Chuyển hóa lipid và oxy hóa axit béo

Chuyển hóa lipid là tập hợp các con đường tích hợp mà cơ thể tổng hợp, lưu trữ, huy động và oxy hóa axit béo, triacylglycerol, cholesterol và thể ketone. Nó liên kết nguồn cung cấp chất dinh dưỡng với sản xuất năng lượng tế bào và sinh học màng, và sự điều hòa hormone của nó chuyển đổi cơ thể giữa lưu trữ chất béo ở trạng thái no và oxy hóa chất béo trong quá trình nhịn ăn và tập thể dục.

Definition

Chuyển hóa lipid bao gồm các con đường đồng hóa xây dựng axit béo, triacylglycerol và sterol, và các con đường dị hóa thủy phân và oxy hóa chúng, cùng với các kiểm soát hormone và phiên mã điều phối dòng chảy qua các con đường này theo trạng thái dinh dưỡng và năng lượng.

Scope

Lĩnh vực này định hướng người học qua các con đường lipid chính: quá trình beta-oxy hóa axit béo trong ty thể để sản xuất ATP, quá trình tổng hợp axit béo và triacylglycerol trong bào tương (tạo lipid), quá trình tổng hợp và cân bằng nội môi cholesterol được điều hòa theo cơ chế phản hồi, quá trình sản xuất thể ketone ở gan và sử dụng ở ngoại vi, và chu trình phân giải lipid-tạo lipid điều chỉnh sự lưu trữ năng lượng ở mô mỡ. Nó coi đây là một hệ thống sinh hóa và sinh lý học được kết nối, không phải là một hướng dẫn để quản lý các rối loạn lipid.

Sub-topics

• Quá trình Beta-Oxy hóa Axit béo
• Chuyển hóa và Điều hòa Cholesterol
• Tổng hợp Axit béo và Lipid
• Chuyển hóa thể ceton
• Phân giải lipid và Tổng hợp lipid

Core questions

• Các tế bào quyết định giữa việc lưu trữ lipid và oxy hóa nó để lấy năng lượng như thế nào?
• Quá trình tổng hợp axit béo được phối hợp đối ứng với quá trình oxy hóa axit béo như thế nào?
• Cân bằng cholesterol được duy trì thông qua kiểm soát phản hồi quá trình tổng hợp và hấp thu như thế nào?
• Khi nào và tại sao gan sản xuất thể ketone, và chúng được các mô ngoại vi sử dụng như thế nào?

Key concepts

• Beta-oxy hóa
• Tổng hợp axit béo và triacylglycerol
• Cân bằng nội môi cholesterol
• Thể ketone
• Phân giải lipid và tạo lipid
• Vận chuyển carnitine
• Malonyl-CoA
• Chuyển đổi hormone giữa trạng thái no và nhịn ăn

Key theories

Kiểm soát quá trình oxy hóa axit béo của Malonyl-CoA

Malonyl-CoA, chất trung gian cam kết đầu tiên của quá trình tổng hợp axit béo, ức chế carnitine palmitoyltransferase 1 và do đó ngăn chặn axit béo đi vào ty thể, cung cấp một công tắc đối ứng ngăn chặn quá trình tổng hợp và oxy hóa axit béo đồng thời.

Điều hòa phản hồi tổng hợp lipid của SREBP

Các protein gắn yếu tố điều hòa sterol (SREBP) là các yếu tố phiên mã gắn màng, khi sterol tế bào thấp, được xử lý để kích hoạt các gen tổng hợp cholesterol và axit béo, liên kết nguồn cung cấp lipid với một vòng phản hồi phiên mã.

Mechanisms

Ở trạng thái no, insulin thúc đẩy hấp thu glucose và tạo lipid: acetyl-CoA được carboxyl hóa thành malonyl-CoA, axit béo được tổng hợp và este hóa thành triacylglycerol, và malonyl-CoA tăng cao ức chế sự hấp thu axit béo vào ty thể. Trong quá trình nhịn ăn hoặc tập thể dục, insulin thấp và glucagon hoặc catecholamine cao kích hoạt quá trình phân giải lipid ở mô mỡ, giải phóng các axit béo tự do di chuyển đến gan và cơ; ở đó, malonyl-CoA giảm làm giải ức chế vận chuyển carnitine để axit béo đi vào ty thể và trải qua quá trình beta-oxy hóa thành acetyl-CoA, tạo ra NADH, FADH2 và ATP. Khi acetyl-CoA ở gan vượt quá khả năng của chu trình axit citric, nó được chuyển đổi thành thể ketone đóng vai trò là nhiên liệu cho não và các mô khác. Cân bằng cholesterol được duy trì song song bằng cách kiểm soát phản hồi quá trình tổng hợp của nó và sự hấp thu lipoprotein qua trung gian thụ thể.

Clinical relevance

Các con đường được tóm tắt ở đây là cơ sở cho việc cơ thể xử lý chất béo trong chế độ ăn uống và chất béo dự trữ, đồng thời cung cấp nền tảng sinh hóa để hiểu các tình trạng như rối loạn oxy hóa axit béo, rối loạn lipid máu, gan nhiễm mỡ và nhiễm toan ceton do đái tháo đường. Mục này mô tả sinh lý và điều hòa bình thường cho mục đích tham khảo và giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị bất kỳ cá nhân nào.

History

Hóa học của quá trình oxy hóa axit béo lần đầu tiên được phác thảo bởi các thí nghiệm đánh dấu của Franz Knoop vào đầu thế kỷ XX, và cơ chế "beta-oxy hóa" hai carbon đã được phát triển thông qua công trình nghiên cứu về coenzyme A và chu trình axit citric vào giữa thế kỷ. Sự điều hòa đối ứng của quá trình tổng hợp và oxy hóa bởi malonyl-CoA đã được McGarry và Foster trình bày rõ ràng, trong khi công trình của Goldstein và Brown về thụ thể LDL và việc xác định sau đó hệ thống SREBP đã thiết lập logic phản hồi của quá trình tổng hợp cholesterol và lipid.

Key figures

• J. Denis McGarry
• Salih Wakil
• Joseph Goldstein
• Michael Brown
• Daniel Steinberg

Seminal works

• mcgarry-foster-1980
• horton-2002
• wakil-2009

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa oxy hóa axit béo và tổng hợp axit béo là gì?

Oxy hóa là con đường dị hóa trong ty thể phân hủy axit béo thành acetyl-CoA để giải phóng năng lượng, trong khi tổng hợp là con đường đồng hóa trong bào tương xây dựng axit béo từ acetyl-CoA. Hai quá trình này được điều hòa đối ứng để chúng không diễn ra với tốc độ tối đa cùng một lúc.

Tại sao cơ thể tạo ra thể ketone?

Trong thời gian nhịn ăn kéo dài hoặc thiếu carbohydrate, gan chuyển đổi acetyl-CoA dư thừa từ quá trình oxy hóa axit béo thành thể ketone, cung cấp một nhiên liệu hòa tan trong nước, có thể vận chuyển mà não và các mô khác có thể sử dụng khi glucose bị hạn chế.