Номер 4, страница 266 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

4. Вспомните из курса биологии жировой обмен в клетках и тканях и расскажите о нём с точки зрения химии.

Жировой обмен, или метаболизм липидов, представляет собой совокупность сложных биохимических процессов, включающих переваривание, всасывание, транспорт, расщепление (катаболизм) и синтез (анаболизм) жиров в организме. С точки зрения химии, в основе этих процессов лежат реакции гидролиза, этерификации, окисления и восстановления.

Переваривание и всасывание жиров

Основная часть жиров поступает в организм с пищей в виде триглицеридов (триацилглицеролов) — сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и трех остатков высших жирных кислот.

В тонком кишечнике происходит их переваривание. Сначала крупные капли жира под действием желчных кислот эмульгируются, то есть разбиваются на мельчайшие капельки. Это значительно увеличивает площадь поверхности для действия ферментов.

Затем фермент панкреатическая липаза катализирует гидролиз триглицеридов. При этом происходит разрыв сложноэфирных связей с присоединением молекул воды. В результате образуются в основном две молекулы свободных жирных кислот и одна молекула 2-моноацилглицерола.

Схематически реакцию гидролиза можно представить так:

$Триацилглицерол + 2H_2O \xrightarrow{липаза} 2-Моноацилглицерол + 2~Жирные~кислоты$

Полученные продукты всасываются клетками стенки кишечника (энтероцитами), где происходит обратный процесс — ресинтез триглицеридов (реакция этерификации).

Транспорт и депонирование жиров

Поскольку жиры нерастворимы в воде (и, следовательно, в крови), для их транспорта они "упаковываются" в специальные белково-липидные комплексы — липопротеины. В энтероцитах ресинтезированные триглицериды вместе с холестерином и белками образуют хиломикроны. Они поступают в лимфу, а затем в кровь.

В крови под действием фермента липопротеинлипазы хиломикроны снова гидролизуются, высвобождая жирные кислоты. Эти кислоты поступают в клетки тканей, в первую очередь в жировую ткань (адипоциты) и мышцы.

В адипоцитах жирные кислоты вновь подвергаются этерификации с глицерин-3-фосфатом (который образуется из глюкозы), формируя запасные триглицериды. Это основной способ хранения энергии в организме.

Катаболизм жиров (высвобождение энергии)

Когда организму требуется энергия (например, при голодании или физической нагрузке), запускается процесс расщепления запасенных жиров.

Липолиз. В адипоцитах под действием гормонов (адреналина, глюкагона) активируется гормон-чувствительная липаза. Она катализирует полный гидролиз триглицеридов до глицерина и трех молекул жирных кислот.

$Триацилглицерол + 3H_2O \xrightarrow{гормон-чувствительная~липаза} Глицерин + 3~Жирные~кислоты$

Глицерин поступает в печень, где включается в гликолиз или глюконеогенез. Жирные кислоты связываются с белком альбумином в крови и транспортируются к клеткам (мышц, сердца и др.) для получения энергии.

β-окисление жирных кислот. Это основной процесс извлечения энергии из жирных кислот, протекающий в митохондриях клеток. Перед началом процесса жирная кислота должна быть активирована путем присоединения к коферменту А (CoA-SH) с затратой энергии АТФ. Образуется ацил-КоА:

$R-COOH + CoA-SH + ATP \rightarrow R-CO-SCoA + AMP + PP_i$

Процесс β-окисления представляет собой циклический каскад из четырех реакций, в каждом цикле отщепляющий от жирной кислоты двухуглеродный фрагмент в виде ацетил-КоА.

1. Окисление. Ацил-КоА дегидрогенируется с образованием двойной связи между α- и β-углеродными атомами. Восстанавливается кофермент FAD до $FADH_2$.
2. Гидратация. Присоединение молекулы воды по двойной связи с образованием гидроксильной группы у β-атома углерода.
3. Окисление. Вторичная спиртовая группа окисляется до кетогруппы. Восстанавливается кофермент $NAD^+$ до $NADH + H^+$.
4. Тиолиз. Молекула расщепляется тиольной группой нового кофермента А с образованием ацетил-КоА (двухуглеродный фрагмент) и укороченного на два атома углерода ацил-КоА.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока вся цепь жирной кислоты не будет расщеплена на молекулы ацетил-КоА. Образовавшийся ацетил-КоА поступает в цикл Кребса, а восстановленные коферменты $FADH_2$ и $NADH$ направляются в дыхательную цепь переноса электронов, где их окисление сопряжено с синтезом большого количества АТФ.

Анаболизм жиров (липогенез)

Синтез жирных кислот происходит в цитоплазме клеток (в основном печени и жировой ткани) при избытке углеводов и энергии. Исходным веществом служит ацетил-КоА, который образуется при гликолизе. Процесс представляет собой последовательное присоединение двухуглеродных фрагментов к растущей цепи жирной кислоты. В отличие от β-окисления, для синтеза в качестве восстановителя используется кофермент $NADPH$. Затем синтезированные жирные кислоты этерифицируются с глицерином, образуя триглицериды для хранения или транспорта.

Ответ: Жировой обмен с точки зрения химии — это совокупность ферментативных реакций, включающих: 1) гидролиз сложноэфирных связей в триглицеридах при переваривании и мобилизации запасов; 2) этерификацию жирных кислот и глицерина для синтеза и хранения триглицеридов; 3) циклический процесс β-окисления жирных кислот (последовательные реакции дегидрирования, гидратации, окисления и тиолиза) для получения энергии в виде ацетил-КоА, $NADH$ и $FADH_2$; 4) анаболический процесс синтеза жирных кислот из ацетил-КоА с участием восстановителя $NADPH$.