Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

  • Explicați cum poate fi derivată energia din grăsimi
  • Explicați scopul și procesul ketogenezei
  • Descrieți procesul de oxidare a cetonei
  • Explicați scopul și procesul lipogenezei

Grăsimile (sau trigliceridele) din organism sunt ingerate ca alimente sau sintetizate de adipocite sau hepatocite de la precursorii glucidelor. Metabolizarea lipidelor implică oxidarea acizilor grași pentru a genera energie sau pentru a sintetiza noi lipide din molecule constitutive mai mici. Metabolismul lipidic este asociat cu metabolismul glucidic, deoarece produsele glucozei (cum ar fi acetil CoA) pot fi transformate în lipide.

metabolismului

Figura 1. O moleculă de trigliceride (a) se descompune într-o monogliceridă (b).

Metabolismul lipidic începe în intestin unde a fost ingerat trigliceride sunt descompuse în acizi grași cu lanț mai mic și ulterior în molecule de monogliceride de lipazele pancreatice, enzime care descompun grăsimile după ce sunt emulsionate de săruri biliare. Când mâncarea ajunge în intestinul subțire sub formă de chim, un hormon digestiv numit colecistochinina (CCK) este eliberat de celulele intestinale din mucoasa intestinală. CCK stimulează eliberarea lipazei pancreatice din pancreas și stimulează contracția vezicii biliare pentru a elibera sărurile biliare stocate în intestin. CCK călătorește și la creier, unde poate acționa ca un inhibitor al foamei.

Figura 2. Chilomicronii conțin trigliceride, molecule de colesterol și alte apolipoproteine ​​(molecule de proteine). Acestea funcționează pentru a transporta aceste molecule insolubile în apă din intestin, prin sistemul limfatic și în fluxul sanguin, care transportă lipidele către țesutul adipos pentru depozitare.

Împreună, lipazele pancreatice și sărurile biliare descompun trigliceridele în acizi grași liberi. Acești acizi grași pot fi transportați peste membrana intestinală. Cu toate acestea, odată ce traversează membrana, acestea sunt recombinate pentru a forma din nou molecule de trigliceride. În celulele intestinale, aceste trigliceride sunt ambalate împreună cu moleculele de colesterol în vezicule fosfolipidice numite chilomicroni. Chilomicronii permit grăsimilor și colesterolului să se deplaseze în mediul apos al sistemului limfatic și circulator. Chilomicronii părăsesc enterocitele prin exocitoză și intră în sistemul limfatic prin lacteale în vilozitățile intestinului. Din sistemul limfatic, chilomicronii sunt transportați la sistemul circulator. Odată ajunși în circulație, aceștia pot merge fie la ficat, fie pot fi depozitați în celule adipoase (adipocite) care cuprind țesut adipos (grăsime) care se găsește în tot corpul.

Lipoliza

Pentru a obține energie din grăsimi, trigliceridele trebuie mai întâi descompuse prin hidroliză în cele două componente principale ale acestora, acizii grași și glicerolul. Acest proces, numit lipoliza, are loc în citoplasmă. Acizii grași rezultați sunt oxidați prin β-oxidare în acetil CoA, care este utilizat de ciclul Krebs. Glicerina care este eliberată din trigliceride după lipoliză intră direct pe calea glicolizei ca DHAP. Deoarece o moleculă de trigliceridă produce trei molecule de acizi grași cu câte 16 sau mai mulți atomi de carbon în fiecare, moleculele de grăsime produc mai multă energie decât carbohidrații și sunt o sursă importantă de energie pentru corpul uman. Trigliceridele produc mai mult de două ori energia pe unitate de masă în comparație cu carbohidrații și proteinele. Prin urmare, atunci când nivelurile de glucoză sunt scăzute, trigliceridele pot fi transformate în molecule de acetil CoA și utilizate pentru a genera ATP prin respirație aerobă.

Defalcarea acizilor grași, numită oxidarea acizilor grași sau beta (β) -oxidare, începe în citoplasmă, unde acizii grași sunt transformați în molecule de acil gras CoA. Acest acil gras CoA se combină cu carnitina pentru a crea o moleculă de acil carnitină grasă, care ajută la transportul acidului gras peste membrana mitocondrială. Odată ajuns în matricea mitocondrială, molecula de acil carnitină grasă este convertită înapoi în acil gras CoA și apoi în acetil CoA. Acetil CoA nou format intră în ciclul Krebs și este folosit pentru a produce ATP în același mod ca acetil CoA derivat din piruvat.

Figura 3. Faceți clic pentru o imagine mai mare. În timpul oxidării acizilor grași, trigliceridele pot fi descompuse în molecule de acetil CoA și utilizate pentru energie atunci când nivelurile de glucoză sunt scăzute.

Ketogeneza

Dacă acetil CoA excesiv este creat din oxidarea acizilor grași și ciclul Krebs este supraîncărcat și nu poate face față acestuia, acetil CoA este deviat pentru a crea corpuri cetonice. Aceste corpuri cetonice pot servi ca sursă de combustibil dacă nivelurile de glucoză sunt prea mici în organism. Cetonele servesc drept combustibil în perioadele de înfometare prelungită sau când pacienții suferă de diabet necontrolat și nu pot utiliza cea mai mare parte a glucozei circulante. În ambele cazuri, depozitele de grăsime sunt eliberate pentru a genera energie prin ciclul Krebs și vor genera corpuri cetonice atunci când se acumulează prea mult acetil CoA.

În această reacție de sinteză cetonică, excesul de acetil CoA este transformat în hidroximetilglutaril CoA (HMG CoA). HMG CoA este un precursor al colesterolului și este un intermediar care ulterior este transformat în β-hidroxibutirat, corpul cetonic primar din sânge.

Figura 4. Excesul de acetil CoA este deviat de la ciclul Krebs la calea ketogenezei. Această reacție apare în mitocondriile celulelor hepatice. Rezultatul este producerea de β-hidroxibutirat, corpul cetonic primar găsit în sânge.

Oxidarea corpului cetonică

Organele despre care s-a considerat clasic că sunt dependente exclusiv de glucoză, cum ar fi creierul, pot folosi de fapt cetone ca sursă alternativă de energie. Acest lucru menține creierul funcționând atunci când glucoza este limitată. Când cetonele sunt produse mai repede decât pot fi utilizate, ele pot fi descompuse în CO2 și acetonă. Acetona este îndepărtată prin expirație. Un simptom al cetogenezei este că respirația pacientului miroase dulce ca alcoolul. Acest efect oferă o modalitate de a spune dacă un diabetic controlează corect boala. Dioxidul de carbon produs poate acidifica sângele, ducând la cetoacidoza diabetică, o afecțiune periculoasă la diabetici.

Cetonele se oxidează pentru a produce energie pentru creier. beta (β) -hidroxibutirat este oxidat la acetoacetat și NADH este eliberat. O moleculă HS-CoA este adăugată la acetoacetat, formând acetoacetil CoA. Carbonul din acetoacetil CoA care nu este legat de CoA se detașează, divizând molecula în două. Acest carbon se atașează apoi la un alt HS-CoA liber, rezultând două molecule de acetil CoA. Aceste două molecule de acetil CoA sunt apoi procesate prin ciclul Krebs pentru a genera energie.

Figura 5. Când glucoza este limitată, corpurile cetonice pot fi oxidate pentru a produce acetil CoA pentru a fi utilizat în ciclul Krebs pentru a genera energie.

Lipogeneza

Când nivelurile de glucoză sunt abundente, excesul de acetil CoA generat de glicoliză poate fi transformat în acizi grași, trigliceride, colesterol, steroizi și săruri biliare. Acest proces, numit lipogeneza, creează lipide (grăsimi) din acetil CoA și are loc în citoplasma adipocitelor (celulelor grase) și a hepatocitelor (celulele hepatice). Când mănânci mai mult glucoză sau carbohidrați decât are nevoie corpul tău, sistemul tău folosește acetil CoA pentru a transforma excesul în grăsime. Deși există mai multe surse metabolice de acetil CoA, acesta este cel mai frecvent derivat din glicoliză. Disponibilitatea Acetil CoA este semnificativă deoarece inițiază lipogeneza. Lipogeneza începe cu acetil CoA și avansează prin adăugarea ulterioară a doi atomi de carbon dintr-un alt acetil CoA; acest proces se repetă până când acizii grași au lungimea adecvată. Deoarece acesta este un proces anabolic care creează legături, se consumă ATP. Cu toate acestea, crearea de trigliceride și lipide este un mod eficient de stocare a energiei disponibile în carbohidrați. Trigliceridele și lipidele, molecule cu energie ridicată, sunt stocate în țesutul adipos până când sunt necesare.

Deși lipogeneza apare în citoplasmă, acetil CoA necesar este creat în mitocondrii și nu poate fi transportat prin membrana mitocondrială. Pentru a rezolva această problemă, piruvatul este transformat atât în ​​oxaloacetat, cât și în acetil CoA. Pentru aceste conversii sunt necesare două enzime diferite. Oxaloacetatul se formează prin acțiunea piruvat carboxilazei, în timp ce acțiunea piruvat dehidrogenazei creează acetil CoA. Oxaloacetatul și acetil CoA se combină pentru a forma citrat, care poate traversa membrana mitocondrială și poate intra în citoplasmă. În citoplasmă, citratul este transformat înapoi în oxaloacetat și acetil CoA. Oxaloacetatul este transformat în malat și apoi în piruvat. Piruvatul traversează membrana mitocondrială pentru a aștepta următorul ciclu de lipogeneză. Acetil CoA este transformat în malonil CoA care este utilizat pentru sintetizarea acizilor grași. Figura 6 rezumă căile metabolismului lipidic.

Figura 6. Lipidele pot urma una din mai multe căi în timpul metabolismului. Glicerolul și acizii grași urmează căi diferite.

Revizuirea capitolului

Lipidele sunt disponibile organismului din trei surse. Pot fi ingerate în dietă, depozitate în țesutul adipos al corpului sau sintetizate în ficat. Grăsimile ingerate în dietă sunt digerate în intestinul subțire. Trigliceridele sunt descompuse în monogliceride și acizi grași liberi, apoi importate pe mucoasa intestinală. Odată traversate, trigliceridele sunt resintetizate și transportate în ficat sau țesut adipos. Acizii grași sunt oxidați prin acid gras sau β-oxidare în molecule de acetil CoA cu doi carbon, care pot intra apoi în ciclul Krebs pentru a genera ATP. Dacă se creează exces de acetil CoA și supraîncarcă capacitatea ciclului Krebs, acetil CoA poate fi utilizat pentru a sintetiza corpuri cetonice. Când glucoza este limitată, corpurile cetonice pot fi oxidate și utilizate pentru combustibil. Excesul de acetil CoA generat din excesul de glucoză sau carbohidrați poate fi utilizat pentru sinteza sau lipogeneza acizilor grași. Acetil CoA este utilizat pentru a crea lipide, trigliceride, hormoni steroizi, colesterol și săruri biliare. Lipoliza este descompunerea trigliceridelor în glicerol și acizi grași, ceea ce le face mai ușor de procesat organismului.

Verificare personală

Răspundeți la întrebările de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele tratate în secțiunea anterioară.

Întrebări de gândire critică

  1. Discutați despre modul în care carbohidrații pot fi depozitați ca grăsimi.
  2. Dacă respirația unui diabetic miroase a alcool, ce ar putea însemna asta?
  1. Carbohidrații sunt transformați în piruvat în timpul glicolizei. Acest piruvat este transformat în acetil CoA și continuă prin ciclul Krebs. Când se produce exces de acetil CoA care nu poate fi procesat prin ciclul Krebs, acetil CoA este transformat în trigliceride și acizi grași pentru a fi depozitat în ficat și țesutul adipos.
  2. Dacă diabetul este necontrolat, glucoza din sânge nu este preluată și procesată de celule. Deși nivelurile de glucoză din sânge sunt ridicate, nu există glucoză disponibilă pentru celule pentru a fi convertită în energie. Deoarece lipsește glucoza, corpul se îndreaptă spre alte surse de energie, inclusiv cetone. Un efect secundar al utilizării cetonelor ca combustibil este mirosul dulce de alcool pe respirație.

Glosar

beta (β) -hidroxibutirat: corp cetonic primar produs în organism

beta (β) -oxidare: oxidarea acizilor grași

săruri biliare: săruri care sunt eliberate din ficat ca răspuns la ingestia de lipide și înconjoară trigliceridele insolubile pentru a ajuta la conversia lor în monogliceride și acizi grași liberi

colecistochinina (CCK): hormon care stimulează eliberarea lipazei pancreatice și contracția vezicii biliare pentru a elibera săruri biliare

chilomicroni: vezicule care conțin colesterol și trigliceride care transportă lipidele din celulele intestinale și în sistemul limfatic și circulator

oxidarea acizilor grași: descompunerea acizilor grași în acizi grași cu lanț mai mic și acetil CoA

hidroximetilglutaril CoA (HMG CoA): moleculă creată în primul pas al creării corpurilor cetonice din acetil CoA

corpuri cetonice: sursă alternativă de energie când glucoza este limitată, creată atunci când se creează prea mult acetil CoA în timpul oxidării acizilor grași

lipogeneză: sinteza lipidelor care apare în ficat sau în țesuturile adipoase

lipoliza: descompunerea trigliceridelor în glicerol și acizi grași

molecule de monogliceride: lipidă constând dintr-un singur lanț de acizi grași atașat la o coloană vertebrală a glicerolului

lipaze pancreatice: enzime eliberate din pancreas care digeră lipidele din dietă

trigliceride: lipide sau grăsimi, constând din trei lanțuri de acizi grași atașați la coloana vertebrală a glicerolului