В липогенеза е основният метаболитен път, чрез която мастни киселини с дълга верига синтезира от въглехидрати, консумирани в излишък в диетата. Тези мастни киселини могат да бъдат включени в триглицериди чрез тяхното естерифициране до молекули глицерол.
При нормални условия липогенезата възниква в черния дроб и мастната тъкан и се счита за един от основните допринасящи за поддържането на триглицеридната хомеостаза в кръвния серум.
Структура на синтазата на човешка мастна киселина (FASN) (Източник: Emw
чрез
Wikimedia Commons)
Триглицеридите са основният енергиен резервоар на тялото и съдържащата се в тях енергия се извлича благодарение на процес, известен като липолиза, който противно на липогенезата се състои в отделяне и освобождаване на молекули глицерол и мастни киселини в кръвообращението.
Освободеният глицерол служи като субстрат за глюконеогенния път и мастните киселини могат да бъдат транспортирани до други отделения, комплексирани със серумен албумин.
Тези мастни киселини се поемат от почти всички тъкани, с изключение на мозъка и еритроцитите, след което те се естерифицират до триацилглицероли, за да бъдат окислени като горива или съхранявани като енергиен резерв.
Диетите с високо съдържание на мазнини са основната причина за затлъстяването, тъй като излишните калории трябва да се съхраняват, а мастната тъкан трябва да се разшири, за да побере както излишните погълнати липиди, така и тези, които са ендогенно синтезирани.
Характеристики и функции
В човешкото тяло, например, мастните киселини възникват или от биосинтетични процеси от ацетил-КоА, или като продукт на хидролитичната обработка на мазнините и мембранните фосфолипиди.
Много бозайници не са в състояние да синтезират някои мастни киселини, което прави тези основни компоненти на диетата им.
Основната функция на липогенезата е свързана със съхранението на енергия под формата на мазнини (липиди), което възниква при консумация на по-голямо количество въглехидрати, отколкото е необходимо на тялото, дори надвишава чернодробния капацитет за съхранение на гликоген.
Липидите, синтезирани по този път, се съхраняват в бяла мастна тъкан, основното място за съхранение на липиди в тялото.
Липогенезата се среща във всички клетки на тялото, обаче мастните тъкани и черният дроб са основните места на синтеза. Този път се осъществява в клетъчната цитоплазма, докато окисляването на мастни киселини се осъществява в митохондриалните отделения.
Липогенезата и последващият синтез на триглицериди е последвана от синтеза и секрецията на частици с липопротеин с ниска плътност, известни като VLDL (Lipoprotein с много ниска плътност), които са способни да навлязат в кръвния поток.
Както VLDL частиците, така и триглицеридите могат да бъдат хидролизирани в капилярите на извънпеченочни тъкани, главно в мускулни и мастни тъкани за освобождаване или съхранение на енергия.
реакции
Потокът от въглеродни атоми от глюкоза, присъстваща във въглехидрати към мастни киселини, се модулира чрез липогенеза и включва серия от перфектно координирани ензимни реакции.
1-Гликолитичният път в цитозола на клетките е отговорен за обработката на глюкозата, която навлиза от кръвния поток, за да произведе пируват, който се превръща в ацетил-КоА, способен да влезе в цикъла на Кребс в митохондриите, където се произвежда цитрат,
2-Първият етап от липогенния път се състои в превръщането на цитрата, който напуска митохондриите в ацетил-КоА под действието на ензим, известен като ATP-цитратна лиаза (ACLY).
3-Полученият ацетил-CoA се карбоксилира до образуване на малонил-CoA, реакция, катализирана от ацетил-CoA карбоксилаза (ACACA).
4-Третата реакция е реакцията, която налага ограничаващия етап на целия път, тоест най-бавната реакция и се състои в превръщането на малонил-КоА в палмитат от ензима на синтаза на мастна киселина (FAS).
5-Други реакции надолу по веригата помагат за превръщането на палмитата в други по-сложни мастни киселини, но палмитатът е основният продукт на липогенезата de novo.
Синтез на мастни киселини
Синтезът на мастни киселини при бозайници започва с комплекса на синтазата на мастни киселини (FAS), многофункционален и мултимерен комплекс в цитозола, който синтезира палмитат (наситена 16-въглеродна мастна киселина). За тази реакция той използва, както вече беше споменато, малонил-CoA като донор на въглерод и NADPH като кофактор.
Хомодимерните субединици на FAS катализират синтеза и удължаването на два въглеродни атома мастни киселини наведнъж. Тези субединици имат шест различни ензимни активности: ацетил трансфераза, В-кетоацил синтаза, малонил трансфераза, В-кетоацил редуктаза, В-хидроксиацил дехидратаза и еноил редуктаза.
Различните членове на семейство протеини за удължаване на мастните киселини с много дълга верига (Elovl) са отговорни за удължаването на мастните киселини, произведени от FAS. Надолу са други ензими, отговорни за въвеждането на двойни връзки (десатурация) във веригите на мастни киселини.
регулиране
Множество патофизиологични състояния имат връзка с дефектната регулация на липогенния път, тъй като нередностите в него прекъсват холесталната липидна хомеостаза.
Диета, богата на въглехидрати, активира чернодробната липогенеза, но е доказано, че това е не само количеството на приетите въглехидрати, но и вида на въглехидратите.
Експерименталните данни показват например, че прости захари като фруктоза имат много по-мощни ефекти при активиране на чернодробната липогенеза в сравнение с други по-сложни въглехидрати.
Глюколитичният метаболизъм на глюкозата представлява чудесен източник на въглерод за синтеза на мастни киселини.
Глюкозата също индуцира експресията на ензимите, участващи в липогенния път, посредством протеини, които свързват въглехидратните елементи на отговор.
Нивата на глюкоза в кръвта също стимулират експресията на тези ензими, като стимулират отделянето на инсулин и инхибират освобождаването на глюкагон в панкреаса. Този ефект се контролира чрез свързващия протеин 1 на стерола регулаторен елемент (SREBP-1) в чернодробните клетки и адипоцитите.
Други регулаторни пътища имат много общо с ендокринната система и различни хормони, косвено свързани с експресията на много от липогенните ензими.
Препратки
- Ameer, F., Scandiuzzi, L., Hasnain, S., Kalbacher, H., & Zaidi, N. (2014). De novo липогенеза в здравето и болестите. Метаболизъм, 0–7.
- Lodhi, IJ, Wei, X., & Semenkovich, CF (2011). Липоекспедитивност: de novo липогенеза като предавател на метаболитен сигнал. Тенденции в ендокринологията и метаболизма, 22 (1), 1–8.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Биохимия (3-то издание). Сан Франциско, Калифорния: Пиърсън.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).
- Самуил, VT (2011). Липогенеза, индуцирана от фруктоза: от захар до мазнини до инсулинова резистентност. Тенденции в ендокринологията и метаболизма, 22 (2), 60–65.
- Scherer, T., Hare, JO, Diggs-andrews, K., Schweiger, M., Cheng, B., Lindtner, C.,… Buettner, C. (2011). Мозъчен инсулинен контрол контролира липолизата на тъканите и липогенезата. Клетъчен метаболизъм, 13 (2), 183–194.
- Schutz, Y. (2004). Диетични мазнини, липогенеза и енергиен баланс. Физиология и поведение, 83, 557–564.
- Strable, MS, & Ntambi, JM (2010). Генетичен контрол на de novo липогенезата: роля в диетата, предизвикана от затлъстяване. Критични рецензии в биохимията и молекулярната биология, 45 (3), 199–214.
- Zaidi, N., Lupien, L., Kuemmerle, NB, Kinlaw, WB, Swinnen, J. V, & Smans, K. (2013). Липогенеза и липолиза: пътищата, използвани от раковите клетки за придобиване на мастни киселини мастни киселини. Напредък в липидните изследвания, 52 (4), 585–589.