Перейти к содержанию
ОПИУМ

ОПИУМ

  • Навигация
  • Курс по биохимии
  • Поддержать автора
ОПИУМ
ОПИУМ

Переваривание и всасывание липидов. Ресинтез липидов в энтероцитах

Биохимия Липиды

В прошлой статье мы узнали, что липиды — гидрофобные молекулы. С этим у нас возникнут проблемы, когда мы начнём их переваривать. Но сначала нужно решить, а какие липиды попадают к нам в желудочно-кишечный тракт с пищей? Три группы липидов: жиры или триацилглицеролы, холестерол и фосфолипиды.  Наибольшее количество липидов — это жиры. Около 90%. Остальные 10% делят холестерол и фосфолипиды, но холестерола всё-таки побольше.

Липиды, которые поступают с пищей

Холестерол может поступать в свободной форме, либо в форме эфиров. В эфире холестерола его гидроксильная группа связана с жирной кислотой. Чаще в пищу поступают эфиры холестерола. 

Холестерол и его эфир

Получается, что большая часть липидов — это чисто гидрофобные молекулы. Из тех, которые поступают к нам в ЖКТ. Ведь жиры и эфиры холестерола не имеют гидрофильных групп. А их большинство. Фосфолипиды же амфифильны. Как и холестерол. У них есть гидрофильные и гидрофобные участки. Отсюда вытекает проблема. Если большая часть липидов пищи нерастворима в воде, то как их переваривать? 

В нашем желудочно-кишечном тракте пища продвигается в растворе. Ферменты переваривания — это гидрофильные молекулы, которые действуют в этом растворе. Липиды же в нём будут образовывать огромные гидрофобные капли. Вспоминаем капельку жира в тарелке борща, либо же опыты по смешиванию масел с водой. Липиды контактируют с ограниченным участком раствора. Но их большая часть — нет. Выходит, что ферменты могут действовать только на этом ограниченном участке. Сами понимаете, что так переварить выйдет далеко не всё. Множество полезных молекул будут потеряны — такое переваривание неэффективно. 

Переваривание липидов. Липиды образуют гидрофобные капли в растворе
Для ферментов доступна только та часть липида, которая обращена к раствору. Большая же часть находится внутри липидной капли. К ней ферменты подобрать не могут.

Но организм выходит из этого затруднительности положения. И сейчас наша задача разобрать в том, как он это делает. 

Переваривание липидов 

Ротовая полость

Начинаем есть бутерброд с маслом. Оправляем хороший кусок прямо в рот. Там действует первый фермент переваривания липидов — лингвальная липаза или липаза языка. Его вырабатывают серозные железы, которые находятся на языке. Отсюда и название — липаза языка.

Липаза языка - первый этап переваривания жиров
Здесь в состав жира входят 3 пальмитиновых кислоты.

Липаза языка действует на триацилглицеролы. Проводит гидролиз эфирной связи между глицеролом и жирными кислотами — в третьем положении. Образуются диацилглицеролы и жирные кислоты.

Но пища во рту надолго не задерживается. Поэтому действует липаза языка довольно кратковременно. Или нет? Этот фермент имеет оптимум pH = 4,5-5,4. В желудке pH поменьше, но худо-бедно она продолжает работать. Липаза языка подействует далеко не на все жиры. Но где-то на 20-30% подействует. 

Желудок

Следующий фермент — это липаза желудка. Она вырабатывается главными клетками желудка, но в очень ограниченных количествах. Её оптимум pH также около 5, как и у липазы языка. Но её вырабатывается настолько мало, что особого вклада в переваривание жиров она не вносит. А вот у детей — её вклад огромен. У них и pH в желудке выше, да и вырабатывается её намного больше. Ведь в материнском молоке большая часть энергии заключена в жирах. 

По выходу из желудка мы имеем: 

  • триацилглицеролы, на которые эти ферменты не подействовали; 
  • диацилглицеролы, на которые подействовали; 
  • жирные кислоты; 
  • эфиры холестерола и холестерол; 
  • фосфолипиды. 

На последние, пока что, мы не нашли управы. 

Тонкий кишечник

И вот смесь из липидов попадает в двенадцатиперстную кишку. Эта смесь представляет собой кислый раствор, потому что вылезла из желудка. При этом липиды в ней — это большие капли. Напомню, что эта смесь имеет умное название — химус. 

 Нам нужно сделать две вещи: 

  1. Нейтрализовать кислоту. В двенадцатиперстной кишке все ферменты работают при слабо-щелочном pH ~ 8-9. 
  2. Как-то расщепить липидные капли на капельки поменьше. Так мы увеличим количество липидов, которые соприкасаются с водным раствором. Увеличим площадь этого соприкосновения. Больше площадь — больше ферментов смогут подействовать на эти капли.

Эти две вещи делает слизистая двенадцатиперстной кишки, но опосредованно. Когда в неё попадает химус, то она вырабатывает два гормона: секретин и холецистокинин. Слизистая реагирует на то, что pH слишком маленькое и отправляет в кровь секретин. В тоже самое время она чувствует, что в химусе много жиров. В ответ на это слизистая вырабатывает второй гормон — холецистокинин. 

Переваривание липидов. Холецистокинин и секретин.

Секретин действует на поджелудочную железу. Он передаёт информацию, что в двенадцатиперстной кишке нужно увеличить pH. Поджелудочная отправляется на помощь. Она увеличивает секрецию бикарбонатов и других электролитов в панкератический сок. Бикарбонаты — это отличный буфер, который должен снизить pH в двенадцатиперстной кишке до оптимальных 8-9. В панкреатическом соке также находятся ферменты, но секретин не влияет на их концентрацию. 

Панкреатический сок — это хорошо, но ему нужно как-то попасть в двенадцатиперстную кишку. Для этого нужно подействовать на сфинктер Одди. Ну это тот, который контролирует поступление в двенадцатиперстную кишку желчи и панкреатического сока. Напомню, что общий желчный проток объединяется с главным панкреатическим протоком. Вместе они ведут в двенадцатиперстную кишку, но желчь и панкератический сок попадают туда далеко не всегда, а только при открытии сфинктера Одди. Точнее при его расслаблении. 

Поджелудочная железа и печень в переваривании липидов

Холецистокинин действует по трём фронтам: на сфинктер Одди, на поджелудочную железу и на желчный пузырь. Эффекты:

  • Сфинктер Одди. Расслабление — желчь и поджелудочный сок попадают в двенадцатиперстную кишку; 
  • Поджелудочная железа. Увеличивает секрецию ферментов переваривания в сок; 
  • Желчный пузырь. Стимулирует сокращение желчного пузыря, что увеличивает количество желчи в общем желчном протоке.

Это не всего его эффекты, но сейчас интересуют только они. 

Эффекты секретина и холецистокинина
Суммируем всё по секретину и холецистокинину.

Вот в двенадцатиперстной кишке оказались желчь и панкреатический сок. А дальше-то что? Бикарбонаты увеличивают pH среды, поэтому на липиды теперь могут подействовать ферменты переваривания — достигнут оптимум pH для их работы. Вспоминаем, что липиды представляют собой большие капли. Сейчас ферменты могут подействовать только на ограниченном участке липида. Так что такое переваривание будет недостаточно эффективным.

Переваривание липидов. Липиды образуют гидрофобные капли в растворе

Тут и подключается желчь. Она синтезируется печенью, откуда попадает в желчный пузырь, где и хранится. Желчь — это раствор, в состав которого входят неорганические и органические компоненты. Неорганические — это вода и разные ионы: калия, натрия и другие. Неорганический компонент составляет 95%, большая часть — вода. 

Органический компонент — это желчные кислоты, холестерин и фосфолипиды. Ещё немного желчных пигментов. На это приходится всего 5%, но именно эти проценты так важны для нас. Если взять эти 5% за 100 %, то мы увидим, что из них: 65% — желчные кислоты, 25% — фосфолипиды, а остальное приходится на холестерин и желчные пигменты. Так что большая часть желчи (если забить на воду) — это желчные кислоты и фосфолипиды. 

Переваривание липидов. Состав желчи.

Их кое-что объединяет — это амфифильные молекулы. Желчные кислоты синтезируются из холестерина, но имеют намного больше гидрофильных групп. Желчных кислот много и с ними есть свои особенности. Держите статейку, в которой всё расписал. Основной фосфолипид желчи — фосфатидилхолин, но его называют проще — лецитин.

Холевая, хенодезоксихолевая кислоты - желчные кислоты
Вот две желчные кислоты для примера. У холевой кислоты целых три гидроксильных группы, да ещё и одна карбоксильная. У хенодезкоксихолевой на одну гидроксильную группу меньше. Лецитин — это типичный глицерофосфолипид.

За счёт таких амфифильных молекул можно уменьшить липидную каплю. Как? Когда желчные кислоты и фосфолипиды попадают в просвет двенадцатиперстной кишки, то они присоединяются к липидным каплям с помощью своих гидрофобных частей. Но их гидрофильные участки остаются на поверхности капли. Капля становится лучше растворима в воде. Её гидрофильные участки могут образовывать водородные связи. Этот приводит к снижению поверхностного натяжения. Капля начинает распадаться — образуются капельки поменьше. Так происходит несколько раз, пока капли не станут минимального размера. 

Эмульгация липидов с помощью желчных кислот и фосфолипидов.

Этот процесс называется эмульгация. Если сказать совсем просто, то эмульгация — это смешивание гидрофобных липидов с водой. Молекулы, которые снижают поверхностное натяжение и обеспечивают смешивание, называются — эмульгаторы. 

Только этого и ждали ферменты. Теперь они могут подействовать на большей площади. На триацилглицеролы действуют два фермента: проколипаза и панкреатическая липаза. Они синтезируются поджелудочной железой. Вместе с панкреатическим соком они попадают в двенадцатиперстную кишку.

Проколипаза — это профермент. Он не активен. Активируется с помощью ограниченного протеолиза. Этим занимается другой фермент — трипсин. О трипсине поговорим, когда дойдём до переваривания белков. Трипсин отщепляет немного аминокислот от проколипазы, что приводит к образованию колипазы — активного фермента. 

Колипаза имеет гидрофобные участки, с помощью которых она присоединяется к маленькой липидной капле. Правильнее назвать колипазу белковым коферментом, потому что сама по себе она не катализирует реакцию. Колипаза что-то вроде якоря. Этот якорь обеспечивает присоединение водорастворимой панкреатической липазы к липидной капле.

Переваривание липидов. Колипаза и панкреатическая липаза.

Панкреатическая липаза обладает каталитической активностью. Она начинает разрушать эфирные связи в молекулах триацилглицеролов и диацилглицеролов. Строение активного центра такого, что она может отщеплять жирные кислоты только в первом и третьем положении. Но не во втором. 

Действие панкреатической липазы на жиры
В этом жире все три кислоты одинаковые — пальмитиновые. Но в него могут входить разные жирные кислоты.

Ещё панкреатическая липаза действует на 1,2-диацилглицеролы, которые образовались под действием липазы языка и липазы желудка.

Действие панкреатической липазы на диацилглицеролы

При работе панкреатической липазы образуются: жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы. И тут возникает положительная обратная связь. 2-моноацилглицерол содержит две гидроксильные группы и гидрофобную жирную кислоту. Не напоминает желчные кислоты и фосфолипиды? Да — это амфифильное соединение. Оно также обладает эмульгирующим эффектом на липидные капли. Поэтому образование 2-моноацилглицеролов приводит к распаду липидных капель. Они становятся всё меньше и меньше. Понятное дело, что в таких условиях ускоряется гидролиз липида.

Этим заканчивается переваривание жиров или гидролиз жиров — образованием 2-моноацилглицеролов и свободных жирных кислот. 

Гидролиз жиров заканчивается на образовании 2-моноацилглицеролов и жирных кислот.

Но с пищей также поступали: фосфолипиды, холестерол и его эфиры. Что с ними? 

Холестерол переваривать не нужно — его не до чего разрушать. А вот эфиры нужно. Для этого есть фермент — холестеролэстераза. Также синтезируется поджелудочной железой. Холестеролэстераза гидролизует эфирную связь между холестеролом и жирной кислотой.

Переваривание липидов. Холестеролэстераза.
При гидролизе эфира холестерола образуются холестерол и жирная кислота.

Глицерофосфолипиды перевариваются при участии двух ферментов: фосфолипазы А2 и фосфолипазы A1 (другое название — лизофосфолипаза). Фосфолипаза А2 отщепляет жирную кислоту во втором положении глицерофосфолипида. А лизофосфолипаза в первом.

Переваривание глицерофосфолипидов
Сначала действует фосфолипаза А2, а потом лизофосфолипаза. Название продукта первой реакции — лизофосфатидилхолин. А второго — глицерофосфохолин. По такому же принципу перевариваются другие глицерофосфолипиды.

Далее от них отщепляются спиртовые и фосфатные группы. Если расщеплять глицерофосфохолин, то мы получим глицерол, холин и фосфорную кислоту. 

Отдел ЖКТ Субстрат ФерментПродукты
Ротовая полостьЖирыЛипаза языкаЖирные кислоты и 1,2-диацилглицеролы
ЖелудокЖирыЛипаза желудкаЖирные кислоты и 1,2-диацилглицеролы
Тонкая кишкаЖиры

Эфиры холестерола

Фосфолипиды
Панкреатическая липаза

Холестеролэстераза

Фосфолипаза А2 и лизофосфолипаза

Жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы

Холестерол и жирные кислоты

Жирные кислоты и фосфатидилхолин (серин инозитол-4,5- бисфосфат и другие)
Держите сводную табличку по перевариванию липидов

Всасывание продуктов переваривания

Когда образуются жирные кислоты, 2-моноацилглицеролы и холестерол, то они образуют еще меньшие липидные капли — мицеллы. Их размер всего около 100 нм. В них также могут входить желчные кислоты и фосфолипиды.  Все эти молекулы амфифильны, но каждая имеет небольшой гидрофильный участок и большой гидрофобный. Гидрофобные участки прячутся внутри молекулы, а гидрофильные обращены к водной среде. 

Образование мицелл в ходе переваривания липидов
Строение мицелл

Из-за этого мицеллы хорошо растворимы в воде, поэтому они спокойно плавают в кишечном содержимом. Постепенно мицеллы приближаются к мембране энтероцита (клетки тонкого кишечника). Когда они сблизятся с ней, то мицелла разрушится и всё её содержимое попадёт в цитоплазму энтероцита. С помощью простой диффузии.

Всасывание липидов
Вот так всасываются продукты гидролиза липидов в тонкой кишке.

Внутри мицеллы прячутся ещё одни ребята — жирорастворимые витамины: A, D, E и K. Они попали в ЖКТ с пищей, но теперь им нужно всосаться. Для них мицеллы — это такси, которое доставит витамины в энтероцит.

Уточню, что всасываются продукты переваривания в тонкой кишке. В подвздошной кишке их всасывается меньше, чем в тощей.

Ресинтез липидов

Липиды попали в энтероцит, но на этом сложности не заканчиваются. Тут есть парочка проблем:

1) Жирные кислоты, 2-моноацилглицеролы и холестерол —  это амфифильные молекулы. Что ещё включает амфифильные молекулы? Мембраны! Только в мембранах эти амфифильные молекулы специальные: холестерол, фосфо- и гликолипиды. Холестерол придаёт ей жёсткость. 

А теперь представляем ситуацию после еды. Богатой жирами, конечно же. Много жирных кислот, 2-моноацилглицеролов (2-МАГ) и холестерола устремились в клетку. Часть из них случайно может встроиться в мембрану. Холестерол может придать ей чрезмерную жестокость за счёт своих колец. А жирные кислоты и 2-МАГ не подходят для неё вовсе — у них слишком маленькая гидрофильная головка. Мы получим мембрану, которая не удовлетворяет потребности клетки. 

Эту проблему можно решить, если сразу же отправить эти молекулы в кровь. Всосались? Ну и валите отсюда, вы тут не нужны. Идея неплохая, но и не хорошая. Эти молекулы имеют большую гидрофобную часть. Поэтому они достаточно легко проходят через мембрану клетки. Значит, что они залетят в первую попавшуюся клетку, которой, может быть, эти ребята сейчас не требуются. А вдруг эта клетка не умеет их метаболизировать? В эритроците нет митохондрий, если в него попадёт жирная кислота, то он не сможет её окислить. Нет окисления — нет получения энергии.  

2) Организму понадобятся специальные белки-переносчики, которые будут связывать жирные кислоты, 2-моноацилгилцеролы и холестерол. И относить их туда, куда нужно. Сложновато. Придётся иметь слишком много белков в крови. Отдельно для жирных кислот, 2-МАГ и холестерола.

Поэтому энтероцит ресинтезирует липиды. В основном в виде жиров и эфиров холестерола. Он снова делает эти молекулы максимально гидрофобными — образуются липидные капли. Для чего? Смотрите, если мы сделаем липидную каплю, то её можно облепить белками. Эти белки придадут капле гидрофильные свойства, да ещё и будут специфическими. Мы сможем отправить эту молекулу в кровь — она спокойно путешествует там, потому что обладает гидрофильностью. Эти белки смогут специфически связаться с рецепторами. А эти рецепторы будут находиться только на тех клетках, которые метаболизируют липиды. Так липиды попадут туда, где они действительно требуются. Не придётся синтезировать кучу белков-переносчиков, которые всегда должны находиться в крови, чтобы во-время подхватить жирную кислоту или холестерол. 

Ресинтез липидов в тонкой кишке
Липиды ресинтезируются на гладком эндоплазматическом ретикулуме. Потом покрываются специальными белками — липопротеидами. После этого можно отправлять их в кровоток.

Есть и второе биологическое значение для ресинтеза липидов. Не все жирные кислоты будут включены в реситнез. Только с длинной алифатической цепью — больше ~ 12 атомов углерода. Из них можно вытащить больше энергии, поэтому выгоднее доставить их тканям: для получения АТФ или запаса энергии в виде жира.

И ещё одно — в ресинтез включаются жирные кислоты, которые синтезируются в самом организме. Энтероцит умеет синтезировать жирные кислоты самостоятельно. И эти жирные кислоты включатся в ресинтез липидов. Получается, что такой жир или эфир холестерола будут максимально приближены к нашему собственному. Каждый вид животных синтезирует свой особый жир, включая человека.

Жирные кислоты, которые имеют меньше 12 атомов, попадают сразу же в кровь. Там они подхватываются специальным белком — альбумином. Одна из его функций — транспорт жирных кислот. Но альбуминов недостаточно много для того, чтобы транспортировать все жирные кислоты, которые образовались в процессе переваривания. Как мы обсуждали это выше. Так что предпочтительнее ресинтезировать липид, а потом облепить его белками. У таких частичек есть своё название — хиломикроны. 

Ресинтез липидов идёт в несколько этапов

Активация жирных кислот

На первом этапе клетка увеличивает реакционную способность жирной кислоты. С помощью присоединения к ней коэнзима А. Реакцию катализирует ацил-коэнзим А-синтетаза. Она использует энергию АТФ для того, чтобы создать макроэргическую связь между жирной кислотой и коэнзимом А. Так синтезируется ацил-коэнзим А. 

Ресинтез липидов. Образование ацил-коэнзим А
Эта реакция необратима из-за образования пирофосфата, который быстро распадается на два неорганических фосфата. В ацил-коэнзиме А заключена энергия для следующего этапа.

На втором этапе синтезируются жиры, эфиры холестерола и фосфолипиды. 

Ресинтез жиров или триацилглицеролов

У нас остался 2-моноацилглицерол, который можно использовать для синтеза жира. Сначала к нему присоединяется первая жирная кислота. С помощью фермента моноацилглицерол-ацилтрансферазы. Сократим название до МАГ-ацилтрансферазы. Этот фермент присоединяет жирную кислоту к первому атому 2-МАГ. Образуется 1,2-диацилглицерол (1,2-ДАГ). 

Ресинтез липидов. Моноацилглицерол-ацилтрансфераза

Дальше подключается второй фермент — диацилглицерол-ацилтрансфераза. Или ДАГ-ацилтрансфераза. Она присоединяет вторую активированную жирную кислоту к третьему атому 1,2-ДАГ. Вот и наш новенький жир.

Ресинтез липидов. ДАГ-ацилтрансфераза

Синтез эфиров холестерола

К холестеролу можно присоединить всего одну жирную кислоту, поэтому нам потребуется один фермент — ацил-коэнзим А:холестерол-ацилтрансфераза. Или сокращённо АХАТ. 

Синтез эфиров холестерола. АХАТ
Вот и эфир холестерола

О синтезе фосфолипидов поговорим в другой статье, потому что он везде одинаков. Пока запомните реситнез жиров и эфиров холестерола. 

Далее эти гидрофобные молекулы будут облеплены белками, чтобы отправить их в кровь. Но об этом в следующей статье. 

Подписаться:

YouTube Telegram

© 2023 ОПИУМ

 

 

Прокрутить вверх
  • Навигация
  • Курс по биохимии
  • Поддержать автора
Поиск