Субклеточные органеллы пероксисомы, реализация биологических функций трофологии, гомеостаза, эндоэкологии и функциональные связи с митохондриями (лекция) Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

заочная академия последипломного образования

© коллектив авторов, 2012

УДК 612.014.1/.2

в. Н. Титов, Ю. К. ширяева, С. И. Каба

субклеточные органеллы пероксисомы, реализация биологических функций трофологии, гомеостаза, энДоэкологии и функциональные связи с митохондриями (лекция)

ФГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс минздравсоцразвития России, москва

Биологическая роль пероксисом (ПЕР) в клетках состоит в том, что в отношении жирных кислот (ЖК), липидов и субстратов, синтезированных из ацетата, органеллы исполняют те же функции, которые в отношении белков и полипептидов осуществляют лизосомы. Биологическая роль ПЕР - оптимизация in vivo в гепатоцитах экзогенных ЖК при реализации биологических функций трофологии, гомеостаза и эндоэкологии. С пищей в организм могут поступать около 800 индивидуальных ЖК; метаболическим превращениям in vivo подвергаются не более трех десятков. Остальные сотни ЖК являются афизиологичными и подлежат окислению в ПЕР при одновременной активации а-, в- и т-оксидаз без образования АТФ. Если в ПЕР образуются ЖК, которые могут окислить митохондрии в-окислением, белки цитозоля перенесут ЖК от ПЕР к митохондриям; последние окислят их в цикле Кребса с образованием АТФ. Окислению в ПЕР подлежат ЖК с нечетным числом атомов углерода, трансформы ненасыщенных ЖК, очень длинноцепочечные ЖК, ЖК с боковыми цепями атомов С, дикарбо-новые ЖК и ЖК с бензольными или индальными кольцами в цепи атомов углерода. ПЕР окисляют и избыточное количество экзогенной пальмитиновой насыщенной ЖК. На аутокринном уровне ПЕР реализуют биологическую функцию эндоэкологии, поддерживая "чистоту" цитозоля клеток, и функционально взаимодействуют с митохондриями. В межклеточной среде, паракринных сообществах клеток функции эндоэкологии реализуют толл-подобные рецепторы по принципу "свой-не свой" в отношении фосфолипидов, позиционно афизиологичных триглицеридов и протеолипидов. В ПЕР при сочетанном окислении очень длинноцепочечных ЖК возможен синтез клетками приматов некоторого количества эссенциальных ненасыщенных и полиеновых ЖК. Возможно и ограниченное образование клетками животных глюкозы из ЖК в последовательности ацетон ^ спирт ацетол ^ метилглиоксаль ^ D-глюкоза. Мутации в первичной структуре оксидаз ПЕР являются основой врожденной патологии.

Ключевые слова: пероксисомы, лизосомы, жирные кислоты, триглицериды, биологическая функция эндоэко-логии, толл-подобные рецепторы

V.N. Titov, Yu.K. Shyryeva, S.I. Kaba

the subcellular organelles of peroxisome, realization of biologic functions of trophology, homeostasis, endoecology and functional bond with mitochondrion:

the lecture

The biologic role of peroxisomes in cells is that the organelles in respect to fatty acids, lipids and substrates synthesized from acetate implement the same functions as the lyso-somes exercise to proteins and polypeptides. The biologic role ofperoxisomes is to opti-mize in vivo the exogenous fatty acids in hepatocytes under the realization of biologic functions of trophology, homeostasis, endoecology. About 800 individual fatty acids can penetrate into organism with food. At that, no more than thirty of them undergo the metabolic transformation in vivo. The rest hundreds of fatty acids are aphysiologic and have to be oxidized into peroxisomes under isochronic activation of а-, в- and w-oxydases without ATP formation. If in peroxisomes are formed fatty acids that can oxi-dize mitochondrions by в-oxidation then the proteins of cytosol transfer fatty acids from peroxisomes to mitochondrions. The mitochondrions oxidize fatty acids in the Krebs cy-cle to form ATP. The oxidation in peroxisomes concerns the fatty acids with odd num-bers of carbon atoms, the transforms of unsaturated fatty acids, the very long chain fatty acids, the fatty acids with carbon atoms side-chains, the dicarboxylic fatty acids, the fatty acids with benzene or indole rings in carbon atoms chains. The peroxisomes oxidize the surplus amount of exogenous palmitic saturated fatty acid too. The peroxisomes imple-ment the biologic function of endoecology on autocrine level supporting the "purity" of cells cytosol and interact functionally with mitochondrions. In the intercellular medium ofparacrine cells coens the functions of endoecology are realized by the Toll-similar re-ceptors by the "our-not our" principle concerning phospholipids, positional aphysiologic triglycerides and proteolipids. In the peroxisomes, under the simultaneous oxidation of very long chain fatty acids, the synthesis by primate cells is possible of some amount of essential unsaturated and polyene fatty acids. The limited formation by animal cells ofglucose from fatty acids is possible in the sequence "acetone-acetol spirit-metilglyoxal-D-glucose. The mutations in primary structure of peroxisomes oxidases are the main in-herent pathology.

Key words: peroxisomes, lysosome, fatty acid, triglyceride, biologic function of endoecology, Toll-similar receptor

Для корреспонденции:

Титов Владимир Николаевич, д-р мед. наук, проф., рук. лаб. клин.

биохимии липидного обмена

Адрес: 122551, Москва, ул. 3-я Черепковская, 15а

Телефон: (495) 414-63-10

E-mail:vn_titov@maiLra

Пероксисомы (ПЕР), субклеточные органеллы растительных и животных клеток, были открыты Rhodin в 1954 г и охарактеризованы бельгийским цитологом de Биуе в 1965 г. после выделения их из лизосом методом ультрацентрифугирования. От цитозоля клеток они отделены однослойной мембраной, в которую встроены АТФ-зависимые транспортеры для субстратов, окисляемых ПЕР. В мембрану встроены

и протеины-ферменты, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции: оксидазы D-аминокислот, ури-казы и каталазы. Клетки растений имеют два разных вида органелл, способных воспроизводить восстановленные эквиваленты и синтезировать АТФ, хлоропласты, содержащие хлорофилл, и митохондрии. В животных клетках подобные процессы происходят только в митохондриях. Энергетические особенности растительных клеток состоят в том, что многие окислительные процессы растений не сопровождаются запасанием энергии. В осуществлении этих реакций важная роль принадлежит ПЕР, органеллам растительных клеток, в которых окисление также не связано с запасанием энергии. ПЕР в растительных клетках рассматривают как ор-ганеллы, координирующие процессы метаболизма в цитозо-ле, хлоропластах и митохондриях.

Функции, которые реализуют ПЕР в клетках, не всегда идентичны и включают окисление жирных кислот (ЖК), дыхание, инактивацию токсичных веществ, синтез желчных кислот из спирта холестерина (ХС), а также образование гликолипидов - плазмалогенов для построения миелиновой оболочки нервных волокон. Наряду с митохондриями ПЕР являются основными потребителями О2 в клетке. Ферменты ПЕР используют молекулярный кислород для связывания Н+ органических субстратов (R) с образованием перекиси водорода Н202): RH2 + 02 ^ R + Н202.

Каталаза использует Н202 для окисления таких субстратов, как фенолы, муравьиная кислота, формальдегиды и этанол: Н202 + R'H2 ^ R' + 2Н20.

Этот тип окислительных реакций особенно активен в клетках печени и почек; ПЕР осуществляют детоксикацию метаболитов и катаболитов ("изнанка метаболизма"), которые попадают в кровоток как из внешней среды, так и из клеток. Половина принятого per os этанола при действии перекиси водорода окисляется в ПЕР до ацетальдегида.

Новые ПЕР образуются в результате деления органелл, как это происходит с митохондриями и хлоропластами. ПЕР могут формироваться и de novo из эндоплазматического ре-тикулума. Высказанное ранее предположение о симбиотиче-ском их происхождении является необоснованным. Все ферменты, действие которых реализовано в ПЕР, синтезированы in situ de novo на рибосомах эндоплазматической сети; для переноса белков из цитозоля в ПЕР клетки располагают системами избирательного транспорта. ПЕР реализуют в первую очередь биологическую функцию эндоэкологии (поддержание "чистоты" межклеточной среды), окисляя с помощью пероксид-радикалов экзогенные ЖК, которые функционально можно рассматривать как экзогенный биологический "му-

сор". ПЕР осуществляют окисление эндогенного спирта ХС с формированием активных эндогенных детергентов - желчных кислот. Используя уриказу у многих видов животных (но не у приматов и человека), ПЕР окисляют мочевую кислоту в аллантоин, а также оптимизируют афизиологичные ЖК для их последующего окисления в митохондриях (рис. 1). Сами ПЕР не могут формировать макроэргические молекулы АТФ, хотя и осуществляют р-окисление ЖК. Вместе с этим они за-

Рис. 1. Общность фотодыхания и глиоксилатного пути у растений и животных. Координация функций хлоропластов, пе-роксисом и митохондрий в реакции глиоксилатного пути.

Ацетил-КоА

Оксалоацетат

Н++ NADH

NAD

KoA-SH

Цитрат

\^Аконитаза Изоцитрат

Малатдегидрогеназа

Изоцитратлиаза

Малат

Малатсинтаза Глиоксилат

Сукцинат

Н + KoA-SH

Ацетил-КоА + Н20

Рис. 2. Глиоксилатный цикл Кори - физиологичный путь превращения ацетил-КоА в сукцинат и далее - в L-лактат и глюкозу.

действованы также в реализации биологических функций го-меостаза, трофологии и биологической функции локомоции.

Специализация ПЕР определена переносом в них специфичных ферментов, которые обеспечивают протекание метаболических реакций, сопряженных с флавинзависимым окислением и разложением Н202 каталазой. Клетки кодируют в ядре и синтезируют на рибосомах цитозоля специфичные ферменты, которые затем перемещаются в ПЕР при действии специфичных переносчиков. В клетках, в которых происходит мобилизация ЖК, можно выявить глиоксисомы - разновидности перок-сисом, где происходит окисление ЖК и реализован глиоксилат-ный цикл. Образованную в этих реакциях янтарную кислоту (сукцинат) клетки могут использовать в синтезе углеводов, глюкозы (ГЛЮ). Наличие глиоксилатного цикла позволяет хотя бы частично осуществить превращение ЖК в ГЛЮ. Окисление ЖК сопровождается образованием пероксид-радикалов, избыток которых разрушает каталаза. Это отличает окисление ЖК в ПЕР и митохондриях, где электроны переходят в дыхательную цепь и избыток Н202 не образуется. В растениях окисление ЖК в митохондриях происходит, но с низкой интенсивностью.

В глиоксилатном цикле, который также протекает в гли-оксисомах, образованный при окислении ЖК ацетил-КоА превращается в ходе 5 ферментативных реакций в янтарную кислоту - сукцинат (С 4). Два фермента - изоцитратлиаза и малатсинтаза - функционируют только в глиоксилатном цикле, цикле Кори (рис. 2).

Этот цикл является необходимым звеном превращения ЖК в углеводы, он активен у растений, но слабо функционирует в животных клетках. Процесс имеет особое значение в быстрорастущих клетках, в них запасенные ЖК в форме липидов могут быть использованы для синтеза дополнительного количества ГЛЮ. Считали, что у высших животных глиоксилатный цикл отсутствует. Только недавно было показано, что при голодании ферменты глиоксилатного цикла могут быть экспрессированы в печени крыс; в меньшей степени глюконеогенез из ЖК происходит в иных клетках. Это является единственным способом превращения ЖК в ГЛЮ, поскольку иных возможностей in vivo нет (рис. 3).

Биологическое предназначение ПЕР состоит в том, что они дают возможность всем млекопитающим, приматам и человеку при вынужденном поглощении с пищей всего разнообразия ЖК, которое синтезировали растения и животные, использовать in vivo для получения энергии в митохондриях только те ЖК, которые оптимальны, физиологичны. Для клеток приматов и человека ими являются ЖК, которые:

- митохондрии могут при действии карнитин-пальмитоилацилтрансферазы перенести через внутреннюю

мембрану в матрикс, гидролизовать с образованием ацетил-КоА (неполярная активная форма уксусной кислоты) и окислить в цикле Кребса до С02 и Н20 с образованием макроэр-гических АТФ;

- липазы в межклеточной среде и плазме крови способны гидролизовать (освободить) из эфиров с трехатомным спиртом глицерином, а также из триглицеридов (ТГ) в форме не-этерифицированных ЖК (НЭЖК). Это происходит в составе хиломикронов (ХМ), липопротеинов очень низкой (ЛПОНП) и низкой плотности (ЛПНП);

- липазы, в том числе адипоцитов, могут гидролизовать из ТГ и переносить на плазматическую мембрану в цитозоле;

- альбумин (АЛБ) как специфичный липидпереносящий белок может связывать в форме НЭЖК с мембраны адипоци-тов и переносить в межклеточной среде ко всем клеткам, в первую очередь к инсулинзависимым, при реализации биологической функции гомеостаза, трофологии, во время осуществления биологической реакции эндотрофии.

Мы полагаем, что для обогащения накопленного в литературе материала, понимания происходящего in vivo необходимо дать ответ на вопросы:

- в чем состоит биологическая роль ПЕР как функциональных органелл in vivo и как они функционально взаимодействуют с митохондриями;

- на каких ступенях филогенеза сформировались ПЕР, как они менялись в процессе эволюции в зависимости от индукции биологическими субстратами (нутриентами), содержащими индивидуальные ЖК и ТГ;

- какую из биологических функций и какие биологические реакции in vivo ПЕР реализуют в первую очередь;

- какие варианты поглощения клетками физиологичных ЖК и отбраковки афизиологичных ЖК сформировались на ступенях филогенеза у одноклеточных и у многоклеточных;

- что такое "активаторы пролиферации ПЕР" экзогенные и

Рис. 3. Поэтапное превращение жирных кислот в кетоновые тела, метилглиоксаль и Б-лактат при действии глиоксилат-ной системы.

Жирные кислоты

Цепи с четным числом атомов

(C2n)R-CH2-CH2- сн2- -с -S-KoA

v О J

Цепи с нечетным числом атомов

р-Окисление

(C2n.1)R-CH2-CH2- сн2- с n -S-KoA

v О у

Ацил - КоА-дегидрогеназа

FAD . FADH„

í н | \

r-ch2-c= с -с -S-KoA

н о

Еноил-КоА-гидратаза

( ОН i

R-CH.-C- ¿ i сн.-с ii -S-KoA

н lo

В-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа

^>

NAD NADH+H

1+

r-ch2-c- сн2-с

I

о

-S-KoA

Ацил-КоА-

ацетилтрансфераза

(тиолаэа)

KoA-SH

R-CH,-C- S-KoA + и сн„-с ii -S-KoA

О lo

v Ацетил-КоА у

Последующие циклы (укорочение на два атома углерода в каждом)

■ С(2п-2) ■ С(2п.4)

Рис. 4. Схема р-окисления жирных кислот.

эндогенные, в чем состоит их биологическая роль, каковы механизмы реализации их действия, роль ш'-3 и ш-6 эссенциальных полиеновых ЖК (ЭС-поли-ЖК) и конъюгированных форм ненасыщенных ЖК (нена-ЖК) - линолевой и линоленовой;

- как реализовано действие рецепторов активации пролиферации пероксисом (РАПП) на мембране ядра;

- как рецепторы активируют в ПЕР три разных процесса ш'-, а- и р-окисления экзогенных ЖК, проявляя при этом определенной степени взаимоотношения между типами ок-сидаз, с последующим окислением продуктов реакции - ЖК в митохондриях;

- в чем состоит функциональная роль отношения ш-6'/ ш'-3 ЭС поли-ЖК, которое in vivo у животных может изменяться от физиологичных значений 2/10 до явно афизиоло-гичного отношения 20/1;

- способны ли насыщенные пальмитиновая ЖК (пальм-н-ЖК) и стеариновая н-ЖК быть пролифераторами ПЕР, взаимодействовать с РАПП и активировать свое же р-окисление при избыточном поступлении н-ЖК с пищей или усилении эндогенного синтеза пальм-н-ЖК из избытка в пище углеводов;

- каковы механизмы терапевтического действия при ги-пертриглицеридемии и сахарном диабете 2-го типа таких пролифераторов ПЕР, как фибраты, глитазоны, флавоноиды и изофлавоны, ингибиторы р-окисления ЖК и бигуаниды;

- являются ли ПЕР и митохондрии в окислении ЖК биологическими синергистами или антагонистами.

Человек может получать с пищей из внешней среды около 800 индивидуальных ЖК, а участвовать в процессах метаболизма in vivo способны не более двух-трех десятков из них; остальные сотни индивидуальных ЖК пищи (чаще в минорных количествах) необходимо утилизировать с извлечением как можно большей пользы. Для этого, а также для окисления экзогенных циклических и гетероциклических натуральных компонентов (флавоноиды и изофлавоны), катаболизма лекарственных препаратов (глитазоны, ингибиторы р-окисления), липофильных эндогенно синтезированных биологических веществ in vivo (стероидные гормоны) в каждой из соматических

клеток (кроме эритроцитов) функционируют ПЕР Они к тому же позволяют максимально использовать для синтеза АТФ все субстраты, которые могут окислить митохондрии после предварительного окисления в ПЕР (рис. 4).

Все эти реакции сформированы на ранних ступенях филогенеза. Функционально и структурно ПЕР сходны с лизо-сомами, поэтому столь трудным было их первое выделение из субклеточной фракции лизосом. Такое тесное сродство физико-химических параметров лизосом и ПЕР является условием сходства и их биохимических функций. Мы полагаем, что ПЕР в отношении гидрофобных ЖК, липидов и липофильных веществ, которые синтезированы из ацетата, исполняют в клетках и in vivo те же функции, которые в отношении белков исполняют лизосомы. ПЕР функционально являются "лизосомами" в первую очередь для ЖК. Кроме того, ПЕР окисляют гидрофобные очень длинноцепочеч-ные ЖК (С 22-С 26), гидрофобные фосфолипиды (ФЛ) со спиртом сфингозином, эндогенные детергенты - желчные кислоты, циклические соединения - стероидные гормоны и метаболиты эйкозаноидов (простациклины, тромбоксаны, лейкотриены). Объединяет эти, казалось бы, разные биохимические вещества то, что все они изначально синтезированы клетками in vivo из уксусной кислоты, ацетата, точнее - из ацетила-КоА. Можно сказать, что лизосомы и ПЕР реализуют in vivo биологическую функцию эндоэкологии - поддержание "чистоты" межклеточной среды, катаболизируя эндогенные гидрофобные молекулы (рис. 5). Только в лизо-сомах это происходит на основе реакций гидролиза и активности гидролаз-протеаз, а в ПЕР - на принципах окисления и активности оксидаз и каталаз.

Биологическое предназначение ПЕР - оптимизация в ге-патоцитах экзогенных ЖК, сортировка по принципу "свои-не свои" н-ЖК, моно-ЖК, нена-ЖК и ЭС-поли-ЖК, отбраковка афизиологичных ЖК перед тем как они будут:

- реэтерифицированы в состав ФЛ, полярных диглицери-дов и включены в состав ЛП высокой плотности (ЛПВП) в связи с апоА-I, пальмитиновые, олеиновые, линолевые и ли-

Рис. 5. Превращение липидов в углеводы в семенах масличных культур, взаимосвязь глиоксисом (олеосом), митохондрий и цитозоля.

ноленовые ТГ, которые затем апоВ-100 структурирует в пальмитиновые, олеиновые, линолевые и линоленовые ЛПОНП;

- секретированы гепатоцитами в кровоток с целью переноса в пальмитиновые и олеиновые ЛПОНП всей массы н-ЖК + моноеновой олеиновой ЖК (моно-ЖК) в качестве субстратов для окисления в митохондриях и наработки АТФ;

- в составе линолевых и линоленовых ЛПОНП и ЛПНП нена-ЖК и ЭС-поли-ЖК доставлены и поглощены клетками для синтеза ФЛ и биологически активных эйкозаноидов.

"Не своими" являются ЖК с нечетным числом атомов С; транс-формы нена-ЖК; дикарбоновые ЖК; ЖК с разветвленной цепью атомов С; ЖК с фенольными и пятичленными кольцами; очень длинноцепочечные ЖК; тио-ЖК, все нена-ЖК, в которых расположение двойных связей отличается от ш-3, ш-6 и ш-9, например ш-7, а также конъюгированные ЖК.

Если основными фактораи воздействия на белки в ли-зосомах клеток являются многочисленные гидролазы при низких значениях рН (лизосомы как "желудки" клеток), то

Транскрипционная активация генов провоспалительных цитокинов

Рис. 6. Функция толл-подобных рецепторов и пути экспрессии генов про- и противовоспалительных цитокинов. Наличие на мембране и более специфичных рецепторов для связывания эндогенных патогенов (А. Л. Гинцбург).

основным факторо воздействия на ЖК и липиды в ПЕР в первую очередь будут окислительно-восстановительные реакции и первичное действие такой гидрофильной активной формы 02, как перекись водорода (Н202), и фермента ката-лазы как «камина» для сжигания отходов без накопления энергии, без образования АТФ. Активность каталазы de Duve рассматривал как специфичный маркер ПЕР при их выделении из фракции лизосом методом ультрацентрифугирования. По сути ПЕР изначально предназначены для сортировки, оптимизации ЖК, поиска "своих среди не своих". О наличии в цитозоле "не своих" гидрофобных компонентов ПЕР свидетельствует многочисленное семейство толл-подобных рецепторов на мембране ядра, которые способны связывать афизиологичные лиганды с последующей экспрессией ими в ядре генов активации пролиферации ПЕР. Этот же процесс, но в отношении белков, тоже осуществляет большое семейство толл-подобных рецепторов (toll по-английски - "погребальный звон"), но располагаются они на плазматической мембране иммунокомпетентных клеток, оседлых макрофагов интерстициальной рыхлой соединительной ткани (РСТ) и моноцитов и предназначены для выявления афизиологич-ных экзогенных и эндогенных протеинов, но уже не в цито-золе, а в межклеточной среде (рис. 6).

Можно заключить, что ПЕР являются филогенетически древними органеллами и намного старше семейства толл-подобных рецепторов. Вероятно, в цитозоле клеток ядерные рецепторы исполняют и функции толл-подобных рецепторов паракринных сообществ, связывая в частности белки теплового шока (белки-шапероны), участвуя при этом в реализации биологических функций адаптации и эндоэкологии. В механизмах взаимодействия лиганд ^ рецептор между толл-подобными рецепторами и ядерными РАПП можно также найти много общего (рис. 7).

В межклеточной среде толл-подобные рецепторы постоянно распознают экзогенные (в том числе инфекционные) патогены и эндогенные физиологично денатурированные флогогены по принципу "свой-не свой", постоянно исполняя

Рис. 7. Члены семейства толл-подобных рецепторов; 3 группы компонентов и функциональные предпочтения при связывании лигандов; известные лиганды - эндогенные флогогены (инициаторы воспаления).

Специфичность толл-подобных рецепторов (TLRs)

Бактериальные компоненты

Вирусные компоненты

Неизвестные компоненты

Липопротеины Липоарабидоманнан Липотейхоевые кислоты Зимозан (дрожжи)

TLR1

Неметилированная Т.gondii CpG ДНК ЛПС Флагеллин Профилин ДЦРНК оцРНК

TLR6fc5«TLR2 TLR4 «TLR5 : : TLR11 . . TLR9 : : TLR3 : : TLR7 : : TLR8 : : TLR10

UU 00 00 и и и и и о и

биологическую функцию эндоэкологии - поддержание "чистоты" межклеточной среды. Все выявленные ими "не свои" протеины далее подвергают утилизации в лизосомах оседлых макрофагов РСТ при реализации биологической реакции воспаления. Для пула внутрисосудистой межклеточной среды локальный пул РСТ (интерстициальной ткани) располагается в интиме артерий эластического типа. В последнее время полагают, что и в биологической функции, которую исполняют ПЕР, участвуют сходные с толл-подобными рецепторы с той же "обязанностью" - распознавать физиологичные и афизиологичные экзогенные ЖК на основании биологического принципа "свой-не свой". Все н-ЖК + моно-ЖК, которые оценены толл-подобными рецепторами как "свои", будут окислены в митохондриях с формированием АТФ, а оцененные как "не свои" подлежат окислению в ПЕР, и образование АТФ при этом не происходит. Утилизацию в ПЕР афизиологичных экзогенных ЖК можно обоснованно рассматривать как реализацию биологической функции эндоэ-кологии. Однако можно ли отнести этот процесс к биологической реакции воспаления, типичным проявлением которой может быть увеличение содержания в межклеточной среде секретированных нейтрофилами активных форм О которые нарабатывают ферментные системы ПЕР?

Гидролиз (протеолиз) белкового "мусора" в лизосомах функциональных фагоцитов (оседлых макрофаов и трансформированных моноцитов) - это реализация биологической реакции воспаления, а утилизацию (окисление) липидного «мусора» в ПЕР гепатоцитов, инсулинзависимых миоцитах и адипоцитах мы не считаем воспалением, а рассматриваем как иной процесс, однако с той же биологической направленностью - как реализацию биологической функции эндоэ-кологии, но в рамках цитозоля. Вероятно, можно выделить этап реализации биологической функции поддержания "чистоты" и внутриклеточной среды на принципах аутокринии, которую самостоятельно осуществляет каждая из клеток. С другой стороны, большой и малый биологический "мусор" клетки могут выводить и в межклеточную, внешнюю для клеток среду.

В той же степени как толл-подобные рецепторы, которые распознают белки как «не свои», локализованы на плазматической мембране иммунокомпетентных клеток и вылавливают афизиологичные (денатурированные) белки из меж-

клеточной среды, молекулы афизиологичных ЖК и липидов, прежде чем быть поглощенными ПЕР из цитозоля клеток и в них утилизированными, связываются с РАПП на мембране ядра гепатоцитов и всех инсулинзависимых клеток. Это можно объяснить тем, что в гидрофильной межклеточной среде гидрофобные липиды, даже НЭЖК, всегда связаны с белком-переносчиком, и только в гидрофильной среде ци-тозоля в комплексе со специфичными липидпереносящими белками цитозоля, они «ведут себя более раскованно». Можно обоснованно полагать, что РАПП и функция ПЕР в цито-золе клеток сформировались в ходе филогенеза раньше, чем образовалась межклеточная среда, в которой толл-подобные рецепторы начали поддерживать "чистоту" межклеточной среды, биологическую функцию эндоэкологии.

Более вероятно, что толл-подобные рецепторы действительно способны определять наличие в межклеточной среде липидов, но это в большей мере относится к липобелкам, таким как экзогенные липополисахариды (ЛПС) - токсины гра-мотрицательных бактерий, и к афизиологичным по составу ЖК в триглицеридах ЛПОНП и ЛПНП, которые не сформировали лиганд, и их не могут поглотить клетки рецепторным путем. Толл-подобные рецепторы, вероятно, являются структурами врожденного иммунитета и биологической функции эндоэко-логии, в то время как ПЕР и РАПП исполняют то же самое, но в клетках, - функции биологической реакции трофологии и поддержания "чистоты" цитозоля клеток - внутриклеточной эндоэкологии. В таком случае становление функции толл-подобных рецепторов и их регуляция происходят на паракрин-ном уровне, а функция РАПП и ПЕР регулирована на филогенетически более раннем аутокринном уровне у одноклеточных. При этом в филогенетически более ранних клетках, как в гепатоцитах, функция ПЕР может быть более совершенной, а в филогенетически более поздних инсулинзависимых скелетных миоцитах и адипоцитах - развитой в меньшей степени. В то же время, в патофизиологичных условиях инсулинзависи-мые скелетные миоциты и адипоциты вынуждены также осуществлять сортировку ЖК по принципу "свой-не свой", когда с этими обязанностями в первую очередь не справляются ге-патоциты. Кроме того, инсулинзависимые клетки сортируют только н-ЖК и моно-ЖК, которые клетки поглотили в составе пальмитиновых и олеиновых ТГ и ЛПОНП. Гепатоцитам же приходится отбирать по этому принципу все экзогенные ЖК

- н-ЖК, моно-ЖК, нена-ЖК и ЭС-поли-ЖК. Толл-подобные рецепторы, которые различают белки по принципу «свой-не свой», РАПП и функция ПЕР, которые разделяют экзогенные ЖК по принципу «подходит-не подходит», проявляют соответственно единой технологии становления в филогенезе функциональных систем выраженное функциональное сходство, если не тождество. Толл-подобные рецепторы определяют присутствие в межклеточной среде афизиологичных ЛПС и делают это в зависимости от длины и числа н-ЖК, которые входят в состав ЛПС.

Когда мы говорим о биологической функции эндоэкологии in vivo, мы имеем в виду реализацию тех биологических реакций, которые обеспечивают "чистоту" межклеточной среды многоклеточных. Однако "чистота" является условием общей биологии применительно и к цитоплазме одноклеточных, ко всем протеинам, липидам и липофильным компонентам. которые оказываются биологическим "мусором"; именно последние не столь просто вывести в межклеточную гидрофильную среду. Поэтому каждая клетка на аутокринном уровне осуществляет утилизацию всех ставших ненужными белков путем протеолиза в лизосомах с последующим повторным использованием аминокислот и коротких пептидов. Внутриклеточную утилизацию липидов и липофильных веществ клетки осуществляют в пероксисомах, и если при этом образуются фрагменты ЖК, способные окислить митохондрии, они будут перенесены в митохондрии и окислены с образованием АТФ. При этом функциональная активность лизосом и перокси-сом оказывается сходной с единой технологией становления в филогенезе функциональных систем. В связи с этим можно обоснованно полагать, что филогенетически система РАПП и ПЕР стали функционировать намного раньше системы толл-подобных рецепторов. Кроме того, говоря о биологической функции эндоэкологии, о поддержании "чистоты" межклеточной среды, к биологическим реакциям экскреции и воспаления, которые ее реализуют и описаны нами ранее, рационально добавить и биологическую реакцию апоптоза реакцию "запрограммированной" гибели клеток, которая тоже в значительной мере связана с нарушением метаболизма ЖК и ТГ, особенно С 16:0 пальм-н-ЖК и С 18:0 стеариновой н-ЖК. Если фагоцитоз и утилизацию оседлыми макрофагами молекул белка с молекулярной массой более 70 кД (молекулярная масса АЛБ) мы расцениваем как биологическую реакцию воспаления, то утилизацию ПЕР больших молекул ЛПС мы подобным образом пока не рассматриваем, возможно, потому, что это происходит внутри клеток посредством регуляторных механизмов ауто-кринии при поддержании "чистоты" цитозоля.

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что избыточное количество н-ЖК в межклеточной среде и в клетках может инициировать биологическую реакцию воспаления, когда пальмитиновые ТГ с двумя этерифицированными в них пальм-н-ЖК (пальмитоил-пальмитоил-олеат, ППО) в составе прелигандных пальмитиновых и олеиновых ЛПОНП взаимодействуют с толл-подобными рецепторами на плазматической мембране макрофагов, которые расценивают их как "не свои". Серьезнее складывается ситуация, когда гепатоци-ты при избытке в цитозоле пальм-н-ЖК начинают синтезировать такие ТГ, как пальмитоил-пальмитоил-пальмитат (ППП), который не связывает микросомальный белок, переносящий ТГ, и апоВ-100 не может включить их в состав пальмитиновых ЛПОНП. Удалить из печени накопленные ТГ типа ППП можно только вместе с гепатоцитами при реализации биологической реакции апоптоза. Это реально происходит при неалкогольной жировой болезни печени. Рецепторы, так же как они поступают с бактериальными ЛПС, готовы в рамках паракринного сообщества передать клеткам гуморальную информацию о том, что прелигандные и постлигандные (без-лигандные) ЛПОНП и ЛПНП являются афизиологичными и подлежат удалению. Однако их поглощают фагоцитозом оседлые макрофаги интерстициальной ткани, рассматривая их как макромолекулу липидпереносящего белка апо. Воз-

можно, в ходе филогенеза произошло формирование эфферентной информации и для центрального уровня регуляции в ядрах гипоталамуса. Также возможно, что эндогенным аноректиком (ингибитором ощущения голода) является гуморальный медиатор паракринных сообществ адипоцитов

- лептин. Однако причину столь частого развития резистентности к инсулину (ИНС) и ожирения вряд ли стоит искать на уровне гипоталамуса.

Более вероятно, что все определяющие процессы синдрома ожирения происходят в самой жировой ткани и информация о присутствии афизиологичных ТГ предназначена для "муниципального" реагирования в рамках паракринного сообщества жировой ткани - адипоцитов, в частности информация для ПЕР. Скорее всего в этих процессах задействованы пока не до конца понятные механизмы аутокринной и паракринной гуморальной регуляции адипоцитов жировой ткани в реализации трех разных биологических функций -гомеостаза, адаптации и локомоции. Естественно, что каждая из функций, становление которых произошло на разных ступенях филогенеза, имеет свои гуморальные механизмы активации липолиза в ранних адипоцитах, клетках РСТ. Мы полагаем, что функция локомоции, интенсивной физической активности является для адипоцитов и способом внутриклеточной реализации биологической функции эндоэкологии, освобождения ("очистки") адипоцитов от длительного депонирования афизиологичных пальмитиновых ТГ типа ППО и олеиновых ТГ типа ПОП. Это определено тем, что гормон-зависимая липаза инсулинзависимых адипоцитов не может гидролизовать такие ТГ, это под силу иной, менее специфичной и более эффективной липазе физической активности, экспрессия которой происходит только при интенсивной функции скелетных миоцитов. По отношению к субстратам

- ТГ липаза физической активности близка к той панкреатической и внутриклеточной гормонзависимой липазе, которая экспрессирована у детей первого года жизни при кормлении их материнским молоком, в котором преобладают пальмитиновые ТГ. В равной мере происходит "очистка" и самой жировой ткани от больших, функционально, метаболически малоактивных адипоцитов, которые физиологично погибают по типу биологической реакции апоптоза.

В экспериментах на мышах с выбитым геном толл-подобных рецепторов, которые составляют часть системы врожденного иммунитета, располагаются на апикальной поверхности энтероцитов кишечника и защищают его от транслокации бактерий из полости кишечника в регионарные лимфатические узлы, показано развитие гиперфагии, гипер-липидемии, гипертонии, ожирения и резистентности к ИНС. Ограничение пищи снижает выраженность ожирения, но резистентность к ИНС сохраняется. Эти данные можно рассматривать по-разному, однако мы полагаем, что при снятии с мембраны энтероцитов контроля (ограничителя) в форме толл-подобных рецепторов клетки неконтролируемо всасывают все ЖК, в том числе явно афизиологичные моно-ЖК семейства ш-7 бактерий, в частности С 16:1 пальмитолеиновую моно-ЖК. Энтероциты этерифицируют среднецепочечные моно-ЖК и афизиологичные бактериальные ЖК в состав короткоцепочечных ТГ, которые не включаются в ХМ, не проходят процедуру оптимизации в гепатоцитах, а в составе короткоцепочечных ХМ по лимфатическим путям прямо достигают адипоцитов сальника и забрюшинной клетчатки. Затем адипоциты депонируют всю массу афизиологичных ЖК в составе афизиологичных ТГ в единой липидной капле ади-поцитов. При отсутствии на мембране толл-подобных рецепторов развивается патология биологической функции трофологии, питания и биологической реакции экзотрофии. Когда же наступает время реализации биологической функции стресса и липазы адипоцитов приступают к гидролизу запасенных ТГ, сделать это оказывается не столь легко; в ТГ эте-рифицировано большое количество афизиологичных н-ЖК, транс-изомеров моно-ЖК и бактериальных ЖК, которые не-

возможно гидролизовать и мобилизовать. Реально возникает несоответствие между физико-химическими параметрами ТГ как субстрата липолиза и параметрами активного центра внутриклеточной гормонзависимой липазы. В этих условиях в адипоцитах гормонзависимые липазы активируют гидролиз только тех ТГ, которые являются физиологичными как по составу ЖК, так и по позиции; одновременно оказывается, что имеется большое количество метаболически неактивных не только ТГ, но и адипоцитов. При этом за нарушением функции ПЕР следует нарушение функции митохондрий.

Несмотря на активацию биологической функции адаптации, биологической реакции компенсации и активации ли-полиза в адипоцитах, дефицит в межклеточной среде НЭЖК + АЛБ при реализации биологической реакции эндотрофии инициирует биологическую реакцию голода, и у животных развивается гиперфагия. Еще И. П. Павловым в подкорковых центрах гипоталамуса локализован "пищевой" центр, который регулирует чувство голода и состояние насыщения. Информация для этих центров в форме эфферентной иннервации поступает от желудка и кишечника; раздувание в желудке воздушного баллона притупляет чувство голода. Вместе с тем существует и филогенетически более древняя гуморальная информация; она формируется в межклеточной среде (через цитозоль клеток-сенсоров) в зависимости от содержания ГЛЮ, НЭЖК + АЛБ и аминокислот. Если голодной собаке перелить кровь сытой, ощущение голода временно проходит. Чувство голода притупляется при стрессе и выбросе адреналина, возбуждении ЦНС, повышенной физической активности вследствие возрастания в межклеточной среде и по градиенту концентрации в цитозоле содержания НЭЖК + АЛБ. Однако потребляемая пища, как и прежде, содержит много афизиологичных ЖК, и в следующий период биологической реакции эндотрофии все события будут повторены. Когда при реализации биологической функции гомеостаза активация липолиза в адипоцитах под действием тиреоидных гормонов и гормона роста оказывается неадекватно низкой по причине афизиологичности субстрата - ТГ, происходит активация биологической функции адаптации, и продолжительное действие адреналина, биологической реакции стресса, вторично инициирует состояние длительного нарушения метаболизма. Избыток в пище пальм-н-ЖК является причиной формирования in vivo длительного нарушения биологической функции трофологии, гомеостаза и эндоэкологии.

Отбраковка афизиологичных, экзогенных ЖК происходит в:

- энтероцитах, прежде чем они будут этерифицированы в короткоцепочечные или длинноцепочечные пальмитиновые, олеиновые, линолевые или линоленовые ТГ, перед формированием из длинных ТГ хиломикронов, в форме которых они и будут доставлены к адипоцитам и ими поглощены;

- гепатоцитах после поглощения ими ХС, деструкции ЛП, гидролиза всех ТГ, оптимизации ЖК и их последующей этерификации в физиологичные пальмитиновые, олеиновые, линолевые и линоленовые ТГ и одноименные ЛПОНП;

- самих клетках, которые поглощают оптимизированные ЛПОНП и затем используют их в полном соответствии с теми "требованиями", которые предъявляют митохондрии к н-ЖК и моно-ЖК.

Отбраковка афизиологичных ЖК особенно важна для функции инсулинзависимых клеток, в которых активное ре-цепторное поглощение н-ЖК + моно-ЖК в форме ТГ в составе ЛПОНП происходит более интенсивно, чем в иных соматических клетках. Это в полной мере важно и для скелетных миоцитов в ходе биохимических и физиологических процессов мышечного сокращения при реализации биологической функции локомоции. Это имеет большое значение и для активного депонирования субстратов - н-ЖК и моно-ЖК в форме ЖК в адипоцитах с возможностью их последующей быстрой мобилизации.

Основную функцию оптимизации экзогенных ЖК осу-

ществляют гепатоциты. Это в равной мере касается оптимизации всей массы поступивших с пищей не только н-ЖК + моно-ЖК, но и нена-ЖК и ЭС-поли-ЖК, общее количество и соотношение которых от случая к случаю трудно предвидеть. Однако организм "не знает", будет ли следующий прием пищи, поэтому с позиций биологии он относится к каждому приему пищи как к последнему, утилизируя в биохимических реакциях метаболизма все что можно поглотить. Исходя из этого можно полагать, что после обильных, редких приемов пищи количество афизиологичных ЖК в составе всех ТГ и афизиологичных ТГ в составе пальмитиновых, олеиновых ЛПОНП, линолевых и линоленовых ЛПОНП и ЛПНП может быть намного большим, чем при употреблении того же количества пищи в несколько приемов.

Процессы метаболических превращений нутриентов в биологической реакции экзотрофии отработаны еще на ранних ступенях филогенеза:

- все биохимические реакции усвоения пищи активирует само количество поступающих субстратов; все ферментативные процессы биологической реакции экзотрофии (внешнего питания) являются субстратзависимыми;

- синтез дополнительного количества всех компонентов в биологической реакции экзотрофии (пищеварения) может быть быстро усилен при экспрессии соответствующих генов путем взаимодействия самих же афизиологичных нутриентов с рецепторами на мембране ядра клеток. Есть основания считать, что оптимизация в первую очередь н-ЖК и моно-ЖК, а затем нена-ЖК и ЭС-поли-ЖК во всех клетках также является субстратзависимой. При увеличении содержания в цитозоле афизиологичных н-ЖК + моно-ЖК, нена-ЖК и даже ЭС-поли-ЖК в ассоциации с белками-переносчиками сенсором "замусоривания" цитозоля являются РАПП на мембране ядер, а чистильщиками - ПЕР. Можно предположить, что по образу и подобию РАПП + ПЕР на более поздних ступенях филогенеза, согласно единой технологии становления в филогенезе функциональных систем, произошло образование толл-подобных рецепторов на мембране иммунных клеток как сенсоров "замусоривания" межклеточной среды in vivo и рецепторов-мусорщиков на плазматической мембране клеток интерстици-альной ткани - оседлых макрофагов и трансформированных моноцитов гематогенного происхождения с целью поглощения денатурированных протеинов и протеолипидов.

Многие РАПП на мембране ядра клетки, которые имеют домены в цитозоле, призваны быть сенсорами афизиологич-ных ЖК. После связывания с семейством рецепторов разных афизиологичных ЖК происходит экспрессия соответствующих генов, и все ЖК подвергаются окислению в одних субклеточных органеллах - в ПЕР при одних и тех же неспецифичных реакциях окисления, которые происходят только в них. Количество афизиологичных ЖК может быть настолько большим, что инициированная ими экспрессия белков ПЕР может достигнуть степени пролиферации, что можно наблюдать в гепатоцитах. Активация экспрессии генов и усиление синтеза ферментов окисления приводят к деградации в ПЕР всех экзогенных натуральных и искусственных, афизиологичных н-ЖК и моно-ЖК, нена-ЖК и ЭС-поли-ЖК при реализации специфичных только для ПЕР процессов ш'-, а- и р-окисления: последнее происходит и в митохондриях, но в ПЕР оно не сопровождается образованием АТФ, а только усилением термогенеза.

ПЕР подвергают ш'-окислению очень длинноцепочечные ЖК с ацильной цепью с 22 атомами С и более. Оно происходит путем окислительного укорочения ЖК на 2 атома углерода, так же в 4 этапа, как и при р-окислении, но не с карбоксильного, а с иного, с ш'-конца молекулы ЖК. При этом формируются дикарбоновые кислоты, которые имеют карбоксильные группы на обоих концах молекулы. Особенностью а-окисления ЖК является то, что разрыв одинарной связи -С-С- в ЖК происходит у карбоксильного конца молекулы при отделении не двух атомов углерода (ацетата), как это наблюдается при окислении в р-положении, а только самой карбоксильной группы у

а-атома углерода в цепи ЖК. Напомним, что при р-окислении разрывается двойная связь (-С-С-). В ПЕР происходит и обычное р-окисление ЖК, как и в митохондриях, но не образуется АТФ. При каком функциональном взаимодействии трех окси-даз наблюдаются в ПЕР процессы окисления афизиологичных ЖК, пока не ясно. Более вероятно то, что функционально р-окисление всегда сопровождает а-окисление и процесс ю-преобразований; в результате совместного действия ш'- и Р-окисления из очень длинноцепочечных ЖК образуются короткие С 6-С 8 дикарбоновые кислоты, которые почки экскре-тируют с мочой. а-Окислению в первую очередь подвержены ЖК с нечетным числом атомов С.

Одновременно с афизиологичными ЖК ПЕР окисляют и избыточное количество пальм-н-ЖК. Мы полагаем, что гепатоци-ты раздельно, в разных компартментах и при действии разных оксидаз окисляют в ПЕР избыток экзогенной пальм-н-ЖК (процесс, сформировавшийся на ранних ступенях филогенеза) и отдельно избыточное количество эндогенной пальм-н-ЖК (процесс, сформировавшийся в филогенезе существенно позже при становлении биологической функции локомоции и действии ИНС). Это, вероятно, происходит в условиях избыточного содержания в пище пальм-н-ЖК на фоне филогенетически низкой активности Д-9 стеароилдесатуразы. Избыточное количество в пище углеводов инициирует в гепатоцитах синтез из ГЛЮ in situ de novo эндогенной пальм-н-ЖК, при резистентности к ИНС гормон слабо активирует экспрессию Д9-стеароилдесатуразы для эндогенной пальм-н-ЖК, и в гепатоцитах преобладает синтез не физиологичных олеиновых ТГ типа олеил-олеил-олеат (ООО) или олеил-олеил-пальмитат (ООП), а менее предпочтительных пальмитиновых ТГ типа олеил-пальмитоил-олеат (ОПО) или даже афизиологичных ТГ типа ППО. Это определяется недостаточным превращением эндогенной пальм-н-ЖК, синтезированной гепатоцитами in situ de novo из ГЛЮ, в олеиновую моно-ЖК при недостаточной активации ИНС стеароилде-сатуразы для эндогенной пальм-н-ЖК. В этих условиях пальм-н-ЖК невозможно этерифицировать в олеиновые ТГ, в которых в sn-2 всегда находится олеиновая моно-ЖК, и пероксисомам приходится окислять пальм-н-ЖК. Эндогенную пальм-н-ЖК, синтезированную гепатоцитами из избытка углеводов пищи, невозможно этерифицировать в ТГ при отсутствии одновременно оптимального эндогенного синтеза олеиновой моно-ЖК. Если синтезированные ТГ типа ПОП уже по кинетическим параметрам гидролиза трудно признать физиологичными, то надо помнить о наличии еще и стеариновых ТГ, среди которых ТГ типа олеил-стеароил-стеарат (ОСС) являются тоже афизиоло-гичными. Образование же в гепатоцитах ТГ типа тристеарата с температурой плавления 73,2°С наравне с трипальмитатом с температурой плавления 48°С является причиной гибели клеток по типу апоптоза. Идеальным ТГ является ООО (триолеат) с температурой плавления -5,5°С. Однако это не оливковое масло, в нем со спиртом глицерином этерифицирована ш'-6 С 18:1 олеиновая моно-ЖК, а гепатоциты этерифицируют в ТГ ш'-9 С 18:1 олеиновую моно-ЖК. При этом параметры гидролиза двух форм триолеата, как и продукты гидролиза, различаются.

Увеличение содержания пальм-н-ЖК как в цитозоле клеток, так и в межклеточной среде может, как и ГЛЮ в реакциях гликирования, приводить к формированию ковалентных связей с аминокислотными остатками в молекулах функциональных белков, осуществляя реакцию пальмитоилиро-вания. Эта реакция, хотя и не часто, бывает обоснована как способ посттрансляционной модификации протеинов. Это происходит, например, в канальцах эндоплазматической сети гепатоцитов при синтезе апоВ-100; пальмитоилирование апо инициирует формирование такой конформации, которая обеспечивает высокоаффинное связывание пальмитиновых, олеиновых, линолевых и линоленовых ТГ с образованием одноименных субклассов ЛПОНП с разными физико-химическими свойствами. Однако в цитозоле и межклеточной среде химическое действие пальм-н-ЖК приводит к неконтролируемому клетками пальмитоилированию, изменению конформации

молекул белков и утрате ими специфичной, функциональной конформации (третичной и четвертичной структуры) и, следовательно, активности.

РАПП на мембране ядра своими цитозольными доменами связывают афизиологичные ЖК из цитозоля, информируют клетку (ядро) о наличии компонентов, которые подлежат утилизации в ПЕР. Своими же ядерными доменами рецепторы вызывают экспрессию генов, инициирующих синтез комплекса оксидаз и белков-транспортеров, которые для окисления переносят афизиологичные ЖК через однослойную мембрану органелл. Можно считать, что при избыточном поступлении в гепатоциты экзогенной пальм-н-ЖК для этери-фикации ее гепатоцитами даже в состав пальмитиновых ТГ (ОПО и ОПП), не говоря уже о физиологичных олеиновых ТГ, требуется С 18:1 олеиновой моно-ЖК. Если моно-ЖК оказывается явно недостаточно для этерификации в ТГ, вероятно, существуют механизмы аутокринной регуляции, которые усиливают окисление пальм-н-ЖК в ПЕР, предотвращая как образование таких ТГ, как ППП, так и последующую гибель клеток по типу апоптоза. Однако при этом речь идет не о р-окислении С 16:0 пальм-н-ЖК кетоновых тел или ацетил-КоА, достаточно окислить ее до С 14:0 миристиновой н-ЖК, и образования афизиологичных ТГ типа ППП не будет.

Миристиновая н-ЖК не является компонентом длинноце-почечных ТГ, которые последовательно переносят ХМ к клеткам печени и далее от печени к клеткам ЛПОНП или ЛПНП. Миристиновая н-ЖК является компонентом короткоцепочеч-ных ТГ, в которых не бывает нена-ЖК, и со спиртом глицерином этерифицированы только н-ЖК не длиннее С 14. Они, как правило, не появляются в крови и от гепатоцитов оттекают по лимфатическим путям. Их поглощают адипоциты сальника или забрюшинной клетчатки. Патология короткоцепочечных ТГ, начиная с окисления в ПЕР пальм-н-ЖК, формирования таких ТГ и их депонирования в адипоцитах висцеральной жировой клетчатке, относится уже к иному патологическому процессу, к метаболическому синдрому. С другой стороны, уже само переедание (усиленная индукция субстратом) приводит к увеличению размеров адипоцитов за счет накопления в них не только физиологичных ТГ, но и части таких ТГ, которые филогенетически гидролизуются ранней гормонзависимой липазой с низкой константой скорости реакции. Накопление в ади-поцитах ТГ, которые можно расценивать как биологический "мусор", может стать причиной активации синдрома системного воспалительного ответа, усиления синтеза белков острой фазы воспаления, в том числе СРБ, и на уровне паракринных сообществ клеток. Напомним, что до формирования биологической функции локомоции, до действия системы ИНС, формирования адипоцитов как инсулинзависимых клеток и их специализации в запасании субстратов для наработки мио-цитами энергии адипоциты миллионы лет были (и остаются) клетками РСТ, способными самостоятельно реализовать биологическую реакцию воспаления.

Столь строгий отбор ЖК в первую очередь продиктован узкими субстратными возможностями филогенетически более древних, чем эукариотические клетки, митохондрий, их способностью поглощать (проводить через внутреннюю мембрану) и окислять ЖК как субстрат для наработки энергии в форме АТФ. Вторым условием подобной оптимизации является связывающая способность АЛБ - основного белка-переносчика ЖК при филогенетически раннем пассивном поглощении клетками ЖК в форме НЭЖК путем диффузии через плазматическую мембрану. АЛБ не может связывать и переносить в межклеточной среде ЖК, длина которых больше С 18. Согласно описанному нами биологическому принципу преемственности, становлению в филогенезе функциональных систем и биологическому принципу субординации, более совершенные в организации эукариотические клетки все же вынуждены приспосабливаься к узким функциональным субстратным возможностям митохондрий. В филогенезе митохондрии сформировались значительно раньше; в них един-

ственный транспортер для длинноцепочечных ЖК - карнитин-пальмитоилацилтрансфераза - обладает ограниченными возможностями при переносе ЖК через внутреннюю мембрану в матрикс органелл. Все "забракованные" в гепатоцитах ЖК призваны утилизировать субклеточные органеллы - ПЕР.

Цитозоль эукариотических клеток разделен внутриклеточными мембранами на функционально различающиеся, метаболически специфичные компартменты, называемые органел-лами. Каждая из них является местом реализации отдельных специфичных реакций метаболизма, а иногда и одинаковых реакций, которые клетка осуществляет с разными целями. Это происходит на путях обеспечения аутокринной регуляции метаболизма (жизнеобеспечения) самой клетки и паракринной регуляции специфичной функции клеток в локальном клеточном сообществе, а также регуляции на уровне анатомически организованных органов, систем органов и целостного организма. Органеллы разделяют реакции метаболизма самой клетки (функция жизнеобеспечения) и те биохимические процессы, которые определяют роль клетки в большом едином сообществе - многоклеточном организме (производственные функции). Наличие органелл позволяет в одно и то же время проводить в клетке разнообразные, порой прямо противоположные реакции. В органеллах одновременно происходят как метаболические, анаболические реакции синтеза, так и процессы катаболизма с накоплением в отдельных субклеточных образованиях промежуточных продуктов, называемых "изнанкой метаболизма". Функциональные различия отдельных органелл диктуют необходимость координации их функции начиная с аутокринного (клеточного) уровня регуляции.

ПЕР, которые имеются в цитозоле большинства эукарио-тических клеток, отделены от цитозоля монослоем ФЛ, как и липидные капли, и через эту монослойную мембрану, которая обладает низкой проницаемостью, надо перенести:

- афизиологичные полярные ЖК из ассоциатов с липид-переносящими белками цитозоля в форме активных ЖК после этерификации с КоА и образования ацил-КоА - неполярной формы ЖК;

- неполярные моно-ЭХС в составе ЛПВП как субстрат для окисления спирта ХС в форме эфиров с эндогенной олеиновой моно-ЖК и синтеза из них желчных кислот;

- избыточное количество принятых с пищей ЭС-поли-ЖК, метаболитов эйкозаноидов; через мембрану необходимо перенести и

- все оксидазы, уриказу и т. д., которые синтезированы в микросомах эндоплазматической сети, а реализуют активность в ПЕР. Несмотря на однослойность, проницаемость мембрану ПЕР низкая. В нее встроены 4 типа АТФ-зависимых кассетных транспортеров у позвоночных и 4 гена, которые кодируют их синтез. Функцию активных транспортеров, которые переносят ЖК из цитозоля в ПЕР против градиента концентрации характеризует следующее:

- мембрана ПЕР не является в полной мере проницаемой и перенос ЖК и метаболитов против градиента концентрации возможен только при функции активных АТФ-зависимых транспортеров;

- два транспортера предназначены для переноса в ПЕР длинноцепочечных С 24 и С 26 ацил-КоА;

- инактивация первого из транспортеров является причиной развития адренолейкодистрофии с патогномонич-ным накоплением в клетках очень длинных н-ЖК - С 24-С 26:0. Именно их ПЕР призваны подвергать р-окислению до длины, которую могут окислять митохондрии. Естественно, что ферментные системы р-окисления в митохондриях с образованием АТФ и в ПЕР без синтеза АТФ различаются. Очень длинноцепочечные н-ЖК в цитозоле клеток переносят белки, связывающие ЖК в неполярной форме ацил-КоА. Например, ацетоацетат является как продуктом Р-окисления ЖК, так и промежуточным продуктом синтеза ЖК; происходит в клетке одновременно, но в разных компартментах.

К АТФ-зависимым транспортерам на плазматической мембране гепатоцитов и ПЕР принадлежат и так называемые кассетные транспортеры, которые, вероятно, сформировались в гепатоцитах на тех же ступенях филогенеза, что и рецеп-торное поглощение клетками РСТ ЛПНП путем апоВ-100-эндоцитоза. При поглощении одного линоленового ЛПНП, который переносит принятые с пищей ш'-6 и ш'-3 ЭС-поли-ЖК в форме неполярных полиэфиров ХС, клетки в один момент получают эквимольное количество ЭС-поли-ЖК и спирта ХС. После поглощения ЛПНП клетки гидролизуют все эфиры ХС, депонируют ЭС-поли-ЖК в форме полярных аминоФЛ, а массу освобожденного неэтерифицированного ХС "выводят" за ненадобностью (как упаковку) в гидрофильную межклеточную среду. ХС, будучи полярным, формирует в межклеточной среде мицеллы, как мы показали ранее, и остается стабилизированным при концентрации не выше 8 нмоль/мл. Далее ХС связывает апоА-I, который синтезируют гепатоциты с целью переноса от клеток к гепатоцитам всего ХС, синтезируемого каждой из клеток и поглощенного клетками в составе эфиров ХС как упаковочный материал для ЭС-поли-ЖК.

Вначале гепатоциты синтезируют апоА-I, который в крови и межклеточной среде связывает полярные ФЛ, освобожденные из полярного монослоя на поверхности ТГ в ЛПОНП при гидролизе ТГ, а далее апоА-I + ФЛ - ЛПВП захватывают в межклеточной среде и неэтерифицированный ХС, формируя печеночные ЛПВП. Они по физико-химическим параметрам отличаются от ЛПВП, синтезированных в энтероцитах и содержащих экзогенные ЭС-поли-ЖК в полярной форме ФЛ. На плазматической мембране гепатоцитов печеночные ЛПВП связывают специализированные клатриновые структуры в кавеолах, после чего последние формируют эндосомы, и клетки поглощают печеночные ЛПВП целиком. Далее АТФ-зависимые транспортеры в составе эндосом перемещают ЛПВП до контакта с ПЕР, и эти же белки-транспортеры переносят в органеллы всю массу неэтери-фицированного ХС, которую далее гепатоциты используют как субстрат для синтеза желчных кислот. После этого ЛПВП могут быть подвергнуты деструкции или путем экзоцитоза вновь оказаться в межклеточной среде. В силу переноса такими транспортерами ХС ad mass они и были названы кассетными. Эти данные дают основание говорить о наличии функциональных связей между структурами кавеол на плазматической мембране гепатоцитов, кассетными транспортерами и ПЕР. Подобное функциональное единение подтверждает, что белок кавеолин-1, локализованный на плазматической мембране гепатоцитов, присутствует и в ПЕР, в которых он функционального значения не имеет и попадает в них, вероятно, вместе с ЛПВП.

Отсутствие на мембране пероксисом АТФ-зависимых транспортеров и переноса через мембрану, а, следовательно, и окисления очень длинноцепочечных н-ЖК С 24:0 и С 26:0 приводит к развитию лейкодистрофии (накоплению ЖК) в клетках - фибробластах, нейроглии и нейронах. Эти данные свидетельствуют о том, что дефект р-окисления в ПЕР является вторичным по отношению к их транспорту. Нарушение функции этих транспортеров имеет значение при метаболизме очень длинноцепочечных ЖК в ткани мозга. Заметим, что нейроны представляют собой специализированную ткань, они способны удлинять очень длинные ЖК до С 38 и вводить в цепь до 12 двойных связей; такие ЖК в межклеточной среде не появляются. Патология АТФ-зависимого пакетного транспортера является причиной церебральной атаксии, арефлексии, деградации клеток Пуркинье, дорсальных ганглиев и сочетается с функциональными и морфологическими изменениями надпочечников. Говоря о функции ПЕР, можно отметить, что насколько характерны для сахарного диабета гипергликемия в межклеточной среде и повышение содержания гликотоксинов (глиоксаля и метилглиоксаля), столь же типично и увеличение содержания в межклеточной среде очень длинноцепочечных н-ЖК С 24-С 26. Гликирование белков, переносящих ЖК в цитозоле, существенно меняет конформацию связывающих доменов и является неспецифичным фактором, способствую-

щим нарушению переноса к клеткам очень длинноцепочечных ЖК и их окислению в ПЕР. Не станет ли повышение содержания в плазме крови очень длинноцепочечных ЖК (С 24:0-С 26:0) критерием оценки сахарного диабета?

Биохимические процессы, локализованные в ПЕР, не являются одинаковыми у разных видов животных; у человека они вовлечены в процессы как катаболизма субстратов, так и анаболизма, включая р-окисление разнообразных ЖК, которые не могут быть окислены в митохондриях, синтез плазмалогенов (альдегид-ФЛ) и желчных кислот. Для ПЕР характерны реакции перекисного окисления, что и послужило основанием назвать их пероксисомами, а также каталазу, которая инактиви-рует Н202. В ПЕР происходит ш'-, Р- и a-окисление ЖК, синтез альдо-ФЛ и детоксикация гликотоксинов (глиоксаля и метил-глиоксаля). ПЕР имеют несколько транспортных систем для перемещения метаболитов через монослой ФЛ: они включают транспорты для адениловых нуклеотидов и кассетные АТФ-зависимые транспортеры. Многочисленными функциями ПЕР и действием специфичных ферментов можно объяснить то, что для врожденных нарушений характерно большое число клинических проявлений. Используя методы ядерной магнитно-резонансной спектроскопии, в моче можно определить наличие метаболитов, что дает возможность клиническим биохимикам оценить врожденное нарушение функции ПЕР.

Описано 10 разновидностей синдрома нарушения биогенеза ПЕР, вызванных отсутствием облигатных клеточных органелл. Поскольку ПЕР не имеют ДНК и не синтезируют белки, синтез всех ферментов происходит на рибосомах, затем они переносятся через мембрану ПЕР при действии АТФ-зависимых транспортеров. Однако ПЕР не могут поддерживать активную конформацию ферментов, которые быстро становятся неактивными. Заболевания не имеют специфичных симптомов. ПЕР катализируют более 50 биохимических реакций: ряд ферментов не имеет аналогов в иных субклеточных органеллах. Наиболее важными метаболическими реакциями, которые полностью или частично происходят в ПЕР, являются окисление ЖК; синтез плазмалогенов; детоксикация глиоксаля, метилглиоксаля и катаболизм аминокислот. К нарушению обмена ЖК в частности относится недостаточность пероксисомальной ацил-КоА-оксидазы, в результате наблюдается накопление в клетках длинноцепочечных (С 20:0 арахиновая н-ЖК) и очень длинноцепочечных н-ЖК (С 22:0: бегеновая и С 23:0 лигноцериновая).

Отложение неметаболизированных очень длинноцепо-чечных ЖК происходит в клетках и межклеточной среде печени, семенниках и нервной ткани, вызывая синдром Zellweger (цереброгепаторенальный синдром) и морфологическую картину адренолейкодистрофии. При этом в ПЕР нарушен синтез плазмалогенов, на долю которых приходится от 5 до 20% всех ФЛ in vivo, особенно в нервной ткани, поэтому

все болезни ПЕР имеют неврологические симптомы. Происходит накопление липидов в астроцитах, клетках печени и почек, в мозге снижено содержание плазмалогенов, в цитозоле снижено количество ПЕР и их ферменты лишены активности. Отсутствие в клетках ПЕР встречается редко, дети с такими мутациями погибают в течение первого года жизни. Синтез белков-ферментов для ПЕР закодирован в ядре; сборка всех протеинов происходит в рибосомах цитозоля, и сформированные ферментные комплексы функционируют в структуре специфичных органелл. ПЕР обладают выраженной способностью к пролиферации; в зависимости от индукции субстратом и биохимических процессов в клетках количество ПЕР может быть удвоено. Вначале в ПЕР происходит гиперплазия, затем пролиферация, увеличение числа органелл, что является результатом индукции субстратами, которые они призваны как метаболизировать, так и катаболи-зировать. Можно дифференцировать патологию, вызванную нарушением синтеза оксидаз на рибосомах эндоплазматиче-ской сети, и патологию кассетных транспортеров, предназначенных для переноса ферментов и субстратов в состав ПЕР. Вопросы, подлежащие дальнейшему рассмотрению: способны ли ПЕР усиленно окислять экзогенную пальм-н-ЖК, в результате чего человек остается худым; в какой мере недостаточная функция ПЕР является одним из этиологических факторов ожирения. Важно определить и биологическую целесообразность применения пролифераторов ПЕР при лечении сахарного диабета и снижении гликемии.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается биологическое предназначение пе-роксисом в клетке?

2. Каково функциональное сходство лизосом и перокси-сом и различие между ними?

3. Каковы основные биохимические реакции, которые протекают в пероксисомах?

4. Какова роль пероксисом гепатоцитов в оптимизации экзогенных жирных кислот?

5. Какие жирные кислоты являются пролифераторами пе-роксисом?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Верещагин А. Г. Биохимия триглицеридов. - М., 1972.

2. Клиническая биохимия / Под ред. В. А. Ткачука. - М., 2002.

3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека:

Пер. с англ. - М., 1993.

4. Титов В. Н. Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и

липопротеинов. - М.; Тверь, 2008.

5. Титов В. Н., Дмитриев Л. Ф., Крылин В. В., Дмитриев В. А. //

Клин. лаб. диагн. - 2010. - № 3. - С. 22-36.