Обмен липидов

В диете жителя Беларуси, в среднем 40 % калорийности покрывается за счет липидов; это составляет около 100 г жиров в сутки. Доля триацилглицеролов (ТАГ) в общем количестве потребляемого жира составляет 90 %.

Для последующего всасывания ТАГ сначала должны подвергнуться ферментативному гидролизу до свободных жирных кислот (СЖК) и моноацилглицеролов (МАГ). Гидролиз, хотя и в очень малой степени, начинается в желудке под действием кислой липазы. Этот фермент секретируется слюнными железами и клетками слизистой желудка. Оптимальной средой для ее действия является среда, близкая к нейтральной. Поэтому липаза в желудке взрослого человека практически неактивна из-за низких значений рН, которые там имеют место в норме. Тем не менее, ее действие способствует эмульгированию жира в химусе и, тем самым, увеличению площади раздела двух фаз – жира и воды.

У взрослого человека основным местом переваривания липидов является тонкий кишечник. В двенадцатиперстной кишке пища подвергается воздействию желчи и сока поджелудочной железы. На первом этапе там происходит эмульгирование жира. Эмульсия представляет собой взвесь в водной среде частиц неполярных липидов. По сути дела эмульгирование заключается в дроблении крупных липидных частиц на более мелкие. Происходит этот процесс благодаря трем факторам: 1) перистальтике кишечника, которая способствует перемешиванию и дроблению жировых капель; 2) углекислому газу: он образуется в результате реакции нейтрализации гидрокарбонатов кишечного сока кислым содержимым желудка, поступающим туда с пищей; 3) желчным кислотам.

NB! Желчные кислоты образуются в печени из эфиров холестерола

Дело в том, что циклическую структуру холестерола нельзя разомкнуть и расщепить на малые соединения для их последующей экскреции. Только клетки печени превращают холестерол в желчные кислоты, которые используются в качестве эмульгаторов для переваривания липидов.

В организме человека пути метаболизма синтезированных желчных кислот весьма своеобразны. Знание их позволяет понять механизмы развития и симптоматику целого ряда заболеваний. В печени синтезируются так называемые первичные желчные кислоты: холевая и хенодезоксихолевая.

Карбоксильная группа боковой цепи этих кислот может образовывать амидные связи или с глицином, или с таурином. В результате формируются конъюгированные желчные кислоты. Это обусловливает их эмульгирующие свойства, так как рК ионной группы боковой цепи ниже, чем у исходной карбоксильной группы. Если в качестве исходной желчной кислоты выступает холевая кислота, конъюгированными формами ее являются гликохолевая и таурохолевая кислоты.

Образующиеся желчные кислоты поступают из печени в двенадцатиперстную кишку с желчью. В нейтральной или слабощелочной среде просвета кишечника желчные кислоты, в основном таурохолевая и гликохолевая, являются амфифильными и служат в качестве не только эмульгирующих агентов, но и стабилизаторов образующейся эмульсии. Взаимодействуя гидрофобными частями своих молекул с жиром, а гидрофильной, полярной частью – с водным содержимым кишечника, желчные кислоты способствуют дроблению жира на мелкие частицы, то есть эмульгированию. Стабилизирующее влияние жирных кислот на образующиеся эмульсионные частицы обусловлено тем, что они препятствуют конгломерации (слипанию) эмульсионных частиц. Желчные кислоты покрывают поверхность эмульсионной частицы в виде монослоя.(рис.6.9). При этом наружу, к водному содержимому, направлены полярные

Таблица 6.3. Состав желчи человека

* - если уровень превышает 15 мол%, могут образовываться желчные камни

части молекул желчных кислот. В результате поверхность частицы приобретает суммарный электрический заряд, который будет одноименным у всех других эмульсионных частиц. В силу электростатического взаимодействия между отдельными частицами возникает отталкивание.

Рис.6.9. Образование оболочки из желчных кислот вокруг эмульсионной, или мицеллярной частицы при переваривании липидов

В кишечнике под действием ферментов бактерий образуются вторичные желчные кислоты, которые катализируют отщепление 7-ОН-группы и конъюгированной аминокислоты. В результате из двух первичных желчных кислот образуются дезоксихолевая и литохолевая кислоты.

Рециркуляция желчных кислот между печенью и кишечником. Если подвести итог, то оказывается, что за сутки из печени выделяется 15–30 г желчных кислот и только 0,5 г их выделяется с калом. Остальные желчные кислоты всасываются из тонкого кишечника, т.е., во время переваривания желчные кислоты выделяются в просвет тонкого кишечника, его верхних отделов, а затем в нижней части тонкого кишечника они подвергаются реабсорбции в систему воротной вены. Такой процесс секреции и обратного всасывания известен как печеночно-кишечная циркуляция (рис.6.10).

Рис.6.10. Печеночно-кишечная рециркуляция желчных кислот

NB! Переваривание липидов катализирует липаза

Так как липиды в основном нерастворимы в воде, то они подвергаются действию гидролитических ферментов только на границе раздела между липидами и водной фазой. Скорость реакции, помимо других факторов, зависит от площади этой границы раздела. Поэтому, чем выше степень эмульгирования и чем меньше отдельные липидные капли, тем больше величина общей доступной поверхности.

Основным ферментом, который катализирует расщепление липидов пищи, является панкреатическая липаза. Этот фермент присутствует в соке поджелудочной железы и активируется в просвете кишечника. Дело в том, что в водной среде доступ к активному центру липазы заблокирован a-спиральным участком ее молекулы. На границе раздела жир-вода активный центр становится доступен для субстратов. Этому способствует также специальный белок, названный колипазой. Колипаза связывается с С-концом некаталитического участка молекулы панкреатической липазы. Происходящее вслед за этим изменение конформации обусловливает прикрепление ферментативного комплекса к липидной поверхности эмульсионных частиц.

Активный фермент ускоряет реакцию гидролиза ацилглицеролов. Гидролиз ТАГ сначала происходит в положении С-1 или С-3, что приводит к образованию ДАГ, которые затем гидролизуются до 2-МАГ. Меньшая часть (40 %) МАГ подвергается дальнейшему гидролизу до глицерола. Для остальной части процесс ферментативного гидролиза завершается на этапе образования 2-МАГ. Необходимо отметить, что в расщеплении 2-МАГ участвует также кишечная липаза, но активность этого фермента невысока.

В соке поджелудочной железы присутствуют и другие ферменты, способные расщеплять липиды. В частности, эстеразы катализируют преимущественно гидролиз эфиров жирных кислот с короткой цепью. В поджелудочной железе синтезируется профосфолипаза А₂. Фермент приобретает активность только после воздействия в просвете кишечника трипсина, приводящего к отщеплению от него гептапептида. Фосфолипаза А₂ катализирует отщепление молекулы жирной кислоты от фосфатидилхолина с образованием лизофосфатидилхолина (рис.6.11)

. Рис.6.11. Специфичность действия фосфолипаз

NB! Продукты гидролиза липидов участвуют в образовании мицелл

Продукты ферментативного гидролиза жира взаимодействуют с водной средой, объединяются в мельчайшие частицы – мицеллы (рис.6.12). По размеру они гораздо меньше, чем эмульсионные. Снаружи мицеллы, подобно эмульсионным частицам, покрыты слоем желчных кислот.

Рис.6.12. Переваривание липидов в тонком кишечнике

Основная часть всосавшихся в тонком кишечнике липидов принимает участие в ресинтезе ТАГ.

Основная часть мицелл целиком или после предварительного (пристеночного) разрушения всасывается через стенку тонкого кишечника(рис.6.13). Желчные кислоты проходят через барьер слизистой оболочки в связанном с липидами состоянии. В дальнейшем по венам кишечника они поступают в портальный кровоток. Оттуда они извлекаются печенью и затем снова поступают с желчью в двенадцатиперстную кишку. Всосавшиеся продукты расщепления липидов в клетках слизистой оболочки кишечника подвергаются процессам ресинтеза. В клетках имеются ферментные системы, которые могут превращать СЖК, моно- и диацилглицеролы в ТАГ, фосфолипиды и эфиры холестерола.

а

б

Рис.6.13. Переваривание липидов:

б - модельная система, опыт in vitro; а - микрофото участка тонкого кишечника; (Из статьи Patton и Carey; Science, 204:145, 1979.)

 

Всосавшиеся СЖК активируются. Активация их заключается в присоединении остатка жирной кислоты к коферменту А с образованием ацил-КоА. Это происходит в гладком эндоплазматическом ретикулуме[2].

В клетках слизистой тонкого кишечника функционируют два пути ресинтеза ТАГ (рис.6.14). Это обусловлено поступлением туда при всасывании большого количества 2-МАГ. В механизмах ресинтеза не участвуют коротко- и среднецепочечные жирные кислоты (С₆-С₁₀), которые из клеток слизистой тонкого кишечника попадают сразу в кровоток системы воротной вены. Этот механизм принципиально отличается от механизма всасывания и попадания в кровь основной массы липидов пищи, в составе которых содержатся жирные кислоты с количеством углеродных атомов более 10. Поэтому ряд полусинтетических лекарственных препаратов, приготовленных на базе кокосового масла и содержащих смесь триацилглицеролов с коротко- и среднецепочечными жирными кислотами, эффективно используются при лечении заболеваний пищеварительной системы (синдромы малабсорбции вследствие недостаточности функции поджелудочной железы, непроходимость желчных путей, резекция тонкого кишечника, хронические заболевания печени, саркома брыжейки, непроходимость лимфатических сосудов кишечника, тропический спру, абеталипопротеинемия).

 

Рис.6.14. Ресинтез липидов в клетках слизистой тонкого кишечника

NB! Липиды транспортируются в крови в составе липопротеинов

Новосинтезированные ТАГ, фосфолипиды и другие всосавшиеся липиды покидают клетки слизистой, попадая сначала в лимфу, а с током лимфы - в кровь. В связи с тем, что большинство липидов, как уже отмечалось, нерастворимо в водной среде, транспорт их в лимфе, а затем - в плазме крови, осуществляется не так, как транспорт водорастворимых молекул подобного размера. Практически все липиды транспортируются в составе специальных частиц – липопротеинов (ЛП).

Структура ЛП. Электронная микроскопия выделенных видов ЛП показала, что они представляют собой сферические частицы, диаметр которых уменьшается с увеличением плотности. ЛП состоят из ядра, включающего гидрофобные липиды - ТАГ, эфиры холестерола (ЭХ) (рис.6.15), в то время как наружная часть, находящаяся в контакте с плазмой крови, содержит амфифильные липиды: фосфолипиды, свободный холестерол. Белковые компоненты (апопротеины) своими гидрофобными участками располагаются во внутренней части липопротеинвых частиц, а гидрофильными - преимущественно, на поверхности.

Рис.6.15.Структура липопротеинов плазмы:

а – схематическое изображение строенияЛП; б– схема строения липопротеина низкой плотности