Обмяна на липидите

Липидите са едни от трите основни вида хранителни вещества. Към тях се причисляват:

• мастните киселини и триацилглицеролите, които са техни производни. Те представляват основната част от липидите в организма. Триацилглицеролите са съединения на глицерола, който е естерифициран от дълговерижните наситени стеаринова и палмитинова киселина и мононенаситената олеинова киселина. Наситените мастни киселини могат да се синтезират в черния дроб и мастната тъкан. При балансирано хранене много малка част от тях се произвежда ендогенно. Триацилглицеролите са основен източник на енергия, като те осигуряват 40% от обичайния енергоразход. Подкожната мастна тъкан играе ролята на терморегулатор в условия на ниска околна температура, а липидите, които се намират в обвивките на вътрешните органи, ги предпазват от механични увреждания.;
• фосфолипиди и сфинголипиди – те са важен елемент на мембраните на клетките. В техния състав са включени мастни киселини с повече от една двойна връзка, които не могат да се синтезират в организма. Това са есенциални полиненаситени линолова, линоленова и арахидонова киселина. Арахидоновата киселина е изходното вещество за синтез на простагландини и левкотриени.;
• стероиди – към тях се причислява холестеролът, който е незаменима съставка на мембраните и предшественик на стероидните хормони, витамин D и жлъчните киселини.

Транспорт на липидите в кръвообращението

Обмяната на липидите е тясно свързана с техния транспорт от храносмилателната система до тъканите, където те се използват и складират. Липидите са хидрофобни съединения. Те се транспортират в кръвта свързани в различно съотношение със специфични белтъци, фосфолипиди, холестерол и холестеролови естери под формата на комплекси, наречени липопротеини. Във вътрешната част на комплекса са разположени хидрофобните съставки, а по повърхността се намират амфипатните липиди, които са хидрофобни в единия си полюс и са хидрофилни в другия. Хидрофилните части са ориентирани към повърхността на комплекса. Това прави възможен преноса на липидите във водна среда. Свързването на белтъчните съставки към този комплекс може да бъде повърхностно (периферни апопротеини) или чрез по-здрави връзки – интегрални протеини. Периферните белтъци от липопротеините могат да си взаимодействат с плазмените ензими и да се свързват със специфични рецептори по клетъчните повърхности. Това взаимодействие определя трансформирането на комплексите чрез прибавяне или отнемане на триацилглицероли и холестерол. Взаимоотношенията между основните липопротеини, транспортиращи екзогенни и ендогенни липиди, са много сложни.

В храносмилателния тракт триацилглицеролите се разграждат до глицерол, мастни киселини и моноацилглицероли. Тези съединения постъпват в ентероцитите. В тях настъпва ресинтез на триацилглицеролите, като те се отнасят по лимфната система до кръвообращението под формата на хиломикрони. Хиломикроните остават в кръвта за много кратко време. Върху ендотела на капилярите в мастната тъкан, скелетните мускули и миокарда се намира ензима липопротеинлипаза, който частично разгражда хиломикроните до мастни киселини, глицерол и хиломикронни остатъци. Хиломикроните достигат до черния дроб. Те постъпват в него чрез рецепторно-медиирана ендоцитоза и се разграждат. Хиломикроните и хиломикронните остатъци представляват транспортна система за екзогенните липиди.

Ендогенните липиди се пренасят от друга транспортна система, към която принадлежат липопротеините с много ниска плътост, липопротеините с ниска плътност и липопротеините с висока плътност. Липопротеините с много ниска плътност (ЛПМНП, VLDL) се образуват в черния дроб и пренасят синтезираните там триацилглицероли в тъканите. VLDL се метаболизира от липопротеинлипазата като се отнема значителна част от триацилглицеролите, като те се превръщат в липопротеини с междинна плътност (ЛПМП, IDL).

Липопротеините с висока плътност (ЛПВП, HDL) са комплексите с най-малък размер и най-голямо белтъчно съдържание в сравнение с другите. Те имат важната задача да обменят липидни компоненти между липопротеините, а по този начин и между органите. От ключово значение е способността на HDL да поемат холестерола от тъканите, който под действието на ензима лецитин-холестеролацилтрансфераза се превръща в холестеролови естери и попада в сърцевината на частицата. Образуваните естери могат да бъдат обменяни срещу триацилглицеролите от други липопротеинови частици, като по този начин те достигат до периферните тъкани или обратно до черния дроб. Това се означава като обратен транспорт на холестерола. Смята се, че HDL могат да отнемат холестерол и от атероматозните плаки в стената на съдовете, с което да доведат до тяхното обратно развитие. IDL могат да получат допълнително холестеролови естери чрез лецитин-холестеролацилтрансферазата. Така те се превръщат в липопротеини с ниска плътност (ЛПНП, LDL), които транспортират холестерол до периферните тъкани. Холестеролът постъпва в тъканите чрез ендоцитоза, която зависи от броя и активността на рецепторите за LDL.

Концентрацията и съотношението между транспортните форми на липидите дава представа за риска от развитие на атеросклероза в съдовата стена. По-високата концентрация на HDL и по-специално на големите HDL комплекси, отнасящи повече холестерол от тъканите, е благоприятна за организма и предпазва от атерогенеза. По тази причина холестеролът пренасян от този клас липопротеини се означава като добър холестерол. LDL е транспортно средство на холестерола към тъканите. Повишените нива на този липопротеин са показател за повишен риск от развитие на атеросклероза, а холестеролът пренасян от тях носи названието лош холестерол. Холестеролът в тези два вида транспорти комплекси е един и същ, но развитието на атеросклероза зависи от количеството холестерол, което се пренася от LDL. Нормалните стойности на LDL са 2,6-3,3 mmol/L, а на HLD – >1,6 mmol/L.

Обмяна на мастните киселини

Неестерифицираните (свободните) мастни киселини циркулират в плазмата свързани с плазмените албумини. Времето им на полуживот е кратко – около 2 минути. Концентрацията им в плазмата зависи от активността на два ензима, наречени липази. Първият е ендотелната липопротеинлипаза в капилярите на мастната тъкан, скелетните мускули и миокарда. Тя хидролизира триацилглицеролите от хиломикроните и VLDL. Инсулинът и състоянието след прием на храна увеличават активността на този ензим, като по този начин те улесняват постъпването на мастни киселини в клетките, които се насочват към синтез на триацилглицероли. Продължителното гладуване и стресът потискат действието на този ензим. Вторият ензим, който участва в обмяната на мастните киселини, е клетъчната хормон-чувствителна липаза. В мастните клетки активността и се стимулира от глюкагона и катехоламините. Инсулинът инхибира нейната активност, чрез намаляване на концентрацията на цикличен аденозинмонофосфат. По време на усилена физическа активност, гладуване и стресови ситуации съществуват условия за активиране на хормон-чувствителната липаза. По тази причина тези състояния се съпровождат с повишаване на концентрацията на свободните мастни киселини в плазмата.

20-40% от циркулиращите мастни киселини се окисляват по пътя на β-окислението. Разграждането им до ацетил-КоА се осъществява в митохондриите. Полученият ацетил-КоА по нататък постъпва в цикъла на трикарбоновите киселини. Преминаването на мастните киселини през вътрешната митохондриална мембрана се благоприятства от съединението карнитин. Недоимъкът му се съпровожда с редица нарушения в разграждането на мастните киселини. Пълното им разграждане осигурява най-много енергия в сравнение с другите хранителни вещества. При интензивно окисление на мастните киселини при прием на храна, богата на липиди, но бедна на въглехидрати или при продължително гладуване в организма се образува повече ацетил-КоА, отколкото може да се метаболизира в цикъла на Кребс. В черния дроб се синтезира ацетоацетат, от който се образуват β-хидроксибутират и ацетон. Трите съединения ацетоацетат, β-хидроксибутират и ацетон се наричат кетонови тела. Образуването им се означава като кетогенеза. Те могат да се метаболизират в тъканите – мускули и миокард. Използват се и от мозъчните клетки в условия на хипогликемия. Когато производството на кетоновите тела надхвърли тяхното използване, концентрацията им в плазмата се повишава, възниква кетонемия и се развива кетоацидоза. Глюкагонът е основният кетогенен хормон в организма, а инсулинът има антикетогенно действие. Има мастни киселини, които не се използват. Те се реестерифицират – от тях се образуват нови триацилглицероли, които се складират като резервни източници на енергия. Основните резерви от триацилглицероли се намират в мастната тъкан. Натрупването на по-голямо количество мастна тъкан в различните части на нашето тяло може да окаже различно въздействие върху здравето на индивида. Най-неблагоприятно е натрупването на висцерална мастна тъкан, която се намира около вътрешните органи в областта на корема. Това затлъстяване увеличава риска от развитие на инсулинова резистентност, диабет тип 2, хипертония и дислипидемия (метаболитен синдром). Неблагоприятното въздействие на този тип затлъстяване върху здравето на организма се дължи на:

• наличието на големи адипоцити в мастната тъкан;
• ролята на мастната тъкан като активен ендокринен орган, от който се произвеждат хормони и паракринни регулатори.

Голяма част от тъканите в организма могат да синтезират мастни киселини от ацетил-КоА. Синтезът на мастни киселини зависи от наличието на ацетил-КоА и от пентозофосфатния шънт. Това субстратно регулиране насочва постъпилите в излишък въглехидрати към синтез на липиди, ако енергоразходът в момента е по-малък от притока на енергия.

Обмяна на холестерола

Холестеролът, който се намира в организма, има ендогенен и екзогенен произход. Постъпването на екзогенния холестерол в клетките зависи наличието на мембранни рецептори за LDL. Тези рецептори опосредстват навлизането на холестерола, пренасян от липопротеините с ниска плътност, посредством рецептор-медиирана ендоцитоза. Съществуват мутации, които нарушават функцията на рецепторите и водят до развитие на заболяването фамилна хиперхолестеролемия. В много тъкани се синтезира ендогенен холестерол, като централен орган за синтезата му е черният дроб. Във всички тези тъкани се намира ключовият ензим хидроксиметилглутарил-КоА-редуктаза. Активността му се потиска от холестерола. Това обуславя съществуването на обратна връзка между нивата на екзогенния и ендогенния холестерол. При намаляване на екзогенния прием на холестерол нараства ендогенното му производство. При патологично повишаване на нивата холестероловата продукция, тя се контролира чрез прием на медикаменти, наречени статини, които потискат активността на хидроксиметилглутарил-КоА-редуктазата. Елиминирането на холестерола се осъществява посредством превръщането му в жлъчни киселини. Техните соли се отделят чрез жлъчката в храносмилателния тракт.

Регулация на липидната обмяна

Обмяната на липидите се регулира чрез взаимодействието на вегетативни, хуморални и паракринни влияния. Инсулинът заема централно място в регулацията. След нахранване този хормон активира ендотелната липопротеинлипаза и увеличава постъпването на мастните киселини към клетките на мастната тъкан, скелетните мускули и миокарда. В адипоцитите инсулинът стимулира липогенезата чрез увеличаване на секрецията на ензимите, необходими за синтез на мастни киселини. Този хормон потиска активността на хормончувстителната липопротеинлипаза в мастните клетки. По този начин потиска разграждането на триацилглицеролите и излизането на свободни мастни киселини в плазмата. Така намалява постъпването и използването на мастни киселини в скелетните мускули и черния дроб и по този начин редуцира образуването на ацетил-КоА и кетогенезата.

Адреналинът и глюкагонът имат противоположно на инсулина действие към хормон чуствителната липопротеинлипаза. Чрез фосфорилиране на протеинкиназа А тези хормони стимулират липолизата в адипоцитите. Усиленото разграждане на триацилглицероли води до увеличаване на излизането на мастни киселини в плазмата и на използването им от тъканите. Това може да доведе до усилена кетогенеза. Щитовидните хормони ускоряват кръговрата на липидите. Те увеличават експресията на ензимите необходими за синтез на мастни киселини в мастната тъкан. Едновременно с това тези хормони стимулират липолизата посредством увеличаване на броя на β-рецепторите. Щитовидните хормони водят до понижаване на холестерола в кръвта чрез стимулиране на превръщането му в жлъчни съединения в черния дроб.

Хормоните на надбъбречната кора и в частност глюкокортикоидите стимулират липолизата и кетогенезата в условия на стрес и гладуване. Това води до повишаване на концентрацията на свободните мастни киселини в плазмата. Те се използват като източник на енергия и на глицерол като субстрат за глюконеогенезата.

Тестостеронът има неблагоприятен ефект върху липидния профил у мъжа. Той повишава триацилглицеролите и общия холестерол в плазмата и едновременно с това влошава съотношението между HDL и LDL. На това се дължи по-високата честота на атеросклеротично засягане на съдовата стена при мъжете. Естрогените имат протективен ефект върху съдовата стена и действат благоприятно върху липидния профил.

В регулацията на липидната обмяна участват и редица адипокини, които представляват цитокини, произвеждани в мастната тъкан. Адипонектинът стимулира разграждането на мастните киселини и има протективен ефект върху съдовия ендотел. Лептинът намалява липогенезата и стимулира мобилизирането на триацилглицеролите.