Переваривание и всасывание

В тонкой кишке ферменты поджелудочной железы расщепляют жир на жирные кислоты и моноацилглицерол, из которых клетки слизистой оболочки кишечника вновь синтезируют жир 12.

Панкреатическая липаза преимущественно гидролизует сложноэфирные связи триацилглицерола в положениях sn-1 и sn-3; колипаза закрепляет её на границе раздела липид–вода, препятствуя вытеснению фермента желчными солями 2. В энтероцитах триацилглицерол ресинтезируют ферменты MGAT2 и DGAT1, экспрессия которых в кишечнике высока 3.

Моноацилглицероловый путь всасывания пищевого жираПросвет кишечника, затем эндоплазматический ретикулум энтероцитов
  1. Триацилглицерол в просвете кишечника
  2. Панкреатическая липаза (PNLIP)Колипаза (CLPS), 2 H2OГидролизует сложноэфирные связи sn-1 и sn-3; высвобождаются две жирные кислоты
  3. sn-2-Моноацилглицерол
  4. Моноацилглицерол-O-ацилтрансфераза 2 (MOGAT2)Ацил-КоАЭПР энтероцитов; более 75% постпрандиального синтеза ТАГ в кишечнике
  5. Диацилглицерол
  6. Диацилглицерол-O-ацилтрансфераза 1 (DGAT1)Ацил-КоАЕдинственная DGAT, обнаруженная в кишечнике человека
  7. Триацилглицерол в энтероците
  8. несколько стадийДля сборки нужны APOB и микросомальный белок-переносчик триглицеридов (MTTP)
  9. Хиломикрон

Липопротеины

Жир не растворяется в крови, поэтому переносится в составе липопротеинов — частиц жира, покрытых оболочкой из фосфолипидов, холестерина и белков 1.

Энтероциты секретируют в лимфу хиломикроны, в каждой частице которых содержится одна молекула апоB-48; печень секретирует липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) с одной молекулой апоB-100 в каждой частице 1. Липопротеинлипаза, закреплённая на эндотелии капилляров белком GPIHBP1, гидролизует триацилглицерол этих частиц; апоC-II активирует этот фермент, а апоC-III ингибирует 14. Варианты генов LPL, APOC2, GPIHBP1, LMF1 или APOA5, приводящие к утрате функции, могут вызывать синдром семейной хиломикронемии 1.

С участием апоE печень захватывает ремнанты хиломикронов и около половины ремнантов ЛПОНП; остальные ремнанты ЛПОНП печёночная липаза превращает в липопротеины низкой плотности (ЛПНП) 1. Около 70% ЛПНП удаляют из крови рецепторы ЛПНП гепатоцитов, а статины увеличивают число этих рецепторов 1. Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) образуются, когда ABCA1 переносит холестерин и фосфолипиды на апоA-I, а LCAT этерифицирует этот холестерин 1; см. главу о холестерине.

Карнитиновый челнок и β-окисление

Клетки окисляют жирные кислоты в митохондриях, последовательно отщепляя от них фрагменты из двух атомов углерода 5.

Карнитинпальмитоилтрансфераза 1 (CPT1) наружной мембраны митохондрий переносит длинноцепочечные ацильные группы с КоА на карнитин; транслоказа SLC25A20 транспортирует ацилкарнитин в матрикс, где CPT2 вновь превращает его в ацил-КоА 5. В каждом цикле β-окисления ацил-КоА дегидрируется при участии ФАД, гидратируется, повторно дегидрируется при участии НАД+ и подвергается тиолизу с участием КоА, в результате чего высвобождается ацетил-КоА; пальмитоил-КоА проходит семь таких циклов 5.

Карнитиновый челнок и β-окисление пальмитатаЦитозоль, наружная и внутренняя мембраны митохондрий, митохондриальный матрикс
  1. Пальмитат (16:0)
  2. Ацил-КоА-синтетаза длинноцепочечных жирных кислот 1 (ACSL1)АТФ, КоА, Mg2+Наружная мембрана митохондрий и ЭПР; высвобождаются АМФ и дифосфат
  3. Пальмитоил-КоА
  4. Карнитинпальмитоилтрансфераза 1 (CPT1A, CPT1B)L-КарнитинМалонил-КоАНаружная мембрана; CPT1A — в печени, CPT1B — в мышцах; высвобождается КоА
  5. Пальмитоилкарнитин
  6. Карнитин-ацилкарнитинтранслоказа (SLC25A20)Внутренняя мембрана; обменивает ацилкарнитин на свободный карнитин
  7. Пальмитоилкарнитин в матриксе
  8. Карнитинпальмитоилтрансфераза 2 (CPT2)КоАМатриксная сторона внутренней мембраны; высвобождается карнитин
  9. Пальмитоил-КоА в матриксе
  10. Ацил-КоА-дегидрогеназа очень длинноцепочечных жирных кислот (ACADVL)ФАДВосстанавливает ETF; ETF-убихиноноксидоредуктаза передаёт электроны убихинону
  11. транс-Гексадец-2-еноил-КоА
  12. α-Субъединица трифункционального белка (HADHA)H2OЕноил-КоА-гидратазная активность
  13. (S)-3-Гидроксигексадеканоил-КоА
  14. α-Субъединица трифункционального белка (HADHA)НАД+Активность дегидрогеназы длинноцепочечных 3-гидроксиацил-КоА (LCHAD)
  15. 3-Оксогексадеканоил-КоА
  16. β-Субъединица трифункционального белка (HADHB)КоА3-Кетоацил-КоА-тиолазная активность; высвобождается ацетил-КоА
  17. Миристоил-КоА (14:0)
  18. несколько стадийЕщё шесть циклов; из пальмитоил-КоА образуются 8 ацетил-КоА, 7 ФАДН2 и 7 НАДН
  19. Ацетил-КоА

Недостаточность CPT1A вызывает гипокетотическую гипогликемию после голодания, а миопатическая форма недостаточности CPT2 — миоглобинурию при длительной физической нагрузке или голодании 4.

Синтез жирных кислот и малонил-КоА

Печень и жировая ткань способны синтезировать жирные кислоты из углеводов 5.

Митохондриальный ацетил-КоА поступает в цитозоль в форме цитрата, который там расщепляется АТФ-цитратлиазой 5. Ацетил-КоА-карбоксилаза — биотинзависимый фермент, который активируется цитратом и инактивируется при фосфорилировании киназой AMPK, — катализирует образование малонил-КоА 4. Синтаза жирных кислот собирает пальмитат из одной молекулы ацетил-КоА и семи молекул малонил-КоА с затратой 14 молекул НАДФН 5. В отличие от β-окисления, синтез протекает в цитозоле, в нём участвуют домен ацилпереносящего белка и НАДФН, а промежуточными продуктами служат (3R)-, а не (3S)-гидроксиацильные производные 4.

Синтез олеиновой кислотыЦитозоль, затем мембрана эндоплазматического ретикулума
  1. Ацетил-КоА
  2. Ацетил-КоА-карбоксилаза 1 (ACACA)АТФ, HCO3−, БиотинПервая и лимитирующая стадия синтеза жирных кислот de novo
  3. Малонил-КоА
  4. Синтаза жирных кислот (FASN)Ацетил-КоА, 14 НАДФН7 малонил-КоА на пальмитат; выделяются 7 CO2; тиоэстеразный домен отщепляет 16:0
  5. Пальмитат (16:0)
  6. Ацил-КоА-синтетазы длинноцепочечных жирных кислот (ACSL)АТФ, КоА, Mg2+Высвобождаются АМФ и дифосфат
  7. Пальмитоил-КоА
  8. несколько стадийМалонил-КоА, 2 НАДФНЦикл элонгации: ELOVL6, HSD17B12, HACD, TECR; высвобождается CO2
  9. Стеароил-КоА (18:0)
  10. Стеароил-КоА-десатураза (SCD)O2, 2 восстановленных цитохрома b5Электроны поставляет НАДН-цитохром-b5-редуктаза (CYB5R3)
  11. Олеоил-КоА (18:1 цис-Δ9)

Малонил-КоА, кроме того, ингибирует CPT1, что ограничивает одновременное протекание синтеза и окисления жирных кислот 56. В 1977 году Макгарри и соавторы показали на гомогенатах печени крыс, что малонил-КоА подавляет кетогенез из олеата, но не из октаноата, окисление которого не требует карнитина 7. У молодых мужчин, получавших в течение 7 недель напитки с фруктозой или сахарозой, липогенез de novo в печени усилился 8; см. главу о сахаре и фруктозе.

Незаменимые жирные кислоты

Организм не способен синтезировать линолевую (омега-6) и α-линоленовую (омега-3) кислоты, поэтому обе они должны поступать с пищей 9.

SCD вводит двойную связь в положение Δ9, FADS2 — в положение Δ6, FADS1 — в положение Δ5; Δ12- и Δ15-десатуразы у человека отсутствуют 2109. Десатуразы и элонгазы превращают линолевую кислоту в арахидоновую, а α-линоленовую — в эйкозапентаеновую (ЭПК); синтез докозагексаеновой кислоты (ДГК) завершает один цикл пероксисомного β-окисления 10; см. главы о пальмовом масле и маслах из семян и о рыбе и жирных кислотах омега-3. При недостатке линолевой кислоты те же ферменты превращают олеиновую кислоту в 5,8,11-эйкозатриеновую 11. У четырёх здоровых мужчин, которым в течение 2 недель внутривенно вводили безжировую смесь глюкозы и аминокислот, доля линолевой кислоты среди жирных кислот эфиров холестерина плазмы снизилась с 48,8 до 9,8%; появилась также эйкозатриеновая кислота 11.