УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2012, том 132, № 2, с. 181-199
УДК 577.125
СИНТЕЗ НАСЫЩЕННЫХ, МОНОЕНОВЫХ, НЕНАСЫЩЕННЫХ И ПОЛИЕНОВЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ В ФИЛОГЕНЕЗЕ. ЭВОЛЮЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ АТЕРОСКЛЕРОЗА
© 2012 г. В. Н. Титов
Российский кардиологический научно-производственный комплекс, Москва
E-mail: vn_titov@mail.ru
Рассмотрено последовательно становление синтеза жирных кислот в мировых океанах. Показано, что из первого мирового океана, где среди жирных кислот доминировала насыщенная пальмитиновая С 16 : 0 кислота, одноклеточные путем симбиоза приватизировали митохондрии, получили способность всех клеток синтезировать de novo только С 16 : 0 Пальм н-ЖК и окислять в митохондриях ее, а не глюкозу. При понижении температуры океана клетки стали синтезировать жирные кислоты с большим числом двойных связей, результатом чего стало появление у одноклеточных калиевой среды цитозоля и 6-6 С 18 : 2 линолевой и С 18 : 3 линоленовой ненасыщенных жирных кислот. Из третьего (существующего) океана уже многоклеточные отобрали межклеточную среду, полиеновые жирные кислоты и регуляцию эйкозаноидами биологических функций в паракринных сообществах клеток. Далее, в четвертом "воздушном" океане, in vivo произошло укорочение цепочки полиеновых жирных кислот и уменьшение числа двойных связей. На основе эволюционного различия синтеза жирные кислоты классифицированы на насыщенные, моноеновые, ненасыщенные с 2-3 двойными связями и полиеновые с 4-6 двойными связями. Установлено, что только из 20 : 4 и С 20: 5 клетки могут синтезировать биологически активные эйкозаноиды и осуществлять паракринную регуляцию.
Ключевые слова: жирные кислоты, филогенез, атеросклероз, адаптация, эйкозаноиды.
В растительном и животном мире можно насчитать около 800 индивидуальных жирных кислот (ЖК). У приматов же и у человека методами высокоэффективной хроматографии и масс спектрометрии в межклеточной среде и плазме крови удается определить не более 10% этого разнообразия. При этом количественное соотношение ЖК по длине (числу атомов С в алифатической цепи) и ненасыщенности (число двойных связей (ДС) в цепи, -С = С-) неравномерно и различается на порядок и более. Среди всех ЖК с длиной ацильной цепи от С 4 до С 22 в межклеточной среде доминируют С 16 и С 18 ЖК. Количество индивидуальной ЖК, поступающее с пищей, может составлять многие десятки граммов или только сотни мг. In vivo у всех позвоночных доминируют ЖК, ацильная цепь которых имеет 16 или 18 атомов углерода. Известно также, что С 18 : 0 стеариновая насыщенная (н-ЖК) in vivo синтезирована путем элонгации (удлинения на 2 атома С - на молекулу ацетата) С 16 : 0 пальмитиновой
(Пальм) н-ЖК. Одновременно единственная синтезируемая приматами ненасыщенная моноеновая (моно-ЖК) ю-9 С 18 : 1 олеиновая ненасыщенная ЖК образована также из С 16 : 0 Пальм н-ЖК в реакциях последовательно элонгации и десату-рации. Из уксусной кислоты (ацетата) in situ de Mvo все эукариоты могут синтезировать только С 16 : 0 Пальм н-ЖК. Почему же у человека, приматов и всех позвоночных метаболизм ЖК столь тесно сопряжен с С 16 : 0 Пальм длинноцепочеч-ной н-ЖК?
Напомним, что во всех клетках эукариот дли-ноцепочечные С 18 и более длинные экзогенные, ненасыщенные и эссенциальные полиеновые ЖК (ЭС поли-ЖК) также последовательно синтезированы из С 16 : 0 Пальм н-ЖК. Разные по длине и числу ДС жирные кислоты:
- в реакции с фосфатидными кислотами и хо-лином образуют фосфолипиды (ФЛ), фосфати-дилхолины, которые формируют плазматические мембраны эукариотов;
- в реакции с фосфатидными кислотами, эта-ноламином и аминокислотой и серином участвуют в синтезе аминоФЛ, аннулярных ФЛ, которые для каждого интегрального белка формируют в плазматической мембране локальное, более гидрофильное окружение в выражено гидрофобной структуре из фосфатидилхолинов;
- в реакции со спиртом сфингозином образуют сфингомиелины, которые в плазматической мембране из фосфатидилхолинов формируют более гидрофобные участки - рафты (плоты), на поверхности которых локализованы рецепторы; рафты содержат больше неэтерифицированного спирта холестерина (ХС), который конденсирован между молекулами сфингомиелинов;
- в реакции с трехатомным спиртом (глицерином) формируют триглицериды (ТГ); это неполярная форма длинноцепочечных С 16-С 18 н-ЖК, моно-ЖК, ненасыщенных ЖК, а также ЖК со средней длиной цепи (С 10-С 14), формируя при этом длинные и короткие ТГ; ТГ - форма депонирования н-ЖК, моно-ЖК и ненасыщенных ЖК в цитозоле всех клеток и специализированных адипоцитах;
- н-ЖК и моно-ЖК являются основным "энергетическим" субстратом для окисления в митохондриях и синтеза макроэргических молекул АТФ;
- ЭС поли-ЖК в физиологичных условиях служат предшественниками в синтезе биологически активных эйкозаноидов - простациклинов, тром-боксанов и лейкотриенов;
- ненасыщенные ЖК определяют физико-химические параметры ФЛ, плазматических и внутриклеточных мембран;
- Пальм н-ЖК осуществляет посттрансляционную модификацию белков.
Помимо этого, ЖК являются в форме ФЛ с короткими ацильными остатками в зп-2 гуморальными медиаторами, формируя феномен "клеточной сигнализации", и контролируют транскрипцию в ядре клеток, процессы оптимизации ЖК в гепатоцитах и адипоцитах и, выступая в роли активаторов пролиферации пероксисом, активируют окисление всех афизиологичных ЖК и части экзогенной Пальм н-ЖК в пероксисомах.
Для функции митохондрий и наработки АТФ наиболее значимы С 16 : 0 Пальм и С 18 : 1 олеиновая моно-ЖК. Уменьшение запасов гликогена при реализации в биологической функции трофологии, биологической реакции эндотрофии, является причиной мобилизации ЖК из ТГ. Они в форме неэтерифицированных жирных кислот
(НЭЖК) вместе с белком переносчиком - АЛБ, появляются в межклеточной среде и кровотоке, в локальном пуле внутрисосудистой среды. Далее НЭЖК пассивно поглощают клетки путем диффузии через плазматическую мембрану по градиенту концентрации. Из гидрофобной плазматической мембраны НЭЖК в цитозоль "втягивают" и переносят к митохондриям и пероксисомам члены большого семейства цитозольных белков. Клетки поглощают ЖК двумя путями:
- филогенетически ранним пассивным путем диффузии ЖК в форме полярных НЭЖК через плазматическую мембрану по градиенту концентрации и
- филогенетически поздним активным, рецеп-торным путем в форме неполярных (нейтральных) ТГ в составе олеиновых физиологичных или пальмитиновых афизиологичных липопро-плинов очень низкой плотности (ЛПОНП) путем апоЕ/В-100 рецепторного эндоцитоза. Если возникают какие-либо затруднения с активным поглощением ЖК в форме неполярных ТГ, in vivo тут же клетки усиливают пассивное поглощение клетками ЖК в форме полярных НЭЖК. Основное предназначение переноса Пальм н-ЖК и олеиновой моно-ЖК в форме ТГ в составе апоВ-100 ЛПОНП и апоЕ/В-100 рецепторного эндоцитоза является активное обеспечение скелетных мио-цитов экзогенным субстратом для Р-окисления в митохондриях и наработки АТФ.
Представляет интерес, почему единственным транспортером для ЖК во внутренней мембране органелл является карнитин-пальмитоил ацил-трансфераза, которая переносит через внутреннюю мембрану митохондрий только С 16 : 0 Пальм н-ЖК и никакую иную. Напомним, что в водах холодного мирового океана, в котором произошло развитие всего существующего живого и который существует в настоящее время, в составе филогенетически ранних растений и в тканях рыб содержание Пальм н-ЖК не превышает 15%. С каких же ступеней филогенеза митохондрии сохранили столь высокую степень предпочтения окислять только Пальм н-ЖК? В силу каких причин каждая из современных эукариотических клеток из поступившей с пищей глюкозой (ГЛЮ) может синтезировать только Пальм н-ЖК? Ведь синтезируют же в отличие от позвоночных бактерии ю-7 С 16 : 1 пальмитоолеиновую моно-ЖК. У приматов и человека ДС появляются только в структуре длинноцепочечных ЖК с С18 и более. Можно полагать, что С 16 : 1 пальмитоолеиновая моно-ЖК у бактерий и С 18 : 1 олеиновая мо-но-ЖК у позвоночных, приматов и человека были синтезированы в филогенезе позже - в процессе
формирования биохимических реакций десату-рации С 16 : 0 Пальм н-ЖК (введение в алифатическую цепь ДС) и синтеза С 16 : 1 пальмито-олеиновой ЖК, вначале элонгации и далее так же десатурации все той же С 16 : 0 Пальм н-ЖК с образованием С 18 : 1 олеиновой моно-ЖК.
Среди ЖК, содержание которых в клетках и тканях наиболее высоко, Пальм н-ЖК обладает наиболее высокой температурой плавления -62.9 °С, в то время как у приматов клетки подвергают ее метаболическим превращениям и переносят в межклеточной среде (в составе ЛПОНП) при температуре всего-то 36.6 °С. Это различие несомненно сказывается на кинетических параметрах биохимических реакций, в которых происходит гидролиз и этерификация Пальм н-ЖК. При введении в С 18 : 0 стеариновую н-ЖК с температурой плавления 69.9 °С всего одной двойной связи образуется С 18 : 1 олеиновая моно-ЖК с температурой плавления - 5 °С. Напомним, что в составе олеиновых ТГ и олеиновых ЛПОНП с глицерином, который все ИНС зависимые клетки поглощают путем активного рецепторного эндо-цитоза, этерифицированы всего две ЖК: Пальм н-ЖК с температурой плавления 62.9 °С и олеиновая моно-ЖК с температурой плавления всего -5 °С. ТГ в составе шоколада (масло какао) или сливочного масла, в которых этерифицированы Пальм н-ЖК, стеариновая н-ЖК и олеиновая моно-ЖК, плавятся уже при температуре тела -35 °С. Анализ физико-химических параметров индивидуальных ЖК показал, что этерификация Пальм н-ЖК в составе олеиновых ТГ в клетках происходит с намного большей константой скорости реакции. Гидролиз Пальм н-ЖК из состава олеиновых ТГ в цитозоле клеток и в составе пре-лигандных ЛПОНП в крови с образованием НЭЖК происходит с низкой константой скорости реакции, значительно медленнее, чем гидролиз олеиновой моно-ЖК. При этом константа скорости реакции гидролиза олеиновой моно-ЖК из ТГ типа олеат-олеат-олеат является наиболее высокой; при гидролизе ТГ типа пальмитат-оле-ат-пальмитат и олеиновой моно-ЖК из ТГ типа пальмитат-пальмитат-олеат она ниже. Заслуживают внимания и функциональные особеннос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.