Втрата жиру
На цій сторінці ми також вітаємо людей, які прийшли сюди із сайтів з питань харчування з питань жирового обміну. Щодо предмета біологія, питання втрати жиру вже майже не розглядається - принаймні в моїй школі - можливо, щонайбільше на просунутому курсі викладачами, які також викладають харчування (привітання Біт, Кім та Дженні). "Переміщення" цієї сторінки до Департаменту харчування на даний момент мені здається технічно занадто складним, тож залишмо цю сторінку в Біологічному відділі.
Гідроліз триацилгліцеридів
Існує багато різних типів ліпідів. Однак найважливішими для харчування людини є так звані триацилгліцериди або нейтральні жири. Це «типові» жири, якими ми їх знаємо з супермаркету: масло, маргарин, сало, рослинні олії тощо. Тому, коли йдеться про втрату жиру, ми повністю концентруємось на розщепленні триацилгліцеридів у наших клітинах.
Детальніше про тему "ліпіди" і особливо "нейтральні жири" див. На відповідних сторінках.
Триацилгліцерид складається з молекули гліцерину, яка етерифікується трьома молекулами жирних кислот. На першому етапі розщеплення жиру ці три складні ефірні зв’язки гідролізуються, тобто розщеплюються за допомогою води:
Гідроліз невеликої молекули нейтрального жиру
Зазвичай нейтральні жири містять жирні кислоти з 16-20 атомами вуглецю. Щоб малюнок 1 залишався чітким, було обрано нетуральний жир з особливо коротколанцюговими жирними кислотами.
Для фахівців з хімії:
Молекули води розщеплюються. Атоми Н приєднуються до атомів О гліцерину, завдяки чому там можуть утворюватися три групи ОН. OH-групи молекул води приєднуються до C = O-груп жирних кислот, так що там можуть виникати нові COOH-групи.
Три ліпази розщеплюють молекулу жиру в три етапи
На малюнку показано гідроліз нейтрального жиру в дуже спрощеному вигляді. Насправді гідроліз відбувається у три етапи [2]. Спочатку від триацилгліцериду відщеплюється лише одна жирна кислота. Фермент, відповідальний за це, називається триацилгліцеролліпаза. Відщеплюючи першу жирну кислоту, утворюється діацилгліцерин як проміжний продукт .
Для фахівців з хімії:
Цей перший крок є найповільнішим із трьох етапів гідролізу, а отже, визначає швидкість загального гідролізу.
Діацилгліцеринова ліпаза каталізує другу стадію, а моноацилгліцеринова ліпаза - третю стадію [2] .
Розпад гліцерину
Молекула гліцерину розщеплюється досить легко і швидко. Спочатку гліцерин активується АТФ, утворюється гліцерин-3-фосфат. Потім він окислюється до дигідроксиацетонфосфату за допомогою NAD +, який потім перегрупується до ізомеру гліцеральдегід-3-фосфату, а потім перетікає в гліколіз [1] [3] .
Для початківців хімії:
Ізомери - це сполуки з однаковою молекулярною формулою, але різними структурними формулами. Як дигідроксиацетонфосфат, так і гліцеральдегід-3-фосфат мають емпіричну формулу C3H5O3-фосфат. Але група С = О міняється місцями, так що є один кетон і один альдегід.
Розпад гліцерину до гліцеральдегід-3-фосфату
Розпад жирних кислот [1] [2]
Тепер перейдемо до більш цікавої частини втрати жиру. У відносно складному багатоетапному процесі жирні кислоти розпадаються на невеликі одиниці, які по суті складаються з двох атомів вуглецю (з відповідними атомами Н і О). Розпад жирних кислот відбувається як у цитоплазмі, так і в глибині мітохондрій (мітохондріальний матрикс).
Самі по собі жирні кислоти є досить інертними молекулами. Жирні кислоти можуть утворювати складні ефіри зі своїми групами СООН, але інші реакції дуже маловірогідні. За винятком звичайно ненасичених жирних кислот, де подвійні зв'язки C = C є досить реактивними.
Крок 1: Активація жирної кислоти
На першому етапі реакції деградації жирних кислот карбоксильна група активується в цитоплазмі клітин. Це здійснюється коферментом А. Кофермент А має групу SH (аналогічно групі OH спиртів, лише атом O заміщений атомом S). Зараз ця група SH етерифікується із СООН-групою жирної кислоти, утворюється так званий тіоефір .
Перший крок у розщепленні жирних кислот
На рисунку 2 ми бачимо деталі першого кроку розщеплення жирних кислот. Універсальний енергоносій АТФ активує карбоксильну групу жирної кислоти. Основне тіло АТФ замінює ОН-групу жирної кислоти, що залишився пірофосфат (РР) потім гідролізується до двох неорганічних фосфатних груп.
Утворений таким чином ациладенилат може реагувати з коферментом А. Приєднаний АМФ відщеплюється, залишається ефір жирної кислоти та ацетил-коферменту А. Ця сполука також відома як ацил-кофермент А або ацил-КоА. Слово "ацил" означає залишок жирної кислоти.
Для фахівців з хімії:
Розщеплюючи пірофосфат РР, його концентрація знижується. Це в свою чергу зміщує хімічну рівновагу вправо (принцип найменшої сили), так що сприяє розщепленню жирних кислот.
Дві стадії реакції, показані на малюнку 2, каталізуються ферментом тіокіназою.
Крок 2: Транспорт залишків жирних кислот у мітохондрії
Зараз є невелика проблема. Гідроліз триацилгліцеридів (нейтральних жирів, рис. 1) відбувається в цитоплазмі. Перший крок у розщепленні жирних кислот, активація жирних кислот (рис. 3), також відбувається в цитоплазмі. Наступні етапи розщеплення жирних кислот локалізуються в плазмі мітохондрій.
Що б сказав неупереджений біолог: "Немає проблем, для чого потрібні білки-носії? Пасивний (або, якщо необхідно, активний) транспорт-носій повинен мати можливість без проблем транспортувати молекули ацил-КоА у внутрішню частину мітохондрій".
На жаль, це не так просто; внутрішня мембрана мітохондрій не прохідна для ацил-КоА (та інших нуклеотидів).
Тим не менше, активовані жирні кислоти повинні якимось чином транспортуватися у внутрішню частину мітохондрій, це зрозуміло. Але як це відбувається? Тут природа створила досить складну транспортну систему, на яку ми зараз подивимось:
Значно спрощене уявлення про транспортну систему карнітину
На малюнку 4 показана транспортна система карнітину. Мітохондрії оточені двома біомембранами, зовнішньою та внутрішньою.
Почнемо з пояснення ілюстрації на зовнішній стороні мітохондрії. Ацил-КоА може легко проходити через зовнішню мембрану, що зовсім не є проблемою. Проблема полягає у внутрішній мембрані мітохондрії. Тут залишок жирних кислот ацил-КоА пов'язаний з молекулою-носієм, званою карнітином. Утворюється ацил-карнітин, а кофермент А відщеплюється і повертається в клітинну плазму. Там він може поєднуватися з новою жирною кислотою з утворенням ацил-КоА.
Тепер ацилкарнітин мігрує до плазмової сторони внутрішньої мітохондріальної мембрани. І там зараз трапляється прямо протилежне кроку, щойно описаному. Молекула CoA надходить і приймає ацильний залишок з ацилкарнітину. Ацил-КоА утворюється в плазмі мітохондрії, і карнітин знову виділяється. Молекула карнітину досягає зовнішньої сторони внутрішньої мембрани і може поглинати там новий ацильний залишок.
Крок 3: бета-окислення
Далі жирні кислоти, що транспортуються в матрикс мітохондрій, поступово розщеплюються. Цей процес відомий як бета-окислення. Бета-окислення має першорядне значення, тому деталі викладено на наступній сторінці.
- Шліпер, Основні питання харчування, Гамбург 2017
- Леффлер, Функціональна біохімія, Берлін, 1994
- Державний освітній сервер Баден-Вюртемберг, "Розпад гліцерину"
Внутрішні посилання
08.08.2019: Сторінку створено
22 червня 2020: Сторінка суттєво переглянута