Биохимия и ее задачи

 

Липиды

Липиды – это сложные органические вещества биологической природы, не растворимые в воде, но растворимые в органических растворителях.

Все липиды делятся  на простые и сложные. Простые: триглицериды, стерины, стериды и воски. Сложные: фосфолипиды, гликолипиды. Фосфолипиды делятся на сфинголипиды и глицерофосфолипиды. К глицерофосфолипидам относятся: фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилинозит и плазмогены (ацетальфосфатиды). К гликолипидам: цереброзиды, ганглиозиды, сульфатиды.

Наряду с белками  и углеводами, липиды являются основными продуктами питания. В организме человека они поступают с продуктами растительного и животного происхождения. Суточная потребность взрослого человека составляет 80-100 г. Липиды составляют 10-20% от массы тела. В среднем в теле взрослого человека содержится 10-12 кг. липидов. Из них 25% приходится на структурные липиды, остальные относятся к резервным. Установлено, что 98% резервных липидов находится в жировой ткани.

Резервные липиды (жиры) представлены триглицеридами (ТГ). Они используются для энергетических нужд организма. Важнейшими ТГ являются эфиры глицерина и ВЖК. ВЖК могут быть как предельными (пальмитиновая С₁₅Н₃₁СООН, стеариновая С₁₇Н₃₅СООН), так и непредельными (олеиновая С₁₇Н₃₃СООН, линолевая С₁₇Н₃₁СООН, линоленовая С₁₇Н₂₉СООН, арахидоновая С₁₉Н₃₁СООН).

Фосфолипиды (ФЛ), гликолипиды являются структурными компонентами биологических мембран  клеток, они не имеют такой энергетической ценности, как ТГ. Они, как и стерины (холестерин - ХС) относятся к структурным  липидам.

ХС является предшественником ряда биологически активных веществ (БАВ), например стероидных гормонов (эстрогенов, андрогенов, минерало- и глюкокортикоидов), витаминов группы D и желчных кислот. Арахидоновая кислота (С₁₉Н₃₁СООН), входя в состав ФЛ, может принимать участие в образовании гормоноподобных веществ (простагландинов, лейкотриенов).

 

Биологическая роль липидов:

1. структурная  – входят в состав биомембран  клеток (ФЛ, ГЛ, холестерин);

2. резервная  – нейтральные жиры могут откладываться  про запас в жировое депо;

3. энергетическая  – при окислении 1 г липидов до воды и углекислого газа выделяется 9,3 ккал энергии. На долю липидов приходится примерно 50% всей калорийности;

4. механическая  – входя в состав соединительной  ткани, подкожной жировой клетчатки,  липиды предохраняют внутренние  органы от повреждения при механических травмах;

5. теплоизолирующая  роль – входя в состав подкожной  жировой клетчатки, липиды предохраняют  органы от перегревания и переохлаждения;

6. транспортная  – входя в состав биомембран  клеток, липиды участвуют в транспорте веществ (катионов);

7. регуляторная  – все стероидные гармоны являются  липидами. Гармоноподобные вещества (простагландины и лейкотриены)  образуются из липидов;

8. выполняет  роль смазочного материала для  кожи, предохраняют её от сухости  и растрескивания;

9. участвуют  в передаче нервных импульсов;

10. липиды являются  основным источником эндогенной  воды - при окислении 100 г липидов  образуется 107 мл эндогенной воды (из 100 г углеводов 57 мл воды, а  из 100 г белков – 41 мл воды);

11. растворяющая  – желчные кислоты, являясь стеринами, участвуют в растворении жирорастворимых витаминов А, Д, Е и К;

12. питательная  роль – с пищей в организм  поступают незаменимые ВЖК, которые  имеют 2 и более двойных связей.

Незаменимые ВЖК  в организме не синтезируются, но их роль велика:

1. они являются  обязательным структурным компонентом  биомембран;

2. препятствуют  всасыванию холестерина в кишечнике;

3. стимулируют  синтез желчных кислот в печени;

4. тормозят образование  ЛПОНП, предупреждая развитие  атеросклероза;

5. понижают свёртывание крови и понижают возможность тромбообразования;

6. повышают защитные  силы организма;

7. предупреждают  развитие кожных заболеваний;

8. являются источником  гормоноподобных веществ.

Богаты ненасыщенными  ВЖК растительные масла, в которых  их содержание составляет 50-55%. Для полного удовлетворения суточной потребности взрослому человеку достаточно получать 15-20 г этих масел.

Простагландины, простациклины, тромбоксаны и лейкотриены

Это гормоноподобные  вещества, которые в организме  человека образуются из полиненасыщенных ВЖК. Главным предшественником этих соединений является арахидоновая кислота, которая в организме может образовываться из незаменимых ВЖК.

Установлено, что  эти соединения могут образовываться во всех тканях и клетках организма  за исключением эритроцитов. Они выполняют роль местных гормонов, вырабатываются в макроколичествах и регулируют функции клеток и тканей, находящихся по соседству или там же, где вырабатываются. Эти вещества имеют короткий период полураспада - живут от нескольких секунд до нескольких минут. После разрыва они подвергаются инактивации, накапливаются в печени и выводятся с мочой.

Биосинтез начинается с момента, когда под действием  фосфолипазы А2 из ФЛ выделяется арахидоновая кислота, занимающая центральное место  в метаболизме. В дальнейшем под влиянием фермента циклооксигеназы, а в лейкоцитах – липооксигеназы, в структуру арахидоновой кислоты включается молекула кислорода.

В случае образования  простаноидов образуются циклические  соединения, а лейкотриены являются ациклическими соединениями. простагландины и простациклины являются 5-членными циклическими соединениями, а тромбоксаны – 6-членными. [рис. схема образования, описанная выше]

Простациклины и простагландины обладают широким спектром действия. В эндокринных железах они стимулируют образование гормонов. В жировой ткани они тормозят липолиз. Действуя на одни и те же ткани, они порой оказывают противоположный эффект:

- регулируют  сокращение гладких мышц бронхов,  кишечника, матки;

- оказывают влияние  на сокращение миокарда;

- регулируют  кровоток в почках, контролируют  выведение с мочой воды и  электролитов;

- регулируют  проницаемость капилляров, процессы  тромбообразования.

В ЦНС  простагландины раздражают центры терморегуляции, вызывая  повышение температуры, лихорадку. Повышают чувствительность нервных окончаний к раздражающему действию гистамина.

Простациклин образуется главным образом в сердце и  сосудах, препятствует образованию  тромбов, способствует расширению сосудов, уменьшает артериальное давление.

Тромбоксаны образуются в тучных клетках и тромбоцитах. Они синтезируются в самом начале образования сосудистого тромба и запускают механизм, приводящий к образованию тромба, способствуя прилипанию тромбоцитов.

Лейкотриены образуются в лейкоцитах. Их биологический эффект связан с воспалительными процессами, иммунными и аллергическими реакциями. Они способствуют прилипанию лейкоцитов к стенке сосудов в местах воспаления. Также способствуют сокращению гладкой мускулатуры, регулируют тонус сосудов, особенно стимулируя сокращение коронарных артерий.

Переваривание липидов

Поступая с  пищей, липиды в ротовой полости  подвергаются только механической обработке. Липолитические ферменты в ротовой  полости не образуются. Переваривание  липидов будет происходить в  тех отделах ЖКТ, где будут создаваться условия для эмульгирования и гидролиза, где будет оптимальная реакция среды для ферментов.

Все эти условия  у взрослого человека создаются  в кишечнике. У детей первого  года жизни слизистая оболочка желудка  вырабатывает липазы. рН лежит в  слабо кислой среде (рН=5,5). Под влиянием желудочной липазы расщепляются эмульгированные жиры молока. У взрослого человека хотя и вырабатывается желудочная липаза, но она не активна, поскольку рН желудочного сока в норме лежит в резко кислой среде (рН=1,5-2,5).

Переваривание жиров пищи начинается в тонком отделе кишечника, где создаются все условия для гидролиза. В переваривании участвуют:

- желчные кислоты,  которые образуются в печени;

- бикарбонаты  и ферменты поджелудочной железы;

- ферменты собственно  слизистой оболочки желудка.

При поступлении  пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку, слизистой последней начинают выделятся регуляторы:

- химоденин;

- секретин;

- холецистокинин;

- энтерокинин.

Все они обеспечивают желчеобразование в печени, сокращение желчного пузыря, выделение панкреатического сока и стимуляцию секреции желез тонкого кишечника.

Также под влиянием бикарбонатов поджелудочной железы будет происходить нейтрализация  соляной кислоты. При разложении образующейся угольной кислоты выделяется СО₂, который способствует лучшему перемешиванию пищевого комка.

Основную роль в переваривании пищи играют желчные кислоты, которые образуются в печени из холестерина. В основе всех желчных кислот лежит структура циклопентанпергидрофенантрена:

 

Родоначальником желчных кислот является холевая  кислота, которая содержит ОН-группу в 3, 7 и 12 положениях. Производными холевой  кислоты являются:

1. хенодезоксихолевая  кислота, которая имеет 2 ОН-группы  в 3 и 7 положениях;

2. дезоксихолевая  кислота, имеющая окси-группы в 3 и 12 положениях;

3. литохолевая  кислота, имеющая одну окси-группу  в 3 положении.

Большая часть  желчных кислот в печени конъюгирована  глицином и таурином. Их еще называют парные желчные кислоты, например гликохолиевые, таурохолиевые кислоты. Соотношение конъюгатов меняется в зависимости от характера принимаемой пищи. В случае преобладания углеводов увеличивается содержание глициновых конъюгатов. Если преобладают белки в диете, то увеличивается содержание тауриновых конъюгатов.

Выделение желчных кислот способствует:

1. эмульгированию  жира;

2. активации  панкреатических липаз, фосфолипаз;

3. способствуют  всасыванию труднорастворимых в  воде веществ: ВЖК, ХС, моношлицеридов, жирорастворимых витаминов.

При эмульгировании жир дробится на мелкие капельки, что значительно увеличивает поверхность контакта липида с ферментами. Желчные кислоты обволакивают эти капельки, препятствуя тем самым их слиянию. Таким образом стабилизируется эмульсия жира, который будет подвергаться гидролизу под влиянием панкреатических липаз. Помогают гидролизу жира ионы Са²⁺, которые образуют комплекс со свободными ВЖК. [рис. гидролиза трипальмитина: трипальмитин +3 воды® (липаза) глицерин+ 3 С₁₅Н₃₁СООН] [рис. гидролиза фосфатидилхолина: фосфатидилхолин +4 воды®(фосфолипазы А1, А2, С, D) глицерин + С₁₅Н₃₁СООН + С₁₇Н₃₁СООН +Н₃РО₄ +НО-СН₂- СН₂-Nº( СН₃) ₃] Фосфолипаза А1 действует на связь между глицерином и предельной ВЖК, А2 – между глицерином и непредельной ВЖК, С – между глицерином и фосфорной кислотой, D – между фосфорной кислотой и холином (HO-CH₂-CH₂-N⁺(CH₃)₃).

В результате гидролиза  пищевого жира образуются спирты, фосфаты, ВЖК, азотистые основания, АК и другие соединения. Необходимо отметить, что  в расщеплении жиров принимают  участие и кишечные липазы, но их активность невысокая. К тому же они расщепляют только моноглицериды.

Установлено, что  всасывание продуктов гидролиза  жира имеет свои особенности. Легко  всасываются простой диффузией  в слизистую кишечника спирты, АК, фосфаты, короткоцепочечные ВЖК (10-14 атомов С), азотистые основания. Труднорастворимые в воде продукты гидролиза (ВЖК, моноглицериды, холестерин, жирорастворимые витамины) всасываются только в комплексе с желчными кислотами. Эти комплексы называются холеиновыми. В таком виде эти соединения проходят через биомембраны энтероцитов. В эпителии клеток ворсинок кишечника происходит распад холинового комплекса. При этом желчные кислоты сразу поступают в ток крови и через систему воротной вены попадают в печень, откуда они вновь поступают в составе желчи в желчный пузырь и могут вновь принимать участие в новом акте переваривания жира пищи.

Установлено, что  общий фонд желчных кислот у взрослого  человека составляет 2,8-3,5 г. При этом они совершают 5-6 оборотов в сутки  за счёт печёночно-кишечной циркуляции. После того, как продукты гидролиза жира поступили в энтероциты, в стенке кишечника начинают синтезироваться жиры, специфичные для данного организма, которые по своему строению отличаются от пищевого жира.

Механизм ресинтеза  жира

Ресинтез жира в стенке кишечника происходит следующим образом:

1. сначала продукты  гидролиза (глицерин, ВЖК) активируются  с использованием АТФ. Далее  происходит последовательное ацилирование  глицерина с образованием моно-, ди-, триацилглицеридов. Центральное  место в синтезе жира в стенке  кишечника занимает фосфатидная кислота. Из неё в сенке кишечника, как правило в первые часы после приема пищи, образуются простые (ТГ) и сложные (ФЛ) жиры. [рис. активации глицерина и ВЖК: глицерин® (глицеролкиназа, при этом АТФ в АДФ) a-глицерофосфат; R-CH₂-CH₂-COOH +HS-КоА® (ацил-S-КоА-синтетаза, при этом АТФ в АМФ)R-CH₂-CH₂-COSKoA]

    

2. [рис. присоединения  к a-глицерофосфату активированного остатка ВЖК: a-глицерофосфат+ R₁-COSKoA®(ацилтрансфераза) моноацилглицерин +HS-KoA®(ацилтрансфераза, +R₂-CO-SKoA) диацилглицерин+ HS-KoA. Диацилглицерин может присоединять инозит с образованием фосфатидилинозита; серин – фосфатидилсерин (под действием ПФ отнимается СО₂ и образуется фосфатидилэтаноламин, с прибавлением к которому 3 СН₃ образуется фосфатидилхолин); также может присоединять воду с выделением фосфорной кислоты на место которой присоединяется 3 активированный остаток ВЖК]