24.3: استقلاب الدهون

Last updated
Save as PDF

Page ID: 203096

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

أهداف التعلم

اشرح كيف يمكن استخلاص الطاقة من الدهون
اشرح الغرض من عملية تكوين الكيتونات
وصف عملية أكسدة الجسم بالكيتون
شرح الغرض وعملية تكوين الدهون

يتم تناول الدهون (أو الدهون الثلاثية) داخل الجسم كغذاء أو يتم تصنيعها بواسطة الخلايا الشحمية أو خلايا الكبد من سلائف الكربوهيدرات (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يستلزم استقلاب الدهون أكسدة الأحماض الدهنية إما لتوليد الطاقة أو تخليق دهون جديدة من جزيئات مكونة أصغر. يرتبط استقلاب الدهون بعملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات، حيث يمكن تحويل منتجات الجلوكوز (مثل الأسيتيل CoA) إلى دهون.

الشكل\(\PageIndex{1}\): الدهون الثلاثية مقسمة إلى أحادي الغليسيريد. يتحلل جزيء ثلاثي الجليسريد (أ) إلى أحادي جلسريد (ب).

يبدأ التمثيل الغذائي للدهون في الأمعاء حيث يتم تقسيم الدهون الثلاثية التي يتم تناولها إلى أحماض دهنية ذات سلسلة أصغر ثم إلى جزيئات أحادية الغليسيريد (انظر الشكل\(\PageIndex{1}\) ب) بواسطة الليباز البنكرياسي، الإنزيمات التي تكسر الدهون بعد استحلالها بواسطة أملاح الصفراء. عندما يصل الطعام إلى الأمعاء الدقيقة في شكل الكيموس، يتم إطلاق هرمون هضمي يسمى كوليسيستوكينين (CCK) عن طريق الخلايا المعوية في الغشاء المخاطي المعوي. يحفز CCK إطلاق الليباز البنكرياسي من البنكرياس ويحفز تقلص المرارة لإطلاق الأملاح الصفراوية المخزنة في الأمعاء. ينتقل CCK أيضًا إلى الدماغ، حيث يمكن أن يعمل كمثبط للجوع.

يعمل الليباز البنكرياسي والأملاح الصفراوية معًا على تكسير الدهون الثلاثية وتحويلها إلى أحماض دهنية حرة. يمكن نقل هذه الأحماض الدهنية عبر الغشاء المعوي. ومع ذلك، بمجرد عبورها الغشاء، يتم إعادة تجميعها لتشكيل جزيئات الدهون الثلاثية مرة أخرى. داخل الخلايا المعوية، يتم تعبئة هذه الدهون الثلاثية جنبًا إلى جنب مع جزيئات الكوليسترول في الحويصلات الفوسفورية المسماة chylomicrons (الشكل\(\PageIndex{2}\)). تمكّن الكيلوميكرونات الدهون والكوليسترول من التحرك داخل البيئة المائية للأنظمة اللمفاوية والدورة الدموية. تغادر الكيلومكرونات الخلايا المعوية عن طريق الخروج وتدخل الجهاز اللمفاوي عبر اللاكتيلات في زغابات الأمعاء. من الجهاز اللمفاوي، يتم نقل الكيلوميكرونات إلى الدورة الدموية. بمجرد دخولها الدورة الدموية، يمكن أن تذهب إلى الكبد أو يتم تخزينها في الخلايا الدهنية (الخلايا الشحمية) التي تتكون من الأنسجة الدهنية (الدهنية) الموجودة في جميع أنحاء الجسم.

الشكل\(\PageIndex{2}\): تشيلوميكرونات. تحتوي Chylomicrons على الدهون الثلاثية وجزيئات الكوليسترول والبروتينات الشحمية الأخرى (جزيئات البروتين). تعمل على حمل هذه الجزيئات غير القابلة للذوبان في الماء من الأمعاء، عبر الجهاز اللمفاوي، إلى مجرى الدم، الذي ينقل الدهون إلى الأنسجة الدهنية لتخزينها.

تحلل الدهون

للحصول على الطاقة من الدهون، يجب أولاً تقسيم الدهون الثلاثية عن طريق التحلل المائي إلى مكونين رئيسيين هما الأحماض الدهنية والجلسرين. تتم هذه العملية، التي تسمى تحلل الدهون، في السيتوبلازم. تتأكسد الأحماض الدهنية الناتجة عن أكسدة بيتا إلى أسيتيل CoA، والذي تستخدمه دورة كريبس. يدخل الجلسرين الذي يتم إطلاقه من الدهون الثلاثية بعد تحلل الدهون مباشرة إلى مسار تحلل السكر مثل DHAP. نظرًا لأن جزيء واحد من الدهون الثلاثية ينتج ثلاثة جزيئات من الأحماض الدهنية مع ما يصل إلى 16 كربونًا أو أكثر في كل منها، فإن جزيئات الدهون تنتج طاقة أكثر من الكربوهيدرات وهي مصدر مهم للطاقة لجسم الإنسان. تنتج الدهون الثلاثية أكثر من ضعف الطاقة لكل وحدة كتلة عند مقارنتها بالكربوهيدرات والبروتينات. لذلك، عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة، يمكن تحويل الدهون الثلاثية إلى جزيئات أسيتيل CoA واستخدامها لتوليد ATP من خلال التنفس الهوائي.

يبدأ تكسير الأحماض الدهنية، التي تسمى أكسدة الأحماض الدهنية أو أكسدة بيتا (β)، في السيتوبلازم، حيث يتم تحويل الأحماض الدهنية إلى جزيئات أسيل CoA الدهنية. يتحد أسيل CoA الدهني هذا مع الكارنيتين لتكوين جزيء أسيل كارنيتين دهني، مما يساعد على نقل الأحماض الدهنية عبر غشاء الميتوكوندريا. بمجرد دخول مصفوفة الميتوكوندريا، يتم تحويل جزيء أسيل كارنيتين الدهني مرة أخرى إلى أسيل CoA الدهني ثم إلى أسيتيل CoA (الشكل\(\PageIndex{3}\)). يدخل الأسيتيل CoA المشكل حديثًا دورة كريبس ويستخدم لإنتاج ATP بنفس طريقة أسيتيل CoA المشتق من البيروفات.

الشكل\(\PageIndex{3}\): تكسير الأحماض الدهنية. أثناء أكسدة الأحماض الدهنية، يمكن تقسيم الدهون الثلاثية إلى جزيئات أسيتيل CoA واستخدامها للطاقة عندما تكون مستويات الجلوكوز منخفضة.

الكيتوجينيسيس

إذا تم تكوين أسيتيل CoA بشكل مفرط من أكسدة الأحماض الدهنية وكانت دورة كريبس محملة بشكل زائد ولا يمكنها التعامل معها، يتم تحويل الأسيتيل CoA لإنشاء أجسام كيتون. يمكن أن تعمل أجسام الكيتون هذه كمصدر للوقود إذا كانت مستويات الجلوكوز منخفضة جدًا في الجسم. تعمل الكيتونات كوقود في أوقات الجوع لفترات طويلة أو عندما يعاني المرضى من مرض السكري غير المنضبط ولا يمكنهم استخدام معظم الجلوكوز المتداول. في كلتا الحالتين، يتم تحرير مخازن الدهون لتوليد الطاقة من خلال دورة كريبس وستولد أجسام كيتون عندما يتراكم الكثير من الأسيتيل CoA.

في تفاعل تخليق الكيتون هذا، يتم تحويل الأسيتيل CoA الزائد إلى هيدروكسي ميثيل جلوتاريل CoA (HMG CoA). HMG CoA هو مقدمة للكوليسترول وهو وسيط يتم تحويله لاحقًا إلى بيتا هيدروكسي بوتيرات، وهو جسم الكيتون الأساسي في الدم (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

الشكل\(\PageIndex{4}\): كيتوجينيسيس. يتم تحويل الأسيتيل CoA الزائد من دورة كريبس إلى مسار تكوين الكيتونات. يحدث هذا التفاعل في الميتوكوندريا لخلايا الكبد. والنتيجة هي إنتاج بيتا هيدروكسي بوتيرات، وهو جسم الكيتون الأساسي الموجود في الدم.

أكسدة الجسم بالكيتون

يمكن للأعضاء التي يُعتقد تقليديًا أنها تعتمد فقط على الجلوكوز، مثل الدماغ، استخدام الكيتونات كمصدر بديل للطاقة. هذا يحافظ على عمل الدماغ عندما يكون الجلوكوز محدودًا. عندما يتم إنتاج الكيتونات بشكل أسرع مما يمكن استخدامه، يمكن تقسيمها إلى ثاني _أكسيد الكربون والأسيتون. تتم إزالة الأسيتون عن طريق الزفير. أحد أعراض تكوين الكيتونات هو أن رائحة نفس المريض حلوة مثل الكحول. يوفر هذا التأثير طريقة واحدة لمعرفة ما إذا كان مرض السكري يتحكم بشكل صحيح في المرض. يمكن لثاني أكسيد الكربون المنتج أن يحمض الدم، مما يؤدي إلى الحماض الكيتوني السكري، وهي حالة خطيرة لمرضى السكر.

تتأكسد الكيتونات لإنتاج الطاقة للدماغ. يتأكسد بيتا (β) - هيدروكسي بوتيرات إلى أسيتات ويتم إطلاق NADH. يتم إضافة جزيء HS-CoA إلى الأسيتوأسيتات، مما يشكل أسيتوأسيتيل CoA. ثم ينفصل الكربون الموجود داخل أسيتوأسيتيل CoA غير المرتبط بـ CoA، مما يؤدي إلى تقسيم الجزيء إلى قسمين. ثم يلتصق هذا الكربون بآخر خالٍ من Hs-CoA، مما ينتج عنه جزيئان من أسيتيل CoA. ثم تتم معالجة جزيئتي الأسيتيل CoA من خلال دورة كريبس لتوليد الطاقة (الشكل\(\PageIndex{5}\)).

الشكل\(\PageIndex{5}\): أكسدة الكيتون. عندما يكون الجلوكوز محدودًا، يمكن أكسدة أجسام الكيتون لإنتاج الأسيتيل CoA لاستخدامه في دورة كريبس لتوليد الطاقة.

عملية تكوين الدهون

عندما تكون مستويات الجلوكوز وفيرة، يمكن تحويل الأسيتيل CoA الزائد الناتج عن تحلل السكر إلى الأحماض الدهنية والدهون الثلاثية والكوليسترول والستيرويدات والأملاح الصفراوية. تنتج هذه العملية، التي تسمى تكوين الدهون، الدهون (الدهون) من الأسيتيل CoA وتحدث في سيتوبلازم الخلايا الشحمية (الخلايا الدهنية) وخلايا الكبد (خلايا الكبد). عندما تتناول المزيد من الجلوكوز أو الكربوهيدرات أكثر مما يحتاجه جسمك، يستخدم نظامك الأسيتيل CoA لتحويل الفائض إلى دهون. على الرغم من وجود العديد من مصادر التمثيل الغذائي للأسيتيل CoA، إلا أنه يُشتق بشكل شائع من تحلل السكر. يعد توفر Acetyl CoA أمرًا مهمًا، لأنه يبدأ في تكوين الدهون. يبدأ تكوين الدهون بأسيتيل CoA ويتطور عن طريق الإضافة اللاحقة لذرتين من الكربون من أسيتيل CoA آخر؛ تتكرر هذه العملية حتى تصل الأحماض الدهنية إلى الطول المناسب. نظرًا لأن هذه عملية ابتنائية تخلق الروابط، يتم استهلاك ATP. ومع ذلك، فإن إنتاج الدهون الثلاثية والدهون هو وسيلة فعالة لتخزين الطاقة المتاحة في الكربوهيدرات. يتم تخزين الدهون الثلاثية والدهون، وهي جزيئات عالية الطاقة، في الأنسجة الدهنية حتى يتم الحاجة إليها.

على الرغم من أن تكوين الدهون يحدث في السيتوبلازم، إلا أن الأسيتيل CoA الضروري يتم إنشاؤه في الميتوكوندريا ولا يمكن نقله عبر غشاء الميتوكوندريا. لحل هذه المشكلة، يتم تحويل البيروفات إلى كل من أوكسكالوأسيتات والأسيتيل CoA. هناك حاجة إلى إنزيمين مختلفين لهذه التحويلات. يتشكل أوكسكالوسيتات عن طريق عمل كاربوكسيلاز البيروفات، في حين أن عمل نازعة هيدروجيناز البيروفات ينتج أسيتيل CoA. يتحد أوكسالوأسيتات والأسيتيل CoA لتكوين السيترات، والتي يمكن أن تعبر غشاء الميتوكوندريا وتدخل السيتوبلازم. في السيتوبلازم، يتم تحويل السيترات مرة أخرى إلى أوكسكالوأسيتات والأسيتيل CoA. يتم تحويل أوكسكالوسيتات إلى مالات ثم إلى البيروفات. يعبر البيروفات مرة أخرى عبر غشاء الميتوكوندريا لانتظار الدورة التالية من تكوين الدهون. يتم تحويل الأسيتيل CoA إلى malonyl CoA الذي يستخدم لتجميع الأحماض الدهنية. \(\PageIndex{6}\)يلخص الشكل مسارات التمثيل الغذائي للدهون.

الشكل\(\PageIndex{6}\): استقلاب الدهون. قد تتبع الدهون أحد المسارات العديدة أثناء عملية التمثيل الغذائي. يتبع الجلسرين والأحماض الدهنية مسارات مختلفة.

مراجعة الأسئلة

س: يمكن أن تكون الدهون في النظام الغذائي ________.

أ. تنقسم إلى طاقة للجسم

B. يتم تخزينها على شكل دهون ثلاثية لاستخدامها لاحقًا

C. تم تحويله إلى أسيتيل CoA

د. كل ما سبق

الإجابة: د

س: توفر المرارة ________ المساعدة (s) في نقل الدهون عبر الغشاء المعوي.

أ. الليباز

B. الكوليسترول

C. البروتينات

د. أملاح الصفراء

الإجابة: د

س: يتم نقل الدهون الثلاثية بواسطة الكيلوميكرونات بسبب ________.

أ. لا يمكنها التحرك بسهولة في مجرى الدم لأنها تعتمد على الدهون، في حين أن الدم يعتمد على الماء

B. فهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تحريكها بمفردها

C. تحتوي الكيلوميكرونات على إنزيمات تحتاجها لعملية التمثيل الغذائي

D. لا يمكن وضعها عبر الغشاء المعوي

الإجابة: أ

س: ما الجزيء الذي ينتج معظم ATP؟

أ. الكربوهيدرات

باء - فهد ₂

C. الدهون الثلاثية

د. ناهد

الإجابة: ج

س: ما الجزيئات التي يمكن أن تدخل دورة كريبس؟

أ. كيلوميكرونات

ب. أسيتيل أوكا

C. مونوجليسريدات

د. أجسام الكيتون

الإجابة: ب

س: يمكن تحويل Acetyl CoA إلى كل ما يلي باستثناء ________.

أ. أجسام الكيتون

B. الأحماض الدهنية

C. السكريات

د. الدهون الثلاثية

الإجابة: ج

أسئلة التفكير النقدي

س: ناقش كيف يمكن تخزين الكربوهيدرات على شكل دهون.

ج: يتم تحويل الكربوهيدرات إلى البيروفات أثناء تحلل السكر. يتم تحويل هذا البيروفات إلى أسيتيل CoA ويستمر خلال دورة Krebs. عندما يتم إنتاج أسيتيل CoA الزائد الذي لا يمكن معالجته خلال دورة كريبس، يتم تحويل الأسيتيل CoA إلى الدهون الثلاثية والأحماض الدهنية ليتم تخزينها في الكبد والأنسجة الدهنية.

س: إذا كانت رائحة الفم لدى مرضى السكري تشبه رائحة الكحول، فماذا يمكن أن يعني ذلك؟

ج: في حالة عدم السيطرة على مرض السكري، لا يتم امتصاص الجلوكوز الموجود في الدم ومعالجته بواسطة الخلايا. على الرغم من ارتفاع مستويات الجلوكوز في الدم، لا يوجد جلوكوز متاح للخلايا لتحويله إلى طاقة. بسبب نقص الجلوكوز، يتحول الجسم إلى مصادر طاقة أخرى، بما في ذلك الكيتونات. من الآثار الجانبية لاستخدام الكيتونات كوقود رائحة الكحول الحلوة في التنفس.

مسرد المصطلحات

بيتا (β) - هيدروكسي بوتيرات: جسم الكيتون الأساسي المنتج في الجسم

بيتا (β) - الأكسدة: أكسدة الأحماض الدهنية

أملاح الصفراء: الأملاح التي يتم إطلاقها من الكبد استجابةً لابتلاع الدهون وتحيط بالدهون الثلاثية غير القابلة للذوبان للمساعدة في تحويلها إلى أحادي الغليسيريد والأحماض الدهنية الحرة

كوليسيستوكينين (CCK): هرمون يحفز إفراز الليباز البنكرياسي وتقلص المرارة لإطلاق الأملاح الصفراوية

تشيلوميكرونات: الحويصلات التي تحتوي على الكوليسترول والدهون الثلاثية التي تنقل الدهون من الخلايا المعوية إلى الجهاز اللمفاوي والدورة الدموية

أكسدة الأحماض الدهنية: تكسير الأحماض الدهنية إلى أحماض دهنية ذات سلسلة أصغر وأسيتيل CoA

هيدروكسي ميثيل غلوتاريل CoA (HMG CoA): جزيء تم إنشاؤه في الخطوة الأولى لإنشاء أجسام كيتون من acetyl CoA

أجسام كيتون: مصدر بديل للطاقة عندما يكون الجلوكوز محدودًا، يتم إنشاؤه عند تكوين الكثير من الأسيتيل CoA أثناء أكسدة الأحماض الدهنية

ليبوينيسيس: تخليق الدهون التي تحدث في الكبد أو الأنسجة الدهنية

تحلل الدهون: تكسير الدهون الثلاثية إلى الجلسرين والأحماض الدهنية

جزيئات أحادية الغليسيريد: الدهون التي تتكون من سلسلة واحدة من الأحماض الدهنية المرتبطة بالعمود الفقري للجلسرين

ليباز البنكرياس: الإنزيمات المنبعثة من البنكرياس التي تهضم الدهون في النظام الغذائي

الدهون الثلاثية: الدهون، أو الدهون، التي تتكون من ثلاث سلاسل من الأحماض الدهنية متصلة بالعمود الفقري للجلسرين