معلومة

6.13: استقلاب الدهون - علم الأحياء

6.13: استقلاب الدهون - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتطلب تكسير الدهون في الخلايا الشحمية عملًا تحفيزيًا لثلاثة إنزيمات ، وهي هرمون ثلاثي الجلسرين ليباز حساس للهرمونات (يُسمى LIPE) لإزالة أول حمض دهني من الدهون ، وليباز ثنائي الجليسريد لإزالة الثاني ، وليباز أحادي الجليسريد لإزالة الثالث. من بين هؤلاء ، يتم تنظيم LIPE فقط ويبدو أنه رد فعل يحد من المعدل. يتطلب تخليق الدهون بدءًا من الجلسرين -3 فوسفات عمل إنزيمات أسيل ترانسفيراز ، مثل الجلسرين -3 فوسفات أسيل ترانسفيراز ، الذي يحفز إضافة الأحماض الدهنية إلى العمود الفقري للجليسرول.


ومن المثير للاهتمام ، أنه يبدو أن هناك القليل من الضوابط على استقلاب الأحماض الدهنية. التحكم الأساسي في عملية الأكسدة هو التوافر. إحدى طرق التحكم في ذلك هي التحكم في تكسير الدهون. يتم التحكم في هذه العملية ، التي يمكن تحفيزها عن طريق سلسلة الأدرينالين كيناز ، من خلال LIPE ، الموجودة في الخلايا الشحمية (الخلايا المحتوية على الدهون). يتطلب تكسير الدهون في الخلايا الأبيدوسية عمل ثلاثة إنزيمات ، كل منها يتحلل حامض دهني واحد من العمود الفقري للجليسرول. كما ذكرنا سابقًا ، يتم تنظيم HSTL فقط ، الذي يحفز التحلل المائي الأول.

يتطلب تخليق الدهون الجلسرين -3 فوسفات (أو DHAP) وثلاثة أحماض دهنية. في التفاعل الأول ، يتم أسترة الجلسرين -3 فوسفات في الموضع 1 بحمض دهني ، متبوعًا بتفاعل مكرر في الموضع 2 لصنع حمض الفوسفاتيد. هذا الجزيء ، الذي هو وسيط في تخليق كل من الدهون والفوسفوجليسريد ، يحصل على إزالة الفسفرة لتشكيل دياسيل جلسرين قبل الأسترة الثالثة لتكوين دهون.

التمثيل الغذائي للجليسروفوسفوليبيد

حمض الفوسفاتيديك ، كما هو مذكور أعلاه ، هو وسيط مهم في عملية التمثيل الغذائي للجليسيروفوسفوليبيد. يمكن تصنيع هذه المركبات ، وهي مكونات غشاء مهمة ، بعدة طرق.


6.13: استقلاب الدهون - علم الأحياء

يستخدم مصطلح الدهون لوصف فئة من المغذيات الكبيرة المستخدمة في عملية التمثيل الغذائي تسمى الدهون الثلاثية. هذه تشكل واحدة من ثلاث فئات من المغذيات الكبيرة بما في ذلك البروتينات والكربوهيدرات. توفر الدهون وسيلة لتخزين الطاقة لمعظم حقيقيات النوى ، بالإضافة إلى كونها مصدرًا للغذاء. تتمتع الدهون بأعلى إمكانات تخزين الطاقة للمغذيات الكبيرة ، وهي مستقرة كيميائيًا للغاية ، مما يجعلها مثالية لتخزين الطاقة لاستخدامها لاحقًا. المغذيات الكبيرة المقدار لا يشير إلى حجم الجزيء ، ولكن إلى المقدار اللازم لاستمرار الحياة. تعتبر الفيتامينات والمعادن المغذيات الدقيقة.


التمثيل الغذائي للدهون والبروتينات

تقويض الجلوكوز هو المسار الأيضي الأكثر شيوعًا في الخلايا. لكن الحيوانات أيضًا تستهلك الدهون والبروتينات. يمكن استخدام هذه لتجميع الطاقة.

تتكون الدهون من الأحماض الدهنية طويلة السلسلة والجلسرين. أنها تشكل الدهون الثلاثية. يبدأ التقويض الأولي للدهون بهضم الدهون الثلاثية إلى الجلسرين وثلاثة جزيئات من الأحماض الدهنية.

  • يتم فسفرة الجلسرين. يمكن أن يدخل مسار التحلل الجلدي على مستوى 3-فوسفات glyceraldehydes.
  • تنتقل الأحماض الدهنية الحرة إلى الميتوكوندريا. حيث تتم إزالة ذرات الكربون الخاصة بهم. أنها تشكل أنزيم الأسيتيل. يتم بعد ذلك أكسدة أنزيم الأسيتيل A بواسطة دورة كريبس. تنتج NADH إضافية و FADH2 التي تتأكسد a e عبر سلسلة نقل الإلكترون ، ويكون عدد ذرات الهيدروجين لكل وحدة وزن من الدهون أكبر منه في هيدرات الكربوهيدرات أو البروتين. لذلك ، يوفر 1 جرام من الدهون حوالي 2.5 مرة من طاقة ATP أكثر من 1 جرام من الكربوهيدرات أو البروتين. لذلك ، تخزن العديد من الحيوانات الطاقة على شكل دهون في الأنسجة الدهنية.

ATI3Hترانسبورسبور الإلكترون ح20 chaln و chemlosmosis

A Mals يهضم البروتينات إلى أحماض أمينية. يتم توزيع بعض هذه h oughout هيئة. أنهم تستخدم لتخليق بروتينات جديدة. يتم نقل الإضافات الأمينية الأخرى إلى الدم أو السائل خارج الخلية. يمكن استخدام هذه الأحماض الأمينية كوقود. لذلك ، يمكن زيادة تدهور هذه الأحماض الأمينية. تتم إزالة مجموعة me لإنتاج الأمونيا. هذه العملية تسمى نزع الأمين PnlInwinn nrocesses تحدث أثناء نزع الأمين:

  1. تحل ذرة الأكسجين محل مجموعة أمين لتشكيل حمض كيتو.
  2. يمكن أن يدخل حمض الكيتو في دورة كريبس.
  3. أخيرًا ، يتكسر الهيكل الكربوني للحمض الأميني ويتأكسد حتى 002.

R - CH - COOH + H20 R - C —000H + NH3 + H2

حمض أميني ماء حمض كيتو أمونيا هيدروجين

1 ينتج غرام من البروتين نفس كمية الطاقة مثل 1 جرام من الجلوكوز. الأمونيا شديدة السمية ويجب إفرازها.


استقلاب البروتين والدهون والكربوهيدرات | الكيمياء الحيوية

في هذه المقالة سوف نناقش العلاقة المتبادلة في التمثيل الغذائي للبروتين والدهون والكربوهيدرات: 1. ضرورة التمثيل الغذائي للدهون البروتينية والكربوهيدرات 2. ضرورة الجلوكوز للدماغ وخلايا الدم الحمراء 3. ضرورة التزويد المستمر بالوقود أثناء الجوع.

ضرورة استقلاب البروتين والدهون والكربوهيدرات:

1. يتم تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA وهو مادة البداية لتخليق الأحماض الدهنية طويلة السلسلة ، وبواسطة العملية العكسية ، يتم تحويل الأحماض الدهنية إلى glu & shycose بينما يكون تفاعل نازعة هيدروجين البيروفات بشكل أساسي غير قابل للانعكاس مما يمنع التحويل المباشر لـ acetyl-CoA إلى oxaloacetate عبر دورة حامض الستريك ، حيث يلزم تكثيف جزيء واحد من oxaloacetate باستخدام acetyl-CoA وجزيء واحد فقط من oxaloacetate يتم تجديده.

على أساس أسباب مماثلة ، لا يمكن أن يكون هناك تحويل صافٍ للأحماض الدهنية التي تحتوي على عدد زوجي من ذرات السيارات والشيبون إلى جلوكوز أو جليكوجين.

2. فقط الجزء الطرفي 3-كربون من حمض دهني يحتوي على عدد فردي من ذرات الكربون هو جلوكوجينيك ، لأن هذا الجزء من الجزيء سيشكل في النهاية بروبيونيل- CoA بواسطة 3 أكسدة.

3. Oxaloacetate هو وسيط في كل من دورة حامض الستريك ومسار تكوين السكر.

4. جزء الجلسرين من ثلاثي الجلسرين يمكن أن يشكل الجلوكوز بعد تنشيط الجلسرين 3-فوسفات.

5. يمكن إنتاج العديد من الهياكل الكربونية للأحماض الأمينية غير الخجولة من الكربوهيدرات من خلال دورة حامض الستريك وعملية النقل. يمكن للأحماض الأمينية الجلوكوجينية أن تنتج الهياكل العظمية الكربونية التي هي سلائف أو أعضاء في دورة حمض الستريك عن طريق عكس هذه العمليات. يتم تحويلها بسهولة إلى الجلوكوز والجليكوجين عن طريق مسارات الجلوكوجين.

6. يتم تحويل الأحماض الأمينية الكيتونية إلى acetoacetate التي يتم استقلابها كأجسام كيتونية مكونة أسيتيل CoA في الأنسجة الكبدية السابقة والشيترية.

7. ليس من الممكن التحويل الصافي للأحماض الدهنية إلى كربوهيدرات وأيضًا التحويل الصافي للأحماض الدهنية إلى أحماض أمينية جلوكوجينية.

ومع ذلك ، من الممكن تحويل الهياكل الكربونية للأحماض الأمينية الجلوكوجينية إلى أحماض دهنية ei & shyther عن طريق تكوين البيروفات والأسيتيل CoA أو عن طريق عكس التفاعلات غير الميتوكوندرية لدورة حامض الستريك من α- كيتوجلوتارات إلى سترات متبوعة بـ عمل لياز سيترات ATP لإعطاء أسيتيل CoA.

ومع ذلك ، في ظل الجوع ، يكون الانهيار الصافي للبروتين والأحماض الأمينية مصحوبًا بتفكيك صافي للدهون. لا يعتبر التحويل الصافي للأحماض الأمينية إلى دهون عملية مهمة إلا في الحيوانات التي تتلقى نظامًا غذائيًا عالي البروتين.

ضرورة الجلوكوز للدماغ وخلايا الدم الحمراء:

1. استحداث الجلوكوز مهم للغاية لأن بعض الأنسجة والخلايا بما في ذلك الجهاز العصبي المركزي والكريات الحمر وخلايا الدم البيضاء تعتمد بشكل كامل على الإمداد المستمر للجلوكوز.

2. الحد الأدنى من الإمداد بالجلوكوز هو أيضًا ضروري وخجول للأنسجة خارج الكبد للحفاظ على تركيزات أوكسالو أسيتات وداخل دورة حمض الستريك.

3. الجلوكوز هو المصدر الرئيسي للجليسرول 3-فوسفات في الأنسجة الخالية من الجلسرين كيناز مثل الأنسجة الدهنية.

4. الحد الأدنى من الجلوكوز أمر لا بد منه في جميع الظروف.

5. كميات كبيرة من الجلوكوز ضرورية لتغذية الجنين وتخليق اللاكتوز في الحليب.

6. تشارك آليات معينة أيضًا في توفير الجلوكوز في أوقات النقص عن طريق إدخال ركائز أخرى لتجنيب الأكسدة.

ضرورة التزويد المستمر بالوقود أثناء الجوع:

1. أثناء الجوع ، يقل توافر الجلوكوز من الطعام ويشترك جلايكو وشيجين الكبد في الحفاظ على نسبة الجلوكوز في الدم. ينخفض ​​مستوى الأنسولين في الدم ويزداد الجلوكاجون.

2. بما أن استخدام الجلوكوز يتضاءل في الأنسجة الدهنية ويقل التأثير المثبط للأنسولين على تحلل الدهون ، يتم تعبئة الدهون كأحماض دهنية حرة وغليسيرول. تتأكسد الأحماض الدهنية الحرة أو تتأصل في الأنسجة. الجلسرين هو AC & ينفجر إلى الجلسرين 3-فوسفات في الكبد والكلى.

3. في حالة الصيام ، لا يواكب المؤيد الداخلي للجلوكوز والشد (من الأحماض الأمينية والجلسرين) استخدامه وأكسدته. لذلك ، ينضب مخزون الجليكوجين في الكبد وينخفض ​​مستوى الجلوكوز والشيكوز في الدم.

4. يتم تعبئة الدهون بسرعة وفي غضون عدة ساعات تستقر الأحماض الدهنية الخالية من البلازما وجلوكوز الدم عند مستوى الصيام. في هذه المرحلة ، هناك زيادة في الأكسدة وقذرة من الأحماض الدهنية التي تشكل أجسام الكيتون.

في حالة الطلب على المزيد من الجلوكوز والسيارة والشيبوهيدرات على شكل جلسرين في أنسجة أدي وشيبوز تؤدي وظيفة مهمة ، لأنها فقط مصدر الكربوهيدرات والشيديرات جنبًا إلى جنب مع تلك التي توفرها عملية استحداث السكر من البروتين.

5. في حالة الجوع المطول في البشر ، يتضاءل استحداث السكر من البروتين. هذا يكيف الدماغ ليحل محل نصف الجلوكوز المؤكسد بأجسام الكيتون.


يستكشف العلماء عملية التمثيل الغذائي للدهون بالمحاكاة والتجارب

يوضح الرسم التوضيحي التخطيطي كيف تؤثر تركيبة الدهون على تكوين قطيرات الدهون وكيف يحبس السيبين ويتراكم الدهون الثلاثية و diacylglycerols داخل هيكله على شكل حلقة. الائتمان: مجموعة البحث ستيفانو فاني ، جامعة فريبورغ

في الإنسان والحيوان ، تنتج الخلايا الدهنية الدهون وتخزنها في عضيات خاصة ، وهي وحدات فرعية متخصصة داخل الخلية ، تسمى قطرات الدهون. تشكل قطرات الدهون الجزء الأكبر من حجم هذه الخلايا الدهنية ، والمعروفة أيضًا باسم الخلايا الشحمية. تؤدي الخلايا الشحمية المهام الحيوية التي تحمي أعضائنا ، وكذلك أجزاء الجسم الحساسة للبرد ، وهي بمثابة مصدر احتياطي للطاقة. ولكن عندما نأكل الكثير من الأطعمة الغنية بالدهون ، فإن الخلايا الشحمية وبالتالي رواسب الدهون تنمو بشكل مفرط ، مما يؤدي ، في أسوأ الحالات ، إلى تطور أمراض مثل السمنة والأمراض المرتبطة بالسمنة. في المقابل ، يصاب بعض الأفراد بمرض لأنه لا تتشكل قطيرات دهنية على الإطلاق. تسمى الصورة السريرية المصاحبة الحثل الشحمي ، حيث لا يستطيع الأفراد المصابون تخزين الدهون وبالتالي يصبحون مرضى بشكل خطير.

بالإضافة إلى الخلايا الشحمية ، تحتوي كل خلية من خلايا الكائن البشري على قطرات دهنية. تعمل العضيات بشكل أساسي كمزود للطاقة ، على سبيل المثال أثناء نمو الخلايا ، ولكنها تشارك أيضًا في التمثيل الغذائي للدهون داخل الخلايا.

يقول ستيفانو فاني ، أستاذ SNSF في جامعة فريبورغ: "إن دور قطرات الدهون أمر بالغ الأهمية. وعندما يكون تخزين الدهون ضعيف التنظيم ، تتطور أمراض مثل السمنة والحثل الشحمي والسرطان". لذلك فإن التنظيم السليم لتخزين الدهون ضروري لكل خلية مفردة في الكائن الحي بأكمله.

محاكاة التمثيل الغذائي للدهون

يقوم فاني وفريقه البحثي بالتحقيق في كيفية تخزين قطرات الدهون هذه للدهون في الخلايا. أجرى العلماء محاكاة ديناميكية جزيئية ذات حبيبات خشنة - حيث يتم تمثيل المجموعات الكيميائية بواسطة حبات فردية لتبسيط تمثيل الأنظمة المعقدة - على الكمبيوتر العملاق CSCS "Piz Daint" لفهم الآليات التي ينطوي عليها تخزين الدهون على المستوى الجزيئي بشكل أفضل. تم نشر نتائج أبحاثهم حول التمثيل الغذائي للدهون مؤخرًا في كليهما eLife و ال وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

في الدراسة الأولى ، درسوا كيفية تشكل القطرات الدهنية. كما هو معروف من الدراسات السابقة ، تتشكل القطرات بعد تراكم الدهون بين وريقتين من الغشاء الشبكي الإندوبلازمي ، وهي عضية أخرى للخلية. تتوسع الشبكة الإندوبلازمية في جميع أنحاء حجم الخلية بأكمله وتلعب ، من بين أمور أخرى ، دورًا مهمًا في استقلاب الدهون. ومع ذلك ، فإن الكيفية التي يرتبط بها تكوين القطرات الدهنية بالشبكة الإندوبلازمية وكيفية تنظيم العملية لا تزال غير واضحة.

يقول فاني: "تتمثل إحدى الصعوبات في محاكاة قطرات الدهون في حجمها: بحجم يتراوح من 50 إلى 100 نانومتر ، فهي أجسام كبيرة مقارنة بالبروتينات الفردية". هذا يعني أن هناك حاجة إلى موارد حوسبة كبيرة جدًا لعمليات المحاكاة الخاصة بهم ، ولكن ، في المقابل ، يمكن مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها بشكل مباشر مع الملاحظات في الجسم الحي للعضيات تحت المجهر. لذلك قارن العلماء استنتاجاتهم من محاكاة كيفية تشكل قطرات الدهون بنتائج مجموعة بحثية تجريبية مقرها أيضًا جامعة فريبورغ. على وجه التحديد ، قامت المجموعة التجريبية بالتحقيق في تأثير التعديل الجيني على تكوين قطيرات الدهون في خلايا الخميرة ، والتي لوحظت في الجسم الحي باستخدام الفحص المجهري الفلوري.

تضمن الأنواع المختلفة من الدهون تكوين قطيرات دهنية مناسبة

من خلال الجمع بين التجارب في السيليكو وفي الجسم الحي ، تمكن الباحثون من إظهار أن ما يسمى بالفوسفوليبيدات ، الدهون التي تشكل أغشية الشبكة الإندوبلازمية ، إما تعزز أو تمنع تراكم الدهون الثلاثية ، والتي هي الشكل الرئيسي للدهون في قطرات الدهون. وفقًا للنتائج ، يبدو أن الدهون الفوسفورية مع الأحماض الدهنية الأحادية غير المشبعة في بنيتها تفضل تكوين قطرات الدهون. ومع ذلك ، يحدث العكس عند وجود أحماض دهنية مشبعة قصيرة في الدهون الفسفورية: تتشكل قطرات دهنية أقل ، وتتحرك الدهون الثلاثية الحرة إلى الغشاء الشبكي الإندوبلازمي بدلاً من التراكم في قطرات الدهون.

بناءً على النتائج التي توصلوا إليها ، خلص الباحثون إلى أن تكوين القطيرات الدهنية يزيل الإجهاد من الشبكة الإندوبلازمية: عن طريق دفع الدهون الثلاثية الحرة من وريقتين من غشاء الشبكة الإندوبلازمية إلى قطرات دهنية ، تكون الخلايا محمية من مستويات الأحماض الدهنية العالية (السمية الدهنية) التي يمكن أن يؤدي في النهاية إلى موت الخلايا.

كيف يتحكم بروتين السيبين في تكوين قطرات الدهون

مع مزيد من عمليات المحاكاة ، قام فاني وزملاؤه أيضًا بالتحقيق في دور بروتين seipin ، حيث أظهرت الأعمال الحديثة أن تكوين قطرات الدهون يحدث دائمًا في المواقع التي يوجد فيها هذا البروتين. لا يزال الدور الدقيق للسيبين في عملية تكوين القطيرات الدهنية غير واضح - تم اكتشاف البروتين قبل عقدين فقط فيما يتعلق بالحثل الشحمي المذكور أعلاه ، كما يقول فاني ، حيث يمكن أن تسبب طفرات معينة في البروتين المرض. ووفقًا لفاني ، فإن أحد ألغاز سيبين هي أنه عندما يتم التخلص من البروتين ، فإن قطرات الدهون لا تختفي ببساطة. بدلاً من ذلك ، تتشكل قطرات دهنية كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا ، مما يجعل من الصعب فهم وظيفة البروتين.

تظهر عمليات المحاكاة التي أجرتها مجموعة فاني أن السيبين يحبس ويراكم الدهون الثلاثية داخل هيكله على شكل حلقة - وهو أمر يثير الدهشة للباحثين - أيضًا السلائف لهذه الأنواع من الدهون ، وهي دياسيل جلسرين. ومع ذلك ، إذا تم إدخال طفرات في منطقة السيبين المحددة التي تحبس الدهون الثلاثية ، فإن تكوين قطرات الدهون يعيق. تقترح الدراسة أيضًا أن بروتين seipin يعيد تشكيل مواقع معينة من الشبكة الإندوبلازمية ، ويجهزها لتشكيل قطرات دهنية. من خلال فهم أفضل للآليات الكامنة وراء عملية التمثيل الغذائي للدهون ، يأمل الباحثون في تفسير سبب كون الدهون المتعددة غير المشبعة ، على سبيل المثال ، أكثر صحة من الدهون غير المشبعة ، ولماذا يجب تقليل هذه الأخيرة في نظامنا الغذائي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تساعد النتائج في تحسين فهم الأمراض الأيضية المتعلقة بتخزين الدهون وبالتالي المساعدة في تطوير الأدوية أو المنتجات الغذائية.

Valeria Zoni et al ، تتراكم Seipin وتحبس diacylglycerols والدهون الثلاثية في هيكلها الشبيه بالحلقة ، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2017205118


5. ملخص

باختصار ، يتدخل استقلاب الريتينويد بشكل معقد في بيولوجيا الأنسجة الدهنية ، وبالتالي يؤثر على نسبة الجلوكوز في الجسم بالكامل واستتباب الدهون. توفر الدراسات الغذائية ونماذج الفئران المعدلة وراثيًا رؤى قيمة حول أدوار استقلاب الريتينويد في بيولوجيا الأنسجة الدهنية. تقدم العديد من نماذج الفئران التي تعاني من اضطراب في أجزاء مختلفة من استقلاب الريتينويد دليلاً على دور الريتينويد في بيولوجيا الأنسجة الدهنية واستتباب الطاقة. على المستوى الجزيئي ، كان من المعروف منذ فترة طويلة أن حمض الريتينويك يمكن أن يمنع تكون الشحم. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ظهر بحث جديد يشير إلى مسارات جزيئية جديدة لعمل الريتينويد. تشير نتائج هذه الدراسات إلى أن التغيرات في استقلاب الريتينويد تؤثر على نشاط المنظم الرئيسي PPAR & # x003b3 [16،26،46،47،69]. تبقى الآليات المحددة ليتم دراستها. ستقدم الدراسات الجارية رؤى جديدة في علم وظائف الأعضاء الدهنية وآليات التنظيم بواسطة الريتينويد لاستقلاب الجلوكوز والدهون. ستساهم هذه الدراسات في زيادة فهم العوامل المهمة لتطور الأنسجة الدهنية وقد تؤدي إلى تدخلات علاجية مستقبلية. قد يشمل ذلك تطوير جزيئات صغيرة تستهدف مباشرة نمو الأنسجة الدهنية.


شاهد الفيديو: لماذا يعتبر الفركتوز ضار جدا على الجسم (شهر فبراير 2023).