Липаза: фермент расщепления жиров¶

Липаза — класс ферментов подкласса гидролаз (КФ 3.1.1), катализирующих гидролитическое расщепление сложноэфирных связей в триглицеридах с образованием свободных жирных кислот, глицерина и промежуточных продуктов — ди- и моноглицеридов. Липазы относятся к числу ключевых биокатализаторов липидного обмена и присутствуют практически во всех живых организмах — от бактерий и грибов до растений, животных и человека. В организме человека и животных липазы обеспечивают переваривание и усвоение пищевых жиров, мобилизацию энергетических резервов из жировой ткани, а также участвуют в метаболизме липопротеинов.

¶Общая характеристика

Липазы действуют на границе раздела фаз «вода — жир», поскольку их субстраты (триглицериды) гидрофобны и нерастворимы в водной среде. Это свойство отличает липазы от других эстераз и определяет механизм их работы: фермент адсорбируется на поверхности жировой капли и катализирует реакцию в межфазной зоне. Многие липазы проявляют так называемую межфазную активацию — их каталитическая активность резко возрастает при контакте с субстратной поверхностью.

Молекулярная масса липаз варьируется в широких пределах — от 20 до 60 кДа и более. Оптимум pH и температуры зависит от источника фермента: например, панкреатическая липаза человека активна в слабощелочной среде (pH 7–8), тогда как лизосомальные липазы работают в кислой среде.

¶Классификация

Липазы классифицируют по происхождению, локализации и субстратной специфичности.

• По источнику: животные (панкреатическая, печёночная, липопротеинлипаза), растительные (липаза семян клещевины, подсолнечника), микробные (бактериальные, грибковые).
• По локализации в организме: пищеварительные (секретируются в желудочно-кишечный тракт), внутриклеточные (лизосомальные, цитозольные), связанные с мембранами (липопротеинлипаза эндотелия).
• По субстратной специфичности: триглицеридлипазы, фосфолипазы, холестеролэстеразы, позиционно-специфичные (гидролизующие связи в определённых положениях глицеринового скелета).

¶Липазы человека

В организме человека выделяют несколько основных липаз, обеспечивающих разные этапы липидного обмена.

Панкреатическая липаза синтезируется ацинарными клетками поджелудочной железы и секретируется в двенадцатиперстную кишку. Она гидролизует триглицериды пищи, действуя преимущественно по α-положениям (первое и третье) глицеринового скелета. Для активации ферменту необходимы желчные кислоты и колипаза — белок, вырабатываемый той же железой.

Липопротеинлипаза локализуется на поверхности эндотелия капилляров жировой ткани, мышц и сердца. Она расщепляет триглицериды в составе хиломикронов и липопротеинов очень низкой плотности, обеспечивая доставку жирных кислот в ткани.

Печёночная липаза участвует в метаболизме липопротеинов и превращении липопротеинов промежуточной плотности в липопротеины низкой плотности. Гормончувствительная липаза адипоцитов запускает липолиз — мобилизацию жира из жировых депо под действием адреналина и других гормонов. Лизосомальная кислая липаза отвечает за расщепление липидов внутри лизосом.

¶Липазы микроорганизмов

Микробные липазы широко распространены в природе и играют важную роль в круговороте жиров. Бактерии родов Pseudomonas, Bacillus, грибы Candida, Rhizopus, Aspergillus продуцируют внеклеточные липазы, которые используются в биотехнологии. Эти ферменты отличаются высокой термостабильностью и устойчивостью к органическим растворителям, что делает их ценными для промышленности.

¶Применение

Липазы находят применение в различных отраслях.

В клинической практике определение активности липазы в крови служит важным диагностическим тестом. Повышение её уровня наблюдается при остром панкреатите, заболеваниях желчевыводящих путей, почечной недостаточности. Активность липазы остаётся повышенной дольше, чем активность амилазы, что делает её более надёжным маркером.

¶Регуляция активности

Активность липаз регулируется на нескольких уровнях. Гормончувствительная липаза активируется путём фосфорилирования под действием протеинкиназы А, запускаемой адреналином, норадреналином и глюкагоном. Инсулин, напротив, подавляет липолиз. Липопротеинлипаза регулируется инсулином (активируется) и аполипопротеинами (C-II активирует, C-III ингибирует). Пищеварительные липазы зависят от поступления желчи и секреции колипазы.

¶Нарушения, связанные с липазами

Дефицит или недостаточность липаз приводят к серьёзным метаболическим нарушениям. Мутации гена липопротеинлипазы вызывают семейную гиперхиломикронемию — состояние, при котором триглицериды не расщепляются и накапливаются в крови. Недостаточность лизосомальной кислой липазы лежит в основе болезни накопления эфиров холестерина и болезни Вольмана. Нарушение секреции панкреатической липазы при хроническом панкреатите ведёт к стеаторее — выделению непереваренных жиров с калом.

¶Методы определения

Активность липазы определяют несколькими способами: титриметрически (по количеству образовавшихся жирных кислот), колориметрически (с использованием синтетических субстратов, дающих окрашенный продукт), флуориметрически и иммуноферментным анализом. В лабораторной диагностике чаще применяют колориметрические методы с субстратами типа триолеина или диглицеридов, меченных хромофором.

¶Источники

• Биохимия: учебник для вузов (под редакцией Е. С. Северина)
• Berg J. M., Tymoczko J. L., Stryer L. Biochemistry
• Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of Biochemistry
• Справочник по клинической лабораторной диагностике
• Обзоры по промышленному применению микробных липаз