chương 69 chuyển hóa lipit

Khi vào bên trongcác tế bào, các acid béo có thể được sử dụng làm nhiênliệu hoặc lại tổng hợp thành các triglycerides, với glycerolmới được cung cấp bởi quá trình trao đổi chất của các t

UNIT

CHƯƠNG 69

Chuyển hóa lipid

Một vài hợp chất hóa học trong thực phẩm và cơ thể được VẬN CHUYỂN LIPIDS TRONG DỊCH

phân loại vào lipid Lipid bao gồm: (1) chất béo trung tính CƠ THỂ

còn được gọi là triglycerides; (2) phospholipid; (3)

terol; (4) và m t vài ch t ít quan tr ng hơn B n ch t hóa

h c, ph n n a các lipid cơ b n c a triglycerid và phospho- BẠCH HUYẾT - THE CHYLOMICRONS

lipid là các acid béo, nó là m t chu i dài acid hydrocacbon

h u cơ M t acid béo đi n hình: acid palmitic công th c là CH3(CH2)14COOH.

M c dù cholesterol không ch a acid béo, nhưng h t béo trong chế độ ăn uống, ngoại trừ một số acid béo chuỗi

nhân sterol c a nó đư c t ng h p t các thành ph n c a ngắ, thì sẽ được hấp thu từ ruột vào hệ bạch huyết ruột.

phân t acid béo, do đó nó có nhi u tính ch t v t lý và hóa Trong quá trình tiêu hóa, nhất là các triglycerides sẽ được

Các triglycerid đư c s d ng trong cơ th ch y u đ qua tế bào biểu mô ruột các monoglycerides và acid béo

cung c p năng lư ng cho các quá trình trao đ i ch t khác được tái tổng hợp thành những phân từ triglycerides mới nhau, là ch c năng g n như g n b ng v i carbohydrates nhập vào hệ bạch huyết trong vài phút, những giọt phân Tuy nhiên, m t s ch t béo, đ c bi t là cholesterol, phos- tán được gọi là chylomicrons ( Hình 69-1 ),

pholipid và m t lư ng nh triglycerid, đư c s d ng đ có đường kính từ 0,08 tới 0,6 micron Một lượng nhỏ

c u t o màng c a t t c t bào trong cơ th và t o thành apoprotein B được hấp thụ vào bề mặt bên hấp thụ vào bề

nh ng c u trúc khác có ch c năng c a t bào mặt bên ngoài của các hạt chylomicron Phần còn lại của

do đó làm tăng sự ổn định của chylomicron trong dịch

TRIGLYCERIDES (CHẤT BÉO TRUNG TÍNH)

bạch huyết và ngăn sự bám dính của chúng vào thành Bởi vì hầu hết các chương đều đề cập đến việc sử dụng

triglycerides cung cấp năng lượng Vì cậy chúng ta cần

hiểu rõ cấu trúc hóa học sau đây của triglycerides.

mạch bạch huyết.

Hầu hết cholesterol và phospholipid được hấp thụ từ

hệ thống ruột vào trong chylomicron Vì thế dù chylomicron được cấu tạo chủ yếu từ triglycerides, chúng còn chứa khoảng 9% phospholipid, 3% cholesterol và 1%

apoprotein B Chylomicron sau đó được vận chuyển lên trên qua ống ngực và đổ vào chỗ hội lưu tĩnh mạch cảnh

và tĩnh mạch cánh tay đầu

SỰ BIẾN MẤT CỦA CÁC HẠT CHYLOMICRON TRONG MÁU.

Khoảng một giờ sau bữa ăn có chứa một lượng lớn chất béo, nồng độ chylomicron trong huyết tương có thể tăng lên 1-2% huyết tương toàn phần, và bởi vì kích thước các hạt chylomicron lớn làm cho huyết tương xuất hiện đục

và đôi khi có màu vàng Tuy nhiên, các hạt chylomicron

có thời gian tồn tại dưới 1 giờ, vì vậy huyết tương trở nên trong trở lại sau vài giờ Chất béo trong các hạt

chylomicron được phân giải theo các cách chủ yếu sau:

863

Tristearin Đây là cấu trúc gồm 3 phân tử acid béo chuỗi dài kết

nối với nhau bằng một phân tử glycerol Ba acid béo phổ biến hiện nay cấu tạo triglycerides trong cơ thể con người là: (1) acid strearic (ví dụ tristerin), nó là chuỗi gồm 18C

và bão hòa đủ các nguyên tử hydro; (2) acid oleic, cũng là chuỗi 18C nhưng có một liên kết đôi ở giữa chuỗi; và (3) acid palmitic có 16C và hoàn toàn bão hòa.

COO

COO

COO

Edi ith the trial version of Foxit Advanced PDF Editor

To remove this notice, visit:

www.foxitsoftware.com/shopping

Unit XIII  Cơ chế chuyển hóa và nhiệt độ

được tiết ra bởi các tế bào gan cũng đóng vai trò quan trọng trong việc khởi phát loại trừ các lipoproteins huyết tương

Chylomicron Triglycerides được thủy phân bởi

Lipoprotein Lipase, và chất béo được dự trữ

trong mô mỡ.

Hầu hết các chylomicron được loại bỏ ra khỏi máu tuầnhoàn khi

đi qua mao mạch ở các mô khác nhau, nhất là

mô mỡ, cơ xương, và tim Mô mỡ tổng hợp các enzym

lipoprotein lipase, nó được vận chuyển tới bề mặt các tếbào biểu

mô mao mạch, nơi nó sẽ thủy phân cáctriglycerides của

chylomicron khi chúng tiếp xúc với

thành biểu mô, do đó làm giải phóng các acid béo vàglycerol

(xemHình 69-1).

Các acid béo giải phóng từ các chylomicronđược chorằng

có thể trộn với màng tế bào, khuếch tán vào trong

các tế bào mỡ của mô mỡ và tế bào cơ Khi vào bên trongcác tế

bào, các acid béo có thể được sử dụng làm nhiênliệu hoặc lại

tổng hợp thành các triglycerides, với glycerolmới được cung cấp

bởi quá trình trao đổi chất của các tếbào dự trữ như được thảo

luận sau trong chương này Cáclipase ngoài ra cũng có thể thủy

phân các phospholipids,làm giải phóng các acid béo được dự trữ

trong các tế bàotheo cùng một cách

Sau khi triglycerides được loại bỏ khỏi chylomicrons,lượng

cholesterol phong phú chylomicron còn lại sẽ được

làm sạch khỏi huyết tương Các chylomicron còn lại sẽ gắn với

các receptor trên các tế bào nội mô trong xoang gan Các hạt

864

H ình 69­1. Tóm tắt các con đường của quá trình chuyển hóa tổng hợp chylomicron ở ruột và tổng hợp VLDL ở gan (very low density lipoprotein) Apo B, apolipoprotein; Apo E, apolipoprotein E, FFA, acid béo tự do; IDL (intermediate density lipoprotein); LDL (low density lipoprotein); LPL (lipoprotein lipase)  

FFA

Ch ất béo

trung tính và

cholesterol

Chylomicrons

acid m ật

LDL receptors Remnant

receptors

Chylomicron remnants LPL

LPL

FFA

FFA

Ru ột

Mô m ỡ

Mô ngo ại vi

Apo E mediated

Apo E mediated Apo B mediated

“Acid béo tự do" được vận chuyển trong máu

dưới dạng kết hợp với Albumin

Khi chất béo được dự trữ trong các mô mỡ được sửdụng ở các nơi khác trong cơ thể để cung cấp nănglượng, đầu tiên

nó phải được vận chuyển từ mô mỡtới các mô khác Nó được vận chuyển chủ yếu dưới hình thức các acid béo tự

do Sự vận chuyển nàyđược thực hiện bằng cách thủy phân các triglyceridestrở thành các acid béo và glycerol

trọng trong việc thúc đẩy quá trình thủy phânnày Đầu tiên, khi lượng glucose có trong các tế bào mỡ không đủ, thì một trong các sản phẩm phân hủycủa glucose là

α-glycerophosphatetồn tại với số lượng không đủ Bởi vì chất này là cần thiết để duy trì phầnglycerol của triglycerides, dẫn đến thủy phân triglycerides Thứ hai, một số lipase của các tế bào

Chương 69 Chuyển hóa lipid 

loại dựa trên tỷ trọng của chúng được do trong ly tâm: (1) lipoprotein tỷ trọng rất thấp (VLDL), nó chứa hàm lượng cao triglycerides và hàm lượng trung bình cả cholesterol và phospholipid; (2) lipoprotein tỷ trọng trung bình (IDL), nó

là VLDL đã loại đi một phần triglycerides, do đó nồng độ cholesterol và phospholipid tăng lên; (3) lipoprotein tỷ trọng thấp (LDL), có nguồn gốc từ IDL bằng cách loại bỏ gần như hoàn toàn triglycerides để nồng độ cholesterol và phospholipid tương đối cao; và (4) lipoprotein tỷ trọng cao (HDL), nó chứa nồng độ cao protein (khoảng 50%) nhưng lại chứa nồng độ nhỏ hơn cholesterol và phospholipid

Sự hình thành và chức năng của các lipoprotein

Hầu hết các lipoprotein được hình thành ở gan, đó cũng là nơi mà hầu hết các cholesterol huyết tương, phospholipid

và triglycerides được tổng hợp Ngoài ra, lượng nhỏ HDL cũng được tổng hợp ở biểu mô ruột trong quá trình hấp thu acid béo từ ruột

thành phần lipid trong máu Các VLDL vận chuyển triglycerides được tổng hợp chủ yếu trong gan tới mô mỡ, trong khi các lipoprotein khác đặc biệt quan trọng trong vận chuyển các dạng khác của phospholipid và cholesterol từ gan tới các mô ngoại vi hoặc từ ngoại vi về gan Ở phần sau trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về sự vận chuyển cholesterol liên quan tới bệnh xơ vữa động mạch, bệnh gắn liền với sự phát triển của tổn thương do chất béo ở bên trong thành động mạch

Nơi tích trữ chất béo

Mô mỡ

Số lượng lớn chất béo được dự trữ trong hai mô chính của

cơ thể là mô mỡ và ở gan Mô mỡ thường được gọi là nơi tích trữ chất béo, hoặc chỉ đơn giản là mô chất béo

cho đến khi chúng cần sử dụng để cung cấp năng lượng ở nơi khác trong cơ thể Ngoài ra nó còn có chức năng là vật cách nhiệt cho cơ thể, như thảo luận trong Chương 72

C ác t ế bào mỡ dự trữ Triglycerides. Các tế bào mỡ của

mô mỡ là một dạng nguyên bào sợi, nơi dự trữ hầu hết triglycerides tinh khiết với số lượng lớn từ 80-95% tổng số

tế bào Triglycerides ở bên trong của tế bào mỡ ở dạng lỏng Khi các mô tiếp xúc với lạnh trong thời gian dài khoảng vài tuần, các chuỗi acid béo của các triglycerides tế bào trở thành dạng ngắn hơn hoặc dạng không bão hòa để làm giảm điểm nóng chảy của chúng, do đó luôn luôn cho phép chất béo có thể duy trì ở trạng thái lỏng Đặc điểm này đặc biệt quan trọng vì chỉ có chất béo ở thể lỏng mới có thể bị thủy phân và vận chuyển từ các tế bào đi

và triglycerid từ carbohydrates; chức năng này bổ sung cho tổng hợp chất béo ở gan, như thảo luận sau trong chương này

nhạy cảm hormone có thểđược kích hoạt bởi một số hormon từ các tuyến nội tiết và thúc đẩy nhanh quá trình thủy phân triglycerides Vấn đề này sẽ được thảo luận sau trong chương này

Sau khi ra khỏi các tế bào mỡ, acid béo ion hóa mạnh

trong huyết tương và phần ion kết hợp với phân tử albumin của protein huyết tương Acid béo kết hợp theo cách này được gọi là acid béo tự do hoặc acid béo chưa este hóa, để phân biệt với các acid béo khác trong huyết tương tồn tại dưới các hình thức: (1) este của glycerol, (2) cholesterol, hoặc (3) các chất khác

Nồng độ các acid béo trong huyết tương dưới trạng thái

nghỉ là khoảng 15 mg/dl, tức là chỉ có 0,45g acid béo trong toàn bộ hệ tuần hoàn Ngay cả khi nó nhỏ như vậy nhưng lại chiếm gần như toàn bộ dạng vận chuyển của acid béo từ một phần của cơ thể tới các phần khác vì những lý do sau đây:

1 Mặc dù thời gian tồn tại của acid béo trong máu tính theo phút, nhưng tốc độ đổi mới của nó đặc biệt nhanh: một nửa acid béo huyết tương được thay thế bởi acid béo mới trong 2-3 phút Người ta có thể tính toán được rằng với tốc độ này, gần như tất cả yêu cầu về năng lượng bình thường của cơ thể có thể được cung cấp bởi

sự oxi hóa các acid béo được vận chuyển dạng tự do, mà không cần sử dụng carbohydrates hay protein thêm

2 Điều kiện làm tăng tốc độ sử dụng chất béo cung cấp năng lượng cho tế bào cũng đồng thời làm tăng nồng độ acid béo tự do trong máu; trên thực thế, nồng độ này đôi khi tăng gấp 5 tới 8 lần Ví dụ: sự tăng mạnh có thể xảy

ra đặc biệt trong các trường hợp bị bỏ đói lâu ngày và trong bệnh đái tháo đường; trong cả 2 trường hợp này, đều xuất phát từ những người không có năng lượng được chuyển hóa từ carbohydrates

Trong điều kiện bình thường, chỉ khoảng 3 phân tử acid béo liên kết với một phân tử albumin, nhưng nhu cầu acid béo dạng vận chuyển lớn thì có khoảng 30 phân tử acid béo

có thể liên kết với một phân tử albumin Điều này cho thấy

tỷ lệ lipid dạng vận chuyển có thể thay đổi dưới các điều kiện sinh lý khác nhau

Lipoproteins— C ó ch ức năng đặc biệt trong vận chuyển Cholesterol v à Phospholipids

Trong trạng thái sau hấp thụ (postabsorptive), sau khi tất cả các chylomicron được loại ra khỏi máu, thì hơn 95% tổng

số lipid trong huyết tương ở dạng lipoprotein Dạng vận chuyển này nhỏ hơn các chylomicron, nhưng thành phần tương tự cũng chứa: triglycerides, cholesterol,

phospholipid, và protein Tổng nồng độ lipoproteins trong huyết tương trung bình khoảng 700 mg mỗi 100 ml huyết tương hay là 700 mg/dl và chứa nồng độ các chất như dưới:

mg/dl trong huyết tương

C ác loại Lipoprotein. Ngoài các chylomicron, còn có một lượng lớn lipoproteins, có 4 loại lipoprotein chính, phân

“Free Fatty Acids” Are Transported in the Blood

in Combination With Albumin

When fat that has been stored in the adipose tissue is to be

used elsewhere in the body to provide energy, it must first

be transported from the adipose tissue to the other tissue

It is transported mainly in the form of free fatty acids This

transport is achieved by hydrolysis of the triglycerides back

into fatty acids and glycerol

At least two classes of stimuli play important roles in

promoting this hydrolysis First, when the amount of

glucose available to the fat cell is inadequate, one of the

glucose breakdown products, α-glycerophosphate, is also

available in insufficient quantities Because this substance

is required to maintain the glycerol portion of triglycerides,

the result is hydrolysis of triglycerides Second, a

hormone-sensitive cellular lipase can be activated by several

hor-mones from the endocrine glands, and this also promotes

Unit XIII  C ơ ch ế chuy ể n hóa và nhi ệ t độ

Sử dụng triglycerides cung cấp năng lượng:

Sự tạo thành Adenosine Triphosphate

Với chế độ ăn uống chất béo khác nhau ở những người thuộc các nền văn hóa khác nhau, trung bình có ít nhất 10-15 % tổng lượng calo đối với người châu Á và đối với người phương Tây nhiều hơn là khoảng 35-50% lượng calo Đối với nhiều người, việc sử dụng chất béo cung cấp năng lượng quan trọng tương đương sử dụng carbohydates cung cấp năng lượng Ngoài ra, lượng lớn carbohydrates ăn vào trong mỗi bữa được chuyển đổi thành triglycerides dự trữ và sử dụng sau này dưới dạng các acid béo được giải phóng từ các triglycerides để cung cấp năng lượng

Thủy phân triglycerides tạo acid béo và glycerol

Giaiđoạn đầu tiên trong quá trình sử dụng triglycerides cung cấp năng lượng là thủy phân chúng tạo các acid béo

và glycerol Sau đó, cả acid béo và glycerol đều được vận chuyển trong máu tới các mô hoạt động, nơi chúng sẽ bị oxy hóa để cung cấp năng lượng Hầu như tất cả các tế bào, ngoại trừ một vài trường hợp ngoại lệ, thì ví dụ như mô não

và hồng cầu có thể sử dụng acid béo cung cấp năng lượng

chuyển đổi bởi enzyme nội bào thành glycerol-3-phosphat, sau đó đi vào con đường đường phân của glucose và từ đó cung cấp năng lượng Trước khi các acid béo có thể sử dụng

để cung cấp năng lượng, chúng phải được xử lý trong các ty thể

hóa và oxy hóa các acid béo chỉ xảy ra trong ty thể Trong

đó, bước đầu tiên trong việc sử dụng các acid béo là chúng phải được vận chuyển vào trong ty thể Quá trình này chất mang được sử dụng là carnitine giống như là chất vận chuyển Sau đó vào bên trong ty thể, các acid béo tách khỏi carnitine và được thoái hóa và oxy hóa

bằng cách beta oxy hóa. Phân tử acid béo bị thoái hóa trong ty thể thành các phân đoạn 2C ở dạngacetyl coenzyme

A (acetyl-CoA)

Quá trình nàyđược thể hiện như trongHình 69-2 ,được gọi

là quá trình beta-oxy hóađể thoái hóa các acid béo

Đểhiểuđược các bước quan trọng trong quá trình beta-oxy hóa, cần chú ý phương trình 1 trong Hình 68-2,

bước đầu tiên là sự kết hợp của phân tử acid béo với coenzyme A (CoA) để hình thành acyl-CoA Trong phương trình 2, 3 và 4, carbon beta (C thứ hai từ bên phải) của chất

Lipase trong mô mỡ cho phép chuyển đổi dạng chất béo giữa mô mỡ và máu. Như thảo luận trước đó,

lượng lớn lipase có mặt trong các mô mỡ Một số các

enzyme xúc tác cho sự lắng động của triglycerides trong tế

bào từ chylomicron và lipoproteins Một số khác được kích

hoạt bởi hormone, là nguyên nhân phân cắt các triglycerides

trong các tế bào mỡ để giải phóng các acid béo tự do Bởi

vì sự trao đổi nhanh chóng của các acic béo, mà triglycerides

trong các tế bào mỡ được đổi mới trong 2-3 tuần, nó có

nghĩa là chất béo được dự trữ trong mô mỡ

ngày hôm nay không giống với chất béo được dự trữ của

một tháng trước, do đó nó nhấn mạnh sự đổi mới của chất

béo dự trữ

Lipid ở Gan

Chức năng chính của gan trong chuyển hóa lipid là: (1)

giáng hóa các acid béo thành các hợp chất nhỏ hơn có thể

được sử dụng để tạo năng lượng; (2) tổng hợp triglycerid,

chủ yếu từ carbohydrates, và ít hơn từ các protein; và (3)

tổng hợp các dạng lipid khác từ acid béo, đặc biệt là

cholesterol và phospholipid

Lượng lớn triglycerides xuất hiện trong gan (1) trong

giai đoạn đầu của tình trạng đói lâu ngày, (2) trong bệnh

đái tháo đường, và (3) trong bất kỳ tình trạng nào khác khi

chất béo được sử dụng cung cấp năng lượng thay vì là

carbohydrates Trong những tình trạng này, số lượng lớn

các triglycerides được huy động từ các mô mỡ, các acid béo

tự do được vận chuyển trong máu và chuyển tới gan, nơi

chúng được được thoái hóa đầu tiên Do đó, trong điều kiện

sinh lý bình thường, tổng lượng triglycerides trong gan

được xác định bằng cách tính tốc độ sử dụng chất béo tạo

năng lượng Gan cũng có thể lưu trữ một lượng lớn chất

béo trong tình trạng loạn dưỡng mỡ, một tình trạng đặc

trưng bởi suy dinh dưỡng hoặc khiếm khuyết di truyền của

các tế bào mỡ

Các tế bào gan ngoài chứa triglycerides, còn chứa lượng

lớn phospholipid và cholesterol, chúng liên tục được tổng

hợp ở gan Ngoài ra, các tế bào gan còn khử bão hòa các

acid béo nhiều hơn ở các mô khác, do đó triglycerides gan

bình thường ở dạng không bão hòa nhiều hơn triglyceides ở

mô mỡ Khả năng khử bão hòa của gan có chức năng quan

trọng đối với tất cả các mô của cơ thể bởi

vì nhiều yếu tố cấu trúc của tất cả các tế bào có chứa các

chất béo không bão hòa, và chúng có nguồn gốc từ gan Quá

trình khử bão hòa này thực hiện nhờ một enzyme

dehydrogenase trong các tế bào gan

(1) RCH2CH2CH2COOH + CoA + ATP

(Fatty acid)

Thiokinase

Acyl dehydrogenase

Enoyl hydrase

(2) RCH2CH2CH2COCoA + FAD

RCH2CHOHCH2COCoA RCH2CH=CHCOCoA + FADH2 RCH2CH2CH2COCoA + AMP + Pyrophosphate

(Fatty acyl-CoA)

(Fatty acyl-CoA)

-Hydroxyacyl

(4) RCH2CHOHCH2COCoA + NAD + RCH2COCH2COCoA + NADH + H +

dehydrogenase Thiolase

(5) RCH2COCH2COCoA + CoA RCH2COCoA + CH3COCoA

(Fatty acyl-CoA) (Acetyl-CoA)

H ình 69­2. Beta-oxidation acid béo để tạo acetyl-CoA.

(3) RCH2CH=CHCOCoA + H2O

Chapter 69 Lipid Metabolism

được

tạo thành trong quá trình oxy hóa hoàn toàn một phân tử

acid stearic Tuy nhiên, hai liên kết giàu năng lượng đã được tiêu thụ trong quá trình kết hợp CoA với các phân tử acid stearic, nên tóm lại chỉ lợi ra 146 ATP

Sự tạo thành acid Acetoacetic trong gan và sự vận chuyển nó trong máu

Một phần lớn sự thoái hóa các acid béo xảy ra trong gan, đặc biệt khi một lượng lớn lipid được sử dụng để tạo năng lượng Tuy nhiên, gan chỉ sử dụng một tỷ lệ nhỏ các acid béo cho quá trình trao đổi chất của nó Thay vào đó, khi các chuỗi acid béo đã được chia thành các acetyl-CoA, hai phân

tử acetyl-CoA liên kết với nhau tạo thành một phân tử acid acetoacetic, nó sai đó sẽ được vận chuyển trong máu tới các

tế bào khác trong suốt cơ thể, nơi chúng được sử dụng tạo năng lượng Quá trình hóa học này được mô tả sau đây:

các tb gan

2CH3COCoA+H2 O< - ->

các tb khác

Acetyl-CoA

Một phần acid acetoacetic được chuyển thành acid β-hydroxybutyric, và số lượng nhỏ được chuyển đổi thành acetone, nó được mô tả theo phản ứng sau:

khuếch tán tự do qua màng tế bào gan và được vận chuyển trong máu tới các mô ngoại vi Ở đây, chúng lại được khuếch tán vào trong tế bào, nơi lặp ngược lại các phản ứng xảy ra và phân tử acetyl-CoA được tạo thành Các phân tử

đó lần lượt tham gia vào chu trình citric và bị oxy hóa tạo năng lượng, như đã giải thích

Thông thường, các acid acetoacetic và acid β-hydroxybutyric sau khi đi vào máu được vận chuyển rất nhanh đến các mô, làm cho nồng độ của chúng trong huyết tương ít khi tăng trên 3 mg/dl Tuy nhiên, dù với nồng độ nhỏ trong máu, thực sự vẫn có một số lượng lớn được vận chuyển, cũng giống như vận chuyển các acid béo tự do Tốc

béo acyl-CoA gắn với một phân tử oxy, đó được gọi là carbon beta bị oxy hóa

Sauđó trong phương trình 5, đoạn bên phải của phân tử

tính từ hai carbon bị cắt ra và giải phóng acetyl-CoA vào dịch tế bào Đồng thời, một phân tử CoA khác gắn vào đầu của phần còn lại của phân tử acid béo, và do đó một phân

tử chất béo acyl-CoA mới được hình thành; tuy nhiên phân

tử này ngắn hơn phân tử ban đầu do đã mất một acetyl-CoA từ đầu của nó

Tiếp theo, chuỗi acyl-CoA ngắn hơn này tiếp tục đi vào phương trình 2 và qua các phương trình 3,4 và 5 để giải phóng các phân tử acetyl-CoA khác Ngoài các phân tử acetyl-CoA được giải phóng thì 4 nguyên tử hydro cũng được giải phóng từ các phân tử acid béo cùng lúc đó, chúng hoàn toàn tách biệt với các acetyl-CoA

Quá trình oxy hóa Acetyl-CoA. Phân tử acetyl-CoA

được tạo thành từ quá trình beta oxy hóa các acid béo trong

ty thể ngay lập tức sẽ đi vào chu trình acid citric (xem Chương 68), chúng kết hợp với acid oxaloacetic hình thành acid citric, sau đó thoái hóa thành carbon dioxide và nguyên tử hydro Các nguyên từ hydro sau đó bị oxy hóa bởi hệ thống oxy hóa thẩm thấu của ty thể như được giải thích trong Chương 68 Các phản ứng liên tiếp trong chu trình acid citric đối với mỗi phân tử acetyl-CoA được mô tả sau đây:

CH3COCoA+Oxaloacetic acid+3H2O+ADP

-→ 2CO2+8H+HCoA+ATP+Oxaloacetic acid Như vậy, sau khi thoái hóa các acid béo thành

CoA, chúng tiếp tục đi vào chu trình citric như các acetyl-Coa được hình thành từ acid pyruvic trong quá trình chuyển hóa glucose Các nguyên tử hydro tạo ra cũng bị oxy hóa bởi hệ thống oxy hóa thẩm thaais của ty thể, được sử dụng trong quá trình oxy hóa carbohydrates, giải phóng một lượng lớnadenosine triphosphate (ATP)

oxy hóa chất béo TrongHình 69-2 ,chú ý rằng có 4 nguyên tử hydro được giải phóng mỗi lần một phân tử acetyl-CoA được tách ra từ các chuỗi acid béo được giải phóng dưới các dạng:flavin adenine dinucleotide (FADH2), nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), và H + Dođó, đối với mỗi phân tử acid béo stearic được phân cắt tạo 9 phân tử acetyl-CoA, 32 nguyên tử hydro cũng được tạo ra

Ngoài ra, đối với mỗi phân tử trong 9 phân tử acetyl-CoA được tạo ra sẽ đi vào chu trình citric, và hơn 8 nguyên tử hydro nữa sẽ được giải phóng, tổng 72 nguyên tử hydro

Như vậy tổng cộng 104 nguyên tử hydro được giải phóng trong quá trình thoái hóa mỗi phân tử acid stearic Trong

đó, 34 nguyên tử được giải phóng từ quá trình thoái hóa acid béo dưới dạng kết hợp với flavoprotein và 70 nguyên

tử được giải phóng dưới dạng kết hợp với nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) như là NADH và H+

Hai nhóm nguyên tử hydro bị oxy hóa trong ty thể, như

đã thảo luận trong Chương 68, nhưng chúng đi vào hệ thống oxy hóa tại các điểm khác nhau Do đó, một phân tử ATPđược tổng hợp bằng mỗi phân tử flavoprotein hydro trong số 34 phân tử; và 1,5 phân tử ATP được tổng hợp từ mỗi phẩn tử trong tổng số 70 NADH và H+ Từ đây 34 cộng

105 bằng 139 phân tử ATP được tạo thành bởi quá trình oxy hóa hydro bắt nguồn từ mỗi phân tử acid stearic Ngoài

ra 9 phân tử ATP khác được tạo thành trong chu trình acid citric (khác so với ATP được giải phóng bởi quá trình oxi hóa hydro), mỗi phân tử tương ứng với mỗi phân tử

acetyl-reasonable quantities of unsaturated fats, and their princi-pal source is the liver This desaturation is accomplished by

a dehydrogenase in the liver cells

Use of Triglycerides for Energy: Formation of Adenosine Triphosphate

The dietary intake of fat varies considerably in persons of different cultures, averaging as little as 10 to 15 percent of caloric intake in some Asian populations to as much as 35

to 50 percent of the calories in many Western populations

For many persons the use of fats for energy is therefore as important as the use of carbohydrates In addition, many

of the carbohydrates ingested with each meal are converted into triglycerides, stored, and used later in the form of fatty

acids released from the triglycerides for energy

Hydrolysis of Triglycerides Into Fatty Acids and Glycerol The first stage in using triglycerides for energy is their hydrolysis into fatty acids and glycerol Then, both the fatty acids and the glycerol are transported in the blood to the active tissues, where they will be oxidized to give energy Almost all cells—with some exceptions, such as brain tissue and red blood cells—can use fatty acids for

energy

Glycerol, upon entering the active tissue, is

immedi-ately changed by intracellular enzymes into glycerol-3-phosphate, which enters the glycolytic pathway for glucose

breakdown and is thus used for energy Before the fatty acids can be used for energy, they must be processed

further in the mitochondria

Entry of Fatty Acids Into Mitochondria Degradation and oxidation of fatty acids occur only in the mitochondria

Therefore, the first step for the use of fatty acids is their transport into the mitochondria This carrier-mediated

process uses carnitine as the carrier substance Once inside

the mitochondria, fatty acids split away from carnitine and are degraded and oxidized

Degradation of Fatty Acids to Acetyl Coenzyme A by Beta­Oxidation The fatty acid molecule is degraded in the mitochondria by progressive release of two-carbon

seg-ments in the form of acetyl coenzyme A (acetyl-CoA) This

process, which is shown in Figure 69-2, is called the

beta-oxidation process for degradation of fatty acids.

To understand the essential steps in the beta-oxidation

process, note that in Equation 1 in Figure 68-2, the

first step is combination of the fatty acid molecule with

supplements the synthesis of fat in the liver, as discussed

later in the chapter

Tissue Lipases Permit Exchange of Fat Between

Adipose Tissue and the Blood As discussed earlier, large

quantities of lipases are present in adipose tissue Some of

these enzymes catalyze the deposition of cell triglycerides

from the chylomicrons and lipoproteins Others, when

activated by hormones, cause splitting of the triglycerides

of the fat cells to release free fatty acids Because of the

rapid exchange of fatty acids, the triglycerides in fat cells

are renewed about once every 2 to 3 weeks, which means

that the fat stored in the tissues today is not the same fat

that was stored last month, thus emphasizing the dynamic

state of storage fat

Liver Lipids

The principal functions of the liver in lipid metabolism are

to (1) degrade fatty acids into small compounds that can

be used for energy; (2) synthesize triglycerides, mainly

from carbohydrates, but to a lesser extent from proteins as

well; and (3) synthesize other lipids from fatty acids,

espe-cially cholesterol and phospholipids

Large quantities of triglycerides appear in the liver (1)

during the early stages of starvation, (2) in diabetes

melli-tus, and (3) in any other condition in which fat instead of

carbohydrates is being used for energy In these conditions,

large quantities of triglycerides are mobilized from the

adipose tissue, transported as free fatty acids in the blood,

and redeposited as triglycerides in the liver, where the

initial stages of much of fat degradation begin Thus, under

normal physiological conditions, the total amount of

tri-glycerides in the liver is determined to a great extent by the

overall rate at which lipids are being used for energy

The liver may also store large amounts of lipids in

lipo-dystrophy, a condition characterized by atrophy or genetic

deficiency of adipocytes

The liver cells, in addition to containing triglycerides,

contain large quantities of phospholipids and cholesterol,

which are continually synthesized by the liver Also, the

liver cells are much more capable of desaturating fatty acids

than are other tissues, and thus liver triglycerides normally

are much more unsaturated than the triglycerides of

adipose tissue This capability of the liver to desaturate

fatty acids is functionally important to all tissues of the

body because many structural elements of all cells contain

O

O

Acetoacetic acid

Acetone

OH

O

+ 2H

O

-Hydroxybutyric acid

Unit XIII  Metabolism and Temperature Regulation

độvận chuyển nhanh các chất này do chúng cóđộtan cao

với màng của các tế bào dích, vì thế cho phép chúng có khả

năng khuếch tán nhanh chóng vào trong các tế bào

Ketosis trong đói lâu ngày, bệnh tiểu đường, và

cácbệnh khác. Nồng độ acid acetoacetic, acid

β-hydroxybutyric, và aceton đôi khi tăng lên gấp nhiều lần

bình thường ở trong máu và dịch kẽ; tình trạng này được

gọi là ketosis bởi vì acid acetoacetic là một acid keto

Ba hợp chất này được gọi là thể ketone Ketosis xảy ra đặc

biệt là sau khi đói lâu ngày, ở những người bị đái tháo

đường, và đôi khi ngay cả khi chế độ ăn uống của một

người gồm hầu hết là chất béo Trong tất cả các trường hợp

này, cơ bản không có chuyển hóa carbohydrates trong đói

lâu ngày và với một chế độ ăn giàu chất béo bởi vì không

có carbohydrates, và trong đái tháo đường bởi vì không có

insulin để vận chuyển glucose vào trong tế bào

Khi carbohydrates khôngđược sử dụng để cung cấp năng lượng, thì hầu hết tất cả năng lượng của cơ thể phải

được cung cấp từ quá trình trao đổi chất béo Chúng ta sẽ

thấy nó ở phần sau trong chương này, đó là khi không có

sẵn carbohydrates nên tự động làm tăng tốc độ phân giải

các acid béo từ mô mỡ Ngoài ra, một vài yếu tố nội tiết

như là: vỏ tuyến thượng thận tăng tiết glucocorticoids, tụy

tăng tiết glucagon, và tụy giảm tiết insulin, do đó làm giải

phân giải các acid béo ở các mô mỡ Kết quả là số lượng

lớn acid béo xuất hiện (1) để các tế bào ngoại vi sử dụng để

tạo năng lượng và (2) tới các tế bào gan, nơi mà nhiều acid

béo được chuyển đổi thành thể ketone

Thể ketone đi ra khỏi gan được mang tới các tế bào Vì

nhiều lý do, các tế bào được giới hạn số lượng thể ketone

có thể bị oxy hóa Trong đó lý do quan trọng nhất là một

trong những sản phẩm của quá trình chuyển hóa

carbohydrat là oxaloacetate liên kết với acetyl-CoA trước

khi nó có thể được đi vào chu trình citric Vì thế, sự thiếu

hụt oxaloacetate có nguồn gốc từ carbohydrates sẽ hạn chế

sự đi vào của acetyl-CoA vào trong chu trình citric, và khi

giải phóng ra cùng một lúc lượng lớn acid acetoacetic và

các thể ketone khác từ gan xảy ra, nồng độ acid acetoacetic

và acid β-hydroxybutyric đôi khi tăng lên gấp 20 lần bình

thường, do đó dẫn tới toan mạnh, như đã nói đến trong

Chương 31

Acetoneđược hình thành trong ketosis là một chất dễ

bay hơi, một số lượng nhỏ được đẩy ra ngoài không khí qua

phổi, do đó hơi thở có mùi acetone thường được dùng làm

một tiêu chuẩn để chẩn đoán ketosis

Thích ứng với chế độ ăn giàu chất béo. Khi thay

đổi chậm từ một chế độ ăn carbohydrates chuyển thành chế

độ ăn gần như hoàn toàn là chất béo, cơ thể một người sẽ

thích ứng với việc sử dụng nhiều acid acetoacetic nhiều hơn

bình thường, và trong trường hợp này, ketosis bình thường

không xảy ra Ví dụ, ở Inuit (Eskimos), đôi khi họ ăn chế độ

ăn nhiều chất béo, nhưng không xảy ra ketosis Chắc

chắn, một số yếu tố, nhưng không rõ ràng, đã nâng cao tỷ lệ

chuyển hóa acid acetoacetic trong các tế bào Sau đó một

vài tuần, thậm chí các tế bào não thường lấy năng lượng hầu

như hoàn toàn từ glucose, cũng có thể sử dụng 50-70%

năng

lượng.từ chất béo

COOH (Acetyl-CoA carboxylase)

C

H ình 69­3. Tổng hợp các acid béo

B ước 1:

B ước 2:

Malonyl-CoA

Tổng hợp các Triglycerides từ Carbohydrates

Bất cứ khi nào một số lượng lớn carbohydrates đi vào cơ thể nhiều hơn lượng cần thiết để tạo năng lượng ngay lúc

đó hoặc có thể dự trữ dưới dạng cấu trúc glycogen, lượng

dư thừa này sẽ nhanh chóng được chuyển đổi thành triglycerides và dự trữ dưỡi dạng này trong mô mỡ

Ở người, hầu hết việc tổng hợp triglycerides xảy ra ở gan, nhưng một lượng nhỏ cũng được tổng hợp ở mô mỡ Triglycerides được tổng hợp ở gan sẽ được vận chuyển chủ yếu dưới dạng VLDLs tới mô mỡ, nơi chúng được dự trữ

đầu tiên trong quá trình tổng hợp triglycerides là chuyển hóa carbohydrates thành acetyl-CoA Như đã giải thích trong Chương 68, sự chuyển đổi này xảy ra trong sự thoái hóa bình thường của glucose trong quá trình đường phân Bởi vì các acid béo là các polime lớn của acid acetic, nên rất dễ hiểu cách acetyl-CoA có thể chuyển hóa thành các acid béo Tuy nhiên, tổng hợp các acid béo từ acetyl-CoA không đơn giản chỉ là ngược lại của quá trình oxy hóa Thay vào đó, nó xảy ra qua hai bước như đã diễn tả trong

Hình 69-3 , sử dụng malonyl-CoA và nicotinamide adenin

dinucleotide phosphate (NADPH) như là chất trung gian chủ yếu trong quá trình polyme hóa

Sự kết hợp các acid béo với α­Glycerophosphate

để tạo thành Triglycerides

Khi tổng hợp chuỗi acid béo đã có 14-18 nguyên tử carbon, chúng liên kết với glycerol để tạo thành triglycerides Enzyme xúc tác cho sự kết hợp này là chất đặc hiệu cao với các acid béo, với chuỗi dài 14 nguyên tử carbon hoặc dài hơn, một yếu tố điều hòa tính chất vật lý của triglycerides

dự trữ trong cơ thể Như thể hiện trong Hình 69-4 , phần glycerol của

triglycerides được lấy từ α-glycerophosphate, nó là một sản phẩm khác có nguồn gốc từ quá trình đường phân thoái hóa của glucose Quá trình trao đổi chất này đã được thảo luận trong Chương 68

béo. Trong quá trình tổng hợp triglycerides, chỉ có khoảng 15% năng lượng ban đầu trong đường bị mất đi dưới dạng tạo nhiệt, còn lại 85% được chuyển sang dạng dự trữ triglycerides

Chapter 69 Lipid Metabolism

dự trữ và một lượng nhỏ là các acid béo tự do Chúng được giữ ở trạng thái ổn định như vậy Khi một lượng lớn α-glycerophosphate có mặt (xảy ra khi tồn tại một lượng lớn carbohydrates dư thừa), α-glycerophosphate dư thừa liên kết với các acid béo tự do để tạo thành cấu trúc dự trữ triglycerides Kết quả là tạo ra trạng thái cân bằng ổn định giữa acid béo tự do và triglycerides thoái hóa thông qua triglycerides dự trữ; do đó, chỉ một lượng nhỏ acid béo có sẵn được dùng để tạo năng lượng Vì α-glycerophosphate là một sản phẩm quan trọng của quá trình chuyển hóa glucose, nên khi có sẵn một lượng lớn glucose thì sẽ ức chế sự sử dụng acid béo để tạo năng lượng

thừa, acid béo sẽ được tổng hợp nhanh hơn lượng chúng bị thoái hóa Tác động này được gây ra một phần là do một lượng lớn acetyl-CoA được tạo thành từ carbohydrates và bởi nồng độ thấp của các acid béo tự do trong mô mỡ, do

đó tạo điều kiện thích hợp cho việc chuyển đổi acetyl-CoA thành acid béo

Một yếu tố thậm chí quan trọng hơn nhằm thúc đẩy quá trình chuyển đổi carbohydrates thành chất béo là: Bước đầu tiên là bước giới hạn tốc độ, quá trình tổng hợp acid béo bằng việc carboxyl hóa acetyl-CoA tạo thành malonylCoA Tốc độ của phản ứng này được kiểm soát chủ yếu bởi enzyme acetyl-CoA carboxylase, nó hoạt động làm tăng tốc

độ xuất hiện các chất trung gian của chu trình citric Khi carbohydrates dư thừa đang được sử dụng, các chất trung gian tăng lên sẽ tự động làm tăng tổng hợp acid béo

phần ăn không chỉ đóng vai trò như một chất béo tích trữ

mà còn làm tăng dự trữ chất béo Thực tế,tất cả carbohydrat

dư thừa không được sử dụng để tạo năng lượng hoặc dự trữ dưới dạng glycogen của cơ thể được chuyển đổi sang dạng chất béo để dự trữ

Hiệu suất sử dụng chất béo tạo năng lượng trong khi thiếu vắng Carbohydrates. Tất cả lượng chất béo tích trữ được chuyển hóa từ carbohydrates sẽ bị mất và đảo ngược lại quá trình khi không đủ carbohydrates Các cân bằng sẽ chuyển theo hướng ngược lại, và chất béo được huy động từ các tế bào mỡ và sử dụng tạo năng lượng

tại chỗ của các carbohydrates Một số yếu tố nội tiết cũng đóng vai trò quan trọng, chúng thúc đẩy huy động nhanh các acid béo từ các mô mỡ Trong số đó, tác động quan trọng nhất của các yếu tố nội tiết là làm thay đổi giảm đáng kể sự tiết insulin của tuyến tụy do sự thiếu vắng carbohydrates

Nó không chỉ làm giảm sử dụng glucose ở mô mà còn làm giảm dự trữ chất béo, nó tiếp tục làm thay đổi các trạng thái cân bằng có lợi trong quá trình chuyển hóa chất béo ở vị trí của carbohyrates

Tầm quan trọng của việc tổng hợp và dự trữ chất béo.Tổng hợp chất béo từcarbohydrates làđặc biệt quan trọng vì hai lý do:

1 Khả năng của các tế bào khác nhau trong cơ thể trong lưu trữ carbohydrates dưới dạng glycogen là rất nhỏ, tối đa chỉ khoảng vài trăm grams glycogen có thể được dự trữ trong gan, cơ xương và các mô khác của

cơ thể Ngược lại, chất béo lại được dữ trữ nhiều kilo gram trong các mô mỡ Vì thế, sự tổng hợp chất béo

có ý nghĩa rất quan trọng do năng lượng của thức ăn carbohydrates dư thừa (và protein) có thể được dự trữ để dùng sau này Thật vậy, ở người trung bình lượng chất béo dự trữ gấp khoảng 150 lần lượng carbohydrates được dự trữ

2 Mỗi gram chất béo có thể cung cấp gấp hai lần lượng calo năng lượng cung cấp bởi mỗi gram glycogen Vì thế, khi tăng một cân nặng nhất định, một người có thể dự trữ năng lượng dưới dạng chất béo gấp vài lần năng lượng dưới dạng của carbohydrate, điều đó cực

kỳ quan trọng khi một con vật cần hoạt động nhiều

để tồn tại

Không tổng hợp được chất béo từ Carbohydrates

trong điều kiện vắng mặt Insulin. Sự thiếu nghiêm trọng insulin xảy ra ở những người có bệnh đái tháo đường nghiêm trọng, chất béo sẽ được tổng hợp kém, do tất cả các nguyên nhân sau: Thứ nhất, khi thiếu insulin, glucose không thể đi vào các tế bào mỡ và các tế bào gan một cách dễ dàng, vì vậy có rất ít acetyl-CoA và NADPH cần cho tổng hợp chất béo có nguồn gốc từ glucose Thứ hai, thiếu glucose trong các tế bào mỡ làm giảm đáng kể số lượng α-glycerophosphate, nó cũng gây khó tổng hợp các mô từ triglycerides

Tổng hợp Triglycerides từ Proteins

Nhiều acid amin có thể được chuyển đổi thành acetyl-CoA, như đã thảo luận trong chương 70 Acetyl-CoA sau đó có thể tổng hợp thành triglycerides Vì thế, khi một người có khẩu phần ăn chứa quá nhiều proteins so với lượng protein các mô của họ có thể sử dụng, thì một phần lớn lượng dư thừa sẽ được dự trữ dưới dạng mỡ

Cơ chế tạo năng lượng giải phóng từ Triglycerides

Carbohydrates được ưu tiên để tạo năng lượng hơn chất béo khi có sẵn một lượng lớn carbohydrates. Khi

có sẵn một lượng lớn carbohydrates trong cơ thể, carbohydrates sẽ được ưu tiên sử dụng hơn triglycerides để tạo năng lượng Một số lý do tồn tại do lượng chất béo tích trữ này được tạo từ carbohydrates Đầu tiên, chất béo trong các tế bào mô mỡ tồn tại dưới hai hình thức: triglycerides

transported, as is also true for free fatty acid transport

The rapid transport of both these substances results

from their high solubility in the membranes of the target

cells, which allows almost instantaneous diffusion into

the cells

Ketosis in Starvation, Diabetes, and Other Diseases

The concentrations of acetoacetic acid, β-hydroxybutyric

acid, and acetone occasionally rise to levels many times

normal in the blood and interstitial fluids; this condition is

called ketosis because acetoacetic acid is a keto acid The

three compounds are called ketone bodies Ketosis occurs

especially as a consequence of starvation, in persons with

diabetes mellitus, and sometimes even when a person’s diet

is composed almost entirely of fat In all these states,

essen-tially no carbohydrates are metabolized—in starvation and

with a high-fat diet because carbohydrates are not

avail-able, and in diabetes because insulin is not available to

cause glucose transport into the cells

When carbohydrates are not used for energy, almost all

the energy of the body must come from metabolism of fats

We shall see later in the chapter that the unavailability of

carbohydrates automatically increases the rate of removal

of fatty acids from adipose tissues In addition, several

hor-monal factors—such as increased secretion of

glucocorti-coids by the adrenal cortex, increased secretion of glucagon

by the pancreas, and decreased secretion of insulin by the

pancreas—further enhance the removal of fatty acids from

the fat tissues As a result, large quantities of fatty acids

become available (1) to the peripheral tissue cells to be used

for energy and (2) to the liver cells, where much of the fatty

acid is converted to ketone bodies

The ketone bodies pour out of the liver to be carried to

the cells For several reasons, the cells are limited in the

amount of ketone bodies that can be oxidized The most

important reason for this limitation is that one of the

prod-ucts of carbohydrate metabolism is the oxaloacetate that is

required to bind with acetyl-CoA before it can be

pro-cessed in the citric acid cycle Therefore, deficiency of

oxa-loacetate derived from carbohydrates limits the entry of

acetyl-CoA into the citric acid cycle, and when a

simultane-ous outpouring of large quantities of acetoacetic acid and

other ketone bodies from the liver occurs, the blood

con-centrations of acetoacetic acid and β-hydroxybutyric acid

sometimes rise to as high as 20 times normal, thus leading

to extreme acidosis, as explained in Chapter 31

The acetone that is formed during ketosis is a volatile

substance, some of which is blown off in small quantities

in the expired air of the lungs, thus giving the breath an

acetone smell that is frequently used as a diagnostic

crite-rion of ketosis

Adaptation to a High­Fat Diet When changing slowly

from a carbohydrate diet to a diet almost completely

con-sisting of fat, a person’s body adapts to use far more

aceto-acetic acid than usual, and in this instance, ketosis normally

does not occur For instance, in the Inuit (Eskimos),

who sometimes live mainly on a fat diet, ketosis does not

develop Undoubtedly, several factors, none of which is

clear, enhance the rate of acetoacetic acid metabolism by

the cells After a few weeks, even the brain cells, which

normally derive almost all their energy from glucose, can

derive 50 to 75 percent of their energy from fats

H ình 69­4. Sơ đồ tổng thể tổng hợp Triglycerides từ Glucose  

Glucose

Fatty acids

Triglycerides

Glycolytic pathway

Pentose phosphate pathway

Synthesis of Triglycerides From Carbohydrates

Whenever a greater quantity of carbohydrates enters the body than can be used immediately for energy or can

be stored in the form of glycogen, the excess is rapidly converted into triglycerides and stored in this form in

the adipose tissue

In humans, most triglyceride synthesis occurs in the liver, but minute quantities are also synthesized in the adipose tissue The triglycerides formed in the liver are transported mainly in VLDLs to the adipose tissue, where

they are stored

Conversion of Acetyl­CoA Into Fatty Acids The first step in the synthesis of triglycerides is conversion of

car-bohydrates into acetyl-CoA As explained in Chapter 68, this conversion occurs during the normal degradation of glucose by the glycolytic system Because fatty acids are actually large polymers of acetic acid, it is easy to

under-stand how acetyl-CoA can be converted into fatty acids

However, the synthesis of fatty acids from acetyl-CoA is not achieved by simply reversing the oxidative degradation described earlier Instead, this occurs by the two-step

process shown in Figure 69-3, using malonyl-CoA and

reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) as the principal intermediates in the

polymeriza-tion process

Combination of Fatty Acids With α­Glycerophosphate to Form Triglycerides

Once the synthesized fatty acid chains have grown to contain 14 to 18 carbon atoms, they bind with glycerol to form triglycerides The enzymes that cause this conversion are highly specific for fatty acids, with chain lengths of 14 carbon atoms or greater, a factor that controls the physical

quality of the triglycerides stored in the body

As shown in Figure 69-4, the glycerol portion of

tri-glycerides is furnished by α-glycerophosphate, which is another product derived from the glycolytic scheme of glucose degradation This mechanism is discussed in

Chapter 68

Efficiency of Carbohydrate Conversion Into Fat Dur-ing triglyceride synthesis, only about 15 percent of the original energy in the glucose is lost in the form of heat;

the remaining 85 percent is transferred to the stored triglycerides

Unit XIII  Metabolism and Temperature Regulation

870

được dự trữ có thể là nguyên nhân gây ra béo phì di truyền

ở người Tuy nhiên, đơn gien (monogenic) nguyên nhân gây bệnh béo phí ở người rất hiếm xảy ra, nó sẽ được thảo luận kĩ hơn trong Chương 72

Phospholipids v à Cholesterol Phospholipids

Các loại phospholipid chính trong cơ thể con người là lecithins, cephalins, và sphingomyelin; công thức hóa học điển hình của chúng được thể hiện như trong Hình 69-5

Phospholipid luôn luôn chứa một hay nhiều phân tử acud béo và một gốc acid phosphoric, và chúng thường có chứa một nitrogenous base Mặc dù cấu trúc hóa học của phospholipids rất đa dạng, nhưng tính chất vật lý của chúng

là tương tự nhau bởi vì tất cả chúng đều là lipid hòa tan, được vận chuyển bởi lipoproteins, và được sử dụng khắp cơ thể để cấu tạo nhiều cấu trúc, như là màng tế bào và màng nội bào

Cơ chế nội tiết điều hòa sử dụng chất béo. Có ít nhất

bảy trong số các hormone tiết ra bởi các tuyến nội tiết có

tác dụng đến việc sử dụng chất béo Một hormone quan

trọng tác động tới chuyển hóa chất béo là do thiếu insulin,

như đã thảo luận trong đoạn trước Có lẽ sự tăng đáng kể

nhất việc sử dụng chất béo là khi hoạt động nặng Kết quả

của việc tăng này đa phần là do sự giải phóng của

epinephrine và norrpinephrine bởi tuyến tủy thượng thận

trong quá trình hoạt động, giống như kết quả của sự kích

thích giao cảm Hai hormone này hoạt hóa trực tiếp enzyme

triglyceride lipase nhạy cảm với hormone, enzyme này có

mặt nhiều trong các tế bào mỡ, và sự kích hoạt này làm

phân cắt nhanh các triglycerides và huy động nhanh các

acid béo Đôi khi nồng độ các acid béo tự do trong máu của

một người lao động có thể tăng gấp 8 lần, và việc sử dụng

các acid béo đó bởi cơ để cung cấp năng lượng tương ứng

cũng tăng lên Các loại stress khác cũng làm kích hoạt hệ

thần kinh giao cảm có thể cũng làm tăng huy động acid béo

và tác động tương tự như trên

Stress cũng làm một lượng lớn corticotropin được giải

phóng bởi thùy trước tuyến yên, nó làm cho vỏ thượng thận

tiết ra thêm một lượng glucocorticoids

Cả corticotropin và glucocorticoids đều kích hoạt enzym

triglyceride lipase nhạy nhạy cảm hormone bằng một trong

hai chất là epinephrine và norepinephrine hoặc một lipase

tương tự Khi corticotropin và glucocorticoids được tiết ra

với số lượng lớn trong thời gian dài, như xảy ra trong hội

chứng nội tiết được gọi là hội chứng Cushing, chất béo

thường xuyên được huy động với một số lượng lớn dẫn tới

kết quả là ketosis Corticotropin và glucocorticoids trong

hội chứng đó được nói đến như một tác động dẫn tới

ketosis Hormone tăng trưởng GH cũng có tác động tương

tự nhưng yếu hơn so với corticotropin và glucocorticoids

trong tác động tới các lipase nhạy cảm hormone Do đó,

hormone tăng trưởng có thể cũng là một tác nhân nhỏ dẫn

tới ketosis nhẹ

Hormone Thyroid làm tăng huy động chất béo, người ta

tin rằng nó là kết quả gián tiếp từ việc tăng tổng thể quá

trình chuyển hóa năng lượng ở tất cả các tế bào của cơ thể

dưới tác dụng của hormone này Kết quả làm giảm lượng

acetyl-CoA và một số chất trung gian khác của cả hai quá

trình chuyển hóa chất béo và carbohydrates trong các tế bào

dẫn tới kích thích huy động chất béo

Sự tác động của các hormone khác nhau trong quá trình

chuyển hóa sẽ được thảo luận rõ hơn trong các chương nói

về từng hormone đó

B éo phì - S ự lắng đọng chất béo dư thừa

Béo phì (Obesity) được thảo luận trong Chương 72 liên

quan tới chế độ ăn uống không cân đối trong một thời gian

dài, nó gây ra bởi việc ăn vào một lượng thức ăn lớn hơn

lượng cơ thể cần để tạo năng lượng Lượng thức ăn dư

thừa, cho dù là chất béo, carbohydrates hay protein sau đó

hầu hết đều được dự trữ dưới dạng chất béo trong mô mỡ,

và sẽ được sử dụng tạo năng lượng sau

Một số chủng động vật gắm nhấm đã tìm ra có sự di

truyền béo phì xảy ra Trong số đó có ít nhất một chủng,

ngyên nhân gây tăng cường tích trữ dự trữ chất béo dẫn tới

kết quả là béo phì nặng Nhiều yếu tố di truyền ảnh hưởng

tới trung tâm não điều hòa năng lượng hay những con

đường mà kiểm soát năng lượng sử dụng hoặc năng lượng

H ình 69­5. Các loại phospholipids. 

C O

O

P

O

OH

C O

O

HC

C O

O

P

O

OH

C O

O

HC

P

O

CH CH

OH

HC H

C NH

O

C

CH

HO

A lecithin

A cephalin

Sphingomyelin

Chapter 69 Lipid Metabolism

871

các nhân sterol có thểsửađổi bởi các chuỗi bên khác nhau

để tạo thành (1) cholesterol; (2) acid cholic, là cơ sở của acid mật hình thành ở gan; và (3) nhiều hormone steroid quan trong tiết ra bởi tuyến vỏ thượng thận, buồng trứng,

và tinh hoàn ( các hormone này sẽ được thảo luận kĩ trong các chương sau)

Những yếu tố ảnh hưởng tới nồng độ Cholesterol huyết tương - Cơ chế điều hòa ngược Cholesterol cơ thể. Các yếu tố quan trọng trong số các yếu tố ảnh hưởng tới nồng độ cholesterol huyết tương được nêu dưới đây:

1 Sự tăng lượng cholesterol ăn vào mỗi ngày có thể làm tăng nhẹ nồng độ trong huyết tương Tuy nhiên, khi cholesterol ăn vào, sự tăng nồng độ cholesterol

ức chế hầu hết các enzyme cần thiết cho sự tổng hợp cholesterol nội sinh, 3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA reductase, do đó tạo ra một hệ thống điều hòa ngược nội tại để ngăn chặn sự gia tăng quá mức nồng

độ cholesterol huyết tương Kết quả là, nồng độ cholesterol huyết tương thường không tăng quá hoặc giảm quá ± 15% bởi tác động của lượng cholesterol

ăn vào, mặc dù phản ứng của các cá thể là khác nhau

2 Một chế độ ăn nhiều chất béo bão hòa cũng làm tăng nồng độ cholesterol máu lên 15-25%, đặc biệt khi chế độ ăn này có liên quan tới việc tăng cân quá mức

và bệnh béo phì Sự tăng nồng độ cholesterol trong máu này là kết quả của sự tăng lắng đọng mỡ trong gan, sau đó nó cung cấp số lượng lớn acetyl-CoA trong các tế bào gan sản xuất cholesterol Vì thế, muốn giảm nồng độ cholesterol máu cần duy trì chế

độ ăn ít chất béo bão hòa và duy trì cân nặng bình thường thậm chí còn quan trọng hơn một chế độ ăn ít cholesterol

3 Ăn chất béo chứa nhiều các acid béo không bão hòa thường gây ức chế làm giảm nhẹ nồng độ cholesterol máu giữ ở mức vừa phải Cơ chế tác động này chưa được hiểu rõ, mặc dù vậy trong thực tế nó vẫn là cơ

sở cơ bản của nhiều chế độ ăn uống

4 Thiếu insulin hoặc hormone thyroid làm tăng nồng

độ cholesterol máu, trong khi thừa hormone thyroid làm giảm nồng độ Tác động này được cho là gây chủ yếu bởi sự thay đổi mức độ kích hoạt các enzyme đặc hiệu chịu trách nhiệm trong quá trình chuyển hóa các chất lipid

5 Rối loạn di truyền cơ chế chuyển hóa cholesterol có làm tăng đáng kể mức cholesterol huyết tương.Ví dụ, các đột biến của gen thụ thể LDL ngăn cản gan thu nhận các LDL giàu cholesterol từ huyết tương Cũng như sẽ thảo luận sau trong chương này, hiện tượng này làm cho gan sản xuất quá mức lượng cholesterol Các đột biến gen mã hóa apolipoprotein B, một phần của LDL liên kết với các thụ thể, cũng gây tăng sản xuất cholesterol quá mức bởi gan

Sự h ình thành phospholipids Phospholipidsđược tổng hợp trong tất cả các tế bào của cơ thể, mặc dù có một

số tế bào có khả năng đặc biệt tổng hợp một lượng lớn chúng Có lẽ khoảng 90% chúng được tạo thành trong các

tế bào gan; một số được hình thành ở các tế bào biểu mô ruột trong quá trình hấp thụ lipid từ hệ thống ruột

Tốc độ hình thành phospholipid được chi phối bởi một

số yếu tố thông thường điều hòa kiểm soát tổng thể quá trình chuyển hóa chất béo

Sử dụng phospholipids.Phospholipids có một số chức

năng, bao gồm:

1 Phospholipids là một thành phần quan trọng của lipoproteins trong máu và rất cần thiết cho sự tạo thành và chức năng của hầu hết các lipoproteins; khi thiếu các phospholipids, sẽ xảy ra các bất thường nghiêm trọng đối với sự vận chuyển cholesterol và một số lipid khác

2 Thromboplastin, rất cần thiết để khởi đầu quá trình đông máu, và là thành phần chủ yếu của một trong các cephalins

3 Một lượng lớn sphingomyelin có mặt trong hệ thần kinh; chất này đóng vai trò như một chất cách điện trong các bao myelin quanh các sợi thần kinh

4 Phospholipids là nguồn cung cấp các gốc phosphate khi các phản ứng hóa học khác nhau trong các mô cần các gốc này

5 Có lẽ quan trọng nhất trong tất cả các chức năng của phospholipids là nó tham gia vào việc cấu tạo các cấu trúc hình thành lên màng tế bào trong các tế bào

ở khắp cơ thể, như thảo luận trong phần tiếp theo của chương này; kết hợp với chức năng tương tự như chức năng của cholesterol

Cholesterol

Cholesterol có công thức được thể hiện trong Hình 69-6 ,

nó cóở trong khẩu phần ăn bình thường và nó có thể được

hấp thu chậm từ hệ thống ruột vào các bạch huyết ruột Nó tan tốt trong lipid nhưng lại ít tan trong nước Nó đặc biệt

có khả năng tạo este với acid béo Thật vậy, khoảng 70%

lượng cholesterol trong lipoproteins của huyết tương ở dạng cholesterol este

Sự tạo thành Cholesterol.Bên cạnh lượng cholesterol được hấp thu mỗi ngày từ hệ tiêu hóa, đó được gọi là cholesterol ngoại sinh, thì một lượng lớn được tạo thành trong các tế bào của cơ thể, được gọi là cholesterol nội sinh

Về cơ bản tất cả cholesterol nội sinh lưu thông trong các lipoproteins của huyết tương được tạo thành nhờ gan, nhưng tất cả các tế bào khác của cơ thể cũng tạo thành một lượng nhỏ cholesterol, nó phù hợp với thực tế là nhiều cấu trúc màng tế bào của tất cả các tế bào đều được cấu tạo từ chất này

Cấu trúc cơ bản của cholesterol là một nhân sterol, nó được tổng hợp hoàn toàn từ các phân tử acetyl-CoA Đổi lại,

causes progressive enhancement of the fat stores, resulting

in severe obesity Multiple genetic factors that influence brain feeding centers or pathways that control energy expenditure or that alter energy storage can also cause hereditary obesity in humans However, monogenic (single gene) causes of human obesity are rare, as discussed in

Chapter 72

Phospholipids and Cholesterol Phospholipids

The major types of body phospholipids are lecithins, cepha-lins, and sphingomyelin; their typical chemical formulas

are shown in Figure 69-5 Phospholipids always contain

one or more fatty acid molecules and one phosphoric acid radical, and they usually contain a nitrogenous base

Although the chemical structures of phospholipids are somewhat variant, their physical properties are similar because they are all lipid soluble, transported in

lipopro-teins, and used throughout the body for various structural purposes, such as in cell membranes and intracellular

membranes

shifts the equilibrium in favor of fat metabolism in place of

carbohydrates

Hormonal Regulation of Fat Utilization At least

seven of the hormones secreted by the endocrine glands

have significant effects on fat utilization Some important

hormonal effects on fat metabolism—in addition to lack

of insulin, discussed in the previous paragraph—are

noted here

Probably the most dramatic increase that occurs in fat

utilization is that observed during heavy exercise This

increase results almost entirely from release of epinephrine

and norepinephrine by the adrenal medullae during

exer-cise, as a result of sympathetic stimulation These two

hormones directly activate hormone-sensitive triglyceride

lipase, which is present in abundance in the fat cells, and

this activation causes rapid breakdown of triglycerides and

mobilization of fatty acids Sometimes the free fatty acid

concentration in the blood of an exercising person rises as

much as eightfold, and the use of these fatty acids by the

muscles for energy is correspondingly increased Other

types of stress that activate the sympathetic nervous system

can also increase fatty acid mobilization and utilization in

a similar manner

Stress also causes large quantities of corticotropin to be

released by the anterior pituitary gland, which causes the

adrenal cortex to secrete extra quantities of glucocorticoids

Both corticotropin and glucocorticoids activate either the

same hormone-sensitive triglyceride lipase as that

acti-vated by epinephrine and norepinephrine or a similar

lipase When corticotropin and glucocorticoids are secreted

in excessive amounts for long periods, as occurs in the

endocrine condition called Cushing’s syndrome, fats are

frequently mobilized to such a great extent that ketosis

results Corticotropin and glucocorticoids are then said to

have a ketogenic effect Growth hormone has an effect

similar to but weaker than that of corticotropin and

gluco-corticoids in activating hormone-sensitive lipase Therefore,

growth hormone can also have a mild ketogenic effect

Thyroid hormone causes rapid mobilization of fat, which

is believed to result indirectly from an increased overall

rate of energy metabolism in all cells of the body under the

influence of this hormone The resulting reduction in

acetyl-CoA and other intermediates of both fat and

carbo-hydrate metabolism in the cells is a stimulus to fat

mobilization

The effects of the different hormones on metabolism are

discussed further in the chapters dealing with each

hormone

Obesity—Excess Deposition of Fat

Obesity is discussed in Chapter 72 in relation to dietary

balances, but briefly, it is caused by the ingestion of greater

amounts of food than can be used by the body for energy

The excess food, whether fats, carbohydrates, or proteins,

is then stored almost entirely as fat in the adipose tissue, to

be used later for energy

Several strains of rodents have been found in which

hereditary obesity occurs In at least one of these strains,

the obesity is caused by ineffective mobilization of fat from

the adipose tissue by tissue lipase, while synthesis and

storage of fat continue normally Such a one-way process

H ình 69­6. Cholesterol  

CH

HO

CH

Unit XIII  Metabolism and Temperature Regulation

Một bất thường có thể được xác định rất sớm trong mạch máu, mà sau đó nó có thể trở thành xơ vữa động mạch là do tổn thương của lớp nội mạc mạch máu Tổn thương này lại tácđộng làm tăng sự bám dính của các phân tử nội mô và giảm khả năng giải phóng nitric oxide của chúng - chất giúp ngăn cản sự bám dính của các đại thực bào, tiểu cầu và các bạch cầu đơn nhân vào lớp nội mô Sau khi gây tổn thương cho các tế bào nội mô mạch máu, các bạch cầu đơn nhan và các lipids ( chủ yếu là các LDLs) bắt đầu tự tập tại nơi bị tổn thương(Hình 69-7A) Các bạch cầu đơn nhân vượt qua lớp nội mô, đi vào lớp sâu trong thành mạch máu,

và trở thành các đại thực bào, sau đó chúng ăn và oxy hóa các lipoprotein bị tích ở đó, làm cho các đại thực bào trông giống như một bọt nước (foamlike) Các tế bào đại thực bào foam sau đó tập trung ở trong mạch máu và tạo thành một cấu trúc có thể nhìn thấy được là vệt chất béo

thành một khối, các sợi xung quanh và mô cơ trơn phát triển tạo thành một cấu trúc lớn và một mảng lớn( xem

Hình69-7B).

Ngoài ra, cácđại thực bào còn giải phóng các chất gây phản ứng viêm và tác động mạnh tới các cơ trơn và các mô sợi trên bề mặt của thành động mạch Các lipid đọng lại cộng với sự tăng sinh của các tế bào có thể trở thành một khối quá lớn chèn ép vào lòng động mạch và làm giảm lưu lượng dòng chảy, đôi khi nó còn làm tắc hoàn toàn mạch Mặc dù không tắc, các sợi của mảng bám tăng sinh và tạo thành một mô liên kết dày đặc; xơ cứng và trở lên lớn dần làm các động mạch trở nên xơ cứng Tuy nhiên sau đó, các muối canxi thường kết tủa với cholesterol và các lipid khác của mảng xơ vữa, tạo thành xơ cứng canxi có thể làm cho động mạch trở thành các ống cứng Cả hai giai đoạn sau đó của bệnh này đều được gọi là " xơ cứng động mạch.”

và bởi vì những vùng thoái hóa trên thành của chúng, chúng trở nên dễ bị vỡ Ngoài ra, nơi các mảng xơ vữa bám vào còn ảnh hưởng tới dòng máu chảy, bề mặt thô ráp của chúng làm cho các cục máu đông phát triển tại đó, tạo thành huyết khối tại chỗ (thrombus) hoặc cục máu đông có khả năng di chuyển theo dòng máu (embolus) (xem Chương 37), dẫn tới tắc nghẽn đột ngột dòng máu trong động mạch

bệnh mạch máu Khoảng 2/3 trong số các trường hợp tử vong là do huyết khối tại một hay nhiều động mạch vành Một phần ba còn lại là do huyết khối hoặc xuất huyết mạch

ở các cơ quan khác của cơ thể, đặc biệt là não (gây đột quỵ), nhưng cũng có thể tại thận, gan, hệ tiêu hóa, chi, và

Vai tr ò c ủa Cholesterol và Lipoprotein trong xơ vữa động mạch

Tăng Low­Density Lipoproteins. Một yếu tố quan trọng gây xơ vữa động mạch là nồng độ cholesterol trong máu cao dưới dạng LDLs Nồng độ các LDLs cholesterol trong huyết tương cao, tăng lên do nhiều yếu tố, đặc biệt là do ăn nhiều chất béo bão hòa

Sử dụng đặc hiệu cholesterol trong cơ thể Chođến nay, hầu hết các cholesterol không cấu tạo màng tế bào đều

tạo thành acid cholic trong gan Nhiều hơn 80% cholesterol

được chuyển đổi thành acid cholic Như thảo luận trong

Chương 71, acid cholic được liên hợp với các chất khác để

tạo nên muối mật, có tác dụng thúc đẩy quá trình tiêu hóa

và hấp thụ chất béo

Một lượng nhỏ cholesterol được sử dụng bởi tuyến

thượng thận để tạo hormone vỏ thượng thận, (2) buồng

trứng sử dụng để tạo progesterone và estrogen, và (3) tinh

hoàn sử dụng tạo thành testosteron Các tuyến này có thể

tổng hợp các sterol cho chính nó và sau đó tạo thành

hormone, như thảo luận trong các chương về nội tiết Một

lượng lớn cholesterol bị kết tủa trong lớp sừng của da

Cholesterol này, cùng với các lipid khác, làm cho da có khả

năng không hấp thu các chất hòa tan trong nước và các tác

động của nhiều tác nhân hóa học bởi vì cholesterol và các

lipid khác của da rất trơ với acid và nhiều loại dung môi,

nếu không có chúng thì các tác nhân dễ dàng xâm nhập vào

cơ thể chúng ta Ngoài ra, các chất lipid đó giúp ngăn sự

bốc hơi nước từ da; nếu không có sự bảo vệ này , lượng

nước bốc hơi có thể lên đến 5-10 lít mỗi ngày ( xảy ra ở

những bệnh nhân bị bỏng, những người bị mất da), thay vì

thông thường chỉ khoảng 300-400 ml

Chức năng cấu trúc tế bào của Phospholipid và

Cholesterol - Đặc biệt đối với màng tế bào

Chúng tađã đề cập ở trên việc sử dụng phospholipid và

cholesterol góp phần hình thành các cấu trúc đặc biệt, chủ

yếu là màng tế bào, trong tất cả các tế bào của cơ thể Qua

Chương 2, đã chỉ ra rằng có một số lượng lớn phospholipid

và cholesterol xuất hiện ở cả màng tế bào và màng của các

bào quan trong tất cả các tế bào Nó cũng cho biết tỷ lệ

cholesterol trên phospholipid màng đặc biệt quan trọng

trong việc xác định độ linh động của màng tế bào

Đối với màng tế bào được tạo thành từ các chất không

tan trong nước có sẵn Nói chung, những chất trong cơ thể

không tan trong nước ( ngoài các chất vô cơ của xương) là

các lipid và một số protein Như vậy, gần như toàn bộ tế

bào ở khắp mọi nơi trong cơ thể chủ yếu cấu tạo từ

phospholipids, cholesterol và một số protein không hào

tan Những sự giảm phospholipids cũng làm giảm sức căng

bề mặt giữa màng tế bào và các dịch xung quanh

Một thực tế chỉ ra tầm quan trọng của phospholipids và

cholesterol trong sự hình thành các yếu tố cấu trúc các tế

bào là tốc độ đổi mới chậm của các chất trong hầu hết các

mô ngoài mô gan được tính theo tháng hoặc theo năm Ví

dụ, chức năng của chúng trong các tế bào não có tác dụng

trong quá trình ghi nhớ có liên quan chủ yếu đến tính chất

vật lý bền vững của chúng

Xơ vữa động mạch (Atherosclerosis)

Xơ vữa động mạch là một bệnh của các động mạch cỡ lớn

và cỡ trung bình, trong đó chúng bị tổn thương do chất béo

được gọi là mảng xơ vữa phát triển trên bề mặt bên trong

của thành động mạch Xơ cứng động mạch-Arteriosclerosis

, ngược lại, là một thuật ngữ dùng chung để chỉ sự dày lên

và xơ cứng của các mạch máu ở tất cả các đường kính