СО–R3
ДАГ
13

14. Реакции липолиза (продолжение)

CН2 – ОН
|
CН – О – СО – R2
|
CН2 – ОН
МАГ
МАГ-липаза
- R2 – CООН
CН2 – ОН
|
CН – ОН
|
CН2 – ОН
Глицерол
14

15. Регуляция липолиза

Активируют липолиз:
Глюкокортикоиды, глюкагон, СТГ, АКТГ, тироксин,
липотропин гипофиза, цАМФ
Ингибирует:
инсулин
15

16. Катаболизм ЖК

Ферментативный
• β-окисление (основной
путь).
• α-окисление
• ω-окисление ЖК,
• деградация ЖК в
пероксисомах
Неферментативный
Перекисное
окисление липидов
(ПОЛ)
• Хотя побочные пути (α-, ω-окисление ЖК, деградация
ЖК в пероксисомах) количественно менее важны, их
нарушение может приводить к тяжелым заболеваниям.
16

17.

Транспорт ЖК в митохондрии
• ЖК с короткой и средней цепью (от 4 до 12 атомов С)
могут проникать в матрикс митохондрий путём
диффузии. Активация этих ЖК происходит ацил-КоА
синтетазами в матриксе митохондрий.
• ЖК с длинной цепью, сначала активируются в цитозоле
(ацил-КоА синтетазами на внешней мембране
митохондрий), а затем переносятся в матрикс
митохондрий специальной транспортной системой с
помощью карнитина.
•Карнитин поступает с пищей или
синтезируется из лизина и
метионина с участием витамина С.
L-карнитин
17

18.

Транспорт ЖК в митохондрии
Цитоплазма
HS-KoA
O
R
C
OH
Жирная кислота
O
R
C
АТФ
АМФ+ФФн
ацил-КоА-синтетаза
O
SKoA
Ацил-SKoA
O
R
C
OH
Жирная кислота
АТФ
АМФ+ФФн
ацил-КоА-синтетаза
C
Карнитин
Карнитинацилтрансфераза 2
O
R
«-» Малонил-КоА
Карнитинацилтрансфераза 1
Карнитин
HS-KoA
НS-КоА
O
SKoA
Ацил-SKoA
β-окисление
НS-КоА
Матрикс митохондрии

19. Активация жирных кислот

НS-КоА
R COOH
АТФ
АМФ + РРi
ацил-КоАсинтетаза
2 R
CO ~ SKoA
ацил-КоА
18

20. ТРАНСПОРТ ЖИРНЫХ КИСЛОТ В МИТОХОНДРИИ

+
N (СН3)3
НS-КоА
СН 2
СН2
R CO ~ SKoA +
ацил-КоА
СН OH
СН2
COOH
цитоплазма
ацилкарнитинтрансфераза
цитоплазматическая
карнитин
НS-КоА
ацил-КоА
СН2
COOH
карнитин
COOH
N (СН3)3
СН2
СН2
СН OH
СН 2
+
+
R CO~ SKoA +
СН О ОС R
ацил-карнитин
матрикс
митохондрии
N (СН3 ) 3
N (СН3 )3
ацилкарнитинтрансфераза
митохондриальная
СН О ОС R
СН2
COOH
ацил-карнитин
19

21. β-ОКИСЛЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

R СН2 СН2 CO ~ SKoA
ацил-КоА
дегидрогеназа
ФАД
ФАДН2
2 АТФ
R СН СН CO ~ SKoA
еноил-КоА
гидратаза
Н2О
R СН СН2 CO ~ SKoA
OH
гидроксиацил-КоА
20

22.

R CH СН2 CO ~ SKoA
OH
гидроксиацил-КоА
НАД+
дегидрогеназа
НАДН + Н+
3 АТФ
R С СН2 CO ~ SKoA
O
тиолаза
R CO~ SKoA
ацил-КоА (nС-2)
кетоацил-КоА
НS-KoA
CH3 CO ~ SKoA
ацетил-КоА
следующий цикл β-окисления
ЦТК
12 АТФ
21

23.

пальмитил-КоА C=16
R
R
H2
C
O
H2
C C
H
C
O
C
Реакции β-окисление ЖК
Ацил-КоА
C=16,14,12,10,8,6,4
ФАД
Ацил-КоА ДГ
ФАДН2
7 ФАДН2
H
C
SKoA
SKoA
ЦПЭ
Еноил-КоА
14 АТФ
Н2О
Еноил-КоА гидратаза
ОН
R CН
O
H2
C C
Оксиацил-КоА
НАД+
7 циклов
Оксиацил-КоА ДГ
НАДН2
О
R
SKoA
O
H2
C C
C
SKoA
7 НАДН2
ЦПЭ
Кетоацил-КоА
21 АТФ
НSKoA
C=14,12,10,
8,6,4
Кетоацил-КоА тиолаза
O
R
131 АТФ
C
O
SKoA
Ацил-КоА C = 2
H3C
C
SKoA
ЦТК
ЦПЭ
22
8 Ацетил-КоА
96 АТФ

24. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ВЫХОД β-ОКИСЛЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ВЫХОД βОКИСЛЕНИЯ
энергетический выход = n/2 . 12 + (n/2 - 1) . 5
- 1, где
• n – количество С-атомов в жирной кислоте;
• n/2 – количество молекул ацетил-КоА, образованных в
процессе β-окисления;
• 12 – количество АТФ, синтезирующихся при окислении ацетилКоА в ЦТК;
• (n/2 – 1) – количество циклов β-окисления;
• 5 – количество молекул АТФ, образованных в каждом цикле за
счёт двух реакций дегидрирования;
• 1 – затрата 1 молекулы АТФ на активацию жирной кислоты
23

25. Окисление ненасыщенных жирных кислот

∆3,4-Цис-∆2,3-Транс-еноил-КоАизомераза
…
β-окисление
24

26.

β-окисление насыщенной ЖК
с нечетным количеством атомов С
Последний цикл β-окисления сопровождается образованием не
Ацетил-КоА, а Пропионил-КоА с 3 атомами С.
COOH
H2C
CH 3
CO
АТФ АДФ+Фн
биотин
COOH
HC
CO
CH 3
COOH
CH 2
H3C CH
CO
H2C
В12
ЦТК
CO
CO2
SKoA
SKoA
SKoA
Пропионил-КоА
D-Метилмалонил-КоА L-Метилмалонил-КоА Сукцинил-КоА ЦПЭ
Пропионил-КоАМетилмалонил-КоА Метилмалонил-КоА
карбоксилаза
-рацемаза
-изомераза
6 АТФ
SKoA
Метилмалоновая кислота
Повреждение
ЦНС
25

27. Регуляция

β-окисление активируют: глюкагон, адреналин, ЖК, НАД+,
АДФ:
Голод, физическая нагрузка → ↑ глюкагон, ↑ адреналин →
↑липолиз ТАГ в адипоцитах → ↑ ЖК в крови → ↑ βокисление в аэробных условиях в мышцах, печени →
↑АТФ;
↑АТФ, ↑НАДH+Н+
↑Ацетил-КоА → ↑ цитрат, ↑ЖК → ↓ гликолиз → ↑ экономию
глюкозы для нервной ткани, эритроцитов и т.д.
β-окисление ингибируют: инсулин, НАДH+Н+ , АТФ.
Пища → ↑ инсулин → ↑ гликолиз → ↑ Ацетил-КоА → ↑
синтез малонил-КоА и ЖК, ↑ малонил-КоА →
↓ карнитинацилтрансферазы I в печени → ↓ транспорт
ЖК в матрикс митохондрий → ↓ ЖК в матриксе → ↓ βокисление ЖК
26

28.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
43