B-Окисление высших жирных кислот
О Б М Е Н Л И П И Д О В
Д.м.н. Е.И.Кононов
Лекция 2
Перейдем к рассмотрению внутриклеточных процессов расщепления и синтеза липидов различных классов: жирных кислот, триглицеридов, фосфолипидов, сфинголипидов и стероидов.
Окисление жирных кислот в клетках
Высшие жирные кислоты могут окисляться в клетках тремя путями:
а) путем a-окисления,
б) путем b-окисления,
в) путем w-окисления.
Процессы a- и w-окисления высших жирных кислот идут в микросомах клеток с участием ферментов монооксигеназ и играют в основном пластическую функцию -- в ходе этих процессов идет синтез гидроксикислот, кетокислот и кислот с нечетным числом атомов углерода, необходимых для клеток. Так, в ходе a-окисления жирная кислота может быть укорочена на один атом углерода, превращаясь таким образом в кислоту с нечетным числом атомов"C", в соответствии с приведенной схемой:
R-CH2-COOH ———> R-CHOH-COOH ———> R-CO-COOH ———> R-COOH + CO2
b-Окисление высших жирных кислот
Основным способом окисления высших жирных кислот, по крайней мере в отношении общего количества окисляющихся в клетке соединений данного класса, является процесс b-окисления, открытый Кноопом еще в 1904 г. Этот процесс можно определить как процесс ступенчатого окислительного расщепления высших жирных кислот, в ходе которого идет последовательное отщепление двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-КоА со стороны карбоксильной группы активированной молекулы высшей жирной кислоты.
|
|
Поступающие в клетку высшие жирные кислоты подвергаются активации с превращением их в ацил-КоА (R-CO-SKoA), причем активация жирных кислот происходит в цитозоле. Сам же процесс b-окисления жирных кислот идет в матриксе митохондрий. В то же время внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацил-КоА, в связи с чем встает вопрос о механизме транспорта ацильных остатков из цитозоля в матрикс митохондрий.
Ацильные остатки переносятся через внутреннюю мембрану митохондрий с помощью специального переносчика, в качестве которого выступает карнитин (КН):
СН3
\ +
CН3— N — СН2-СН-СН2-СООН
/ і
СН3 ОН
В цитозоле с помощью фермента внешней ацилКоА:карнитинацилтрансферазы (Е1 на ниже приведенной схеме) остаток высшей жирной кислоты переносится с коэнзима А на карнитин с образованием ацилкарнитина:
Мембрана
іі
R-CO-SKoA ——ї Ъ— Кн <——————ЕЕ———— Кн <——ї Ъ—> R-CO-SKoA
і і іі і і
іE1і іі іЕ2і
і і іі і і
HS-KoA<——————Щ А—>R-CO-Kн———ЕЕ——> R-CO-Кн——Щ А—— HS-KoA
іі
Ацилкарнитинин при участии специальной карнитин-ацилкарнитин-транслоказной системы проходит через мембрану внутрь митохондрии и в матриксе с помощью фермента внутренней ацил-КоА:карнитин-ацилтрансферазы (Е2) ацильный остаток передается с карнитина на внутримитохондриальный коэнзим А. В результате в матриксе митохондрий появляется активированный остаток жирной кислоты в виде ацил-КоА; высвобожденный карнитин с помощью той же самой транслоказы проходит через мембрану митохондрий в цитозоль, где может включаться в новый цикл переноса. Карнитин-ацилкарнитин-транслоказа, встроенная во внутреннюю мембрану митохондрий, осуществляет перенос молекулы ацилкарнитина внутрь митохондрии в обмен на молекулу карнитина, удаляемую из митохондрии.
|
|
Активированная жирная кислота в матриксе митохондрий подвергается ступенчатому циклическому окислению по схеме:
СН3-(СН2)n-СН2-СН2-СО~S-KoA ацил-КоА
ФАД————ї і
і і Ацил-КоА-дегидрогеназа
ФАДН2 <—Щ і
Н
СН3-(СН2)n- С = С-СО~S-KoA транс-2,3-еноил-КоА
Н
і
Н2О ——> і Еноил-КоА-гидратаза
і
СН3-(СН2)n-СН-СН2-СО~S-KoA b-гидроксиацил-КоА
ОН
НАД+ ——ї і
і і b-Гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа
НАДН+Н+<Щ і
СН3-(СН2)n-СО-СН2-СО~S-KoA b-кетоацил-КоА
і
HS-KoA —> і b-кетоацил-КоА-тиолаза
і
СН3-(СН2)n-СО~S-KoA + СН3-СО~S-КоА
|
|
Укороченный на 2 ацетил-КоА
атома "C" ацил-КоА
В результате одного цикла b-окисления радикал жирной кислоты укорачивается на 2 атома углерода, а отщепившийся фрагмент выделяется в виде ацетил-КоА. Суммарное уравнение цикла:
Ъ———————————————————————————————————————————————————————————ї
і СН3-(СН2)n-СО-S-КоА + ФАД + НАД+ + Н2О ——————> і
і і
і ——> CН3-(СН2)n-2-СО-S-KoA + CH3-CO-S-KoA + ФАДН2 + НАДН+Н+і
А———————————————————————————————————————————————————————————Щ
В ходе одного цикла b-окисления, например,при превращении стеароил-КоА в пальмитоил-КоА с образованием ацетил-КоА, высвобождается 91 ккал/моль свободной энергии, однако основная часть этой энергии накапливается в виде энергии восстановленных коферментов, потери же энергии в виде теплоты составляют лишь около 8 ккал/моль.
Образовавшийся ацетил-КоА может поступать в цикл Кребса, где он будет окисляться до конечных продуктов или же может использоваться для других нужд клетки, например, для синтеза холестерола. Укороченный на 2 атома углерода ацил-КоА вступает в новый цикл b-окисления. В результате нескольких последовательных циклов окисления вся углеродная цепь активированной жирной кислоты расщепляется до "n" молекул ацетил-КоА, причем значение "n" определяется числом атомов углерода в исходной жирной кислоте.
|
|
Энергетический эффект одного цикла b-окисления можно оценить исходя из того, в ходе цикла образуются 1 молекула ФАДН2 и 1 молекула НАДН+Н. При их поступлении в цепь дыхательных ферментов будет синтезироваться 5 молекул АТФ (2 + 3). Если образовавшийся ацетил-КоА будет окислен в цикле Кребса, то клетка получит еще 12 молекул АТФ.
Для стеариновой кислоты суммарное уравнение ее b-окисления имеет вид:
Ъ———————————————————————————————————————————————————————————ї
і С17Н35СО-S-KoA + 8 НАД+ + 8 ФАД + 8 HS-KoA + 8 H2O ————> і
і ——————> 9 CH3-CO-S-KoA + 8 НАДН+Н+ + 8 ФАДН2 і
А———————————————————————————————————————————————————————————Щ
Энергетический эффект окисления высшей жирной кислоты при условии, что весь образующийся ацетил-КоА сгорает в цикле Кребса, можно рассчитать по уравнению:
n n
Х = (——— — 1)х5 + ——— х 12, где "n" - число атомов уг-
2 2 лерода в соединении
Расчеты показывают, что при окислении стеариновой кислоты в клетке будет синтезироваться 148 молекул АТФ. При расчете энергетического баланса окисления из этого количества нужно исключить 2 макроэргических эквивалента, затрачиваемых при активации жирной кислоты (в ходе активации АТФ расщепляется до АМФ и 2 Н3РО4). Таким образом, при окислении стеариновой кислоты клетка получит 146 молекул АТФ.
Для сравнения: при окислении 3 молекул глюкозы, содержащих также 18 атомов углерода, клетка получает только 114 молекул АТФ, т.е. высшие жирные кислоты являются более выгодным энергетическим топливом для клеток по сравнению с моносахаридами. По-видимому, это обстоятельство является одной из главных причин того, что энергетические резервы организма представлены преимущественно в виде триацилглицеринов, а не гликогена.
Общее количество свободной энергии, выделяющееся при окислении 1 моля стеариновой кислоты составляет около 2632 ккал, из них накапливается в виде энергии макроэргических связей синтезированных молекул АТФ около 1100 ккал.Таким образом, аккумулируется примерно 40% всей выделяющейся свободной энергии.
Скорость b-окисления высших жирных кислот определяется, во-первых, концентрацией жирных кислот в клетке и, во-вторых, активностью внешней ацил-КоА:карнитин-ацилтрансферазы. Активность фермента угнетается малонил-КоА. На смысле последнего регуляторного механизма мы остановимся несколько позднее, когда будем обсуждать координацию процессов окисления и синтеза жирных кислот в клетке.
Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!