Липогенез является основным метаболическим путем , с помощью которого жирных кислот с длинной цепью синтезирует из углеводов , потребляемых в избытке в рационе. Эти жирные кислоты могут быть включены в триглицериды путем их этерификации с молекулами глицерина.
В нормальных условиях липогенез происходит в печени и жировой ткани и считается одним из основных факторов, способствующих поддержанию гомеостаза триглицеридов в сыворотке крови.
Структура синтазы жирных кислот человека (FASN) (Источник: Emw
через
Wikimedia Commons)
Триглицериды являются основным резервуаром энергии в организме, и содержащаяся в них энергия извлекается благодаря процессу, известному как липолиз, который, в отличие от липогенеза, состоит из разделения и высвобождения молекул глицерина и жирных кислот в кровоток.
Высвободившийся глицерин служит субстратом для глюконеогенного пути, а жирные кислоты могут транспортироваться в другие компартменты в комплексе с сывороточным альбумином.
Эти жирные кислоты поглощаются почти всеми тканями, за исключением мозга и эритроцитов, затем они этерифицируются до триацилглицеринов, чтобы окисляться в качестве топлива или сохраняться в качестве запаса энергии.
Диеты с высоким содержанием жиров являются основной причиной ожирения, поскольку необходимо накапливать лишние калории, а жировая ткань должна расширяться, чтобы вместить как избыточные липиды, поступающие с пищей, так и те, которые синтезируются эндогенно.
Особенности и функции
В организме человека, например, жирные кислоты возникают либо в результате процессов биосинтеза из ацетил-КоА, либо как продукт гидролитической переработки жиров и мембранных фосфолипидов.
Многие млекопитающие не могут синтезировать некоторые жирные кислоты, что делает их незаменимыми компонентами их рациона.
Основная функция липогенеза связана с накоплением энергии в виде жиров (липидов), которое происходит при потреблении большего количества углеводов, чем нужно организму, даже превышая возможности хранения гликогена в печени.
Липиды, синтезируемые этим путем, хранятся в белой жировой ткани, главном месте хранения липидов в организме.
Липогенез происходит во всех клетках тела, однако жировая ткань и печень являются основными участками синтеза. Этот путь происходит в цитоплазме клетки, тогда как окисление жирных кислот происходит в митохондриальных компартментах.
За липогенезом и последующим синтезом триглицеридов следует синтез и секреция частиц липопротеинов очень низкой плотности, известных как частицы ЛПОНП (липопротеины очень низкой плотности), которые способны попадать в кровоток.
Как частицы ЛПОНП, так и триглицериды могут гидролизоваться в капиллярах внепеченочных тканей, в основном в мышечной и жировой тканях, для высвобождения или хранения энергии.
Реакции
Поток атомов углерода от глюкозы, содержащейся в углеводах, к жирным кислотам модулируется липогенезом и включает серию идеально скоординированных ферментативных реакций.
1-Гликолитический путь в цитозоле клеток отвечает за переработку глюкозы, поступающей из кровотока, с образованием пирувата, который превращается в ацетил-КоА, способный войти в цикл Кребса в митохондриях, где вырабатывается цитрат. ,
2-Первый этап липогенного пути состоит из превращения цитрата, покидающего митохондрии, в ацетил-КоА под действием фермента, известного как АТФ-цитратлиаза (ACLY).
3-Образующийся ацетил-КоА карбоксилируется с образованием малонил-КоА, реакция, катализируемая ацетил-КоА-карбоксилазой (АСАСА).
4-Третья реакция - это реакция, которая накладывает лимитирующую стадию всего пути, то есть самая медленная реакция, и состоит из превращения малонил-КоА в пальмитат ферментом синтазы жирных кислот (FAS).
5-Другие последующие реакции помогают преобразовать пальмитат в другие более сложные жирные кислоты, однако пальмитат является основным продуктом липогенеза de novo.
Синтез жирных кислот
Синтез жирных кислот у млекопитающих начинается с комплекса синтазы жирных кислот (FAS), многофункционального и мультимерного комплекса в цитозоле, который синтезирует пальмитат (насыщенная 16-углеродная жирная кислота). Для этой реакции он использует, как уже упоминалось, малонил-КоА в качестве донора углерода и НАДФН в качестве кофактора.
Гомодимерные субъединицы FAS катализируют синтез и удлинение жирных кислот на два атома углерода одновременно. Эти субъединицы обладают шестью различными ферментативными активностями: ацетилтрансфераза, B-кетоацилсинтаза, малонилтрансфераза, B-кетоацилредуктаза, B-гидроксиацилдегидратаза и еноилредуктаза.
Различные члены семейства белков удлинения жирных кислот с очень длинной цепью (Elovl) ответственны за удлинение жирных кислот, продуцируемых FAS. Ниже по потоку находятся другие ферменты, ответственные за введение двойных связей (десатурацию) в цепочки жирных кислот.
регулирование
Многочисленные патофизиологические состояния связаны с неправильной регуляцией липогенного пути, поскольку нарушения в нем нарушают гомеостаз липидов в организме.
Диета, богатая углеводами, активирует липогенез печени, но было показано, что это не только количество потребляемых углеводов, но и тип углеводов.
Экспериментальные данные показывают, например, что простые сахара, такие как фруктоза, обладают гораздо более сильным действием на активацию липогенеза в печени, чем другие более сложные углеводы.
Глюколитический метаболизм глюкозы представляет собой отличный источник углерода для синтеза жирных кислот.
Глюкоза также индуцирует экспрессию ферментов, участвующих в липогенном пути, посредством белков, которые связывают элементы углеводного ответа.
Уровни глюкозы в крови также стимулируют экспрессию этих ферментов, стимулируя высвобождение инсулина и ингибируя высвобождение глюкагона в поджелудочной железе. Этот эффект контролируется через белок 1, связывающий регуляторный элемент стерола (SREBP-1) в клетках печени и адипоцитах.
Другие регуляторные пути во многом связаны с эндокринной системой и различными гормонами, косвенно связанными с экспрессией многих липогенных ферментов.
Ссылки
- Амир, Ф., Скандиуцци, Л., Хаснаин, С., Калбахер, Х., и Заиди, Н. (2014). De novo липогенез в здоровье и болезни. Обмен веществ, 0–7.
- Lodhi, IJ, Wei, X., & Semenkovich, CF (2011). Липодефицитность: липогенез de novo как передатчик метаболических сигналов. Тенденции в эндокринологии и метаболизме, 22 (1), 1–8.
- Мэтьюз, К., ван Холде, К., и Ахерн, К. (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон.
- Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.).
- Самуэль, VT (2011). Липогенез, индуцированный фруктозой: от сахара к жиру и к инсулинорезистентности. Тенденции в эндокринологии и метаболизме, 22 (2), 60–65.
- Шерер, Т., Харе, Дж. О., Диггс-Эндрюс, К., Швайгер, М., Ченг, Б., Линдтнер, К.,… Бюттнер, К. (2011). Инсулин мозга контролирует липолиз и липогенез жировой ткани. Клеточный метаболизм, 13 (2), 183–194.
- Шутц, Ю. (2004). Диетический жир, липогенез и энергетический баланс. Физиология и поведение, 83, 557–564.
- Стрэбл, М.С. и Нтамби, Дж. М. (2010). Генетический контроль липогенеза de novo: роль в ожирении, вызванном диетой. Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии, 45 (3), 199–214.
- Заиди, Н., Люпиен, Л., Куэммерле, Н.Б., Кинло, В.Б., Суиннен, Дж. В, и Сманс, К. (2013). Липогенез и липолиз: пути, используемые раковыми клетками для приобретения жирных кислот жирных кислот. Прогресс в исследованиях липидов, 52 (4), 585–589.