Ліпогенез є основним метаболічним шляхом , з допомогою якого жирних кислот з довгим ланцюгом синтезує з вуглеводів , споживаних в надлишку в раціоні. Ці жирні кислоти можуть бути включені до тригліцеридів шляхом їх естерифікації до молекул гліцерину.
У нормальних умовах ліпогенез відбувається в печінці та жировій тканині і вважається одним із головних факторів підтримання гомеостазу тригліцеридів у сироватці крові.
Структура синтази жирних кислот людини (FASN) (Джерело: Emw
через
Wikimedia Commons)
Тригліцериди є основним резервом енергії організму, і енергія, що міститься в них, видобувається завдяки процесу, відомому як ліполіз, який, всупереч ліпогенезу, полягає у відділенні та вивільненні молекули гліцерину та жирних кислот у кров.
Вивільнений гліцерин служить субстратом для глюконеогенного шляху, а жирні кислоти можуть транспортуватися до інших відділень, ускладнених сироватковим альбуміном.
Ці жирні кислоти засвоюються майже всіма тканинами, окрім мозку та еритроцитами, після чого їх стерилізують до триацилгліцеринів, щоб окислитись як паливо або зберігати як запас енергії.
Дієти з високим вмістом жиру є основною причиною ожиріння, оскільки надлишкові калорії повинні зберігатися, а жирова тканина повинна розширюватися, щоб вмістити як надлишки введених ліпідів, так і ті, які ендогенно синтезуються.
Особливості та функції
Наприклад, в організмі людини жирні кислоти виникають або в результаті біосинтетичних процесів з ацетил-КоА, або як продукт гідролітичної обробки жирів і мембранних фосфоліпідів.
Багато ссавців не в змозі синтезувати деякі жирні кислоти, що робить ці необхідні компоненти їхнього раціону.
Основна функція ліпогенезу пов'язана з накопиченням енергії у вигляді жирів (ліпідів), що виникає при споживанні більшої кількості вуглеводів, ніж потрібно організму, навіть перевищуючи печінкові накопичувальні глікогену.
Ліпіди, синтезовані цим шляхом, зберігаються в білій жировій тканині, основній ділянці зберігання ліпідів в організмі.
Ліпогенез відбувається у всіх клітинах організму, однак жирові тканини та печінка є основними місцями синтезу. Цей шлях відбувається в цитоплазмі клітин, тоді як окислення жирної кислоти відбувається в мітохондріальних відділеннях.
Ліпогенез та подальший синтез тригліцеридів супроводжується синтезом та секрецією частинок ліпопротеїдів дуже низької щільності, відомих як частинки VLDL (ліпопротеїну дуже низької щільності), які здатні потрапляти у кров.
І частинки VLDL, і тригліцериди можуть гідролізуватися в капілярах позапечінкових тканин, головним чином в м’язових і жирових тканинах для вивільнення або зберігання енергії.
Реакції
Потік атомів вуглецю з глюкози, присутньої у вуглеводах, до жирних кислот модулюється ліпогенезом і включає низку ідеально координованих ферментативних реакцій.
1-Гліколітичний шлях в цитозолі клітин відповідає за обробку глюкози, яка надходить з крові, щоб отримати піруват, який перетворюється в ацетил-КоА, здатний входити в цикл Кребса в мітохондріях, де виробляється цитрат .
2-Перша стадія ліпогенного шляху полягає в перетворенні цитрату, який залишає мітохондрії в ацетил-КоА дією ферменту, відомого як ATP-цитратна ліаза (ACLY).
3 - Отриманий ацетил-КоА карбоксилюється, утворюючи малоніл-КоА, реакцію, каталізовану ацетил-КоА карбоксилазою (ACACA).
4-Третя реакція - це реакція, яка накладає обмежуючий крок усього маршруту, тобто найповільніша реакція, і полягає в перетворенні малоніл-КоА до пальмітату ферментом синтази жирної кислоти (FAS).
5-Інші реакції вниз за течією допомагають перетворити пальмітат в інші більш складні жирні кислоти, однак пальмітат є основним продуктом ліпогенезу de novo.
Синтез жирної кислоти
Синтез жирних кислот у ссавців починається з комплексу синтази жирних кислот (FAS), багатофункціонального та мультимерного комплексу в цитозолі, який синтезує пальмітат (насичена жирна кислота 16-вуглецю). Для цієї реакції він використовує, як уже було сказано, малоніл-КоА як донор вуглецю та НАДФН як кофактор.
Гомодимерні підрозділи FAS каталізують синтез та подовження жирних кислот одночасно двома атомами вуглецю. Ці субодиниці мають шість різних ферментативних дій: ацетил-трансфераза, В-кетоацил синтаза, малоніл-трансфераза, В-кетоацил-редуктаза, В-гідроксіацилдегідрататаза та еноїл-редуктаза.
Різні члени сімейства білків подовження жирних кислот з дуже довгими ланцюгами (Elovl) відповідають за подовження жирних кислот, що виробляються FAS. Нижче за течією є інші ферменти, відповідальні за введення подвійних зв’язків (десатурації) у ланцюги жирних кислот.
Регулювання
Численні патофізіологічні стани пов'язані з дефектною регуляцією ліпогенного шляху, оскільки порушення в ньому переривають ліпідний гомеостаз організму.
Дієта, багата вуглеводами, активізує ліпогенез печінки, але було показано, що це не тільки кількість вуглеводів, що приймаються, але й тип вуглеводів.
Експериментальні дані показують, наприклад, що прості цукри, такі як фруктоза, мають набагато більш потужний вплив на активацію ліпогенезу печінки, ніж інші складніші вуглеводи.
Глюколітичний метаболізм глюкози є прекрасним джерелом вуглецю для синтезу жирних кислот.
Глюкоза також індукує експресію ферментів, що беруть участь у ліпогенному шляху, за допомогою білків, які зв'язують елементи реакції вуглеводів.
Рівень глюкози в крові також стимулює експресію цих ферментів, стимулюючи вивільнення інсуліну та інгібуючи вивільнення глюкагону в підшлунковій залозі. Цей ефект контролюється за допомогою стерольного регулюючого елемента білка 1 (SREBP-1) у клітинах печінки та адипоцитах.
Інші регуляторні шляхи мають багато спільного з ендокринною системою та різними гормонами, опосередковано пов'язаними з експресією багатьох ліпогенних ферментів.
Список літератури
- Ameer, F., Scandiuzzi, L., Hasnain, S., Kalbacher, H., & Zaidi, N. (2014). De novo ліпогенез у здоров’ї та захворюваннях. Метаболізм, 0–7.
- Лодхі, IJ, Вей, X., і Семенкович, CF (2011). Lipoexpediency: de novo ліпогенез як передавач метаболічного сигналу. Тенденції ендокринології та метаболізму, 22 (1), 1–8.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Біохімія (3-е видання). Сан-Франциско, Каліфорнія: Пірсон.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання «Омега» (5-е видання).
- Самуель, В.Т. (2011). Ліпогенез, індукований фруктозою: від цукру до жиру до стійкості до інсуліну. Тенденції ендокринології та метаболізму, 22 (2), 60–65.
- Шерер, Т., Заєць, Дж.О., Діггс-андрюс, К., Швайгер, М., Ченг, Б., Ліндтнер, К.,… Буеттнер, К. (2011). Інсуліновий мозок контролює ліполіз жирової тканини та ліпогенез. Метаболізм клітин, 13 (2), 183–194.
- Шуц, Ю. (2004). Харчовий жир, ліпогенез та енергетичний баланс. Фізіологія та поведінка, 83, 557–564.
- Strable, MS, & Ntambi, JM (2010). Генетичний контроль ліпогенезу de novo: роль у ожирінні дієти. Критичні огляди з біохімії та молекулярної біології, 45 (3), 199–214.
- Zaidi, N., Lupien, L., Kuemmerle, NB, Kinlaw, WB, Swinnen, J. V, & Smans, K. (2013). Ліпогенез і ліполіз: шляхи, якими експлуатуються ракові клітини для отримання жирних кислот жирних кислот. Прогрес у дослідженнях ліпідів, 52 (4), 585–589.