Metabolizm tłuszczów – lipoliza i lipogeneza

Chyba z żadnym z makroskładników odżywczych nie wiąże się tyle kontrowersji co z tłuszczem. Do niedawna tłuszcz posądzano o choroby układu krążenia i otyłość. Obecnie wraca do łask w postaci diet ketogenicznych i low-carb. Prawdę na temat tłuszczu możemy odkryć sami, poznając bliżej jego metabolizm w organizmie. W tym artykule obalimy najczęstsze mity związane z tłuszczem w diecie. Spojrzymy obiektywnie i naukowo na to, jakim przemianom podlega i co z nich wynika.

Przez wieki pulchna sylwetka była symbolem statusu społecznego, wśród niektórych ludów pierwotnych jest tak nawet do dzisiaj. Wszystko zmieniło się wraz z nadejściem ery Twiggy, odtąd tłuszcz stał się naszym wrogiem numer jeden. Na Zachodzie Europy i w USA rekordy popularności przez wiele lat biła niskotłuszczowa dieta low–FAT, a jednocześnie nigdy wcześniej nie zaobserwowano takiego nasilenia epidemii otyłości, jak dzisiaj. Wokół tłuszczu narosło wiele mitów, czy jednak wszystkie znajdują potwierdzenie w rzeczywistości?

Rola tłuszczu w organizmie człowieka

W poniższym tekście zajmiemy się wybranymi zagadnieniami związanymi z tłuszczem oraz jego przetwarzaniem przez organizm człowieka. Na początek kilka podstawowych informacji:

• Tłuszcz rozumiany jako tkanka tłuszczowa w organizmie człowieka pełni funkcję zapasową, wypełniającą, ochronną oraz izolacyjną (termiczną). Tkanka tłuszczowa to magazyn, w którym przechowywane są trójglicerydy (triacyloglicerole, specyficzny rodzaj tłuszczu). Trójglicerydy możemy syntetyzować sami, możemy pobierać je również wraz z pożywieniem.

W uproszczeniu: trójglicerydy = 3 cząsteczki długołańcuchowych kwasów tłuszczowych + glicerol

• Dzięki zgromadzonym zapasom trójglicerydów przeciętny człowiek mógłby przeżyć bez jedzenia około 37 dni.
• Rozmieszczenie tkanki tłuszczowej nie jest u ludzi jednakowe i zależy zarówno od wieku jak też od płci (hormony męskie sprzyjają odkładaniu się tłuszczu na brzuchu i ramionach/ sylwetka jabłko, hormony żeńskie – na biodrach, pośladkach oraz udach /sylwetka gruszka).
• Trójglicerydy mogą być również magazynowane w wątrobie (ich nadmiar prowadzi do tzw. stłuszczenia wątroby).
• Lipoproteiny to połączenie cząsteczek tłuszczy i protein, transportujące we krwi trójglicerydy.
• Kwasy tłuszczowe to inaczej kwasy karboksylowe i mają różną długość łańcucha węglowego (kwasy krótko, średnio i długołańcuchowe). Część kwasów tłuszczowych możemy syntetyzować sami, część zaś to tak zwane Niezbędne Kwasy Tłuszczowe. Kwasy tłuszczowe niepołączone z inną cząsteczką (niezestryfikowane) to tak zwane wolne kwasy tłuszczowe. W skład trójglicerydów wchodzą zawsze długołańcuchowe kwasy tłuszczowe.
• Kwasy tłuszczowe pochodzą alboz rozkładu trójglicerydów, ewentualnie: fosfolipidów albo z procesu syntezy, której bezpośrednim substratem jest glukoza. Synteza kwasów tłuszczowych z glukozy zachodzi w warunkach nadpodaży węglowodanów. Kwasy tłuszczowe mogą przedostawać się zarówno do adipocytów – komórek tłuszczowych, jak i komórek innych narządów: takich jak nerki, wątroba czy serce (gdzie służą jako źródło energii).

Tłuszcze a tkanka tłuszczowa

Ze względu na budowę komórkową oraz pełnioną funkcję rozróżniamy białą (żółtą) i brązową (brunatną) tkankę tłuszczową.

Biała tkanka tłuszczowa ulega spaleniu w trakcie głodu, ponieważ to ona stanowi magazyn, w którym organizm przechowuje energię w formie tłuszczów. Rozrost białek tkanki tłuszczowej stymuluje nadmiar kalorii. Tkanka ta służy do przechowywania kwasów tłuszczowych, które mogą przenikać do wnętrza adipocytów zarówno drogą pasywnej dyfuzji, jak i dzięki działaniu tak zwanej translokazy FAT. Stwierdzono, że aktywność FAT wzrasta wraz ze wzrostem udziału tłuszczów w diecie. (Bickerton, 2007). Co ciekawe, kobiety przejmują dwukrotnie więcej kwasów tłuszczowych spożytych wraz z posiłkiem bezpośrednio do podskórnej tkanki tłuszczowej niż mężczyźni (Shadid, 2007).

Brązowa tkanka tłuszczowa. Jej największa ilość występuje u noworodków, a wraz z wiekiem zanika. W niskich temperaturach może produkować ciepło (termogeneza bezdrżeniowa, zauważ, że za termogenezę drżeniową odpowiadają mimowolne skurcze mięśni). Tkanka ta nie ulega spaleniu w okresie głodu, komórki brązowej tkanki tłuszczowej są trzykrotnie mniejsze od komórek białego tłuszczu i w odróżnieniu od adipocytów białek tkanki tłuszczowej posiadają mitochondria. To właśnie w tych organellach może przebiegać oksydacja kwasów tłuszczowych, której towarzyszy wydzielanie ciepła. Rozrost brązowej tkanki tłuszczowej stymuluje zimno.

Metabolizm tłuszczy i kwasów tłuszczowych

Ilość wolnych kwasów tłuszczowych w organizmie ulega nieustannym zmianom i zależy od trzech procesów:

1. Lipogenezy – to proces produkcji trójglicerydów na drodze estryfikacji kwasów tłuszczowych, jej szczególnym przypadkiem jest tak zwana lipogeneza de novo, czyli synteza tłuszczów z węglowodanów, której towarzyszy jednak spory wydatek energetyczny.
2. Lipolizy – czyli rozkładu trójglicerydów na drodze hydrolizy na kwasy tłuszczowe oraz glicerol.
3. Ponownej estryfikacji kwasów tłuszczowych do postaci trójglicerydów, aby mogły wrócić do tkanki zapasowej.

Lipoliza i lipogeneza to procesy, które zachodzą w adipocytach jednocześnie i bez przerwy. Na nasilenie przebiegu tych procesów w organizmie mają wpływ różne czynniki, są to między innymi:

• nawyki żywieniowe,
• gospodarka hormonalna,
• uwarunkowania metaboliczne.

Ilość Wolnych Kwasów Tłuszczowych w organizmie niemal bezpośrednio odzwierciedla poziom trójglicerydów we krwi.

Lipoliza – rozkład tłuszczy. Przebieg i znaczenie

Lipoliza to hydroliza (rozkład) trójglicerydów, przebiegająca za pośrednictwem lipaz – aktywowanych działaniem kilku różnych czynników (m.in. tzw. hormonów lipolitycznych) na wolne kwasy tłuszczowe (WKT) oraz glicerol.

Trójglicerydy + H₂0 → lipoliza → WKT + glicerol

Hormony lipolityczne (glukagon, adrenalina, noradrenalina, wazopresyna, hormon tarczycy T3 (z pewnym ograniczeniem)) → stymulują hormon cyklaza adenylowa → powstaje cAMP, który pobudza z kolei lipolizę.

Lipolizę aktywuje też: kortyzol i somatotropina (produkowany przez przysadkę hormon wzrostu), post / głód oraz wysiłek fizyczny, a także peptydy natriuretyczne (neurohormony uczestniczące w regulowaniu gospodarki wodnej). Zauważ, że niezbędnym substratem lipolizy jest woda! Odwodnienie organizmu hamuje lipolizę.

Co hamuje rozkład tłuszczy?

Ważną rolę w kontroli procesu lipolizy pełni insulina, która:

• Obniża poziom cAMP i hamuje uwalnianie zestryfikowanych kwasów tłuszczowych, przez co hamuje lipolizę.
• Nasila przejmowanie glukozy przez komórki tłuszczowe (adipocyty) i nasila lipogenezę

Oprócz insuliny przebieg lipolizy hamuje też prostaglandyna, kwas nikotynowy, tzw. beta – blokery oraz leptyna.

Leptyna – jak wpływa na głód i tkankę tłuszczową?

Leptyna to białko/hormon odkryte dopiero w 1994 roku, wydzielane przez adipocyty białej tkanki tłuszczowej, która wpływa na nasz apetyt oraz hormony żeńskie: hormon luteinizujący – LH, hormon folikutropowy – FSH, prolaktyna. Leptyna hamuje uczucie głodu oraz pobudza lipolizę. W uproszczeniu schematyczne działanie leptyny wygląda tak:

Nadmiar substratów do oksydacji (nadmiar wolnych kwasów tłuszczowych z lipolizy) → leptyna wysyła sygnał do podwzgórza: jesteś najedzony → spadek poziomu pobudzającego apetyt neuropeptydu Y → spadek apetytu

Niedobór wydzielania leptyny lub leptynoopornośćreceptorów w podwzgórzu → apetyt nie ulega zahamowaniu → zanik energochłonnych procesów w organizmie, takich jak wzrost, termogeneza (odczuwamy głód i zimno mimo wystarczających posiłków)

Leptynooporność to zjawisko, którego występowanie podejrzewa się u osób cierpiących na zespół metaboliczny oraz cukrzycę typu 2. Oprócz stymulowania lipolizy leptyna nasila glukoneogenezę, a osłabia lipogenezę oraz obniża poziom insuliny, czyli leptyna mówi: hej, jesteś już najedzony, czas „pospalać” tłuszcz.

Rola karnityny w spalaniu tłuszczy

Karnityna to aminokwas endogenny, który nasz organizm może syntetyzować z aminokwasu metionina oraz lizyna (szacunkowo 25% całkowitej codziennej podaży karnityny w organizmie) jak też pobierać wraz z pożywieniem (ok. 75% całkowitej codziennej podaży). Źródło karnityny w diecie to głównie produkty odzwierzęce, zwłaszcza czerwone mięso oraz ryby, w mniejszym stopniu drób, jaja i mleko, wyjątek stanowią grzyby. Wyłącznie karnityna może transportować długołańcuchowe kwasy tłuszczowe do wnętrza mitochondriów, gdzie kwasy te stają się dla nas źródłem energii. Karnityna służy również do transportu zwrotnego nadmiaru krótko- i średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych z mitochondriów. Niedoborem karnityny zagrożeni są głównie weganie i w mniejszym stopniu – wegetarianie. Deficyt tego aminokwasu w organizmie grozi miopatią, hipoglikemią hipoketotyczną, słabością mięśni. Jako suplement diety L-karnityna jest często wykorzystywana przez sportowców oraz w przypadkach niewydolności mięśnia sercowego. Przyjmuje się, że bezpieczna terapeutyczna dobowa dawka karnityny to 1 – 3 g. D-karnityna ma właściwości toksyczne.

Schemat procesu lipolizy

1. Tłuszcz w adipocytach ulega mobilizacji i następuje uwolnienie trójglicerydów.
2. Powstałe trójglicerydy ulegają hydrolizie przez enzymy: lipazy, przy czym największy udział w procesach lipolizy ma lipoliza zachodząca bezpośrednio w tkance tłuszczowej, o jej przebiegu decyduje m. in. lipaza HSL (Hormon Sensitive Lipase). To właśnie ona jest wrażliwa na działanie hormonów lipolizujących.
3. W wyniku hydrolizy trójglicerydów powstają wolne kwasy tłuszczowe (WKT) plus glicerol/cholesterol.
4. Następuje aktywacja wolnych kwasów tłuszczowych przy użyciu ATP – powstaje acylo-CoA, przy czym długołańcuchowy acylo-CoA musi zostać przeniesiony do macierzy mitochondrialnej przy pomocy karnityny.
5. Kwasy tłuszczowe ulegają następnie beta – oksydacji i przekształcają się w acetylo – CoA, stanowiący substrat dla wyprodukowania większych ilości ATP na drodze cyklu Krebsa oraz fosforylacji oksydacyjnej.

Beta–oksydacja kwasów tłuszczowych została omówiona szerzej w artykule: mitochondrialna produkcja energii. Los uwolnionego podczas przebiegu lipolizy glicerolu zależy od tego, czy dana tkanka posiada specjalny enzym kinaza glicerolowa. Jeżeli tak, wówczas glicerol przenika do tkanki, gdzie ulega przemianie w glicerolo–3–fosforan, substrat dla glikolizy oraz cyklu pentozowego – cyklu przemiany w cukier, z tego wynika, że z glicerolu może powstać cukier. Tkanką, która nie posiada tego enzymu jest tkanka tłuszczowa. Jak przeczytasz w dalszej części tego wpisu, nadmiar węglowodanów może doprowadzić do przyrostu tkanki tłuszczowej.

Reklama

L-karnityna MSE Sprawdź

Omegan 750® Sprawdź

Hepar-Intercell Sprawdź

EnzOmega ® MSE Sprawdź

Lipogeneza – właściwości i znaczenie

Lipogeneza to synteza trójglicerydów z kwasów tłuszczowych oraz glicerolu. Lipogeneza zachodzi poza mitochondrium – w cytozolu komórki i rozpoczyna się od aktywowania glicerolu oraz kwasów tłuszczowych:

glicerol + ATP → kinaza glicerolowa → glicerolo –3 – fosforan

kwasy tłuszczowe + koenzym A → acyl-CoA

Kwasy tłuszczowe z pożywienia są głównie przekazywane bezpośrednio do tkanki tłuszczowej i zmagazynowane właśnie w formie trójglicerydów, natomiast w fazie wzrostu służą jako materiał budulcowy do tworzenia błon komórkowych. Zaburzenie funkcji magazynowej adipocytów prowadzi do odkładania się trójglicerydów w innych tkankach (zjawisko toksyczności tłuszczów), powodując insulinooporność dotkniętych tym procesem narządów (wątroby, trzustki, serca, mięśni szkieletowych).

Jak wspomniano wyżej, najważniejszym stymulatorem lipogenezy jest insulina. Z kolei najistotniejszym inhibitorem lipogenezy jest kinaza proteinowa stymulowana AMP (AMPK), która reaguje na obniżający się poziom ATP (a tym samym wzrost AMP – adenozynomonofosforan) i w efekcie pobudza beta – oksydację kwasów tłuszczowych w mięśniach oraz ketogenezę. AMPK stymuluje też pobieranie węglowodanów przez komórki i sekrecję insuliny. W uproszczeniu AMPK mówi: zużyjmy to, co już mamy, a co nie wymaga wykorzystania ATP, bo ATP mamy mało). Na osłabienie działania kinazy AMPK działa lipoliza (wymagającą dostarczenia energii) jak też lipogeneza. Natomiast aktywność AMPK pobudza post oraz ćwiczenia i działanie hormonu lipaza.

Lipogeneza de novo

W warunkach nadpodaży węglowodanów w wątrobie uruchamiany jest proces nazywany lipogenezą de novo. Lipogeneza de novo (LDN) to proces syntezy trójglicerydów z węglowodanów, który odbywa się w wątrobie lub komórkach tłuszczowych. Sygnałem do rozpoczęcia LDN jest przeciążenie wątroby węglowodanami, do którego dochodzi w sytuacji, gdy ilość dostarczanej organizmowi energii w formie węglowodanów przekracza wydatki energetyczne organizmu. Jeżeli poziom ATP w organizmie jest wysoki, a rezerwy glikogenu w mięśniach – zapełnione (zauważ: w formie glikogenu możemy zmagazynować w mięśniach jedynie od 200 do 500g węglowodanów!), rozpoczyna się synteza kwasów tłuszczowych, które ulegają następnie estryfikacji, tworząc trójglicerydy. Jak sugerują badania nasilenie LDN pozostaje niezależne od rodzaju spożywanego cukru: glukoza, sukraloza czy fruktoza. Rozwiązaniem może być zmniejszenie ilości węglowodanów w diecie lub dieta paleo-ketogeniczna.

Przyczyny odkładania się tkanki tłuszczowej

Przyrost tkanki tłuszczowej może wynikać z:

1. Nadmiaru węglowodanów w diecie (los węglowodanów to kolejno: spalenie bezpośrednie, potem: zmagazynowanie w formie glikogenu, a następnie ewentualnie: zgromadzenie nadmiaru wytworzonego w glikolizie acetylo – CoA w postaci tłuszczów).
   Najbardziej niebezpieczny jest nadmiar w diecie węglowodanów o wysokim IG/IFF, które stymulując sekrecję insuliny, pobudzają również lipogenezę.
2. Przenikanie nadmiaru kwasów tłuszczowych z diety do adipocytów i komórek narządów. (swobodna dyfuzja krótko i średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych), proces ten wiąże się z ogólną nadwyżką energetyczną w organizmie.

Komórki białego tłuszczu nie posiadają mitochondriów, więc nie przetworzą kwasów tłuszczowych na drodze beta–oksydacji na energię.

Kilka wniosków praktycznych – szczególnie dla osób starających się ograniczyć wagę:

Czy tłuszcze mogą przyczyniać się do wzrostu wagi? Tak, ale tylko wtedy, gdy nasza dieta jest nadmiernie kaloryczna. W przypadku nadpodaży kalorii w diecie przy jednoczesnym wyczerpaniu możliwości bezpośredniego spalenia węglowodanów oraz zapełnienia rezerw glikogenowych w mięśniach, organizm najpierw hamuje lipolizę (antagonistyczne działanie insuliny) oraz beta–oksydację kwasów tłuszczowych, a następnie – gdy węglowodanów nadal jest za dużo, rozpoczyna lipogenezę (węglowodany są magazynowane w formie tkanki tłuszczowej). Dostarczone wraz z pożywieniem kwasy tłuszczowe nie służą więc wygenerowaniu energii, lecz zostają po prostu zmagazynowane (obrazowo możemy powiedzieć, że organizm przestaje spalać kwasy tłuszczowe, bo ma wystarczająco dużo ATP i woli zaoszczędzić coś na „trudne czasy”).

Wysokotłuszczowa i jednocześnie wysokokaloryczna dieta (nawet z wyeliminowaniem węglowodanów) również nas utuczy! Dieta ketogenna / low – carb na dłuższą metę jest nie do utrzymania ze względu na ryzyko niefizjologicznej kwasicy ketonowej, a ponadto: przy nadpodaży kalorii nawet na diecie ketogennej nasza wątroba nie wyprodukuje wystarczającej ilości ciał ketonowych (co stanowi zagrożenie metaboliczne dla mózgu, komórek nerwowych i erytrocytów). Jeżeli dążysz do redukcji wagi, to samo ograniczenie spożywanych kalorii nie wystarczy – trzeba dodać odpowiedni wysiłek fizyczny*, który pozwoli ci spalić uwolnione do krwi wolne kwasy tłuszczowe. Głód stymuluje lipolizę, ale lipoliza nie oznacza jeszcze, że ten tłuszcz spalisz! Lipoliza to jak ciężarówka z opałem, która podjechała do fabryki (komórka, mitochondrium). Jeżeli fabryka jest zamknięta, bo brakuje nam ruchu, albo przepełniona, z powodu dużej rezerwy glikogenu, to kwasy tłuszczowe wrócą z powrotem do komórki tłuszczowej.

Jaka aktywność fizyczna pozwala spalać tkankę tłuszczową?

*Wysiłek aerobowy (wysiłek tlenowy, ćwiczenia cardio, np. szybkie bieganie) sprzyja uwolnieniu do krwi kwasów tłuszczowych, ponieważ to one, oprócz zmagazynowanego w mięśniach glikogenu służą mięśniom za źródło energii pozyskiwanej na drodze utleniania. Moment, w którym zaczynamy sięgać po trójglicerydy w warunkach wysiłku aerobowego podlega licznym dyskusjom. Jedno jest natomiast pewne:

Im dłuższy wysiłek aerobowy, tym większe zużycie tłuszczów jako źródła energii (przy czym, po około 1h wysiłku aerobowego zdecydowanie przeważa oksydacja tłuszczów), dlatego ilość uwalnianych do krwi tłuszczów rośnie (zauważ, że po wysiłku rośnie poziom kortyzolu, hormonu, który sprzyja lipolizie).

W warunkach wzrostu podaży kwasów tłuszczowych we krwi (bezpośrednio po wysiłku lub po okresie przegłodzenia) niewskazane jest spożywanie dużej ilości węglowodanów. Jak pamiętasz z wcześniejszej części artykułu: organizm wybierze kwasy tłuszczowe jako źródło energii, a węglowodany „odłoży sobie na później” (lipogeneza de Novo). Nadmierne ograniczenie liczby kalorii w diecie grozi spowolnieniem podstawowej przemiany materii. Przekonał się o tym każdy, kto stosował w swoim życiu kilka (naście) diet niskokalorycznych – po zakończeniu każdej z nich pojawiający się efekt jo-jo był najczęściej coraz poważniejszy. Z tego względu podstawowym przykazaniem osób walczących z nadwagą jest: nie głodzić się, zwiększyć wysiłek fizyczny oraz zadbać o odpowiednią kompozycję diety.

Dieta mitochondrialna (mitodieta) uwzględnia informacje zawarte w powyższym artykule, przez co dodatkowo sprzyja unormowaniu przemian metabolicznych oraz gospodarki energetycznej organizmu.

Autorka: Sylwia Grodzicka