Тема 2.3. Обмін ліпідів в організмі: розщеплення в шлунково-кишковому тракті, Обмін ліпідів в тканинах, енергетичний ефект, регуляція ліпідного обміну.

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 16376

РОЗЩЕПЛЕННЯ ЛІПІДІВ У ТРАВНОМУ ТРАКТІ ЛЮДИНИ

Тріацилгліцеріди, тобто жири, надходять в організм з їжею тваринного і рослинного походження. У великій кількості вони містяться в салі, рослинній олії і вершковому маслі, м'ясі, курячих яйцях, печінці.

Розщеплення ліпідів у травному тракті людини має кілька стадій. Для цього процесу необхідні ліполітичні ферменти (і відповідні умови для їхньої діяльності) і емульгатори (детергенти). За сучасною класифікацією ліполітичні ферменти відносяться до групи гідролаз, які каталізують розщеплення різних ліпідів. У травному тракті людини субстратами гідролітичного розщеплення є триацилгліцероли, фосфоліпіди, ефіри холестеролу.

Оптимальна умова для дії ліполітичних ферментів – рН 7,8…8,2. Гідролітичному розщепленню в шлунку піддаються тільки емульговані жири. Такі ліпіди містяться в молоці і молочних продуктах, яєчному жовтку, майонезах. Всі інші жири їжі мають потребу в емульгаторах, що знижують поверхневий натяг і перешкоджають склеюванню жирових крапель.

Емульгатори мають гідрофільні і гідрофобні групи, вони оточують кожну краплю жиру таким чином, що гідрофільні групи звертаються до води, а гідрофобні – до жиру. Основними емульгаторами жирів у травному тракті людини є солі жовчних кислот.

У порожнині рота переварювання ліпідів не відбувається через відсутність ліпаз. У шлунку йде незначний гідроліз емульгованих жирів під дією малоактивної ліпази шлункового соку. Основна кількість харчових жирів гідролізується в тонкому кишечнику під дією ліпази, що утворюється в підшлунковій залозі.

Емульгування жирів відбувається в порожнині кишечнику під впливом дрібних пухирців вуглекислого газу, що рясно виділяються при нейтралізації соляної кислоти харчової кашки бікарбонатами підшлункового і кишкового соків. У процесі перистальтики кишечнику жири роздрібнюються на дуже дрібні краплі, що емульгуються при участі парних жовчних кислот і моноацилгліцеролів. Основну роль при цьому грають солі жовчних кислот (мила), що виділяються з жовчю в просвіт кишечнику. Вони адсорбуються на поверхні крапель жиру, утворюють на них найтоншу плівку, що перешкоджає злиттю крапельок у більш великі краплі. Разом з тим жовчні кислоти різко зменшують натяг на поверхні двох фаз – води і жиру, що сприяє дробленню його крапель на більш дрібні. При цьому утвориться тонка емульсія (діаметр часток не перевищує 0,5 мкм), що полегшує ферментативний гідроліз жиру. Одночасно жовчні кислоти активують ліпазу.

Велика частина емульгованого жиру піддається гідролітичному розщепленню під дією ліпаз з утворенням гліцеролу і вищих жирних кислот.

Ліпази бувають двох типів: одна розщеплює ефірні зв'язки триацилгліцеролів у положеннях 1 і 3, інша – у положенні 2. У розщепленні моноацилгліцеролів бере участь також ліпаза, що міститься в кишковому соку.

Гідроліз є першою фазою обміну жирів. Жирні кислоти, що виділилися з розщеплених гліцеролів, погано розчиняються у воді і всмоктуються ворсинками кишечнику лише після взаємодії з жовчними кислотами з утворенням парних розчинних комплексів. В епітеліальних клітинах ворсинок кишечнику відбувається їхнє розщеплення на жовчні і жирні кислоти. Жовчні кислоти знову безпосередньо надходять у просвіт кишечнику або проходять більш складний шлях: кров – печінка – жовчний міхур – жовч.

Постійна циркуляція жовчних кислот забезпечує велику кількість всмоктуваних жирів при порівняно обмеженому виробленні печінкою жовчних кислот (2,8…3,5 г у добу).

Переварювання ліпідів відбувається як у порожнині кишок (порожнинне травлення), так і на слизовій оболонці тонкої кишки (пристінкове або контактне травлення). Зокрема, на поверхні клітин адсорбується ліпаза соку підшлункової залози (панкреатична), яка каталізує гідроліз жирів.

Хіломікрони утворюються в клітинах слизової оболонки кишечнику. Вони забезпечують транспорт ліпідів (триацилгліцеролів) з кишечнику в лімфу. Хіломікрони через грудну лімфатичну протоку надходять у кровоток і транспортуються в "жирові депо" і печінку.

Холестерол попадає в шлунково-кишковий тракт людини переважно з яєчним жовтком, м'ясом, печінкою, мізками. З їжею людина одержує щодня 0,1…0,3 г холестеролу у вільному виді або у виді його ефірів. Останні при участі ферменту панкреатичного соку – холестеролестерази розщеплюються на холестерол, що може всмоктуватися у виді комплексу з жовчними кислотами, і жирні кислоти.

Фосфоліпіди, зокрема лецитини, під впливом відповідних гідролаз, розщеплюються на гліцерол, вищі жирні кислоти, холін і фосфорну кислоту. Компоненти фосфоліпідів усмоктуються кишковою стінкою і надходять у кров (фосфорна кислота в основному у виді натрієвих і калієвих солей).

З продуктів гідролізу харчових ліпідів у клітинах кишкового епітелію ресинтезуються ліпіди, специфічні для певного виду тварин.

Важлива роль в обміні жирів належить печінці. Її ферментативні системи каталізують переважну більшість реакцій метаболізму ліпідів. У печінці синтезуються триацилгліцероли, що або затримуються в ній, або у виді ліпопротеїнів надходять у кров.

Обмін ліпідів у тканинах є біологічно найбільш важливим етапом їхнього перетворення. На цій фазі відбувається асиміляція ліпідів у виді пластичного матеріалу і розщеплення їх з вивільненням енергії. Головним ендогенним джерелом ліпідів, що грають роль метаболічного палива, служить резервний жир, що міститься в протоплазмі клітин у виді крапельок. Для цієї мети використовуються також фосфоліпіди мембран.

У «жирових депо» при участі тканинних ліпаз відбувається гідроліз простих жирів на глицерол і вільні жирні кислоти. Гліцерол фосфорилюється за рахунок АТФ, через ряд проміжних реакцій перетворюється у фосфогліцероловий альдегід, що потім окисляється в процесі гліколізу до фосфогліцеролової і піровиноградної кислот. Остання, піддаючись окисному декарбоксилюванню, перетворюється в ацетил-КоА, що у циклі трикарбонових кислот окисляється до СО₂ і Н₂О.

У виді комплексу з альбумінами вільні жирні кислоти зі струмом крові попадають в органи і тканини, де комплекс розпадається, а жирні кислоти або піддаються b-окислюванню, або використовуються в синтезі триацилгліцеролів, холестеролу, гліцерофосфоліпідів, сфінголіпідів і т.д.

b-окислення вищих жирних кислот відбувається в мітохондріях клітин при участі мультиферментного комплексу.

Енергетичний ефект b-окислення. Число циклів окислення, яким піддається вища жирна кислота, залежить від кількості карбогенових атомів у її молекулі. При окисленні однієї молекули жирної кислоти утвориться n/2 молекул ацетил-КоА, де n – кількість атомів Карбогену, а цикл повториться (n/2 -1) раз, тому що молекула бутирил-КоА відразу розщеплюється на дві молекули ацетил-КоА. У кожнім циклі з'являються молекула ФАДН₂ і молекула НАДН₂. Молекула ФАДН₂ при окислюванні в дихальному ланцюзі і сполученого з ним фосфорилювання дає дві молекули АТФ, а НАДН₂ – три молекули АТФ, тобто за один цикл b-окислювання утворюється п'ять молекул АТФ.

Кожна молекула ацетил-КоА включається в цикл трикарбонових кислот, поступово розщеплюється до СО₂ і Н₂О з виділенням 12 молекул АТФ. Як приклад розглянемо b-окислення пальмітинової кислоти.

При окисленні пальмітинової кислоти відбувається сім циклів b-окислювання – (16/2 – 1), що веде до утворення 35 молекул АТФ. У результаті b-окислення цієї кислоти утворюється вісім молекул ацетил-КоА (16/2), кожна з яких, окисляючись в циклі трикарбонових кислот, дає 12 молекул АТФ, тобто утворює 96 молекул АТФ. Таким чином, сумарний вихід енергії при окисленні однієї молекули пальмітинової кислоти складе: 35 + 96 = 131 молекула АТФ. Оскільки одна молекула АТФ була витрачена на активізацію вищої жирної кислоти на початку процесу вихід енергії складе 130 молекул АТФ. Близько 45 % усієї потенційної енергії пальмітинової кислоти при її окисленні в організмі може бути використана для ресинтезу АТФ, інша утилізується у виді теплоти.

Окислення ненасичених жирних кислот відбувається так само, як і насичених, але має свої особливості, обумовлені положенням подвійних зв'язків. До початку b-окислення в молекулі жирної кислоти відбувається переміщення подвійного зв'язку з положення 3-4 у 2-3 і зміна конфігурації подвійного зв'язку з цис- у транс-положення.

Більшість природних ліпідів містить жирні кислоти з парним числом вуглецевих атомів. Однак у ліпідах рослин і деяких морських організмів виявляються жирні кислоти з непарним числом вуглецевих атомів. Вони також піддаються b-окисленню, у результаті якого з'являються ацетил-КоА і пропіоніл-КоА. Останній перетворюється в сукциніл-КоА – метаболіт циклу Кребса.

Процес b-окислення вищих жирних кислот за участю НS коензиму А активніше протікає в печінці, жировій тканині, серцевому і кістяковому м'язах, слабкіше – у нирках, підшлунковій залозі та інших органах.

Ліпідний обмін в організмі регулюється центральною нервовою системою. Кора головного мозку впливає на жирову тканину через симпатичну і парасимпатичну нервову систему і ендокринні залози. Кількість жиру в «жирових депо» зменшується при тривалому негативному емоційному стресі, що супроводжується збільшенням викиду гормону надниркових залоз адреналіну в кровоносне русло, що призводить до зменшення маси тіла. Цей ефект пояснюється тим, що жирова тканина рясно інервована волокнами симпатичної нервової системи, а норадреналін, що виділяється, як і адреналін, збільшує швидкість ліполізу в жировій тканині. Крім того, адреналін через систему відповідних ферментів сприяє утворенню активної форми ліпази. Дія глюкагону і тироксину подібно впливу адреналіну і норадреналіну (катехоламінів): вони стимулюють ліполіз.

У нормі вміст загальних ліпідів у крові складає 400…800 мг/л. Він змінюється в залежності від статі, віку, характеру і режиму харчування, рівня фізичної активності.

Порушення ліпідного обміну можуть наставати вже в процесі переварювання й усмоктування жирів унаслідок захворювань травного тракту. Крім того, вони можуть бути зв'язані з недостатнім надходженням у кишечник ліпази соку підшлункової залози або жовчі.

Таблиця 9

Вплив деяких факторів на мобілізацію жирних кислот із жирової тканини

При спадкоємному захворюванні, обумовленому недостатньою активністю ліпопротеїнліпази крові, порушується перехід жирних кислот з хіломікронів плазми в «жирові депо». У плазмі збільшується вміст хіломікронів, внаслідок чого вона здобуває молочний колір. Підвищення рівня ліпідів у крові (гіперліпемія) може бути викликано фізіологічними причинами, наприклад, прийомом їжі (аліментарна гіперліпемія). Гіперліпемії виникають нерідко при цукровому діабеті, захворюваннях підшлункової залози (панкреатити), печінки (гепатити), нирок (нефрози). У їхній основі лежать порушення енергетичного обміну, зв'язані з недостатнім використанням вуглеводів і посиленим окиснюванням жирів. При цьому активізуються процеси мобілізації жиру (триацилгліцеролів) з «жирових депо». Він надходить у кров (транспортна гіперліпемія) і доставляється до тих органів, що мають недолік в енергії.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 13

«виЗначення якості ліпідів»

Мета заняття:вивчити якість простих та складних ліпідів.

План заняття

1. Визначення кислотного числа

2. Визначення перекісного числа

3. Визначення йодного числа

При зберіганні або тепловій обробці жирів відбуваються різні хімічні перетворення (гідроліз, окислення жирних кислот), які викликають зміни фізико-хімічних і органолептичних характеристик жирів. Накопичення в продукті вільних жирних кислот, перекисів, альдегідів і кетонів призводить до погіршення харчових властивостей жирів. На практиці при оцінюванні якості жирів використовуються такі хімічні показники, як кислотне і йодне числа. Для аналізу різних жирів (свіжих, після зберігання або після жаріння у фритюрі, тобто у великій кількості жиру при 150...190^оС) група студентів проводить спільну роботу. Кожен студент проводить дослід з одним із досліджуваних жирів.

Для одержання добрих результатів необхідно акуратно проводити титрування: об’єм розчинів у бюретці відраховувати від нуля, розчини додають краплями при постійному перемішуванні суміші в колбі. Титрування зупиняють при появі забарвлення, яке не зникає після струшування протягом 30 с.

1. Визначення кислотного числа

Об’єкт дослідження: Олія соняшникова після зберігання

Обладнання і посуд: 1. Колби конічні на 50...100 мл з пробками;

2. Бюретки;

3. Піпетки.

Реактиви: 1. Нейтралізована спиртово-ефірна суміш;

2. Гідроокис калію, 0,1 н. розчин ;.

3. Фенолфталеїн, 0,1 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

В колбу вносять наважку (близько 1 г) досліджуваного матеріалу (за різницею маси колби до і після внесення масла), приливають 10 мл нейтралізованої суміші спирту і ефіру, вміст колби перемішують до розчинення жиру. Додають у колбу 2...3 краплі розчину фенолфталеїну і титрують суміш 0,1 н. розчином КОН до появи рожевого забарвлення.

Кислотне число визначають по формулі:

де В – кількість 0,1 н. спиртового розчину гідроокису калію (мл), витраченого на титрування наважки жиру;

К – поправочний коефіцієнт до титру 0,1 н. розчину КОН;

5,61 – титр точно 0,1 н. розчину КОН;

Н – наважка жиру (г).

2. Визначення перекисного числа

Ненасичені жирні кислоти легко піддаються окисленню під впливом кисню, вологи, світла. Цей процес каталізує фермент ліпооксигеназа.

Кількісне вимірювання перекисей олії, що утворилися, засновано на реакції виділення йоду з йодистого калію в кислому середовищі. Йод потім титрують розчином гіпосульфіту.

Перекисне число – ПЧ – це кількість г йоду, виділене перекисами, що містяться у 100 г олії.

Об’єкт дослідження: Рослинна олія.

Обладнання і посуд: 1. Колби конічні на 200 мл з притертими корками;

2. Бюретки;

3. Піпетки.

Реактиви: 1. Суміш льодяної оцтової кислоти і хлороформу (2:1);

2. Йодистий калій, насичений розчин;

3. Дистильована вода;

4. Гіпосульфіт натрію, 0,002 н. розчин;

5. Крохмаль, 1 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

У конічну колбу або склянку з притертою коркою вміщують 2 г рослинної олії,суміш льодяної оцтової кислоти і хлороформу – 20 мл. Додають 5 мл насиченого розчину йодистого калію. Паралельно проводять контрольну пробу з водою

Колби укупорюють і ставлять у темне місце на 10 хв. Потім доливають 50 мл дистильованої води, титрують йод, що виділяється, 0,002 н. розчином гіпосульфіту (індикатор – крохмаль, додають у колбу 1...2 краплини)..

Перекисне число розраховують за формулою:

де

О – кількість 0,002 н. розчину гіпосульфіту натрію (мл), що була витрачена на титрування дослідного зразка;

С – кількість 0,002 н. розчину гіпосульфіту натрію (мл), що була витрачена на контрольне вимірювання;

0,0002538 – титр 0,002 н. розчину гіпосульфату натрію по йоду;

Н – наважка олії.

3. Визначення йодного числа

Об’єкт дослідження: Хлороформні розчини масел.

Обладнання і посуд: 1. Колби конічні на 50...100 мл з пробками;

2. Бюретки;

3. Піпетки.

Реактиви: 1. Хлороформ;

2. Йод, 0,1 н спиртовий розчин;

3. Крохмаль, 1 %-й розчин;

4. Гіпосульфіт натрію, 0,1 н. розчин.

Техніка виконання роботи

В колбу з пробкою вносять близько 5 мл досліджуваного масла. До другої колби (контрольної) вносять рівний об’єм дистильованої води. В обидві додають по 5 мл хлороформу. Колби закривають пробками і струшують. У колби (точно) піпеткою приливають по 10 мл 0,1 н. розчину йоду, закривають пробками, струшують і ставлять у темне місце на 5 хвилин. Потім проби титрують 0,1 н. розчином гіпосульфіту натрію до світло-жовтого кольору, після чого додають 1 мл розчину крохмалю і продовжують титрувати до зникнення синього забарвлення.

Йодне число (ЙЧ, г) визначають за формулою:

де (А-Б) – різниця об’ємів 0,1 н. гіпосульфіту натрію, що витрачається для титрування в контрольній і основній пробах;

К – поправочний коефіцієнт на титр емпіричного 0,1 н. розчину гіпосульфіту натрію;

0,01269 – коефіцієнт перерахунку витраченого розчину гіпосульфіту натрію ( 1 мл 0,1 н. розчину гіпосульфату натрію еквівалентний 0,01269 г йоду);

С – наважка жиру, г;

100 – коефіцієнт перерахунку на 100 г жиру.

Контрольні запитання

1. Що таке ліпіди і які їхні функції в організмі?
2. У складі свинячого жиру виявлені трипальмітин, триолеїн, пальмітодиолеїн. Напишіть їхні формули.
3. У кокосовій і пальмовій оліях знайдені стеародипальмітин, олеодипальмітин. Напишіть їхні формули.
4. У яєчному жовтку виявлені фосфоліпіди. Напишіть їхні формули і перелічите основні функції.
5. Який стероїд тваринного походження сприяє розвиткові атеросклерозу кровоносних судин?
6. Напишіть формулу холестеролу і вкажіть його значення для організму людини.
7. Назвіть основні функції ліпопротеїдів, гліколіпідів.
8. Які продукти є джерелами поліненасичених жирних кислот?
9. Від чого залежить характер і ступінь зміни жирів при технологічній обробці?
10. Присутність яких речовин каталізує процеси окислення жирів при технологічній обробці?
11. Як відбувається розщеплення ліпідів у шлунково-кишковому тракті людини?
12. Який склад жовчі і її роль у розщепленні ліпідів?
13. Яким перетворенням у клітці піддається гліцерол?
14. Напишіть реакції b-окислювання вищих жирних кислот.
15. Який енергетичний ефект b-окислювання вищих жирних кислот?
16. Які фактори здійснюють регуляцію ліпідного обміну?
17. Охарактеризуйте порушення обміну ліпідів.