B - oxidarea acizilor grași. reglarea b-oxidării. Oxidarea acizilor grași în celule Reacții de beta oxidare

Acizii grași superiori nesaturați (oleic, linoleic, linolenic etc.) se reduc în prealabil la acizi saturați.

Pe lângă β-oxidare, care este principalul proces de degradare a acizilor grași la animale și la oameni, există și α-oxidare și ω-oxidare. α-Oxidarea are loc atât la plante, cât și la animale, cu toate acestea, întregul proces are loc în peroxizomi. ω-Oxidarea este mai puțin frecventă în rândul animalelor (vertebrate), având loc în principal la plante. Procesul de ω-oxidare are loc în reticulul endoplasmatic (RE).

Poveste

β-oxidarea a fost descoperită în 1904 de un chimist german Franz Knoop (Franz Knoop) în experimente cu câini de hrănire cu diverși acizi grași, în care un atom de hidrogen de pe atomul de carbon terminal ω-C al grupării metil -CH 3 a fost înlocuit cu un radical fenil -C 6 H 5 .

Franz Knoop a sugerat că oxidarea unei molecule de acid gras în țesuturile corpului are loc în poziția β. Ca rezultat, fragmentele cu două atomi de carbon sunt separate secvenţial din molecula de acid gras de pe partea grupării carboxil.

Teoria β-oxidării acizilor grași, propusă de F. Knoop, a servit în mare măsură drept bază pentru ideile moderne despre mecanismul oxidării acizilor grași.

Procesele metabolice

β-oxidarea este o succesiune de procese:

Activarea acizilor grași

Acizii grași care se formează în celulă prin hidroliza triacilgliceridelor sau care intră în ea din sânge trebuie activați, deoarece ei înșiși sunt substanțe inerte metabolice și, ca urmare, nu pot fi supuși reacțiilor biochimice, inclusiv oxidare. Procesul de activare a acestora are loc în citoplasmă cu participarea ionilor ATP, coenzimei A (HS-CoA) și Mg 2+. Reacția este catalizată de enzima acil-CoA sintetaza acizilor grași cu lanț lung ( CoA ligază de acizi grași cu lanț lung, EC 6.2.1.3), procesul este endergonic, adică are loc prin utilizarea energiei de hidroliză a moleculei de ATP:

R − C O O H + A T P + C o A − S H → M g 2 + R − C O S − C o A + A M P + H 4 P 2 O 7 . (\displaystyle (\mathsf (R-COOH+ATP+CoA-SH(\xrightarrow[()](Mg^(2+))))R-COS-CoA+AMP+H_(4)P_(2)O_( 7))).)

acil-CoA sintetazele se găsesc atât în ​​citoplasmă, cât și în matricea mitocondrială. Aceste enzime diferă prin specificitatea lor pentru acizii grași cu lungimi diferite de lanț de hidrocarburi. Acizii grași cu lungimea lanțului scurt și mediu (de la 4 la 12 atomi de carbon) pot pătrunde în matricea mitocondrială prin difuzie. Activarea acestor acizi grași are loc în matricea mitocondrială.

Acizii grași cu lanț lung, care predomină în corpul uman (12 până la 20 de atomi de carbon), sunt activați de sintetazele acil-CoA situate pe partea exterioară a membranei exterioare mitocondriale.

Pirofosfatul eliberat în timpul reacției este hidrolizat de enzima pirofosfatază (EC 3.6.1.1):

H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2 H 3 P O 4. (\displaystyle (\mathsf (H_(4)P_(2)O_(7)+H_(2)O\rightarrow 2H_(3)PO_(4))).)

În acest caz, echilibrul reacției se deplasează spre formarea acil-CoA.

Deoarece procesul de activare a acizilor grași are loc în citoplasmă, atunci este necesar transportul acil-CoA prin membrană în mitocondrii.

Transportul acizilor grași prin membrana mitocondrială

Sistemul de transport al carnitinei. Diagrama prezintă structura și mecanismul de transport al acizilor grași sub formă de acil-CoA. Acizii grași liberi (FFA) cu lungimea lanțului mică și medie sub formă de esteri acil-CoA difuzează ușor prin membranele mitocondriale, cu toate acestea, majoritatea acestor acizi grași au un lanț lung de hidrocarburi, care nu permite trecerea liberă prin ei. Acest lucru necesită un purtător, al cărui rol este jucat de carnitina - 1 . Pe suprafața membranei exterioare a mitocondriei există o enzimă - carnitina palmitoiltransferaza I (CPT1), care acilează carnitina liberă în acilcarnitină (carnitina-COR) - 2 , care ulterior difuzează prin membrana exterioară și pătrunde în spațiul intermembranar. Membrana interioară a mitocondriilor este impermeabilă la acilcarnitină pentru a trece prin ea, există o translocază carnitin-acilcarnitină (CACT), care îi permite să fie transportată în matrice. În continuare, acilcarnitina suferă procesul invers - scindare sub acțiunea enzimei carnitin palmitoiltransferaza II (CPT2) și coframentul A în carnitină liberă și acil-CoA, care intră în β-oxidare. Carnitină gratuită 1 transportat de aceeași translocază prin membrana interioară în spațiul intermembranar al mitocondriei și apoi difuzează în citoplasmă.

Transportul acizilor grași cu lanț lung prin membrana mitocondrială densă este mediat de carnitină. În membrana exterioară a mitocondriilor se află enzima carnitin aciltransferaza I (carnitin palmitoiltransferaza I, CPT1, EC 2.3.1.21), care catalizează reacția cu formarea acilcarnitinei (gruparea acil este transferată de la atomul de sulf al CoA la hidroxil). grup de carnitine pentru a forma acilcarnitina (carnitina-COR)), care difuzează prin membrana mitocondrială interioară:

R-CO~SCoA + carnitină ↔ carnitină-COR + CoA-SH

Acilcarnitina rezultată trece prin spațiul intermembranar către exteriorul membranei interioare și este transportată de enzima carnitin acilcarnitin transloază (CACT).

După ce acilcarnitina (carnitina-COR) trece prin membrana mitocondrială, are loc o reacție inversă - scindarea acilcarnitinei cu participarea CoA-SH și a enzimei mitocondriale carnitin acil-CoA transferaza sau carnitin aciltransferaza II (carnitin palmitoiltransferaza II, CPT2, CPT2). 2.3.1.21):

CoA-SH + carnitină-COR ↔ R-CO~SCoA + carnitină

Astfel, acil-CoA devine disponibil pentru enzimele de β-oxidare. Carnitina liberă este returnată în partea citoplasmatică a membranei mitocondriale interioare prin aceeași translocază.

După aceasta, acil-CoA este inclus în reacțiile de β-oxidare.

Procesul de transfer transmembranar al acizilor grași poate fi inhibat de malonil-CoA.

Oxidarea acizilor grași intramitocondriali

În matricea mitocondrială, acizii grași sunt oxidați în ciclul Knoopp-Linene. Acesta implică patru enzime care acţionează secvenţial asupra acil-CoA. Metabolitul final al acestui ciclu este acetil-CoA. Procesul în sine constă din patru reacții.

Numele reacției	Schema de reactie	Enzimă	produsul rezultat
Dehidrogenarea acidului gras activat (acil-CoA). β-oxidarea începe cu dehidrogenarea acil-CoA de către acil-CoA dehidrogenază a acizilor grași cu lanț lung (LCAD) dependentă de FAD, formând o dublă legătură între atomii de carbon α și β (C-2 și C-3) din produs de reacție, enoil-CoA. Coenzima FADH 2, redusă în această reacție, transferă atomii de hidrogen din ETC către coenzima Q. Ca rezultat, sunt sintetizate 2 molecule de ATP.		acil-CoA dehidrogenază (EC 1.3.99.3)	Trans-A2-enoil-CoA
Reacția de hidratare. Acil-CoA nesaturat (enoil-CoA), cu participarea enzimei enoil-CoA hidrazăza, atașează o moleculă de apă. Ca rezultat, se formează β-hidroxiacil-CoA. Reacția este reversibilă și stereospecifică, produsul rezultat este forma L.		Enoil-CoA hidrazăza (EC 4.2.1.17)	L-p-hidroxiacil-CoA
Oxidare dependentă de NAD+ sau a doua reacție de dehidrogenare. L-p-hidroxiacil-CoA rezultat este apoi oxidat. Reacția este catalizată de dehidrogenază dependentă de NAD+.		L-β-hidroxiacetil dehidrogenaza (EC 1.1.1.35)	L-p-cetoacil-CoA
Reacția tiolazei. În această reacție, β-cetoacil-CoA interacționează cu coenzima A. Ca rezultat, β-cetoacil-CoA este scindat și se formează un acil-CoA scurtat cu doi atomi de carbon și un fragment cu doi atomi de carbon sub formă de acetil-CoA. Această reacție este catalizată de acetil-CoA aciltransferaza (sau β-cetotiolaza).		β-Ketotiolaza (EC 2.3.1.9)	Acil-CoA și acetil-CoA

Acetil-CoA rezultat suferă oxidare în ciclul Krebs, iar acil-CoA, scurtat cu doi atomi de carbon, trece din nou în mod repetat prin întreaga cale de β-oxidare până la formarea butiril-CoA (compus cu 4 atomi de carbon), care la rândul său este oxidat la 2 molecule de acetil-CoA. FADH 2 și NADH H merg direct în lanțul respirator.

Pentru degradarea completă a unui acid gras cu lanț lung, ciclul trebuie repetat de mai multe ori, de exemplu, sunt necesare opt cicluri pentru stearil-CoA (C 17 H 35 CO ~ SCoA).

Caracteristici ale oxidării acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon

Ca urmare a oxidării acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon, se formează nu numai acetil-CoA, FAD H 2 și NADH, ci și o moleculă de propionil-CoA (C 2 H 5 -CO~SCoA).

Oxidarea acizilor grași nesaturați

La oxidarea acizilor grași care au două (-C=C-C-C=C-) sau mai multe legături nesaturate, este necesară o altă enzimă suplimentară, β-hidroxiacil-CoA epimeraza (EC 1.1.1.35).

Viteza de oxidare a acizilor grași nesaturați este mult mai mare decât cea a acizilor grași saturați, ceea ce se datorează prezenței legăturilor duble. De exemplu, dacă luăm rata de oxidare a acidului stearic saturat ca standard, atunci viteza de oxidare a acidului oleic este 11, linoleic este 114, linolenic este 170 și acidul arahidonic este de aproape 200 de ori mai mare decât acidul stearic.

Beta-oxidarea la plante

Bilanțul energetic al procesului

Ca rezultat al transferului de electroni de-a lungul ETC din FAD H 2 și NADH, sunt sintetizate 5 molecule de ATP (2 din FADH 2 și 3 din NADH). În cazul oxidării acidului palmitic au loc 7 cicluri de β-oxidare (16/2-1=7), ceea ce duce la formarea a 5 7 = 35 molecule de ATP. În procesul de β-oxidare a acidului palmitic, n molecule de acetil-CoA, fiecare dintre acestea, cu arderea completă în ciclul acidului tricarboxilic, dă 12 molecule de ATP, iar 8 molecule vor da 12 8 = 96 molecule de ATP.

Astfel, în total, cu oxidarea completă a acidului palmitic, se formează 35 + 96 = 131 molecule de ATP. Totuși, ținând cont de o moleculă de ATP, care este hidrolizată la AMP, adică 2 legături de înaltă energie sau două ATP sunt cheltuite, chiar la început pentru procesul de activare (formarea palmitoil-CoA), randamentul total de energie pentru oxidarea completă a unei molecule de acid palmitic în condiţiile unui organism animal vor fi 131 -2=129 molecule.

Ecuația generală pentru oxidarea acidului palmitic este următoarea:

C 15 H 31 C O − S C o A + 7 F A D + + 7 N A D + + 7 H 2 O + 7 H S − C o A → 8 C H 3 C O − S C o A + 7 F A D H 2 + 7 N A D H (\displaystyle (\ mathsf (C_(15)H_(31)CO-SCoA+7FAD^(+)+7NAD^(+)+7H_(2)O+7HS-CoA\rightarrow 8CH_(3)CO-SCoA+7FADH_(2)+ 7NADH)))

Formula pentru calcularea cantității totale de ATP care este generată ca urmare a procesului de β-oxidare este:

[ (n 2 ⋅ 12) + ((n 2 − 1) ⋅ 5) ] (\displaystyle (\left[((\frac (n)(2))\cdot 12)+(((\frac (n)) (2))-1)\cdot 5)\dreapta]))

Unde n- numarul de atomi de carbon dintr-o molecula de acid gras.

Calculul energetic al β-oxidării pentru unii acizi grași este prezentat sub formă de tabel.

Acid gras	Numărul de molecule de ATP generate per 1 moleculă de acid gras	Numărul de molecule de ATP consumate	Producția totală de energie a moleculelor de ATP
Acid caprilic C7H15COOH	63	2	63-2=61
Acid lauric C11H23COOH	97	2	97-2=95
Acid miristic C13H27COOH	114	2	114-2=112
Acid pentadecilic C14H29COOH	122,5	2	122,5-2=120,5
Acid palmitic C15H31COOH	131	2	131-2=129
Acid margaric C16H33COOH	139,5	2	139,5-2=137,5
Acid stearic C17H35COOH	148	2	148-2=146
Acid arahidic C 19 H 39 COOH	165	2	165-2=163

Oxidarea acizilor grași extramitocondriali

Pe lângă β-oxidarea acizilor grași care are loc în mitocondrii, există și oxidarea extramitocondrială. Acizii grași cu o lungime mai mare a lanțului (de la C20) nu pot fi oxidați în mitocondrii datorită prezenței unei membrane duble dense, care va împiedica procesul de transport al acestora prin spațiul intermembranar. Prin urmare, oxidarea acizilor grași cu lanț lung (C 20 -C 22 și mai mult) are loc în peroxizomi. În peroxizomi, procesul de β-oxidare a acizilor grași are loc într-o formă modificată. Produșii de oxidare în acest caz sunt acetil-CoA, octanoil-CoA și peroxid de hidrogen H 2 O 2. Acetil-CoA se formează într-o etapă catalizată de dehidrogenază dependentă de FAD. Enzimele peroxizomale nu atacă acizii grași cu lanț scurt, iar procesul de β-oxidare se oprește atunci când se formează octanoil-CoA.

Acest proces nu este asociat cu fosforilarea oxidativă și generarea de ATP și, prin urmare, octanoil-CoA și acetil-CoA sunt transferate din CoA în carnitină și trimise în mitocondrii, unde sunt oxidate pentru a forma ATP.

Activarea β-oxidării peroxizomale are loc atunci când există un conținut în exces de acizi grași în alimentele consumate, începând cu C20, precum și la administrarea medicamentelor hipolipemiante.

Regulament

Rata de reglare a procesului de β-oxidare include mai mulți factori:

Viteza de β-oxidare depinde, de asemenea, de activitatea enzimei carnitin palmitoiltransferaza I (CPTI). În ficat, această enzimă este inhibată de malonil-CoA, o substanță formată în timpul biosintezei acizilor grași.

În mușchi, carnitina palmitoiltransferaza I (CPTI) este de asemenea inhibată de malonil-CoA. Deși țesutul muscular nu sintetizează acizi grași, conține o izoenzimă acetil-CoA carboxilază care sintetizează malonil-CoA pentru a regla β-oxidarea. Această izoenzimă este fosforilată de protein kinaza A, care este activată în celule sub influența adrenalinei, și de protein kinaza dependentă de AMP și astfel o inhibă; concentrația de malonil-CoA scade. Ca rezultat, în timpul muncii fizice, când AMP apare în celulă, β-oxidarea este activată sub influența adrenalinei, cu toate acestea, viteza acesteia depinde și de disponibilitatea oxigenului. Prin urmare, β-oxidarea devine o sursă de energie pentru mușchi la numai 10-20 de minute de la începerea activității fizice (așa-numitul exercițiu aerobic), când fluxul de oxigen către țesuturi crește.

Încălcări ale procesului

Defecte ale sistemului de transport al carnitinei

Defectele sistemului de transport al carnitinei se manifestă prin fermentopatie și deficit de carnitină în corpul uman.

Stări de deficit de carnitină

Cele mai frecvente afecțiuni de deficiență asociate cu pierderea carnitinei în anumite afecțiuni ale corpului sunt:

Semnele și simptomele deficienței de carnitină includ atacuri de hipoglicemie care rezultă din scăderea gluconeogenezei ca urmare a β-oxidării acizilor grași afectate, scăderea formării de corp cetonici însoțită de niveluri crescute de acizi grași liberi (FFA) în plasma sanguină, slăbiciune musculară ( miastenia gravis), precum și acumularea de lipide.

Enzimepatii

Tulburări genetice ale acil-CoA dehidrogenazelor acizilor grași cu lanț mediu

În mitocondrii există 3 tipuri de acil-CoA dehidrogenaze care oxidează acizii grași cu radicali cu lanț lung, mediu sau scurt. Acizii grași pot fi oxidați secvenţial de către aceste enzime, deoarece radicalul este scurtat în timpul β-oxidării. Defect genetic al dehidrogenazei acizilor grași cu lungime medie radicală (EC 1.3.8.7) - MCADD(abreviat din M edium- c hain A cil-CoA d hidrogenază d eficiență) este cea mai frecventă în comparație cu alte boli ereditare - 1:15.000 de frecvență a genei defectuoase ACADM, care codifică acil-CoA dehidrogenaze ale acizilor grași cu lanț mediu, în rândul populației europene - 1:40. Aceasta este o boală autosomal recesivă care rezultă din înlocuirea nucleotidului T (timină) cu A (adenină) la poziția 985 a genei. Se manifestă prin acumularea de acizi grași cu lanț mediu (în special caprilici) și derivații acestora în sânge și deficit secundar de carnitină. Simptomele caracteristice sunt atacuri de vărsături, letargie, hipoglicemie severă non-cetotică cauzată de utilizarea excesivă a glucozei (mai ales periculoasă pentru nou-născuți), se poate dezvolta comă și este posibilă moartea. Boala este cea mai periculoasă la copii, deoarece printre aceștia se observă cea mai mare rată a mortalității (până la 60%).

Tulburări genetice ale acil-CoA dehidrogenazelor acizilor grași cu lanț de carbon foarte lung

Acidurie dicarboxilica

Aciduria dicarboxilica este o boala asociata cu excretia crescuta a acizilor dicarboxilici C6-C10 si hipoglicemia rezultata, cu toate acestea, nu este asociata cu o crestere a continutului de corpi cetonici. Cauza acestei boli este MCADD. În acest caz, β-oxidarea este întreruptă și ω-oxidarea acizilor grași cu lanț lung este îmbunătățită, care sunt scurtați la acizi dicarboxilici cu lanț mediu, care sunt excretați din organism.

sindromul Zellweger

Sindromul Zellweger sau sindromul cerebrohepatorenal, o boală ereditară rară descrisă de medicul pediatru american Hans Zellweger (ing. H.U. Zellweger), care se manifestă prin absența peroxizomilor în toate țesuturile organismului. Ca urmare, acizii polienoici (C 26 -C 38), care sunt acizi grași cu lanț lung, se acumulează în organism, în special în creier. Incidența estimată a tulburărilor de biogeneză a peroxizomilor din spectrul sindromului Zellweger este de 1:50.000 de nou-născuți în Statele Unite și 1:500.000 de nou-născuți în Japonia. Sindromul se caracterizează prin: retard de creștere prenatală; hipotensiune musculară; dificultate la supt; areflexie; dolicocefalie; frunte inalta; fata rotunda plata; pleoape umflate; hipertelorism; Forma ochiului mongoloid;

În celulele eucariote, β-oxidarea are loc exclusiv în condiții aerobe în matricea mitocondrială sau în peroxizomi la plante, acest proces are loc în glioxizomi.

Toate reacțiile de oxidare în mai multe etape sunt accelerate de enzime specifice. β-oxidarea acizilor grași superiori este un proces biochimic universal care are loc în toate organismele vii. La mamifere, acest proces are loc în multe țesuturi, în special în ficat, rinichi și inimă. Acizii grași superiori nesaturați (oleic, linoleic, linolenic etc.) se reduc în prealabil la acizi saturați.

Pe lângă β-oxidare, care este principalul proces de degradare a acizilor grași la animale și la oameni, există și α-oxidare și ω-oxidare. α-Oxidarea are loc atât la plante, cât și la animale, cu toate acestea, întregul proces are loc în peroxizomi. ω-Oxidarea este mai puțin frecventă în rândul animalelor (vertebrate), având loc în principal la plante. Procesul de ω-oxidare are loc în reticulul endoplasmatic (RE).

β-oxidarea a fost descoperită în 1904 de un chimist german ( Franz Knoop) în experimente cu câini de hrănire cu diverși acizi grași, în care un atom de hidrogen de pe atomul de carbon terminal ω-C al grupării metil -CH 3 a fost înlocuit cu un radical fenil -C 6 H 5 .

Franz Knoop a sugerat că oxidarea unei molecule de acid gras în țesuturile corpului are loc în poziția β. Ca rezultat, fragmentele cu două atomi de carbon sunt separate secvenţial din molecula de acid gras de pe partea grupării carboxil.

Teoria β-oxidării acizilor grași, propusă de F. Knoop, a servit în mare măsură drept bază pentru ideile moderne despre mecanismul oxidării acizilor grași.

Acizii grași care se formează în celulă prin hidroliza triacilgliceridelor sau care intră în ea din sânge trebuie activați, deoarece ei înșiși sunt substanțe inerte metabolice și, ca urmare, nu pot fi supuși reacțiilor biochimice, inclusiv oxidare. Procesul de activare a acestora are loc în citoplasmă cu participarea ionilor ATP, coenzimei A (HS-CoA) și Mg 2+. Reacția este catalizată de enzima acil-CoA sintetaza acizilor grași cu lanț lung ( CoA ligază de acizi grași cu lanț lung, KF), procesul este endergonic, adică are loc prin utilizarea energiei din hidroliza moleculei de ATP:

acil-CoA sintetazele se găsesc atât în ​​citoplasmă, cât și în matricea mitocondrială. Aceste enzime diferă prin specificitatea lor pentru acizii grași cu lungimi diferite de lanț de hidrocarburi. Acizii grași cu lungimea lanțului scurt și mediu (de la 4 la 12 atomi de carbon) pot pătrunde în matricea mitocondrială prin difuzie. Activarea acestor acizi grași are loc în matricea mitocondrială.

Acizii grași cu lanț lung, care predomină în corpul uman (12 până la 20 de atomi de carbon), sunt activați de sintetazele acil-CoA situate pe partea exterioară a membranei exterioare mitocondriale.

Pirofosfatul eliberat în timpul reacției este hidrolizat de enzima pirofosfatază (CP):

În acest caz, echilibrul reacției se deplasează spre formarea acil-CoA.

Deoarece procesul de activare a acizilor grași are loc în citoplasmă, atunci este necesar transportul acil-CoA prin membrană în mitocondrii.

Transportul acizilor grași cu lanț lung prin membrana mitocondrială densă este mediat de carnitină. În membrana exterioară a mitocondriilor se află enzima carnitin aciltransferaza I (carnitin palmitoiltransferaza I, CPT1, CP), care catalizează reacția cu formarea acilcarnitinei (gruparea acil este transferată de la atomul de sulf al CoA la gruparea hidroxil a carnitinei pentru a forma acilcarnitina (carnitina-COR)), care difuzează prin membrana internă membrana mitocondrială:

Acilcarnitina rezultată trece prin spațiul intermembranar către exteriorul membranei interioare și este transportată de enzima carnitin acilcarnitin transloază (CACT).

După trecerea acilcarnitinei (carnitina-COR) prin membrana mitocondrială, are loc o reacție inversă - scindarea acilcarnitinei cu participarea CoA-SH și a enzimei mitocondriale carnitin acil-CoA transferaza sau carnitin aciltransferaza II (carnitin palmitoiltransferaza II, CPT2). , CP):

Astfel, acil-CoA devine disponibil pentru enzimele de β-oxidare. Carnitina liberă este returnată în partea citoplasmatică a membranei mitocondriale interioare prin aceeași translocază.

Procesul de transfer transmembranar al acizilor grași poate fi inhibat de malonil-CoA.

În matricea mitocondrială, acizii grași sunt oxidați în ciclul Knoopp-Linene. Acesta implică patru enzime care acţionează secvenţial asupra acil-CoA. Metabolitul final al acestui ciclu este acetil-CoA. Procesul în sine constă din patru reacții.

Acetil-CoA rezultat suferă oxidare în ciclul Krebs, iar acil-CoA, scurtat cu doi atomi de carbon, trece din nou în mod repetat prin întreaga cale de β-oxidare până la formarea butiril-CoA (compus cu 4 atomi de carbon), care la rândul său este oxidat la 2 molecule de acetil-CoA. FADH 2 și NADH H merg direct în lanțul respirator.

Pentru degradarea completă a unui acid gras cu lanț lung, ciclul trebuie repetat de mai multe ori, de exemplu, sunt necesare opt cicluri pentru stearil-CoA (C 17 H 35 CO ~ SCoA).

Caracteristici ale oxidării acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon

Ca urmare a oxidării acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon, se formează nu numai acetil-CoA, FAD H 2 și NADH, ci și o moleculă de propionil-CoA (C 2 H 5 -CO~SCoA).

La oxidarea acizilor grași care au două (-C=C-C-C=C-) sau mai multe legături nesaturate, este necesară o altă enzimă suplimentară, β-hidroxiacil-CoA epimeraza (HF).

Viteza de oxidare a acizilor grași nesaturați este mult mai mare decât cea a acizilor grași saturați, ceea ce se datorează prezenței legăturilor duble. De exemplu, dacă luăm rata de oxidare a acidului stearic saturat ca standard, atunci viteza de oxidare a acidului oleic este 11, linoleic este 114, linolenic este 170 și acidul arahidonic este de aproape 200 de ori mai mare decât acidul stearic.

Ca rezultat al transferului de electroni de-a lungul ETC din FAD H 2 și NADH, sunt sintetizate 5 molecule de ATP (2 din FADH 2 și 3 din NADH). În cazul oxidării acidului palmitic au loc 7 cicluri de β-oxidare (16/2-1=7), ceea ce duce la formarea a 5 7 = 35 molecule de ATP. În procesul de β-oxidare a acidului palmitic, n molecule de acetil-CoA, fiecare dintre acestea, cu arderea completă în ciclul acidului tricarboxilic, dă 12 molecule de ATP, iar 8 molecule vor da 12 8 = 96 molecule de ATP.

Astfel, în total, cu oxidarea completă a acidului palmitic, se formează 35 + 96 = 131 molecule de ATP. Totuși, ținând cont de o moleculă de ATP, care este hidrolizată la AMP, adică 2 legături de înaltă energie sau două ATP sunt cheltuite, chiar la început pentru procesul de activare (formarea palmitoil-CoA), randamentul total de energie pentru oxidarea completă a unei molecule de acid palmitic în condiţiile unui organism animal vor fi 131 -2=129 molecule.

Ecuația generală pentru oxidarea acidului palmitic este următoarea:

Formula pentru calcularea cantității totale de ATP care este generată ca urmare a procesului de β-oxidare este:

Calculul energetic al β-oxidării pentru unii acizi grași este prezentat sub formă de tabel.

Pe lângă β-oxidarea acizilor grași care are loc în mitocondrii, există și oxidarea extramitocondrială. Acizii grași cu o lungime mai mare a lanțului (de la C20) nu pot fi oxidați în mitocondrii datorită prezenței unei membrane duble dense, care va împiedica procesul de transport al acestora prin spațiul intermembranar. Prin urmare, oxidarea acizilor grași cu lanț lung (C 20 -C 22 și mai mult) are loc în peroxizomi. În peroxizomi, procesul de β-oxidare a acizilor grași are loc într-o formă modificată. Produșii de oxidare în acest caz sunt acetil-CoA, octanoil-CoA și peroxid de hidrogen H 2 O 2. Acetil-CoA se formează într-o etapă catalizată de dehidrogenază dependentă de FAD. Enzimele peroxizomale nu atacă acizii grași cu lanț scurt, iar procesul de β-oxidare se oprește atunci când se formează octanoil-CoA.

Acest proces nu este asociat cu fosforilarea oxidativă și generarea de ATP și, prin urmare, octanoil-CoA și acetil-CoA sunt transferate din CoA în carnitină și trimise în mitocondrii, unde sunt oxidate pentru a forma ATP.

Activarea β-oxidării peroxizomale are loc atunci când există un conținut în exces de acizi grași în alimentele consumate, începând cu C20, precum și la administrarea medicamentelor hipolipemiante.

Viteza de β-oxidare depinde, de asemenea, de activitatea enzimei carnitin palmitoiltransferaza I (CPTI). În ficat, această enzimă este inhibată de malonil-CoA, o substanță formată în timpul biosintezei acizilor grași.

În mușchi, carnitina palmitoiltransferaza I (CPTI) este de asemenea inhibată de malonil-CoA. Deși țesutul muscular nu sintetizează acizi grași, conține o izoenzimă acetil-CoA carboxilază care sintetizează malonil-CoA pentru a regla β-oxidarea. Această izoenzimă este fosforilată de protein kinaza A, care este activată în celule sub influența adrenalinei, și de protein kinaza dependentă de AMP și astfel o inhibă; concentrația de malonil-CoA scade. Ca rezultat, în timpul muncii fizice, când AMP apare în celulă, β-oxidarea este activată sub influența adrenalinei, cu toate acestea, viteza acesteia depinde și de disponibilitatea oxigenului. Prin urmare, β-oxidarea devine o sursă de energie pentru mușchi la numai 10-20 de minute de la începerea activității fizice (așa-numitul exercițiu aerobic), când fluxul de oxigen către țesuturi crește.

Defectele sistemului de transport al carnitinei se manifestă prin fermentopatie și deficit de carnitină în corpul uman.

Cele mai frecvente afecțiuni de deficiență asociate cu pierderea carnitinei în anumite afecțiuni ale corpului sunt:

Semnele și simptomele deficienței de carnitină includ atacuri de hipoglicemie care rezultă din scăderea gluconeogenezei ca urmare a β-oxidării acizilor grași afectate, scăderea formării de corp cetonici însoțită de niveluri crescute de acizi grași liberi (FFA) în plasma sanguină, slăbiciune musculară ( miastenia gravis), precum și acumularea de lipide.

Tulburări genetice ale acil-CoA dehidrogenazelor acizilor grași cu lanț mediu

În mitocondrii există 3 tipuri de acil-CoA dehidrogenaze care oxidează acizii grași cu radicali cu lanț lung, mediu sau scurt. Acizii grași pot fi oxidați secvenţial de către aceste enzime, deoarece radicalul este scurtat în timpul β-oxidării. Defect genetic (DF) - MCADD(abreviat din M edium- c hain A cil-CoA d hidrogenază d eficiență) este cea mai frecventă în comparație cu alte boli ereditare - 1:15.000 de frecvență a genei defectuoase ACADM, care codifică acil-CoA dehidrogenaze ale acizilor grași cu lanț mediu, în rândul populației europene - 1:40. Aceasta este o comă și poate fi fatală. Boala este cea mai periculoasă la copii, deoarece printre aceștia se observă cea mai mare rată a mortalității (până la 60%).

Tulburări genetice ale acil-CoA dehidrogenazelor acizilor grași cu lanț de carbon foarte lung

Aciduria dicarboxilica este o boala asociata cu excretia crescuta a acizilor dicarboxilici C6-C10 si hipoglicemia rezultata, cu toate acestea, nu este asociata cu o crestere a continutului de corpi cetonici. Cauza acestei boli este MCADD. În acest caz, β-oxidarea este întreruptă și ω-oxidarea acizilor grași cu lanț lung este îmbunătățită, care sunt scurtați la acizi dicarboxilici cu lanț mediu, care sunt excretați din organism.

Sindromul Zellweger sau sindromul cerebrohepatorenal, o boală ereditară rară descrisă de medicul pediatru american Hans Zellweger (ing. H.U. Zellweger), care se manifestă prin absența peroxizomilor în toate țesuturile organismului. Ca urmare, acizii polienoici (C 26 -C 38), care sunt acizi grași cu lanț lung, se acumulează în organism, în special în creier. Incidența estimată a tulburărilor de biogeneză a peroxizomilor din spectrul sindromului Zellweger este de 1:50.000 de nou-născuți în Statele Unite și 1:500.000 de nou-născuți în Japonia. Sindromul se caracterizează prin: retard de creștere prenatală; hipotensiune musculară; dificultate la supt; areflexie; dolicocefalie; frunte inalta; fata rotunda plata; pleoape umflate; hipertelorism; Forma ochiului mongoloid; cataractă; retinopatie pigmentară sau displazie a nervului optic; colobomul irisului; urechi joase; micrognatie; palat despicat; curbura laterală sau medială a degetelor; afectarea ficatului (hepatomegalie (creșterea volumului hepatic), disginezie a canalelor intrahepatice, ciroză hepatică); boala de rinichi cu chisturi multiple; adesea - severe, incompatibile cu viața, anomalii pulmonare și defecte cardiace; dezvoltarea psihomotorie întârziată; convulsii; icter persistent. Examenul patomorfologic relevă o întârziere a mielinizării neuronilor; acumularea de lipide în astrocite; conținutul de plasmogeni este redus în ficat, rinichi și creier; în celulele hepatice și în alte țesuturi ale corpului numărul peroxizomilor este redus, majoritatea enzimelor peroxizomale sunt inactive. Activitatea transaminazelor din sânge este crescută și se observă hiperbilirubinemie persistentă. În prezența hipoglicinei, se acumulează în principal butiril-CoA, care este hidrolizat în acid butiric liber (butirat). Intră acidul butiric în exces

Oxidarea acizilor grași poate fi crescută sau scăzută patologic.

Crește rata de oxidare a acizilor grași, în special cu o lipsă de carbohidrați, are loc:

1. Când consumați alimente bogate în grăsimi.

2. În timpul postului.

3. Pentru diabet.

În acest caz, se formează un număr mare de corpi cetonici din acetil-CoA, care se formează în timpul β-oxidării acizilor grași din ficat. Acumularea de corpi cetonici duce la acidoză și se numește cetoză.

Declin rata de oxidare a acizilor grași se observă la:

1. Lipsa carnitinei. Se observă la nou-născuți, mai des la prematuri. Este cauzată fie de o încălcare a biosintezei carnitinei, fie de „scurgerea” acesteia în rinichi.

Simptome:

· atacuri de hipoglicemie care apar ca urmare a scăderii gluconeogenezei ca urmare a perturbării oxidării acizilor grași;

· scăderea sintezei corpilor cetonici, însoțită de creșterea conținutului de acizi grași liberi din plasma sanguină;

miastenia gravis (slăbiciune musculară);

· acumulare de lipide.

Tratament: administrarea de carnitină pe cale orală.

2. Activitate redusă a carnitinei palmitoiltransferazei.

În ficat duce la hipoglicemie și la scăderea conținutului de corpi cetonici din plasma sanguină.

În mușchi - la perturbarea oxidării acizilor grași, ducând la slăbiciune musculară și la dezvoltarea mioglobinuriei.

3. Acidurie dicarboxilica.

Simptomul principal este excreția acizilor dicarboxilici C 6 -C 10 și se dezvoltă hipoglicemie, care nu este asociată cu o creștere a corpilor cetonici.

Etiologie: absența în mitocondrii a acetil-CoA dehidrogenazei a acizilor grași cu lanț mediu, care sunt scurtați la acizi dicarboxilici cu lanț mediu, excretați din organism.

Apare la om după consumul de fructe ackee necoapte, care conțin toxina hipoglicină, care inactivează acil-CoA dehidrogenaza, ducând la inhibarea procesului de β-oxidare.

5. Sindromul Zellweger (sindromul cerebrohepatorenal).

Este o boală ereditară rară în care peroxizomii sunt absenți în toate țesuturile. La pacienții care suferă de sindromul Zellweger, acizii polienoici C 26 -C 28 se acumulează în creier, deoarece din cauza absenței peroxizomilor, aceștia nu suferă oxidarea acizilor grași cu lanț lung.

6. Bolile lui Refsum.

Boală neurologică rară. Asociat cu o tulburare congenitală a sistemului de α-oxidare, care duce la acumularea de acid fitanic în țesuturi, care blochează sistemul de β-oxidare.

Determinarea nivelului de lipide totale din plasma sanguină (ser) prin reacție de culoare cu reactiv sulfofosfovanilină

Lipidele totale sunt un concept generalizat care include acizi grași neesterificați, trigliceride, fosfolipide, colesterol liber și esterificat și sfingomieline.

Principiul metodei: produșii de descompunere ai lipidelor nesaturate formează cu reactivul (format din acizi sulfuric, ortofosforic și vanilină) un compus, a cărui intensitate a culorii este proporțională cu conținutul de lipide totale din serul sanguin.

Reactivi:

1. Acid sulfuric concentrat;

2. Amestecul de fosforovanilină. Se amestecă 4 volume de acid ortofosforic concentrat cu un volum de soluție de vanilină 6 g/l. Amestecul este depozitat într-un recipient de sticlă de culoare închisă la temperatura camerei.

3. Soluție standard de trioleină, 8 g/l.

Progresul hotărârii

La 0,02 ml de ser sanguin se adaugă 1,5 ml de acid sulfuric concentrat. Conținutul se amestecă și se pune într-o baie de apă clocotită timp de 15 minute. După răcirea hidrolizatului, se măsoară 0,1 ml (proba de control 0,1 ml de acid sulfuric concentrat), care este transferat în alte eprubete care conțin 1,5 ml de reactiv fosfovanilină. După amestecare, probele sunt incubate timp de 50 de minute într-un loc întunecat la temperatura camerei. Densitatea optică a probei (A 1) și a soluției de referință (A 2) se măsoară pe un fotocolorimetru la o lungime de undă de 510-540 nm într-o cuvă cu o grosime a stratului de 10 mm față de soluția de control. Calculul se face folosind formula: .

Conținut normal în serul sanguin: 4 - 8 g/l.

Semnificație clinică și diagnostică. Modificări ale nivelurilor sanguine ale componentelor cantitative și calitative ale acestui indicator sunt observate în multe boli și stări patologice care nu sunt discutate în acest manual. În ceea ce privește activitatea musculară, se observă o creștere a acestui indicator după o activitate fizică prelungită, ceea ce arată gradul în care metabolismul lipidic este inclus în aprovizionarea cu energie a activității musculare. Mai mult, valoarea acestui indicator de obicei nu depășește limitele de referință. Mai informativ este de a determina dinamica schimburilor în timpul activității fizice, componentele acestui indicator.

BIOSINTEZA LIPIIDELOR

Biosinteza lipidelor (lipogeneza) este necesară pentru a crea forme de stocare. Biosinteza lipidelor începe cu biosinteza acizilor grași.

Biosinteza acizilor grași

Sistemul de sinteză a acizilor grași este localizat în fracțiunea citoplasmatică solubilă a multor organe și țesuturi, cum ar fi ficatul, rinichii, glanda mamară și țesutul adipos.

Biosinteza acizilor grași are loc cu participarea:

1. NADPH∙H+;

5. acetil-CoA ca substrat și acid palmitic ca produs final.

Caracteristicile biosintezei acizilor grași

Sinteza acizilor grași nu este o simplă inversare a reacțiilor de β-oxidare. Cele mai importante caracteristici sunt următoarele:

1. Sinteza acizilor grași are loc în citoplasmă, spre deosebire de descompunerea care are loc în mitocondrii.

2. Produșii intermediari ai sintezei acizilor grași sunt legați covalent de grupările sulfhidril ale proteinei de transfer acil (ATP).

3. Multe enzime pentru sinteza acizilor grași în organismele superioare și la oameni sunt organizate într-un complex multienzimatic numit sintetaza acizilor grași.

4. Acetil-CoA în sine este folosit doar ca primer.

5. Lanțul de acizi grași în creștere este extins prin adăugarea directă a componentelor cu două atomi de carbon derivate din acetil-CoA. Donatorul activat al componentelor cu două atomi de carbon în stadiul de alungire este malonil-CoA. Reacția de alungire este declanșată de eliberarea de CO 2 .

6. Rolul de agent reducător în sinteza acizilor grași îl joacă NADPH·H +.

7. Sinteza acizilor grași este un proces ciclic care are loc la suprafața sintetazei acizilor grași.

8. Alungirea sub acţiunea complexului de acizi graşi sintetaze se opreşte în stadiul de formare a palmitatului (C 16). Alungirea ulterioară și introducerea de legături duble este realizată de alte sisteme enzimatice.

Etapele biosintezei acizilor grași

Stadiul I - transportul acetil-CoA din mitocondrii la citoplasmă

Acizii grași sunt sintetizați în citoplasmă, iar acetil-CoA se formează din piruvat în mitocondrii. Membrana mitocondrială nu este permeabilă la acetil-CoA, astfel că transportul acetil-CoA prin membrană este asigurat prin mecanisme speciale. Rolul carnitinei în transportul acetil-CoA nu este mare, deoarece transportă numai acizi grași cu lanț lung. Această problemă este rezolvată prin sintetizarea citratului.

Mitocondriile Citoplasma

Acetil-CoA + oxalacetat acetil-CoA + oxalacetat + ADP + Pn

HO - C - COOH citrat + ATP + HSKoA

CH2 - COOH

Orez. 20. Schema transportului acetil-CoA prin membrana mitocondrială

Citratul se formează în matricea mitocondrială prin condensarea acetil-CoA și a oxalacetatului. Apoi difuzează în citoplasmă, unde este scindată de citrat liaza. Astfel, acetil-CoA și oxaloacetatul sunt transferate din mitocondrii în citoplasmă folosind o singură moleculă de ATP.

Surse de NADPH H+ pentru biosinteza acizilor grași

Oxaloacetatul format ca urmare a transferului de acetil-CoA în citoplasmă trebuie returnat înapoi în mitocondrie. Acest proces este asociat cu generarea NADPH·H +. Reacția are loc în citoplasmă și are loc în 2 etape:

1. Oxaloacetat + NADH + Malat + NAD +

MDH (decarboxilare)

2. Malat + NADP + Piruvat + CO 2 + NADPH H +

Piruvatul rezultat difuzează ușor în mitocondrii, unde este carboxilat în oxalacetat de piruvat carboxilază (cu cheltuirea energiei ATP).

Piruvat + HCO 3 - + ATP Oxaloacetat + ADP + Ph n

Oxidarea normală a grăsimilor din organism este strâns legată de ciclul Krebs. Principala cale de formare a oxalacetatului este carboxilarea PVK. Pentru a arde 1,5 g de acizi grași, este necesar 1 g de carbohidrați. Prin urmare, există o vorbă printre biochimiști că „grăsimile ard în flăcările carbohidraților”.

Oxalacetatul care este sintetizat în această reacție reacționează apoi cu acetil-CoA pentru a forma citrat, care este oxidat în ciclul TCA.

Astfel, pentru fiecare moleculă de acetil-CoA care trece din mitocondrie în citoplasmă, se formează o moleculă de NADPH·H +. În consecință, în timpul tranziției a 8 molecule de acetil-CoA necesare sintezei acidului palmitic se formează 8 molecule de NADPH·H +. Alte 6 molecule necesare pentru acest proces sunt generate în calea pentozei fosfat.

Etapa II - formarea malonil-CoA.

Este prima reacție în biosinteza acizilor grași. Catalizată de enzima acetil-CoA carboxilază. Coenzima este biotina. Reacția constă în carboxilarea acetil-CoA, sursa de CO2 este bicarbonatul.

C = O + HCO 3 - + ATP E– biotină CH 2 + ADP+H 3 PO 4

acetil - CoA malonil - CoA

Orez. 21. Carboxilarea acetil-CoA (coenzima acetil-CoA carboxilază este biotina)

Malonil-CoA este în esență acetil-CoA activat. Energia este stocată în avans sub forma unei grupări carboxil și eliberată în timpul decarboxilării direct în timpul biosintezei acizilor grași. În biosinteza ulterioară a acizilor grași, acetil-CoA este folosit ca sămânță, iar sinteza în sine provine din malonil-CoA.

Etapa III - biosinteza acizilor grași.

Condiția principală pentru viața oricărui organism este o aprovizionare continuă de energie, care este cheltuită pe diferite procese celulare. În acest caz, o anumită parte din compușii nutritivi nu poate fi utilizată imediat, ci transformată în rezerve. Rolul unui astfel de rezervor este îndeplinit de grăsimi (lipide), constând din glicerol și acizi grași. Acestea din urmă sunt folosite de celulă drept combustibil. În acest caz, acizii grași sunt oxidați la CO2 și H2O.

Informații de bază despre acizii grași

Acizii grași sunt lanțuri de carbon de lungimi variabile (de la 4 la 36 de atomi), care prin natura chimică sunt clasificate ca acizi carboxilici. Aceste lanțuri pot fi fie ramificate, fie neramificate și conțin un număr diferit de legături duble. Dacă aceștia din urmă sunt complet absenți, acizii grași sunt numiți saturați (tipici multor lipide de origine animală), iar în rest - nesaturați. Pe baza aranjamentului dublelor legături, acizii grași sunt împărțiți în mononesaturați și polinesaturați.

Majoritatea lanțurilor conțin un număr par de atomi de carbon, ceea ce se datorează particularității sintezei lor. Cu toate acestea, există conexiuni cu un număr impar de link-uri. Oxidarea acestor două tipuri de compuși este oarecum diferită.

caracteristici generale

Procesul de oxidare a acizilor grași este complex și în mai multe etape. Începe cu pătrunderea lor în celulă și se termină în etapele finale repetă de fapt catabolismul carbohidraților (ciclul Krebs, conversia energiei gradientului transmembranar în ATP, CO 2 și apă sunt produsele finale ale procesului.

Oxidarea acizilor grași din celulele eucariote are loc în mitocondrii (locația cea mai tipică), peroxizomi sau reticul endoplasmatic.

Soiuri (tipuri) de oxidare

Există trei tipuri de oxidare a acizilor grași: α, β și ω. Cel mai adesea, acest proces are loc prin intermediul mecanismului β și este localizat în mitocondrii. Calea omega este o alternativă minoră la mecanismul β și apare în reticulul endoplasmatic, în timp ce mecanismul alfa este caracteristic doar unui tip de acid gras (acidul fitanic).

Biochimia oxidării acizilor grași în mitocondrii

Pentru comoditate, procesul de catabolism mitocondrial este împărțit în mod convențional în 3 etape:

• activare și transport la mitocondrii;
• oxidare;
• oxidarea acetil-coenzimei A rezultată prin ciclul Krebs și lanțul de transport electric.

Activarea este un proces pregătitor care transformă acizii grași într-o formă disponibilă pentru transformări biochimice, deoarece aceste molecule însele sunt inerte. În plus, fără activare nu pot pătrunde în membranele mitocondriale. Această etapă are loc la nivelul membranei exterioare a mitocondriilor.

De fapt, oxidarea este o etapă cheie a procesului. Include patru etape, la finalul cărora acidul gras este transformat în molecule de Acetil-CoA. Același produs se formează și în timpul utilizării carbohidraților, astfel încât etapele ulterioare sunt similare cu ultimele etape ale glicolizei aerobe. Formarea ATP are loc în lanțul de transport de electroni, unde energia potențialului electrochimic este folosită pentru a forma o legătură de înaltă energie.

În procesul de oxidare a acizilor grași, pe lângă Acetil-CoA, se formează și molecule NADH și FADH 2, care intră și în lanțul respirator ca donatori de electroni. Ca rezultat, producția totală de energie a catabolismului lipidic este destul de mare. Deci, de exemplu, oxidarea acidului palmitic de către mecanismul β produce 106 molecule de ATP.

Activare și transfer în matricea mitocondrială

Acizii grași înșiși sunt inerți și nu pot fi oxidați. Activarea le aduce într-o formă disponibilă pentru transformări biochimice. În plus, aceste molecule nu pot pătrunde neschimbate în mitocondrii.

Esența activării este conversia unui acid gras în tioesterul său Acyl-CoA, care ulterior este supus oxidării. Acest proces este realizat de enzime speciale - tiokinaze (Acyl-CoA sintetaze), atașate la membrana exterioară a mitocondriilor. Reacția are loc în 2 etape, implicând cheltuirea energiei din două ATP.

Pentru activare sunt necesare trei componente:

• HS-CoA;
• Mg2+.

În primul rând, acidul gras reacţionează cu ATP pentru a forma un aciladenilat (un intermediar). Acesta, la rândul său, reacționează cu HS-CoA, a cărui grupare tiol înlocuiește AMP, formând o legătură tioeterică cu gruparea carboxil. Ca urmare, se formează substanța acil-CoA, un derivat al acidului gras, care este transportat în mitocondrii.

Transport la mitocondrii

Această etapă se numește transesterificare cu carnitină. Transferul acil-CoA în matricea mitocondrială are loc prin pori cu participarea carnitinei și a enzimelor speciale - carnitina aciltransferaze.

Pentru transportul prin membrane, CoA este înlocuit cu carnitină pentru a forma acil-carnitină. Această substanță este transferată în matrice prin difuzie facilitată cu participarea transportorului acil-carnitină/carnitină.

În interiorul mitocondriilor are loc o reacție inversă, constând în desprinderea retinei, care intră din nou în membrană, și refacerea acil-CoA (în acest caz se folosește coenzima A „locală”, și nu cea cu care legătura s-a format în stadiul de activare).

Reacții de bază de oxidare a acizilor grași prin mecanismul β

Cel mai simplu tip de utilizare a energiei a acizilor grași include β-oxidarea lanțurilor fără legături duble, în care numărul de unități de carbon este egal. Substratul acestui proces, așa cum sa menționat mai sus, este acilul coenzimei A.

Procesul de β-oxidare a acizilor grași constă din 4 reacții:

1. Dehidrogenarea este extracția hidrogenului din atomul de carbon β cu formarea unei duble legături între unitățile de lanț situate în pozițiile α și β (primul și al doilea atom). Ca rezultat, se formează enoil-CoA. Enzima de reacție este acil-CoA dehidrogenaza, care acționează în combinație cu coenzima FAD (cea din urmă este redusă la FADH2).
2. Hidratarea este adăugarea unei molecule de apă la enoil-CoA, având ca rezultat formarea L-β-hidroxiacil-CoA. Efectuat de enoil-CoA-hidratază.
3. Dehidrogenarea este oxidarea produsului reacției anterioare de către dehidrogenază dependentă de NAD cu formarea coenzimei β-cetoacil A. În acest caz, NAD este redus la NADH.
4. Scindarea β-cetoacil-CoA la acetil-CoA și acil-CoA scurtată cu 2 atomi de carbon. Reacția se realizează sub acțiunea tiolazei. O condiție prealabilă este prezența HS-CoA liber.

Apoi totul începe din nou cu prima reacție.

Toate etapele se repetă ciclic până când întregul lanț de carbon al acidului gras este transformat în molecule de acetil coenzima A.

Formarea Acetil-CoA și ATP folosind exemplul oxidării palmitoil-CoA

La sfârșitul fiecărui ciclu, moleculele de acil-CoA, NADH și FADH2 se formează într-o singură cantitate, iar lanțul de tioester acil-CoA devine mai scurt cu doi atomi. Prin transferul de electroni în lanțul de transport electric, FADH2 produce o moleculă și jumătate de ATP, iar NADH - două. Ca rezultat, se obțin 4 molecule de ATP dintr-un ciclu, fără a lua în calcul producția de energie a acetil-CoA.

Lanțul acidului palmitic conține 16 atomi de carbon. Aceasta înseamnă că în etapa de oxidare trebuie să apară 7 cicluri cu formarea a opt acetil-CoA, iar energia ieșită de NADH și FADH 2 în acest caz va fi de 28 de molecule ATP (4 × 7). Oxidarea acetil-CoA produce, de asemenea, energie, care este stocată ca urmare a intrării produselor din ciclul Krebs în lanțul de transport electric.

Randamentul total al etapelor de oxidare și al ciclului Krebs

Ca urmare a oxidării acetil-CoA, se obțin 10 molecule de ATP. Deoarece catabolismul palmitoil-CoA produce 8 acetil-CoA, randamentul energetic va fi de 80 ATP (10 × 8). Dacă adăugăm acest lucru la rezultatul oxidării NADH și FADH 2, obținem 108 molecule (80+28). Din această cantitate, ar trebui să scazi 2 ATP, care au dus la activarea acidului gras.

Ecuația finală pentru oxidarea acidului palmitic va fi: palmitoil-CoA + 16 O 2 + 108 Pi + 80 ADP = CoA + 108 ATP + 16 CO 2 + 16 H 2 O.

Calculul eliberării de energie

Producția de energie din catabolismul unui anumit acid gras depinde de numărul de unități de carbon din lanțul său. Numărul de molecule de ATP se calculează prin formula:

unde 4 este cantitatea de ATP formată în timpul fiecărui ciclu datorită NADH și FADH2, (n/2 - 1) este numărul de cicluri, n/2×10 este randamentul energetic din oxidarea acetil-CoA și 2 este costul activării.

Caracteristicile reacțiilor

Oxidarea are unele particularități. Astfel, dificultatea de oxidare a lanțurilor cu duble legături constă în faptul că acestea din urmă nu pot fi afectate de enoil-CoA-hidratază datorită faptului că se află în poziție cis. Această problemă este eliminată de izomeraza enoil-CoA, care face ca legătura să dobândească o configurație trans. Ca urmare, molecula devine complet identică cu produsul primei etape de beta-oxidare și poate suferi hidratare. Locurile care conțin doar legături simple sunt oxidate în același mod ca acizii saturați.

Uneori nu există suficientă izomerază enoil-CoA pentru a continua procesul. Acest lucru se aplică lanțurilor în care este prezentă configurația cis9-cis12 (legături duble la al 9-lea și al 12-lea atom de carbon). Aici interferența nu este doar configurația, ci și poziția dublelor legături în lanț. Acesta din urmă este corectat de enzima 2,4-dienoil-CoA reductază.

Catabolismul acizilor grași cu un număr impar de atomi

Acest tip de acid este caracteristic majorității lipidelor de origine naturală. Acest lucru creează o anumită complexitate, deoarece fiecare ciclu implică scurtarea cu un număr par de legături. Din acest motiv, oxidarea ciclică a acizilor grași superiori ai acestui grup continuă până când produsul apare ca un compus cu 5 atomi de carbon, care este împărțit în acetil-CoA și propionil-coenzima A. Ambii compuși intră într-un alt ciclu de trei reacții, rezultând în formarea succinil-CoA. El este cel care intră în ciclul Krebs.

Caracteristicile oxidării în peroxizomi

În peroxizomi, oxidarea acizilor grași are loc printr-un mecanism beta, care este similar, dar nu identic, cu mecanismul mitocondrial. De asemenea, constă din 4 etape care culminează cu formarea produsului acetil-CoA, dar are câteva diferențe cheie. Astfel, hidrogenul divizat în etapa de dehidrogenare nu restabilește FAD, ci este transferat la oxigen cu formarea de peroxid de hidrogen. Acesta din urmă este imediat scindat de catalază. Ca rezultat, energia care ar fi putut fi folosită pentru a sintetiza ATP în lanțul respirator este disipată sub formă de căldură.

O a doua diferență importantă este că unele enzime peroxizomale sunt specifice anumitor acizi grași mai puțin abundenți și nu sunt prezente în matricea mitocondrială.

Particularitatea peroxizomilor celulelor hepatice este că le lipsește aparatul enzimatic al ciclului Krebs. Prin urmare, ca urmare a beta-oxidării, se formează produse cu lanț scurt, care sunt transportate în mitocondrii pentru oxidare.

β- Oxidarea acizilor grași- o cale specifică a catabolismului acizilor grași, care apare în matricea mitocondrială numai în condiții aerobe și se termină cu formarea acetil-CoA. Calea metabolică - β-oxidarea - este numită așa deoarece reacțiile de oxidare a acizilor grași au loc la atomul de carbon β.

Unde în celule are loc acest proces?

β-Oxidarea acizilor grași are loc în matricea mitocondrială, așa că după activare, acizii grași trebuie transportați în mitocondrii.

Ce organ nu folosește acizii grași ca sursă de energie?

Acizii grași nu servesc ca sursă de energie pentru creier și alte țesuturi nervoase, deoarece acizii grași nu trec prin bariera hemato-encefalică, ca și alte substanțe hidrofobe în alte țesuturi, celulele roșii din sânge care nu au mitocondrii nu pot oxida acizii grași

2. Scrieți reacția de activare a acizilor grași (palmitic), indicați enzima și clasa căreia îi aparține.

Ecuația generală pentru sinteza acidului palmitic din acetil-CoA și malonil-CoA este următoarea: CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 (NADPH + H +) → C 15 H 31 COOH + 7 CO2 + 6 H2O + 8 HSKoA + 14 NADP + .

În fiecare ciclu de biosinteză a acidului palmitic au loc 2 reacții de reducere, în care coenzima NADPH servește ca donor de hidrogen. Reducerea NADP+ are loc în reacțiile:

• dehidrogenarea în stadiile oxidative ale căii pentozo-fosfatului a catabolismului glucozei;
• dehidrogenarea malatului cu enzimă malică;
• dehidrogenarea izocitratului de către dehidrogenază citosolică dependentă de NADP.

3. Care sunt produsele finale ale descompunerii grăsimilor neutre (trigliceride)?

Produșii finali ai digestiei trigliceridelor sunt: ​​glicerolul, acizii grași superiori, monogliceridele

Prezentați sub formă de diagramă toate etapele catabolismului care duc la formarea produselor finite.

Grăsimile sunt păstrate până când sunt folosite. Catabolismul grăsimilor are loc în trei etape:

1. Hidroliza grăsimilor la glicerol și acizi grași (lipoliză). Acesta este un proces enzimatic. Este realizat de două enzime: ADIAT TISSUE LIPAZA și MONOGLICERIDE LIPAZĂ. Ca rezultat al acestui proces, din grăsimi neutre se formează glicerol și trei molecule de acizi grași. Hidroliza fosfolipidelor produce glicerol, două resturi de acizi grași, un rest de acid fosforic și un rest radical care a fost asociat cu acidul fosforic, care diferă între diferitele fosfolipide (Fig. 15).

2. Conversia glicerolului (intră pe calea GBP) și a acizilor grași (supus b-oxidării) în acetil-CoA.

3. Calea generală – ciclul acidului tricarboxilic

4. Scrieți oxidarea glicerinei în gliceraldehidă-3-fosfat Numiți enzimele active și clasele cărora le aparțin. Arătați schematic soarta ulterioară a 3-fosfogliceraldehidei.

Schimbul de glicerol se poate face în mai multe moduri. O parte semnificativă a glicerolului format în timpul hidrolizei lipidelor este utilizată pentru resinteza acestora. În plus, produsele formate în timpul oxidării glicerolului pot fi incluse în glicoliză sau gluconeogeneză. În primul rând, are loc fosforilarea glicerolului pentru a forma glicerofosfat, donorul grupului fosfat este molecula ATP.

Majoritatea glicerofosfatului este utilizat pentru sinteza lipidelor. O parte din glicerofosfat este oxidat la fosfodioxiacetonă, care se izomerizează la gliceraldehidă-3-fosfat, care este un produs intermediar al glicolizei și este folosit de celulă pentru energie.

Calculați cantitatea de ATP formată în timpul oxidării a 1 moleculă de glicerol la CO 2 și H 2 O.

Efectul energetic al oxidării glicerolului: Datorită oxidării acetil-CoA în ciclul Krebs – 12 ATP; datorită oxidării NADH în lanțul respirator - 3 × 3 = 9 ATP; datorită fosforilării substratului - 2×1=14; un total de 23 de molecule de ATP. O moleculă de ATP a fost cheltuită pentru activarea glicerolului, prin urmare rezultatul final este 23-1 = 22 de molecule de ATP.

Scrieți secvența reacțiilor de beta-oxidare (un ciclu) ale acidului stearic. Numiți enzimele active și indicați clasele cărora le aparțin.