Жировой (липидный) обмен — совокупность процессов превращения нейтральных жиров и их биосинтеза в организме животных и человека. Но прежде чем говорить о жировом обмене стоит уточнить что такое липиды (жиры) и каких типов они бывают.
Слово «липид» происходит от греческого слова «lipos», что означает жир, и используется для обозначения жиров, масел, восков и других родственных соединений. При комнатной температуре жиры являются твердыми, в то время как масла — жидкими.
Липиды, как и углеводы, состоят из углерода, водорода и кислорода, но различаются их соотношением в каждой молекуле. Например, молекулярная структура липида стеарина — C57H110O6. Соотношение в этом жире H:O будет 18,3:1, в то время как в углеводах это соотношение постоянно 2:1.
Типы жиров
Липиды делятся на три группы: простые липиды, сложные липиды, производные липидов.
Простые липиды
Простые липиды, или «нейтральные жиры», состоят из триглицеридов. Триглицерид представляет собой комбинацию из трех жирных кислот, связанных с молекулой глицерола. Основная часть пищевых жиров (98%) являются триглицеридами.
Жир так же сохраняется в организме в виде триглицеридов. Простые липиды далее делятся на насыщенные или ненасыщенные жирные кислоты.
Насыщенные жирные кислоты
Насыщенные жирные кислоты содержат только одинарные связи между атомами углерода со всеми остальными связями, прикрепленными к атомам водорода. Молекула соединяется с максимально возможным количеством атомов водорода, поэтому данная кислота называется насыщенной.
Отсутствие двойных связей приводит к прочной связи трех жирных кислот, что затрудняет их расщепление. Эти насыщенные жиры содержатся в продуктах животного происхождения (говядина) и молочных продуктах (молоко, масло).
Ненасыщенные жирные кислоты
В отличие от насыщенных жирных кислот, ненасыщенные жирные кислоты содержат одну или больше двойных связей вдоль главной углеродной цепи. Каждая двойная связь уменьшает число атомов водорода, которые могут связываться с жирной кислотой.
Двойные связи также приводят к «изгибу» в жирных кислотах, что предотвращает связь между ними. Ненасыщенные жирные кислоты содержатся в растительных источниках.
Термин «мононенасыщенные жирные кислоты» используется для описания жирных кислот с одной двойной связью (например, оливковое масло), а термин «полиненасыщенные жирные кислоты» обозначает жирные кислоты с двумя и более двойными связями (например, льняное масло).
Гидрогенизация
Процесс гидрогенизации включает в себя превращение ненасыщенных жирных кислот в насыщенные жирные кислоты путем пропускания жидкого водорода под давлением через масло, нагретое до высокой температуры. Это превращает двойные связи в простые, отверждает жир и повышает температуру плавления жиров. Этот процесс используется для изготовления шоколадных конфет, которые «таят во рту, а не в ваших руках».
Этот процесс может также привести к образованию транс-жирных кислот. Транс-жирная кислота образуется, когда атом водорода перемещается из своего естественного положения (цис -положение) на противоположную сторону двойной связи (транс — положение). Транс-жирные кислоты связывают с болезнью сердца, и с недавнего времени в строгом порядке должны указываться на этикетках продуктов.
Сложные липиды и производные липидов
Сложные липиды
- Сложный липид — это соединение триглицерида с другими химическими веществами.
- Фосфолипиды — одна или несколько жирных кислот в сочетании с фосфорной группой и азотной основой.
- Гликолипиды — жирные кислоты в сочетании с глюкозой и азотом.
- Липопротеины — липиды в сочетании с белками. Липопротеины служат системой транспорта липидов в организме.
Производные липидов
Производные липидов содержат углеводородные кольца вместо цепей.
- Холестерин — жироподобное вещество, похожее на воск, присутствующее в каждой клетке тела и во многих продуктах питания. Некоторое количество холестерина в крови необходимо, но высокий его уровень может привести к болезни сердца.
Переваривание и всасывание
Поскольку пищевой жир не растворим в воде, он конденсируется в крупные капли липидов в верхней части желудка. Переваривание жиров почти полностью происходит в тонком кишечнике. В тонком кишечнике, фермент поджелудочной железы липаза катализирует (ускоряет) расщепление связей между жирными кислотами и глицерином, образуя моноглицерид (глицерин + 1 жирная кислота) и две жирные кислоты.
Тем не менее, эта реакция может происходить только на поверхности липидных капель, поскольку липаза является водорастворимым ферментом. Чтобы ускорить процесс пищеварения, большие капли липидов эмульгируют на более мелкие капли, что создает большую площадь поверхности для работы липазы.
В целях дальнейшего увеличения скорости переваривания, под действием солей желчных кислот формируются мицеллы. Мицеллы похожи на капли эмульсии, но еще меньше. Мицеллы непрерывно расщепляются и обновляются, при их расщеплении продукты переваривания жиров могут диффундировать во всю слизистой оболочку кишечника.
При прохождении через эпителиальные клетки, моноглицерид и жирные кислоты ресинтезируются в триглицериды. Это ресинтез, который происходит в гладкой эндоплазматической сети, снижает концентрацию свободных жирных кислот и моноглицеридов, что поддерживает градиент концентрации и позволяет другим жирным кислотам и моноглицеридам диффундировать.
Ресинтезированный жир снова группируется в мелкие капли. Капли покидают клетку, отделяясь от эндоплазматической сети в межклеточную жидкость. В этот момент, капли являются хиломикронами, содержащими триглицериды и другие липиды (холестерин, жирорастворимые витамины и др.).
В отличие от аминокислот и глюкозы, хиломикрон проходит через лимфатическую систему, а не через кровь. Лимфа затем рано или поздно попадает в систему кровообращения.
Что такое лимфатическая система?
Попав в систему кровообращения, хиломикроны высвобождают жирные кислоты. Это происходит в основном в капиллярах жировых тканей. Затем жирные кислоты поступают в адипоциты (жировые клетки) и смешиваются с фосфатом глицерина, образовавшемся при метаболизме глюкозы, формируя триглицериды. Жирные кислоты также могут быть использованы для энергопотребностей других клеток (за исключением нервной системы).
Для того чтобы жирная кислота могла быть использована для удовлетворения энергопротребностей клетки, она должна транспортироваться через кровь к этой клетке, а затем попасть в матрикс митохондрии. Жирная кислота подвергается бета-окислению, благодаря чему образуются атомы водорода (для окислительного фосфорилирования) и ацетил-КоА (для цикла Кребса).
Накопленные триглицериды (жир)
Хотя все клетки содержат немного жира, в основном он хранятся в мышцах (внутримышечные триглицериды) и в жировых отложениях. Жировая ткань является основным местом хранения жира. Она делится на отдельные клетки, называемые адипоцитами.
В этих адипоцитах находятся капли накопленных триглицеридов (1 молекула глицерина, связанная с 3 жирными кислотами), которые служат источником энергии для организма. Эти капли составляют 95% объема адипоцитов. Для того чтобы этот задействовать это источник потенциальной энергии (60.000–100.000 ккал), он должен быть мобилизован через липолиз.
Липолиз включает гидролиз (разложение водой) триглицеридов в молекулу глицерина и 3 отдельные жирные кислоты (СЖК). Эта реакция катализируется ферментом — гормон-чувствительной липазой (ГЧЛ).
После того, как жирные кислоты диффудируют (выходят) из адипоцитов, они связываются с альбумином плазмы (белка в крови), чтобы попасть в активные ткани.
Катаболизм жирных кислот
Когда комплекс свободных жирных кислот (СЖК), связанных с альбумином, достигает мышечной ткани, СЖК высвобождаются и транспортируются в мышечные клетки. Попав в мышечные клетки, СЖК могут вновь соединиться с глицерином, образуя триглицериды, или связаться с внутримышечным белком для производства энергии в митохондриях.
Что такое митохондрия?
В митохондриях жирные кислоты подвергаются бета-окислению. Во время бета-окисления жирные кислоты преобразуются в ацетил-КоА. После того, как вся молекула жирной кислоты разпадется на молекулы ацетил-КоА, они отправляются в цикл лимонной кислоты. АТФ фосфорилирует эту реакцию, затем добавляется вода, и молекулы H+ передаются в NAD+ и FAD для отправки в дыхательную цепь для окисления.
Бета-окисление является аэробной реакции, поскольку кислороду необходимо связаться с H+. Важно помнить, что без кислорода Н+ остается связанным с NAD+ и FAD, и дыхательная цепь не может транспортировать электроны, уровни NADH и FADH2 аккумулируются, что останавливает катаболизм жирных кислот.
Катаболизм глицерина
Водорастворимая молекула глицерина, образуемая в процессе липолиза, может диффундировать из адипоцитов в кровообращение. Печень можно использовать глицерин в кровообращении для образования глюкозы посредством глюконеогенеза. Глицерин поступает в форме 3-фосфоглицеральдегида, который разлагается в пируват, чтобы окислиться для АТФ в цикле лимонной кислоты.
Что такое цикл лимонной кислоты?
Молекулы H + принимаются NAD + и отправляются в цепи переноса электронов. Глицерин также играет глюконеогенную роль, поскольку поставляет углеродные скелеты для синтеза глюкозы. Глицерин является важным источником топлива.
Рекомендуемое потребление
Липиды служат источником энергии и резервом (жировой ткани), защищают органы, обеспечивают изоляцию и транспортирют жирорастворимые витамины. Несмотря на моду на обезжиренные диеты, пищевые жиры очень важны.
Как незаменимые аминокислоты, есть незаменимые жирные кислоты: линолевая кислота. Линолевая кислота является полиненасыщенной жирной кислотой, которая не может быть синтезирована в организме. Эта кислота жизненно важна для сохранения целостности клеточных мембран, роста, репродукции и других жизненно важных функций. Чтобы обеспечить организм этой жирной кислотой, она должна поступать с пищей.
Рекомендуемая норма потребления жиров составляет менее 30% от общего числа калорий, причем 20–30% должны быть получены из насыщенных жиров и 70–80% из ненасыщенных. Например, если кто-то потребляет 60 г жира, только 12–18 г из них должны быть насыщенными жирами.
Другие 42–48 г должны относиться к ненасыщенным жирам, содержащимся в таких продуктах, как семена льна, оливковое масло, орехи и рыба (также сюда относятся такие пищевые добавки, как рыбий жир).
Жир — это не обязательно враг. В действительности, адекватное потребление достаточного количества полезных жиров (ненасыщенных) может улучшить здоровье и эффективность тренировок. Некоторые насыщенные жиры также могут быть полезны для спортсменов, но не должны составлять основную часть потребления жиров.
