Причины развития, профилактика
Ожирение – это хроническое многофакторное гетерогенное заболевание, связанное с нарушением обмена в жировой ткани, где повышается скорость синтеза ТАГ и ЛП, нарушается способность к мобилизации жировых резервов. Различают несколько механизмов развития ожирения:
1) инсулиновый. Гормон инсулин активирует липогенез в жировой ткани. Основные повреждения при этом типе ожирения находятся на уровне клеток-мишеней.
центрогенный (корковый, психогенный)
2) нейрогенный
гипоталамический
Этот механизм стимулирует аппетит, при приёме избытка пищи накапливаются жиры в виде ТАГ.
гипотиреоидный
3) эндокринный
Надпочечниковый
Ожирение в миокарде значительно снижает сократительную функцию сердца. Ожирение сопровождает атеросклероз, повышает АД, свёртывание крови, ухудшает лёгочную вентиляцию, возникает одышка.
Ожирение связано с образом жизни человека.
Профилактика:
1. Определение индекса массы тела.
2. Рациональное питание, исключение сладких и жирных блюд, больше натуральных продуктов: зерновой хлеб, сырые фрукты, овощи, морская рыба, отварное нежирное мясо.
3. Витамины, макро- и микроэлементы.
4. Физическая нагрузка (плавание, работа на приусадебном участке), туризм.
Определение индекса массы тела: разделить массу тела в кг на рост в квадрате (170 см = 1,7 м2 = 2,89) (м2). Цифра от 19 до 25 кг/м2 – идеальный вес, от 29 кг/м2 – избыточная масса, > 30 кг/м2 – ожирение.
Лекция № 16
ТЕМА «ОБМЕН ЛИПИДОВ»
Содержание темы:
1. Промежуточный обмен высших жирных кислот в организме. Этапы распада высших жирных кислот в организме.
2. Биосинтез высших жирных кислот в организме.
3. Перекисное окисление липидов (ПОЛ). Биологическое значение ПОЛ.
1. β-окисление ВЖК в организме, энергетический выход распада
Жирные кислоты играют существенную роль в качестве источника энергии в организме. Установлено, что окисление жирных кислот протекает в печени, почках, скелетной и сердечной мышцах, в жировой ткани. В мозговой ткани скорость окисления жирных кислот незначительная, т.к. основным источником энергии в мозговой ткани служит глюкоза. Окисление жирных кислот осуществляется в митохондриях клетки и складывается из следующих основных этапов.
I этап – β-окисление; II – цитратный цикл. Оба этапа сопряжены с дыхательной цепью. В процессе β-окисления жирных кислот можно выделить 3 этапа.
I. Активация жирных кислот.
Прежде чем подвергнуться распаду жирные кислоты активируются при участии КоА, АТФ и ферментов (ацил-КоА-синтетаза) с образованием ацил-КоА. Этот процесс протекает в цитоплазме, а дальнейшее окисление осуществляется в митохондриях, куда жирные кислоты самостоятельно проникнуть не могут.
II. Транспорт жирных кислот внутрь митохондрий.
Коэнзимная форма жирной кислоты не способна проникать внутрь митохондрий, где протекает ее окисление. Переносчиком активированных жирных кислот через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин.
Карнитин является широко распространенным соединением, особенно его много в мышцах. Образуется он из аминокислот лизина и метионина в печени и почках. На наружной стороне внутренней мембраны митохондрий имеется фермент карнитин-ацилтрансфераза, который катализирует взаимодействие ацил-КоА с карнитином.
Ацилкарнитин обладает способностью проходить через внутреннюю мембрану митохондрий. На внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий ацилкарнитин взаимодействует с митохондриальным КоА. В результате в митохондриальном матриксе вновь образуется ацил-КоА, а карнитин высвобождается.
III. Внутримитохондриальное окисление жирных кислот.
В матриксе митохондрий происходит процесс β-окисления, включающий 4 реакции:
1) окисление ацил-КоА путем отщепления двух атомов водорода с участием ФАД и образованием ФАД·Н2 и еноил-КоА, фермент ацил-КоА-дегидрогеназа;
2) гидратация (присоединение Н2О) еноил-КоА + Н2О → с образованием β-оксиацил-КоА, фермент еноил-КоА-гидратаза;
3) окисление β-оксиацил-КоА с участием НАД+ и образованием НАД·Н и β-кетоацил-КоА; фермент ацил-КоА-днгидрогеназа;
4) тиолиз (негидролитический распад β-кетоацил-КоА) и перенос ацила, укороченного на 2 углеродных атома по сравнению с первоначальным с образованием ацетил-КоА и ацил-КоА. Реакцию катализирует фермент тиолаза.
Итак, цепь жирной кислоты укорачивается при этом на 2 атома углерода. Одновременно происходит образование ФАДН2, НАДН и ацетил-КоА.
Этот процесс назван β-окислением в связи с тем, что окислению всегда подвергаются β-углеродный атом остатка жирной кислоты (второй углеродный атом ацила) и образуется β-кетокислота. После этого происходит отщепление двух последних углеродных атомов жирной кислоты в виде ацетил-КоА, вследствие чего жирная кислота укорачивается на 2 углеродных атома, а затем процесс β-окисления повторяется вплоть до полного расщепления жирной кислоты. Возникший в процессе β-окисления ацетил-КоА входит в цикл Кребса, в котором «сгорает» до СО2 и Н2О.
Энергетический выход β-окисления жирных кислот.
В каждом цикле реакции ацил-КоА укорачивается на 2 углерода и образуется по одной молекуле ФАДН2, НАДН, ацетил-КоА. При окислении каждого из этих НАДН через дыхательную цепь образуются 3 молекулы АТФ, тогда как при окислении каждого ФАДН2 – 2 молекулы АТФ, потому что в этом случае электроны поступают в цепь на уровне КоQ. Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса дает 12 молекул АТФ. Таким образом, энергетический выход одного цикла β-окисления составляет 5 молекул АТФ + 12 молекул АТФ.
Для подсчета энергетического выхода β-окисления конкретной жирной кислоты необходимо знать количество циклов β-окисления (оно составляет 
, где n – число углеродных атомов в составе жирной кислоты и количество молекул ацетил-КоА 
. Из общей суммы АТФ необходимо вычесть одну молекулу АТФ, которая была затрачена на активацию жирной кислоты в начале всего процесса.
При окислении пальмитиновой кислоты (С16) происходит 7 циклов β-окисления 
, в результате образуется 
моль ацетил-КоА, 7 моль НАДН и 7 моль ФАДН2. Следовательно, выход АТФ составляет (7 моль НАДН – 21 моль АТФ, 7 моль ФАДН2 – 14 моль АТФ).
35 моль при β-окислении и 96 моль АТФ в результате цитратного цикла (8 моль ацетил-КоА в цитратном цикле обеспечивает синтез 8 × 12 = 96 моль АТФ), что соответствует 131 моль АТФ.
Синтез ВЖК в организме
Путь синтеза жирных кислот представляет новую последовательность реакций.
Основными особенностями пути биосинтеза жирных кислот являются:
синтез происходит в цитоплазме клетки;
промежуточные продукты синтеза жирных кислот ковалентно связаны с ацилпереносящим белком (АПБ);
большинство ферментов синтеза жирных кислот организованы в мультиферментный комплекс (6 ферментов), называемый синтазой жирных кислот;
удлинение цепи синтезируемой жирной кислоты происходит путем последователь-ного присоединения двууглеродных фрагментов, которые поставляет малонин-АПБ;
в качестве восстановителя при синтезе жирных кислот выступает 2 НАДФ · Н.
При синтезе жирных кислот стартовым веществом является малонин-КоА, который образуется в результате реакции:
 О О
СН3-С~S КоА + СО2 → СООН-СН2-С~S КоА ацетил-КоА активиро- малонин-КоА ванная углекислота |
Синтетаза жирных кислот состоит из 6 ферментов. Схематично этот комплекс напоминает сферическую частицу, по периферии которой располагаются ферменты, а центральная часть – это АПБ. Значение этого белка в том, что к нему присоединяются исходные вещества для синтеза – ацетил- и малонин-КоА, и он перемещает их от одного фермента к другому, обеспечивая их различные превращения.
Вначале образуются комплексы ацетил-АПБ:
|
и малонин-АПБ:
|
Затем происходит перемещение этих веществ к ферменту, катализирующему их соединение в комплексе ацето-ацетил-АПБ (или β-кетобутирил-КоА).
В дальнейшем АПБ переносит это вещество к ферменту редуктазе, который передает ему 2 атома водорода от НАДФН2. (НАДФН, необходимый для восстановительных реакций, протекающих в ходе биосинтеза жирных кислот, в различные клетки поступает из 2-х различных источников. В печени НАДФН образуется в реакциях пентозофосфатного пути. В клетках жировой ткани НАДФН образуется за счет челночного механизма, обеспечивающего перенос остатка уксусной кислоты из митохондрий в цитоплазму при помощи цитрата).
цитратсинтаза  ацетил-КоА + ЩУК лимонная кислота лиаза  цитрат + АТФ + КоА-SН ацетил-КоА + АДФ + ФН + ЩУК |
ЩУК из цитоплазмы должен быть возвращен в митохондрии. На этапе возвращения образуется яблочная кислота, которая подвергается окислительному декарбоксилированию и при этом происходит восстановление НАДФ+.
Образовавшийся β-кетобутирил-КоА сначала восстанавливается до β-оксибутирил-КоА, который с участием дегидратазы превращается в кротонил-КоА и затем восстанавливается до бутирил-КоА.
На этом один цикл синтеза заканчивается, а жирная кислота удлиняется на 2 углеродных атома. Вновь образованная жирная кислота, не отщепляясь от АПБ, снова включается в следующий цикл синтеза, который опять начинается с присоединения к ней малонин-КоА.
Этот процесс повторяется до тех пор, пока не образуется необходимая для клетки жирная кислота с нужным числом углеродных атомов.
За семь циклов образуется насыщенная жирная кислота C16. В общем виде это выглядит следующим образом:
ацетил-КоА + 7 малонин-КоА + 14 НАДФ + Н+ → пальмитат + (C16) + 7CO2 + + 8 HS-КоА + 14 НАДФ+ + 7H2O
Таким образом, добавление каждого двухуглеродного фрагмента в растущую ацильную цепь сопровождается циклом реакций:
1) конденсации (образование β-кетобутирил-КоА);
2) восстановления (используется НАДФ + Н+) (β-оксибутирил-КоА);
3) дегидратации (образование кротонил-КоА);
4) восстановления (используется вторая молекула НАДФ + Н+) (бутирил-КоА).
Дальнейшее удлинение цепей жирных кислот происходит при помощи других ферментных систем путем присоединения ацетильных групп; этот процесс протекает в ЭПС и митохондриях.
Молекула пальмитилсинтетазы построена из двух идентичных субъединиц. Каждая из них содержит фосфорилированную пантотеновую кислоту (4-фосфопантетеин). Фосфопантетеин связан с остатком серина пептидной цепи фермента через фосфорную кислоту.