Окислення жирних кислот

Окислення гліцерину.

Спочатку гліцерин незалежно від того, чи поступить він на ресинтез жирів або буде піддаватися подальшому розпаду, піддається активації шляхом фосфорилювання. Донором залишку фосфорної кислоти в цій реакції служить АТФ. Процес прискорюється відповідною фосфотрансферазою – гліцеролкіназою, при цьому утворюється гліцеринфосфорна кислота.

Цей процес найінтенсивніше відбувається в печінці. Гліцеринфосфорна кислота під дією ферменту гліцеринфосфатдегідрогенази перетворюється в діоксіацетонфосфат і далі перетворення відбувається так, як в гліколітичному циклі (див. Анаеробне перетворення вуглеводів).

Проміжні продукти окислення гліцерину (гліцеринфосфорна кислота, діоксіацетонфосфат) можуть використовуватися для утворення жирів і фосфоліпідів, а також для синтезу вуглеводів. Так, гліцеринфосфорна кислота в основному йде на синтез нових молекул тригліцеридів, але частина його окислюється з утворенням діоксиацетонфосфату; діоксиацетонфосфат ізомеризується у 3-фосфогліцериновий альдегід, який потім вступає в обмінні реакції (гліколізу).

Жирні кислоти в живому організмі перетворюються в результаті їх окислення. Окислення жирних кислот відбувається у багатьох тканинах, особливо в печінці, легенях, нирках, серці.

Вищі жирні кислоти руйнуються переважно шляхом β-окисления. Ненасичені вищі жирні кислоти (олеїнова, лінолева, ліноленова і ін.) заздалегідь відновлюються до насичених кислот.

Окислення насичених вищих жирних кислот здійснюється ступінчасто, шляхом відщеплення від їх молекул двовуглецевих фрагментів.

Всі реакції багатостадійного окислення прискорюються специфічними ферментами, причому починаючи з третьої фази (див. нижче) вони зібрані у вигляді метаболону.

b-Окислення жирних кислот відбувається в кілька стадій:

Перша стадія: Активація вищих жирних кислот за рахунок коферменту А (КоА) і АТФ шляхом утворення з’єднання з коферментом А, що містить макроергічний зв'язок, який сприяє більш ефективному протіканню реакцій окислення утвореної сполуки, яка називається ацилкоферментом А (ацил-КоА).

Під дією ферменту тіокінази жирних кислот (аденілаткінази) КоА за рахунок макроергічної групи АТФ приєднується тіоефірним зв’язком за місцем карбоксильної групи жирної кислоти. Ця реакція проходить біля зовнішньої мембрани мітохондрій:

Пірофосфат, що утворюється в цій реакції, енергійно розщеплюється до Н₃РО₄ за участю пірофосфатази, що забезпечує зміщення рівноваги всього процесу вправо.

Наступні етапи b-окислення жирних кислот проходять на внутрішній мембрані мітохондрій, тому спочатку необхідно, щоб ацил-КоА перейшов всередину мітохондрій. Для проходження через мітохондріальні мембрани ацил-КоА реагує в карнітином, при цьому утворюється ацилкарнітин. Ця реакція каталізується ферментом карнітин-ацилтрансферазою:

Всередині мітохондрій проходить зворотна реакція справа наліво. Ацил-КоА відтворюється знову і відбувається його подальше перетворення.

b-Окислення ацил-КоА відбувається шляхом послідовного відщеплення атомів водню та відсікання двовуглецевих фрагментів у вигляді ацетил-КоА.

Друга стадія: Окислення ацил-КоА під дією ацил-КоА-дегідрогенази, що містить флавінаденіндинуклеотид (ФАД) в якості коферменту. Існує, щонайменше, три ацил-КоА-дегідрогенази, що діють на короткі, середні і довгі ацильні радикали відповідно.

На цьому етапі від ацил-КоА відщеплюється два атоми водню в a- і b-положенні з утворенням подвійного зв'язку. В результаті утворюється еноїл-КоА (α,β-дегідроацил-КоА).

Третя стадія: Приєднання молекули води за місцем розриву подвійного зв'язку еноїл-КоА під дією еноїлгідратази (3-оксіацил-КоА-гідроліази) з утворенням гідроксильованого продукту реакції – β-гідроксиацил-КоА.

Ця реакція прискорюється відповідними гідроліазами. Оскільки приєднання води (гідратація) йде за місцем подвійного зв'язку, то ці ферменти за сучасною номенклатурою називають еноїл-КоА-гідратазами. Одна з них специфічна до цис-форм еноїл-КоА, інша — до транс-форм.

Четверта стадія: Окислення β-гідроксиацил-КоА шляхом видалення двох атомів водню від β-вуглецевого атому (звідси весь механізм носить назву β-окисления). Як і в другій стадії процесу, відняття атомів водню здійснюється оксидоредуктазою – 3-гідроксіацил-КоА-дегідрогенази, але з НАД⁺ в якості коферменту. Фермент специфічний лише до L-форми β-оксиацил-КоА.

В результаті гідроксильна група b-оксіацил-КоА дегідрується до кетонної і утворюється β-кетоацил-КоА.

П’ята стадія: Перенесення перетвореної в молекулі β-кетоацил-КоА нової ацильної групи на молекулу КоА, в результаті чого відщеплюється ацетил-КоА.

Цей процес прискорюється відповідною ацилтрансферазой, яку називають тіолазою, оскільки сама реакція, по суті, представляє розщеплення С—С-зв’язку з приєднанням за місцем розриву елементів HS-групи (тіоліз).

В присутності b-кетотіолази b-кетоацетил-КоА піддається тіолітичному розщепленню, яке і приводить до утворення ацетил-КоА й ацил-КоА, який мають на два атоми вуглецю менше. Далі процес окислення повторюється з другої стадії.

Отже, внаслідок одного циклу b-окислення відбувається відщеплення однієї молекули ацетил-КоА і укорочення ацил-КоА на два вуглецеві атоми.

Окислення жирної кислоти, що має 2n атомів вуглецю, відбувається за n –1 циклів.

Остаточним продуктом β-окисления вищих жирних кислот з парним числом вуглецевих атомів є ацетил-КоА. При окисленні жирних кислот з непарним числом атомів вуглецю в кінці розщеплення залишається молекула пропіоніл-КоА (СН₃–СН₂–СО~КоА), що перетворюється в сукциніл-КоА і вступає в цикл Кребса.

Якби ацетил-КоА накопичувався в організмі, то запаси HS-KoA скоро вичерпалися б і окислення вищих жирних кислот зупинилося. Але цього не відбувається, оскільки КоА швидко звільняється із складу ацетил-КоА. До цього приводить ряд процесів:

· ацетил-КоА включається в цикл трикарбоновых і дикарбонових кислот або вельми близький до нього гліоксилевий цикл,

· ацетил-КоА використовується для синтезу поліциклічних спиртів (стеролов) і сполук, що містять ізопреноїдні групи і т.п.

β-Окислення вищих жирних кислот протікає в мітохондріях. Природно, що, оскільки в них же локалізовані ферменти дихального циклу, які проводять передачу атомів водню і електронів на кисень і пов’язане цим окислювальне фосфорилювання, β-окислення вищих жирних кислот може бути джерелом енергії для синтезу АТФ.

В деяких випадках вищі жирні кислоти можуть бути єдиними речовинами, окислення яких є джерелом енергії для окислювального фосфорилювання (напр. біосинтез білка в шовковідділяючій залозі шовкопряду, політ комах).

Енергетичний баланс одного акту b-окислення полягає в тому, що спочатку використовується одна молекула АТФ для активації жирної кислоти в результаті приєднання коферменту А. Утворений ацил-КоА дегідрується два рази, один раз у присутності ФАД, другий – НАД⁺. Відновлені форми НАД×Н₂ і ФАД×Н₂ окислюються, утворюючи на одну молекулу НАД×Н₂ три молекули АТФ, ФАД×Н₂ – дві молекули АТФ. При повному розщепленні жирної кислоти, що має 2п атомів вуглецю, утворюється п молекул ацетил-КоА, (n – 1) молекул ФАД×Н₂ і НАД×Н₂, що утворюють разом п'ять (п – 1) молекул АТФ.

При окисленні ацетил-КоА в лимоннокислому циклі утворюється 12 молекул АТФ. Враховуючи, що на початку окислення використовується одна молекула АТФ, повне окислення однієї молекули жирної кислоти, що має 2n атомів вуглецю, повинно приводити до утворення 5 (п – 1) + 12 n – 1, або 17п – 6 молекул АТФ. Наприклад, в результаті окислення однієї молекули жирної кислоти, що має 16 атомів вуглецю, утворюється 130 молекул АТФ.

Необхідно відмітити, що жирна кислота, що має 6 атомів вуглецю, утворює 45 молекул АТФ, а повне окислення глюкози, що має таку саму кількість атомів вуглецю, утворює тільки 38 молекул АТФ.

При повному окислення тригліцеридів слід також враховувати те, що відбувається розпад трьох молекул жирної кислоти (130 х 3 = 390 АТФ) та окислення гліцерину (19 АТФ).

Дата добавления: 2015-07-13