Метаболизм липидов и окисление жирных кислот
Метаболизм липидов — это интегрированный набор путей, посредством которых организм синтезирует, запасает, мобилизует и окисляет жирные кислоты, триацилглицерины, холестерин и кетоновые тела. Он связывает поступление питательных веществ с клеточным производством энергии и биологией мембран, а его гормональная регуляция переключает организм между накоплением жира в состоянии сытости и окислением жира во время голодания и физических нагрузок.
Definition
Метаболизм липидов включает анаболические пути, которые строят жирные кислоты, триацилглицерины и стеролы, и катаболические пути, которые гидролизуют и окисляют их, а также гормональный и транскрипционный контроль, который координирует поток через эти пути в соответствии с пищевым и энергетическим состоянием.
Scope
Эта область ориентирует обучающегося в основных липидных путях: митохондриальное бета-окисление жирных кислот для производства АТФ, цитозольный синтез жирных кислот и триацилглицеринов (липогенез), синтез и гомеостаз холестерина, регулируемый по принципу обратной связи, печеночное производство кетоновых тел и их периферическое использование, а также цикл липолиза-липогенеза, который управляет запасанием энергии в жировой ткани. Она рассматривает их как связанную биохимическую и физиологическую систему, а не как руководство по лечению липидных расстройств.
Sub-topics
Core questions
- Как клетки решают, запасать ли липиды или окислять их для получения энергии?
- Как синтез жирных кислот взаимно координируется с окислением жирных кислот?
- Как поддерживается баланс холестерина посредством обратной связи, регулирующей синтез и поглощение?
- Когда и почему печень производит кетоновые тела, и как они используются периферическими тканями?
Key concepts
- Бета-окисление
- Синтез жирных кислот и триацилглицеринов
- Гомеостаз холестерина
- Кетоновые тела
- Липолиз и липогенез
- Карнитиновый челнок
- Малонил-КоА
- Гормональное переключение между состояниями сытости и голодания
Key theories
- Контроль окисления жирных кислот малонил-КоА
- Малонил-КоА, первый коммитированный промежуточный продукт синтеза жирных кислот, ингибирует карнитинпальмитоилтрансферазу 1 и тем самым блокирует поступление жирных кислот в митохондрии, обеспечивая взаимное переключение, которое предотвращает одновременный синтез и окисление жирных кислот.
- Регуляция синтеза липидов SREBP по принципу обратной связи
- Белки, связывающие стерол-регуляторные элементы (SREBP), представляют собой мембраносвязанные факторы транскрипции, которые при низком уровне клеточных стеролов обрабатываются для активации генов синтеза холестерина и жирных кислот, связывая поступление липидов с транскрипционной петлей обратной связи.
Mechanisms
В состоянии сытости инсулин способствует поглощению глюкозы и липогенезу: ацетил-КоА карбоксилируется до малонил-КоА, синтезируются жирные кислоты и этерифицируются до триацилглицеринов, а возрастающий уровень малонил-КоА подавляет поглощение жирных кислот митохондриями. При голодании или физической нагрузке низкий уровень инсулина и высокий уровень глюкагона или катехоламинов активируют липолиз в жировой ткани, высвобождая свободные жирные кислоты, которые поступают в печень и мышцы; там снижение уровня малонил-КоА снимает ингибирование карнитинового челнока, так что жирные кислоты поступают в митохондрии и подвергаются бета-окислению до ацетил-КоА, генерируя НАДН, ФАДН2 и АТФ. Когда печеночный ацетил-КоА превышает мощность цикла лимонной кислоты, он превращается в кетоновые тела, которые служат топливом для мозга и других тканей. Баланс холестерина поддерживается параллельно посредством обратной связи, регулирующей его синтез и рецептор-опосредованное поглощение липопротеинов.
Clinical relevance
Обобщенные здесь пути лежат в основе обработки организмом пищевых и запасенных жиров и обеспечивают биохимическую основу для понимания таких состояний, как нарушения окисления жирных кислот, дислипидемия, жировая дистрофия печени и диабетический кетоацидоз. Эта статья описывает нормальную физиологию и регуляцию для справочных и образовательных целей и не является основанием для диагностики или лечения какого-либо человека.
History
Химия окисления жирных кислот была впервые намечена в экспериментах Франца Кноопа с мечеными атомами в начале двадцатого века, а двухкарбоновый механизм «бета-окисления» был разработан в середине века в работах по коферменту А и циклу лимонной кислоты. Взаимная регуляция синтеза и окисления малонил-КоА была сформулирована МакГарри и Фостером, в то время как работы Гольдштейна и Брауна по рецептору ЛПНП и последующая идентификация системы SREBP установили логику обратной связи синтеза холестерина и липидов.
Key figures
- J. Denis McGarry
- Salih Wakil
- Joseph Goldstein
- Michael Brown
- Daniel Steinberg
Related topics
Seminal works
- mcgarry-foster-1980
- horton-2002
- wakil-2009
Frequently asked questions
- В чем разница между окислением жирных кислот и синтезом жирных кислот?
- Окисление — это катаболический митохондриальный путь, который расщепляет жирные кислоты до ацетил-КоА для высвобождения энергии, в то время как синтез — это цитозольный анаболический путь, который строит жирные кислоты из ацетил-КоА. Эти два процесса взаимно регулируются, чтобы они не протекали с полной скоростью одновременно.
- Почему организм производит кетоновые тела?
- Во время длительного голодания или дефицита углеводов печень превращает избыток ацетил-КоА, полученного в результате окисления жирных кислот, в кетоновые тела, обеспечивая водорастворимое, транспортабельное топливо, которое мозг и другие ткани могут использовать при ограниченном количестве глюкозы.