Дисциплина: С.2.Б.4. Биохимия Специальность: 060103 Педиатрия НГМУ, кафедра медицинской химии д.б.н., доцент Суменкова Дина Валерьевна
Липогенез 2
Липогенез – совокупность метаболических путей обмена липидов, связанных с синтезом высших жирных кислот (ВЖК) и триацилглицеридов (ТАГ) ВЖК – компонент биологически важных липидов ТАГ - депонированное « топливо» организма М асса жира ~10 кг (~ 40 дней голодания) Сравните! Запас гликогена в организме ~ 400 г (~ 24 ч голодания) Преимущества жира как энергетического резерва: гидрофобность, обеспечивающая компактность запасов большая энергетическая емкость (1 г жира – 9,3 ккал ) Активация липогенеза – основа ожирения и развития «метаболического синдрома» (сахарный диабет, атеросклероз, гипертоническая болезнь) 3
Синтез ТАГ Нарушения транспорта эндогенных ТАГ: жировое перерождение печени Синтез ВЖК Взаимосвязь обмена глюкозы и липогенеза Регуляция липогенеза Нарушения липогенеза : ожирение 4
Знать: химико-биологическую сущность процессов липогенеза, протекающих в организме человека Использовать знания о липогенезе для понимания патогенетических основ жирового перерождения печени, ожирения и заболеваний, объединенных в понятие «метаболический синдром» (сахарный диабет 2 типа, атеросклероз, гипертоническая болезнь) 5
Происходит в абсорбтивный период (после приема пищи, содержащей углеводы и липиды) Синтез ТАГ активируется в печени при употреблении этанола, при высоком содержании свободных ЖК (СЖК) в крови Основное место синтеза: печень, жировая ткань, лактирующая молочная железа Субстраты: активные формы ВЖК и глицерола Источник образования субстратов : продукты гидролиза экзогенных жиров в составе хиломикронов и глюкоза пищи 2 этапа: 1) образование активных форм субстратов 2) присоединение ацильных остатков к глицерол-3-Р ТАГ, синтезированные в жировой ткани, депонируются в адипоцитах ТАГ, синтезированные в печени, в составе ЛПОНП транспортируются в кровь 6
Образование активной формы ВЖК RCOOH + HS -К oA + АТФ → RCO ~ SKoA ( ацил-КоА ) + АМФ + Н 4 Р 2 О 7 фермент : ацил-КоА синтетаза ( лигаза ) HS -К oA – кофермент А, производное пантотеновой кислоты (витамина В5) 7
Образование активной формы глицерола глицерол + АТФ → глицерол-3-Р + АДФ ф ермент: глицеролкиназа (печень) дигидроксиацетонфосфат (метаболит гликолиза) + NAD Н+Н + → глицерол-3-Р + NAD + фермент: глицерол-3-фосфатдегидрогеназа (печень, жировая ткань) 8
1) глицерол-3-Р + 2 ацил-КоА → 1,2-ДАГ-3-Р ( фосфатидная кислота ) + 2 HS -К oA фермент: глицеролфосфат-ацилтрансфераза (митохондрии) 2) фосфатидная кислота + Н 2 О → 1,2-ДАГ + Н 3 РО 4 ф ермент: фосфатидатфосфогидролаза 3) 1,2-ДАГ + ацил-КоА → ТАГ + HS -К oA фермент: ДАГ- ацилтрансфераза Схему реакций см. на следующем слайде 9
10
11 Содержание схемы и роль ЛП-липазы рассматривались в лекции 9 (2) «Ассимиляция пищевого жира. Липопротеины плазмы крови»
12 Избыточное накопление жира (ТАГ) в печени при нарушении транспорта эндогенных ТАГ – патологическое состояние, приводящее к жировому перерождению печени и циррозу Типы жирового перерождения печени возникает в результате повышения содержания СЖК в крови (при активации липолиза ), которые захватываются печенью и, не успевая выводиться в составе ЛПОНП, накапливаются в виде ТАГ. Так происходит при потреблении богатой жирами пищи, при неконтролируемом сахарном диабете, при голодании (эффект глюкагона), хроническом стрессе (эффект кортизола). возникает в результате метаболической блокады образования липопротеинов вследствие нарушения синтеза аполипопротеинов, недостатка фосфолипидов, нарушения процесса «сборки» частиц, нарушения секреторного механизма.
Происходит в абсорбтивный период. Значение : трансформация избытка углеводов и аккумулирование их энергии в виде ТАГ Субстрат: ацетил- КоА, образующийся из пирувата в митохондриях при аэробном окислении глюкозы Кофакторы, косубстраты : NADP Н, АТФ, СО 2 Основной продукт: пальмитиновая кислота С 15 Н 31 СООН (С16:0 ) Другие ВЖК синтезируются из пальмитиновой кислоты Основное место синтеза : печень, жировая ткань, лактирующая молочная железа (в цитоплазме клеток) Ацетил- КоА образуется в митохондриях. Мембрана митохондрий непроницаема для ацетил- КоА. П ереносчик ацетильных групп из митохондрий – цитрат 13
Источник NADP Н: ПФП окисления глюкозы ( глюкозо-6-фосфат дегидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа ) окисление малата до пирувата в цитоплазме ( NADP - малатдегидрогеназа, или малик-фермент ) Источник АТФ: гликолиз Источник СО 2 : реакции ОПК, реакция малик-фермента Таким образом, условием для синтеза ВЖК является поступление в организм углеводов как источника субстратов и косубстратов 14
Основные этапы: перенос ацетильных групп ацетил- КоА из митохондрий в цитоплазму в составе цитрата с последующим образованием ацетил- КоА образование малонил-КоА в цитоплазме из ацетил- КоА удлинение углеродной цепи 15
Митохондрии ацетил- КоА + ЩУК + Н 2 О → цитрат + Н S - КоА фермент: цитратсинтаза Цитозоль цитрат + Н S - КоА + АТФ → ацетил- КоА + ЩУК + АДФ + Н 3 РО 4 фермент: цитратлиаза Ацетил- КоА → синтез ВЖК ЩУК → источник образования NADPH 16
Использование ЩУК в цитоплазме ЩУК + NAD Н+Н + → малат + NAD + ф ермент: NAD - малатдегидрогеназа Малат + NADP + → пируват + NADPH + Н + + СО 2 фермент: NADP - малатдегидрогеназа, или малик-фермент 17
Ключевая реакция синтеза ВЖК ацетил- КоА + СО 2 + АТФ → малонил-КоА +АДФ+Н 3 РО 4 фермент: ацетил- КоА карбоксилаза ( лигаза ) к офермент: биотин (витамин Н) 18
Ацетил- КоА – источник С15 и С16 атомов ВЖК Малонил-КоА – источник остальных двухуглеродных фрагментов Синтез ВЖК – циклический процесс Первый цикл – образование бутирила (4С) Каждый последующий цикл – удлинение на 2С Общее количество циклов в синтезе пальмитиновой кислоты - 7 19
Мультиферментный комплекс - пальмитоилсинтаза Структура комплекса: димер, состоящий из 2-х идентичных полипептидных мономеров Синтазный комплекс активен только в виде димера Комплекс одновременно синтезирует 2 молекулы ВЖК Реакции восстановления с участием NADP Н обеспечивают образование насыщенного алифатического радикала 20
7 доменов ацилпереносящий белок (АПБ), содержащий витамин В5 - пантотеновую кислоту в виде 4´-фосфопантетеина 6 ферментов: трансацилаза, кетоацил-синтаза, кетоацил-редуктаза, гидратаза, еноил-редуктаза, тиоэстераза активные центры каждого мономера содержат 2 SH -группы : SH -группа 4´-фосфопантетеина АПБ SH -группа цистеина кетоацил-синтазы мономеры расположены по типу «голова к хвосту»: SH -группа АПБ одного мономера расположена в непосредственной близости от SH -группа кетоацил-синтазы другого мономера Схему строения комплекса см. на след. слайде 21
кетоацил - синтаза трансацилаза Граница между функциональными единицами Граница между мономерами Еноилт - редуктаза гидратаза кетоацил-редуктаза ацил -переносящий белок тиоэсте pa з a кетоацил - синтаза трансацилаза еноил - редуктаза гидратаза гидратаза еноилт - редуктаза Кетоацил-редуктаза ацил -переносящий белок тиоэсте pa з a 1 2 Фосфопантетеин ( vit B5 ) SH SH Cys Фосфопантетеин ( vit B5 ) SH SH Cys
Перенос ацетильного и малонильного остатков на активные центры пальмитоилсинтазы (реакции 1,2) ( трансацилаза ) Декарбоксилирование малонила и присоединение ацетила (реакция 3) ( кетоацил синтаза ) Восстановление с участием NADPH ( кетоацил редуктаза ) Дегидратация ( гидратаза ) Восстановление с участием NADPH с образованием бутирила ( еноил редуктаза ) Повторение реакций 7 раз Отщепление пальмитиновой кислоты от комплекса ( тиоэстераза ) Схему реакций см. на след. слайде 23
ацетил- КоА + 7 малонил-КоА + 14 NADP Н + Н + → С 15 Н 31 СООН + 7 СО 2 + 8 HS -К oA + 14 NADP + + 7 Н 2 О Судьба пальмитиновой кислоты 1) образование ТАГ, ФЛ, ЭХ 2) удлинение цепи (реакции элонгации) → синтез стеариновой кислоты (С18:0) 3) образование ненасыщенных ВЖК (реакции десатурации )
Синтез пальмитоолеиновой кислоты С16:1, 9, ώ 7 Синтез олеиновой кислоты С18:1, 9, ώ 9 В организме человека не синтезируются ненасыщенные жирные кислоты с двойными связями дистальнее С9 ( линолевая, линоленовая, арахидиновая, тимнодоновая ) – эссенциальные ВЖК, они должны поступать с пищей (растительные жиры, рыбий жир). Суточная норма жиров (70-100 г) на 1/3 должна состоять из растительных жиров.
27
Гликолиз – источник АТФ для реакций синтеза ВЖК и ТАГ ( цитратлиазная, ацетил- КоА карбоксилазная, ацил-КоА синтетазная реакции) Гликолиз – источник диацилглицеролфосфата, который необходим для образования глицерол-3-фосфата – субстрата в синтезе ТАГ ПФП окисления глюкозы – источник NADP Н для реакций восстановления в синтезе ВЖК ОПК – источник образования ацетил- КоА и СО 2 28
Синтез ВЖК и ТАГ регулируется инсулином Механизмы регуляции стимулирование встраивания белков-переносчиков глюкозы (ГЛЮТ-4) в ЦПМ адипоцитов для транспорта глюкозы в жировую ткань активация ферментов ( дефосфорилирование с участием фосфопротеинфосфатазы ): фосфофруктокиназы, пируваткиназы, ПДК, ацетил- КоА -карбоксилазы 29
индукция синтеза ферментов в печени и жировой ткани липидного обмена: ЛП-липазы, ацетил- КоА -карбоксилазы, пальмитоилсинтазы гликолиза: гексокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы метаболизма цитрата: цитратлиазы NADP Н-генерирующих систем: глюкозо-6-Р-дегидрогеназы, малик-фермента 30
При избыточном содержании легкоусвояемых углеводов и активации гликолиза, реакций ОПК энергетический статус клеток характеризуется: ↑ NADH / NAD + и ↑ АТФ/АДФ NAD Н и АТФ – аллостерические ингибиторы регуляторных ферментов цикла Кребса Самую медленную реакцию цикла Кребса катализирует изоцитратдегидрогеназа, поэтому при ↑ NAD Н и АТФ в наибольшей степени снижается активность данного фермента, что приводит к накоплению цитрата и образованию из него ацетил- КоА в цитоплазме 31
Способы регуляции индукция синтеза (инсулин) ассоциация /диссоциация протомеров а ктиватор (ассоциация): цитрат и нгибитор (диссоциация): пальмитоил-КоА фосфорилирование (адреналин, глюкагон) / дефосфорилирование (инсулин) 32
33
34 После приема пищи, содержащей липиды и углеводы в крови повышается Уровень хиломикронов Концентрация глюкозы (7-8 ммоль /л) Инсулино-глюкагоновый индекс Создаются условия для липогенеза Избыточное потребление углеводов активирует липогенез и приводит к ожирению. Норма потребления углеводов: 5 г/кг идеального веса
В норме у человека с массой тела 70 кг количество жира в депо - 10-11 кг. Содержание жира характеризует индекс массы тела (ИМТ): вес (кг) / рост, м 2 Норма ИМТ: 20 – 24,9 При развитии ожирения увеличивается размер адипоцитов, их количество Количество адипоцитов после рождения до 25 лет увеличивается в 5 раз. Переедание в раннем возрасте приводит к гиперплазии адипоцитов и развитию тяжелых форм ожирения При лечении ожирения уменьшается количество жира в адипоцитах, но их количество не уменьшается 35
Первичное ожирение развивается в результате алиментарного дисбаланса – избыточной калорийности питания по сравнению с расходами энергии Генетические факторы ожирения, определяющие метаболические особенности тучных и худых людей: Например: недостаточное ингибирование фосфофруктокиназы цитратом приводит к избыточному накоплению продуктов катаболизма глюкозы, которые используется в синтезе жиров 36
Генетические факторы ожирения мутация гена белка адипоцитов – лептина лептин действует как гормон, контролирующий массу жировой ткани (регулирует аппетит и процессы липогенеза ) низкий уровень лептина, снижение чувствительности рецепторов к лептину лежит в основе ожирения 37
Вторичное ожирение развивается в результате какого-либо заболевания (чаще эндокринного, например, гипотиреоза) Жировая ткань – «эндокринный орган». Нарушение баланса биологически активных веществ (тканевых гормонов, цитокинов) адипоцитов при ожирении приводит к развитию инсулинорезистентности и «метаболическому синдрому» (сахарному диабету 2 типа, гипертонической болезни, атеросклерозу) 38
Процессы липогенеза ( синтез ВЖК и ТАГ) являются источником образования в организме резервного «топлива» с большой энергетической емкостью Процессы липогенеза протекают в печени, жировой ткани, лактирующей молочной железе, «включаются» в абсорбтивный период, связаны с обменом глюкозы и регулируются инсулином Нарушение процессов липогенеза и транспорта эндогенного жира лежит в основе ряда заболеваний человека (жировое перерождение печени, ожирение, «метаболический синдром») 39 ,,,
Березов Т.Т. Биологическая химия: учебник для студентов медицинских ВУЗов [Рекомендовано отраслевым министерством] / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Медицина, 2004. -704 с. (глава 11 С. 381-387, 392-394, 403) Биохимия: учебник для студентов медицинских ВУЗов [Рекомендовано отраслевым министерством] / Е. С. Северин -М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. -784 с. (раздел 8 выборочно по изучаемым вопросам) Биологическая химия с упражнениями и задачами: учебник для студентов ВУЗов / ред. С. Е. Северин. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2011. - 624 с. (С. 343 – 355) 40
