Классификация липидов и строение жирных кислот
Липиды делятся на три большие группы: триацилглицеролы (ТАГ, собственно жиры), фосфолипиды и стероиды. ТАГ построены из остатка глицерина и трёх остатков жирных кислот. Фосфолипиды имеют тот же глицериновый кор и два остатка жирных кислот, но в третьем положении располагается остаток фосфорной кислоты, связанный с положительно заряженной полярной группой (холин, этаноламин, серин, инозитол). Стероиды представлены холестерином и его производными — желчными кислотами, стероидными гормонами, витамином D.
Функционально ТАГ — основная форма депонирования энергии, обеспечивающая также теплоизоляцию и механическую защиту. Фосфолипиды благодаря амфифильности (гидрофильная головка и два гидрофобных хвоста) формируют бислой биологических мембран.
Жирные кислоты подразделяют на насыщенные (без двойных связей) и ненасыщенные — моноеновые (одна двойная связь) и полиеновые (несколько). Запись жирной кислоты включает количество атомов углерода и через двоеточие количество двойных связей; положение связи указывают через символ Δ (от карбоксильной группы) либо ω (от метильного конца). Необходимо знать пальмитиновую, стеариновую, линолевую, линоленовую, арахидоновую и эйкозапентаеновую кислоты.
Ацетил-КоА и ацил-КоА
Эти соединения часто путают. Ацетил-КоА содержит двууглеродный ацетильный остаток (CH₃–CO–) и образуется при окислительном декарбоксилировании пирувата, поступая в цикл Кребса. Ацил-КоА (R–CO–S-КоА) — это активированная жирная кислота с длинным углеводородным радикалом R; именно ацил-КоА служит донором ацильного остатка при синтезе жиров и фосфолипидов.
Также важно различать понятия «жиры» (триацилглицеролы, состоящие из глицерола и трёх жирных кислот) и «жирные кислоты» как самостоятельные молекулы.
Образование глицерол-3-фосфата
Синтез ТАГ требует двух типов субстратов: ацил-КоА и глицерол-3-фосфат. Последний может быть получен двумя путями.
- Из свободного глицерина: фермент глицеролкиназа переносит фосфатную группу с АТФ на третий атом углерода глицерина, образуя АДФ и глицерол-3-фосфат.
- Из глюкозы: промежуточный продукт гликолиза дигидроксиацетонфосфат восстанавливается до глицерол-3-фосфата ферментом глицерол-3-фосфатдегидрогеназой с использованием НАДН (НАДН → НАД⁺).
В печени работают оба пути, поскольку присутствуют оба фермента. В жировой ткани отсутствует глицеролкиназа, поэтому источником глицерол-3-фосфата служит исключительно глюкоза.
Сборка триацилглицерола
К глицерол-3-фосфату последовательно присоединяются ацильные остатки от двух молекул ацил-КоА (с высвобождением HS-КоА). Реакции катализируют ацил-КоА-трансферазы. После присоединения двух жирных кислот образуется фосфатидная кислота (фосфатидат) — ключевой промежуточный метаболит, общий для синтеза ТАГ и фосфолипидов.
- Гидролитическое отщепление фосфатной группы фосфатидата ферментом фосфатидат-фосфатазой с образованием диацилглицерола.
- Присоединение третьего остатка жирной кислоты от ацил-КоА с участием ацил-КоА-трансферазы и образованием триацилглицерола.
Этап от глицерол-3-фосфата до ТАГ одинаков в печени и жировой ткани; различается только способ получения глицерол-3-фосфата.
Стратегии синтеза глицерофосфолипидов
Глицерофосфолипиды (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол) различаются полярной головкой. У эукариот реализуются две стратегии активации компонентов через ЦТФ (цитидинтрифосфат).
- Первая стратегия: ЦТФ активирует кор — фосфатидную кислоту с образованием ЦДФ-диацилглицерола, к которому затем присоединяется свободная головка. По этому пути синтезируется фосфатидилинозитол (фермент — инозитолсинтаза); при этом высвобождается ЦМФ.
- Вторая стратегия: ЦТФ активирует головку с образованием ЦДФ-холина или ЦДФ-этаноламина, которые присоединяются к свободному диацилглицеролу с образованием фосфатидилхолина или фосфатидилэтаноламина соответственно.
Взаимопревращения фосфолипидов
Фосфатидилсерин у эукариот не синтезируется ни по одной из двух стратегий de novo. Он образуется из фосфатидилэтаноламина или фосфатидилхолина путём замещения головки свободным серином (реакция обратима).
Между фосфатидилэтаноламином и фосфатидилхолином существует прямая связь: метилтрансфераза переносит на аминогруппу этаноламина три метильные группы от S-аденозилметионина (SAM), превращая фосфатидилэтаноламин в фосфатидилхолин.
Фосфатидилэтаноламин может быть получен из фосфатидилсерина реакцией декарбоксилирования (фермент — декарбоксилаза): отщепляется карбоксильная группа серина, и остаётся остаток этаноламина. Таким образом, три фосфолипида связаны между собой сетью взаимопревращений.
Ключевые моменты
- Триацилглицеролы и фосфолипиды имеют общий глицериновый кор и общий промежуточный метаболит — фосфатидную кислоту.
- Ацетил-КоА — двууглеродный субстрат цикла Кребса; ацил-КоА — активированная длинноцепочечная жирная кислота.
- Глицерол-3-фосфат образуется из глицерина (глицеролкиназа, АТФ) или из ДГАФ (глицерол-3-фосфатдегидрогеназа, НАДН).
- В жировой ткани отсутствует глицеролкиназа, поэтому ТАГ синтезируются только из глюкозы.
- Ацил-КоА-трансферазы переносят остатки жирных кислот на глицерол-3-фосфат и диацилглицерол.
- Фосфатидилинозитол синтезируется через ЦДФ-диацилглицерол; фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин — через ЦДФ-активированные головки.
- Фосфатидилсерин образуется обменом головки из фосфатидилэтаноламина или фосфатидилхолина.
- Метилирование фосфатидилэтаноламина с участием SAM даёт фосфатидилхолин; декарбоксилирование фосфатидилсерина — фосфатидилэтаноламин.