Oksidacija masnih kiselina se javlja u jetri, bubrezima, skeletnim i srčanim mišićima, te masnom tkivu.

F. Knoop je sugerirao da se oksidacija molekula masne kiseline u tjelesnim tkivima odvija u b-oksidaciji. Kao rezultat toga, fragmenti sa dva ugljika iz karboksilne grupe se odvajaju od molekula masne kiseline. Proces b-oksidacije masnih kiselina sastoji se od sljedećih faza:

Aktivacija masnih kiselina. Slično kao u prvoj fazi šećerne glikolize, masne kiseline se podvrgavaju aktivaciji prije b-oksidacije. Ova reakcija se odvija na vanjskoj površini mitohondrijalne membrane uz učešće ATP-a, koenzima A (HS-CoA) i jona Mg 2+. Reakciju katalizira acil-CoA sintetaza:

Kao rezultat reakcije nastaje acil-CoA, koji je aktivni oblik masne kiseline.

Transport masnih kiselina u mitohondrije. Koenzimski oblik masne kiseline, kao i slobodne masne kiseline, nemaju sposobnost prodiranja u mitohondrije, gdje, u stvari, dolazi do njihove oksidacije karnitin (g-trimetilamino-b-hidroksibutirat). aktivirane masne kiseline kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu):

Nakon što acilkarnitin prođe kroz mitohondrijalnu membranu, javlja se obrnuta reakcija - cijepanje acilkarnitina uz sudjelovanje HS-CoA i mitohondrijalne karnitin aciltransferaze:

Acyl-CoA u mitohondrijima prolazi kroz proces b-oksidacije.

Ovaj put oksidacije uključuje dodavanje atoma kisika atomu ugljika masne kiseline koji se nalazi na b-poziciji:

Tokom b-oksidacije dolazi do uzastopne eliminacije fragmenata sa dva ugljika u obliku acetil-CoA sa karboksilnog kraja ugljičnog lanca masne kiseline i odgovarajućeg skraćivanja lanca masnih kiselina:

U mitohondrijskom matriksu, acil-CoA se raspada kao rezultat ponavljanja sekvence od četiri reakcije (slika 8).

1) oksidacija uz učešće acil-CoA dehidrogenaze (FAD-zavisna dehidrogenaza);

2) hidrataciju kataliziranu enoil-CoA hidratazom;

3) druga oksidacija pod dejstvom 3-hidroksiacetil-CoA dehidrogenaze (NAD-zavisna dehidrogenaza);

4) tioliza uz učešće acetil-CoA aciltransferaze.

Sveukupnost ove četiri reakcijske sekvence čini jedan obrt b-oksidacije masnih kiselina (vidi sliku 8).

Rezultirajući acetil-CoA prolazi kroz oksidaciju u Krebsovom ciklusu, a acetil-CoA, skraćen za dva atoma ugljika, opet uzastopno prolazi cijeli put b-oksidacije do stvaranja butiril-CoA (4-ugljikova spojeva), na kraju fazi b-oksidacije razlaže se na dva molekula acetil-CoA.

Kada se oksidira masna kiselina koja sadrži n atoma ugljika, dolazi do n/2-1 ciklusa b-oksidacije (tj. jedan ciklus manji od n/2, jer oksidacija butiril-CoA odmah proizvodi dva molekula acetil-CoA) i dobiće se ukupno n/2 molekula acetil-CoA.

Na primjer, tokom oksidacije palmitinske kiseline (C 16) ponavlja se 16/2-1 = 7 ciklusa b-oksidacije i formira se 16/2 = 8 molekula acetil-CoA.

Slika 8 – Šema b-oksidacije masnih kiselina

Energetski bilans. Svakim ciklusom b-oksidacije nastaje jedan molekul FADH 2 (vidi sliku 8; reakcija 1) i jedan molekul NADH + H + (reakcija 3). Potonji, u procesu oksidacije respiratornog lanca i pridružene fosforilacije, daje: FADH 2 - 2 ATP molekula i NADH + H + - 3 ATP molekula, tj. ukupno se u jednom ciklusu formira 5 ATP molekula. Oksidacijom palmitinske kiseline nastaje 5*7=35 ATP molekula. U procesu b-oksidacije palmitinske kiseline nastaje 8 molekula acetil-CoA, od kojih svaki, "sagorevanjem" u Krebsovom ciklusu, proizvodi 12 molekula ATP, a 8 molekula će proizvesti 12 * 8 = 96 molekula ATP.

Dakle, ukupno, uz potpunu b-oksidaciju palmitinske kiseline, nastaje 35 + 96 = 131 ATP molekula. Uzimajući u obzir jedan ATP molekul potrošen na samom početku u fazi aktivacije masne kiseline, ukupan energetski prinos za potpunu oksidaciju jednog molekula palmitinske kiseline će biti 131-1 = 130 ATP molekula.

Međutim, acetil-CoA, nastao kao rezultat b-oksidacije masnih kiselina, može ne samo da se oksidira u CO 2, H 2 O, ATP, ulazeći u Krebsov ciklus, već se može koristiti i za sintezu kolesterola, kao i kao ugljeni hidrati u ciklusu glioksilata.

Glioksilatni put je specifičan samo za biljke i bakterije; on je odsutan u životinjskim organizmima. Ovaj proces sinteze ugljenih hidrata iz masti detaljno je opisan u metodološkom uputstvu „Međusobna veza metaboličkih procesa ugljenih hidrata, masti i proteina” (vidi paragraf 2.1.1, str. 26).

Knoop je 1904. iznio hipotezu o β-oksidaciji masnih kiselina na temelju eksperimenata u hranjenju zečeva različitim masnim kiselinama u kojima je jedan atom vodika u terminalnoj metilnoj grupi (na ω-ugljičnom atomu) zamijenjen fenilnim radikalom (C 6 H 5 -).

Knoop je sugerirao da se oksidacija molekula masne kiseline u tjelesnim tkivima događa u β-poziciji; Kao rezultat, dolazi do uzastopnog odsijecanja fragmenata sa dva ugljika od molekula masne kiseline na strani karboksilne grupe.

Masne kiseline, koje su dio prirodnih masti životinja i biljaka, pripadaju nizu s parnim brojem atoma ugljika. Svaka takva kiselina, uklanjajući par atoma ugljika, na kraju prolazi kroz fazu maslačne kiseline, koja bi, nakon sljedeće β-oksidacije, trebala dati acetosirćetnu kiselinu. Potonji se zatim hidrolizira u dva molekula sirćetne kiseline.

Teorija β-oksidacije masnih kiselina, koju je predložio Knoop, do danas nije izgubila na značaju i uvelike je osnova modernih ideja o mehanizmu oksidacije masnih kiselina.

Moderne ideje o oksidaciji masnih kiselina

Utvrđeno je da se oksidacija masnih kiselina u ćelijama odvija u mitohondrijima uz učešće multienzimskog kompleksa. Takođe je poznato da se masne kiseline inicijalno aktiviraju uz učešće ATP-a i HS-KoA; CoA estri ovih kiselina služe kao supstrati u svim narednim fazama enzimske oksidacije masnih kiselina; Također je razjašnjena uloga karnitina u transportu masnih kiselina iz citoplazme u mitohondrije.

Proces oksidacije masnih kiselina sastoji se od sljedećih glavnih faza.

Aktivacija masnih kiselina i njihov prodor iz citoplazme u mitohondrije. Formiranje “aktivnog oblika” masne kiseline (acil-CoA) iz koenzima A i masne kiseline je endergonski proces koji se odvija korištenjem ATP energije:

Reakciju katalizira acil-CoA sintetaza. Postoji nekoliko takvih enzima: jedan od njih katalizira aktivaciju masnih kiselina koje sadrže od 2 do 3 atoma ugljika, drugi - od 4 do 12 atoma, treći - od 12 ili više atoma ugljika.

Kao što je već napomenuto, oksidacija masnih kiselina (acil-CoA) se dešava u mitohondrijima. Poslednjih godina pokazalo se da sposobnost acil-CoA da prodre iz citoplazme u mitohondrije naglo raste u prisustvu azotne baze, karnitina (γ-trimetilamino-β-hidroksibutirata). Acyl-CoA, u kombinaciji sa karnitinom, uz učešće specifičnog citoplazmatskog enzima (karnitin acil-CoA transferaza), formira acilkarnitin (estar karnitina i masne kiseline), koji ima sposobnost prodiranja u mitohondrije:

Nakon što acilkarnitin prođe kroz mitohondrijalnu membranu, javlja se obrnuta reakcija - cijepanje acilkarnitina uz sudjelovanje HS-CoA i mitohondrijalne karnitin acil-CoA transferaze:

U tom slučaju, karnitin se vraća u ćelijsku citoplazmu, a acil-CoA prolazi kroz oksidaciju u mitohondrijima.

Prva faza dehidrogenacije. Acyl-CoA u mitohondrijima je prvenstveno podložan enzimskoj dehidrogenaciji;

u ovom slučaju, acil-CoA gubi dva atoma vodika na α- i β-položajima, pretvarajući se u CoA ester nezasićene kiseline:

Čini se da postoji nekoliko acil-CoA dehidrogenaza koje sadrže FAD, od kojih svaka ima specifičnost za acil-CoA specifične dužine ugljičnog lanca.

Faza hidratacije. Nezasićeni acil-CoA (enoil-CoA), uz učešće enzima enoil-CoA hidrataze, vezuje molekul vode. Kao rezultat, nastaje β-hidroksiacil-CoA:

Druga faza dehidrogenacije. Rezultirajući β-hidroksiacil-CoA se zatim dehidrogenira. Ovu reakciju kataliziraju dehidrogenaze zavisne od NAD. Reakcija se odvija prema sljedećoj jednadžbi:

U ovoj reakciji, β-ketoacil-CoA stupa u interakciju s koenzimom A. Kao rezultat, β-ketoacil-CoA se cijepa i acil-CoA skraćen za dva atoma ugljika i fragment od dva ugljika u obliku acetil-CoA nastaju . Ovu reakciju katalizira acetil-CoA aciltransferaza (ili tiolaza):

Rezultirajući acetil-CoA prolazi kroz oksidaciju u ciklusu trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus), a acil-CoA, skraćen za dva atoma ugljika, opet u više navrata prolazi kroz cijeli β-oksidacijski put do stvaranja butiril-CoA (4-ugljikova spojeva). ), koji se zauzvrat oksidira u dva molekula acetil-CoA (vidi dijagram).

Na primjer, u slučaju palmitinske kiseline (C 16), ponavlja se 7 ciklusa oksidacije. Prisjetimo se da se tokom oksidacije masne kiseline koja sadrži n atoma ugljika javlja n/2 - 1 ciklus β-oksidacije (tj. jedan ciklus manji od n/2, jer oksidacija butiril-CoA odmah proizvodi dva molekula acetila -CoA) i dobiće se ukupno n/2 molekula acetil-CoA.

Stoga se ukupna jednadžba za p-oksidaciju palmitinske kiseline može napisati na sljedeći način:

Palmitoil-CoA + 7 FAD + 7 NAD + 7H 2 O + 7HS-KoA --> 8 Acetil-CoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2 .

Energetski bilans. Sa svakim ciklusom β-oksidacije formira se 1 molekul FADH 2 i 1 molekul NADH 2. Potonji, u procesu oksidacije u respiratornom lancu i pridružene fosforilacije, daju: FADH 2 - dva ATP molekula i NADH 2 - tri ATP molekula, odnosno u jednom ciklusu nastaje ukupno 5 ATP molekula. U slučaju oksidacije palmitinske kiseline dolazi do 7 ciklusa β-oksidacije (16/2 - 1 = 7), što dovodi do stvaranja 5X7 = 35 ATP molekula. U procesu β-oksidacije palmitinske kiseline nastaju molekuli acetil-CoA, od kojih svaki, sagorijevanjem u ciklusu trikarboksilne kiseline, proizvodi 12 molekula ATP-a, a 8 molekula će proizvesti 12X8 = 96 molekula ATP-a.

Dakle, ukupno, uz potpunu oksidaciju palmitinske kiseline, nastaje 35 + 96 = 131 ATP molekula. Međutim, uzimajući u obzir jednu molekulu ATP-a utrošenu na samom početku na formiranje aktivnog oblika palmitinske kiseline (palmitoil-CoA), ukupan energetski prinos za potpunu oksidaciju jednog molekula palmitinske kiseline u životinjskim uvjetima bit će 131-1 = 130 ATP molekula (imajte na umu da potpuna oksidacija jednog molekula glukoze proizvodi samo 36 ATP molekula).

Izračunato je da ako promjena slobodne energije sistema (ΔG) pri potpunom sagorijevanju jednog molekula palmitinske kiseline iznosi 9797 kJ, a energetski bogatu terminalnu fosfatnu vezu ATP-a karakteriše vrijednost od oko 34,5 kJ, tada ispada da se otprilike 45% ukupne potencijalne energije palmitinske kiseline pri njenoj oksidaciji u tijelu može iskoristiti za resintezu ATP-a, a preostali dio se očigledno gubi kao toplina.

Hidroliza trigliceridi vrši pankreatična lipaza. Njegov optimalni pH = 8, hidrolizuje TG pretežno na pozicijama 1 i 3, sa stvaranjem 2 slobodne masne kiseline i 2-monoacilglicerola (2-MG). 2-MG je dobar emulgator. 28% 2-MG se pretvara u 1-MG pomoću izomeraze. Većina 1-MG hidrolizira se pankreasnom lipazom u glicerol i masnu kiselinu. Kolipaza se formira u neaktivnom obliku i aktivira se u crijevima pomoću tripsina kroz djelomičnu proteolizu. Kolipaza se svojom hidrofobnom domenom vezuje za površinu lipidnih kapljica, a njena hidrofilna domena pomaže da se aktivni centar pankreasne lipaze što više približi TG, što ubrzava njihovu hidrolizu.

Oksidacija se dešava u mitohondrijskom matriksu. Prvo se aktivira masna kiselina: 1 .U citoplazmi svake kiseline se aktivira pomoću CoA-8H i ATP energije. 2. Aktivna masna kiselina, acil-CoA, transportuje se iz citosola u mitohondrijalni matriks (MC). CoA-8H ostaje u citosolu, a ostatak masne kiseline - acil - kombinuje se sa karnitinom (od latinskog - karnitin - meso - karnitin se izoluje iz mišićnog tkiva) dajući acil-karnitin, koji ulazi u intermembranski prostor mitohondrija. Iz intermembranskog prostora mitohondrija, acil-karnitin kompleks se prenosi u mitohondrijski matriks. U tom slučaju karnitin ostaje u intermembranskom prostoru. U matrici, acil se kombinuje sa CoA-8H. 3. Oksidacija. U MC matriksu se formira aktivna masna kiselina, koja zatim prolazi kroz oksidacijske reakcije do konačnih proizvoda. U beta oksidaciji, CH2- grupa na beta poziciji masne kiseline oksidira se u C- grupu. U ovom slučaju, dehidrogenacija se odvija u dvije faze: uz učešće acil dehidrogenaze (enzim flavina, vodik se prenosi na ubikinon) i beta-hidroksiacil dehidrogenaze (akceptor vodika NAD+). Zatim se beta-ketoacil-CoA, pod dejstvom enzima tiolaze, raspada na acetil CoA i acil-CoA, skraćene za 2 atoma ugljenika u odnosu na original. Ovaj acil-CoA ponovo prolazi kroz beta-oksidaciju. Ponavljano ponavljanje ovog procesa dovodi do potpunog razlaganja masne kiseline do acil-CoA. Oksidacija masnih kiselina. Uključuje 2 faze: 1. sekvencijalno cijepanje fragmenta od dva ugljika u obliku acetil-CoA sa C-kraja kiseline; 2. oksidacija acetil-CoA u Krebsovom ciklusu do CO2 i H2O. Energetska vrijednost oksidacije masnih kiselina. Stearinska kiselina (C 18) prolazi kroz 8 ciklusa oksidacije sa formiranjem 9 acetil-CoA U svakom oksidacionom ciklusu nastaje 8 * 5 ATP = 40 ATP, acetil-CoA proizvodi 9 * 12 ATP = 108 ATP. Ukupno: 148 ATP, ali 1 ATP se troši na aktivaciju masne kiseline u citosolu, tako da je ukupno 147 ATP

β - oksidacija viših masnih kiselina (HFA). Energetska efikasnost procesa (za zasićene i nezasićene masne kiseline). Utjecaj oksidacije tkiva IVFA na iskorištavanje glukoze u tkivima.

β-oksidacija - specifičan put katabolizma masnih kiselina sa nerazgranatim srednjim i kratkim ugljikovodičnim lancima. β-oksidacija se dešava u mitohondrijskom matriksu, tokom koje se 2 C atoma uzastopno odvajaju od C kraja FA u obliku acetil-CoA. β-oksidacija FA se javlja samo u aerobnim uslovima i izvor je velike količine energije β-oksidacija FA se aktivno javlja u crvenim skeletnim mišićima, srčanim mišićima, bubrezima i jetri. FA ne služe kao izvor energije za nervno tkivo, jer FA ne prolaze kroz krvno-moždanu barijeru, kao i druge hidrofobne supstance povećava se β-oksidacija FA u postapsorpcijskom periodu, tokom posta i fizičkog rada. Istovremeno, koncentracija FA u krvi raste kao rezultat mobilizacije FA iz masnog tkiva.

LCD aktivacija

Aktivacija FA nastaje kao rezultat formiranja visokoenergetske veze između FA i HSCoA sa stvaranjem Acyl-CoA. Reakciju katalizira enzim Acyl-CoA sintetaza:

RCOOH + HSKOA + ATP → RCO~SCoA + AMP+ PPn

Pirofosfat hidrolizira enzim pirofosfataza: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2H 3 PO 4

Acil-CoA sintetaze se nalaze i u citosolu (na vanjskoj membrani mitohondrija) i u mitohondrijskom matriksu. Ovi enzimi se razlikuju po svojoj specifičnosti za FA sa različitim dužinama lanca ugljikovodika.

Transport LCD. Transport FA u mitohondrijski matriks zavisi od dužine lanca ugljenika.

FA sa kratkim i srednjim dužinama lanca (od 4 do 12 C atoma) mogu difuzijom prodrijeti u mitohondrijski matriks. Aktivacija ovih FA se događa pomoću acil-CoA sintetaza u mitohondrijskom matriksu. Dugolančane FA se prvo aktiviraju u citosolu (acil-CoA sintetazama na vanjskoj mitohondrijskoj membrani), a zatim se prenose u mitohondrijsku matricu posebnim transportnim sistemom. koristeći karnitin. Karnitin dolazi iz hrane ili se sintetizira iz lizina i metionina uz učešće vitamina C.

U vanjskoj membrani mitohondrija, enzim karnitin aciltransferaza I (karnitin palmitoiltransferaza I) katalizira prijenos acila sa CoA na karnitin kako bi se formirao acilkarnitin;

Acilkarnitin prolazi kroz intermembranski prostor na vanjsku stranu unutrašnje membrane i transportuje se karnitin acilkarnitin translokazom do unutrašnje površine unutrašnje mitohondrijalne membrane;

Enzim karnitin aciltransferaza II katalizira prijenos acila sa karnitina na intramitohondrijalni HSCoA da bi se formirao Acyl-CoA;

Slobodni karnitin se vraća na citosolnu stranu unutrašnje mitohondrijalne membrane istom translokazom.

Reakcije β-oksidacija FA

1.​ β-oksidacija počinje dehidrogenacijom acil-CoA pomoću FAD-ovisne acil-CoA dehidrogenaze, formirajući dvostruku vezu (trans) između α- i β-C atoma Enoyl-CoA. Redukovani FADN 2, oksidirajući u CPE, osigurava sintezu 2 ATP molekula;

2.​ Enoil-CoA hidrataza dodaje vodu dvostrukoj vezi Enoil-CoA da bi se formirao β-hidroksiacil-CoA;

3.​ β-hidroksiacil-CoA oksidira NAD-zavisna dehidrogenaza u β-ketoacil-CoA. Redukovani NADH 2, oksidirajući u CPE, osigurava sintezu 3 ATP molekula;

4. Tiolaza uz učešće HCoA cepa acetil-CoA od β-ketoacil-CoA. Kao rezultat 4 reakcije nastaje Acyl-CoA, koji je kraći od prethodnog Acyl-CoA za 2 ugljika. Formirani acetil-CoA, oksidiran u TCA ciklusu, osigurava sintezu 12 ATP molekula u CPE.

Acil-CoA zatim ponovo ulazi u reakcije β-oksidacije. Ciklusi se nastavljaju sve dok se Acyl-CoA ne pretvori u acetil-CoA sa 2 C atoma (ako FA ima paran broj C atoma) ili Butiril-CoA sa 3 C atoma (ako FA ima neparan broj C atoma).

Energetska ravnoteža oksidacije zasićenih masnih kiselina s parnim brojem atoma ugljika

Kada se FA aktivira, troše se 2 makroergijske veze ATP-a.

Prilikom oksidacije zasićene FA sa parnim brojem C atoma nastaju samo FADH 2, NADH 2 i Acetil-CoA.

Tokom 1 ciklusa β-oksidacije nastaje 1 FADH 2 , 1 NADH 2 i 1 acetil-CoA, koji oksidacijom proizvode 2 + 3 + 12 = 17 ATP.

Broj ciklusa tokom β-oksidacije FA = broj C atoma u (FA/2)-1. Tokom β-oksidacije, palmitinska kiselina prolazi kroz (16/2)-1 = 7 ciklusa. U 7 ciklusa formira se 17*7=119 ATP.

Posljednji ciklus β-oksidacije je praćen stvaranjem dodatnog acetil-CoA, koji nakon oksidacije proizvodi 12 ATP.

Dakle, oksidacijom palmitinske kiseline nastaje: -2+119+12=129 ATP.

Zbirna jednačina za β-oksidaciju, palmitoil-CoA:

C 15 H 31 CO-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKOA → 8 CH 3 -CO-KoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2

Energetski bilans oksidacije zasićenih masnih kiselina sa neparnim brojem atoma ugljika

β-oksidacija zasićene FA sa neparnim brojem C atoma na početku se odvija na isti način kao i sa parnim brojem. Na aktivaciju se troše 2 makroergijske veze ATP-a.

FA sa 17 C atoma prolazi kroz β-oksidaciju 17/2-1 = 7 ciklusa. U 1 ciklusu se formira 2 + 3 + 12 = 17 ATP od 1 FADN 2, 1 NADH 2 i 1 acetil-CoA. U 7 ciklusa formira se 17*7=119 ATP.

Poslednji ciklus β-oksidacije je praćen stvaranjem ne acetil-CoA, već propionil-CoA sa 3 C atoma.

Propionil-CoA se karboksilira po cijeni od 1 ATP propionil-CoA karboksilazom da nastane D-metilmalonil-CoA, koji se nakon izomerizacije prvo pretvara u L-metilmalonil-CoA, a zatim u sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA je uključen u TCA ciklus i, nakon oksidacije, proizvodi PCA i 6 ATP. ŠTUKA može ući u glukoneogenezu radi sinteze glukoze. Nedostatak vitamina B12 dovodi do nakupljanja metilmalonila u krvi i izlučivanja mokraćom. Prilikom oksidacije FA nastaje: -2+119-1+6=122 ATP.

Ukupna jednadžba za β-oksidaciju FA sa 17 C atoma:

C 16 H 33 CO-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKOA → 7 CH 3 -CO-KoA + 1 C 2 H 5 -CO-KoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2

Energetska ravnoteža oksidacije nezasićenih masnih kiselina s parnim brojem atoma ugljika

Otprilike polovina masnih kiselina u ljudskom tijelu je nezasićena. β-oksidacija ovih kiselina se odvija na uobičajen način sve dok dvostruka veza ne bude između C atoma 3 i 4. Enzim enoil-CoA izomeraza zatim pomiče dvostruku vezu sa položaja 3-4 na poziciju 2-3 i mijenja cis konformaciju dvostruka veza za trans, koja je neophodna za β-oksidaciju. U ovom ciklusu β-oksidacije, budući da je dvostruka veza već prisutna u FA, prva reakcija dehidrogenacije se ne događa i FADH 2 se ne formira. Nadalje, ciklusi β-oksidacije se nastavljaju, ne razlikuju se od uobičajenog puta.

Energetski bilans se izračunava na isti način kao i za zasićene FA sa parnim brojem C atoma, samo za svaku dvostruku vezu nedostaje 1 FADN 2 i, shodno tome, 2 ATP.

Ukupna jednadžba za β-oksidaciju palmitoleil-CoA je:

C 15 H 29 CO-CoA + 6 FAD + 7 NAD + + 7 HSKOA → 8 CH 3 -CO-KoA + 6 FADH 2 + 7 NADH 2

Energetski bilans β-oksidacije palmitoleinske kiseline: -2+8*12+6*2+7*3=127 ATP.

Glad, fizička aktivnost → glukagon, adrenalin → lipoliza TG u adipocitima → FA u krvi → β-oksidacija u aerobnim uslovima u mišićima, jetri → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, acetil-CoA, (FA) → ↓ glikoliza → ušteda glukoze neophodna za nervno tkivo, crvena krvna zrnca, itd.

Hrana → insulin → glikoliza → acetil-CoA → sinteza malonil-CoA i FA

Sinteza malonil-CoA → malonil-CoA → ↓ karnitin aciltransferaza I u jetri → ↓ transport FA u mitohondrijalni matriks → ↓ FA u matriksu → ↓ β-oksidacija FA

Biosinteza IVFA. Struktura kompleksa palmitat sintaze. Hemija i regulacija procesa.

Sinteza palmitinske kiseline

Formiranje malonil-CoA

Prva reakcija sinteze FA je konverzija acetil-CoA u malonil-CoA. Ovu regulatornu reakciju u sintezi FA katalizira acetil-CoA karboksilaza.

Acetil-CoA karboksilaza se sastoji od nekoliko podjedinica koje sadrže biotin.

Reakcija se odvija u 2 faze:

1) CO 2 + biotin + ATP → biotin-COOH + ADP + Fn

2) acetil-CoA + biotin-COOH → malonil-CoA + biotin

Acetil-CoA karboksilaza se reguliše na nekoliko načina:

3)​ Udruživanje/disocijacija kompleksa enzimskih podjedinica. U svom neaktivnom obliku, acetil-CoA karboksilaza je kompleks koji se sastoji od 4 podjedinice. Citrat stimulira spajanje kompleksa, zbog čega se povećava aktivnost enzima. Palmitoyl-CoA uzrokuje disocijaciju kompleksa i smanjenje aktivnosti enzima;

2) Fosforilacija/defosforilacija acetil-CoA karboksilaze. Glukagon ili adrenalin preko sistema adenilat ciklaze stimuliše fosforilaciju podjedinica acetil-CoA karboksilaze, što dovodi do njene inaktivacije. Inzulin aktivira fosfoprotein fosfatazu, acetil-CoA karboksilaza se defosforilira. Zatim, pod uticajem citrata, dolazi do polimerizacije protomera enzima i on postaje aktivan;

3) Dugotrajna konzumacija hrane bogate ugljikohidratima i siromašne lipidima dovodi do povećanja lučenja inzulina, koji inducira sintezu acetil-CoA karboksilaze, palmitat sintaze, citrat liaze, izocitrat dehidrogenaze i ubrzava sintezu FA i TG. Post ili ishrana bogata mastima dovodi do smanjenja sinteze enzima i, shodno tome, FA i TG.

Formiranje palmitinske kiseline

Nakon formiranja malonil-CoA, nastavlja se sinteza palmitinske kiseline u multienzimskom kompleksu - sintaza masnih kiselina (palmitoil sintetaza) .

Palmitoil sintaza je dimer koji se sastoji od dva identična polipeptidna lanca. Svaki lanac ima 7 aktivnih mjesta i protein za prijenos acil (ACP). Svaki lanac ima 2 SH grupe: jedna SH grupa pripada cisteinu, druga pripada ostatku fosfopantetinske kiseline. Cisteinska SH grupa jednog monomera nalazi se pored 4-fosfopanteteinatne SH grupe drugog protomera. Tako su protomeri enzima raspoređeni „od glave do repa“. Iako svaki monomer sadrži sva katalitička mjesta, kompleks od 2 protomera je funkcionalno aktivan. Dakle, 2 LC se zapravo sintetiziraju istovremeno.

Ovaj kompleks sekvencijalno proširuje FA radikal za 2 C atoma, čiji je donor malonil-CoA.

Reakcije sinteze palmitinske kiseline

1) Transfer acetila sa CoA na SH grupu cisteina preko centra acetiltransacilaze;

2) Transfer malonila iz CoA u SH grupu ACP od strane malonil transacilaznog centra;

3) U centru ketoacil sintaze, acetilna grupa se kondenzuje sa malonil grupom da formira ketoacil i oslobađa CO2.

4) Ketoacil se redukuje ketoacil reduktazom u hidroksiacil;

5) Oksiacil se dehidrira hidratazom u enoil;

6) Enoil se redukuje enoil reduktazom u acil.

Kao rezultat prvog ciklusa reakcija nastaje acil sa 4 C atoma (butiril). Zatim se butiril prenosi sa pozicije 2 na poziciju 1 (gde se acetil nalazio na početku prvog ciklusa reakcija). Butiril tada prolazi kroz iste transformacije i produžava se za 2 C atoma (iz malonil-CoA).

Slični ciklusi reakcija se ponavljaju sve dok se ne formira radikal palmitinske kiseline, koji se pod dejstvom tioesteraznog centra hidrolitički odvaja od enzimskog kompleksa, pretvarajući se u slobodnu palmitinsku kiselinu.

Ukupna jednadžba za sintezu palmitinske kiseline iz acetil-CoA i malonil-CoA je sljedeća:

CH 3 -CO-SKOA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKOA + 14 NADPH 2 → C 15 H 31 COOH + 7 CO 2 + 6

H 2 O + 8 HSKOA + 14 NADP +

Sinteza FA iz palmitinskih i drugih FA

Proširenje FA u reakcijama elongaze

Produženje GI naziva se elongacija. FA se mogu sintetizirati kao rezultat elongacije palmitinske kiseline i drugih dužih FA u ER. Za svaku dužinu LC postoje izduženja. Redoslijed reakcija sličan je sintezi palmitinske kiseline, ali u ovom slučaju se sinteza ne događa s ACP, već s CoA. Glavni proizvod produljenja u jetri je stearinska kiselina. U nervnim tkivima nastaju dugolančane FA (C = 20-24) koje su neophodne za sintezu sfingolipida.

Sinteza nezasićenih FA u reakcijama desaturaze

Uključivanje dvostrukih veza u FA radikale naziva se desaturacija. Desaturacija FA se javlja u ER u reakcijama monooksigenaze koje kataliziraju desaturaze.

Stearoil-CoA desaturaza– integralni enzim, sadrži ne-hem gvožđe. Katalizuje stvaranje 1 dvostruke veze između 9 i 10 atoma ugljika u FA. Stearoil-CoA desaturaza prenosi elektrone sa citokroma b 5 na 1 atom kiseonika, uz učešće protona ovaj kiseonik formira vodu. Drugi atom kisika se ugrađuje u stearinsku kiselinu kako bi formirao njen hidroksiacil, koji dehidrogenira u oleinsku kiselinu.

FA desaturaze prisutne u ljudskom tijelu ne mogu formirati dvostruke veze u FA distalno od devetog atoma ugljika, stoga se FA iz familije ω-3 i ω-6 ne sintetiziraju u tijelu, neophodne su i moraju se snabdjeti hranom, jer obavljaju važne regulatorne funkcije. Glavni FA koji nastaju u ljudskom tijelu kao rezultat desaturacije su palmitoleinska i oleinska.

Sinteza α-hidroksi FA

Sinteza drugih FA, α-hidroksi kiselina, takođe se dešava u nervnom tkivu. Oksidaze mješovite funkcije hidroksiliraju C22 i C24 kiseline u cerebronsku kiselinu, koja se nalazi samo u lipidima mozga.

I respiratorni lanac, za pretvaranje energije sadržane u masnim kiselinama u energiju ATP veza.

Oksidacija masnih kiselina (β-oksidacija)

Elementarni dijagram β-oksidacije.

Ovaj put se naziva β-oksidacija, jer se 3. atom ugljika masne kiseline (β-položaj) oksidira u karboksilnu grupu, a u isto vrijeme i acetilnu grupu, uključujući C 1 i C 2 izvorne masne kiseline, se odvaja od kiseline.

Reakcije β-oksidacije javljaju se u mitohondrijima većine ćelija u telu (osim nervnih ćelija). Za oksidaciju se koriste masne kiseline koje ulaze u citosol iz krvi ili se pojavljuju tokom lipolize vlastitih unutarćelijskih TAG-a. Ukupna jednadžba za oksidaciju palmitinske kiseline je sljedeća:

Palmitoil-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Acetil-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH

Faze oksidacije masnih kiselina

Reakcija aktivacije masnih kiselina.

1. Prije prodiranja u mitohondrijski matriks i oksidacije, masna kiselina mora biti aktivirana u citosolu. Ovo se postiže dodavanjem koenzima A u njega kako bi se formirao acil-S-CoA. Acyl-S-CoA je visokoenergetski spoj. Nepovratnost reakcije postiže se hidrolizom difosfata u dva molekula fosforne kiseline.

Transport masnih kiselina u mitohondrije ovisan o karnitinu.

2. Acyl-S-CoA nije u stanju da prođe kroz mitohondrijalnu membranu, tako da postoji način da se transportuje u kombinaciji sa vitaminom sličnom supstancom karnitinom. Vanjska membrana mitohondrija sadrži enzim karnitin aciltransferazu I.

Karnitin se sintetiše u jetri i bubrezima, a zatim se prenosi u druge organe. U prenatalnom periodu i u prvim godinama života, značaj karnitina za organizam je izuzetno velik. Opskrba energijom nervnog sistema dječjeg tijela, a posebno mozga, odvija se kroz dva paralelna procesa: oksidaciju masnih kiselina zavisnu od karnitina i aerobnu oksidaciju glukoze. Karnitin je neophodan za rast mozga i kičmene moždine, za interakciju svih dijelova nervnog sistema odgovornih za kretanje i interakciju mišića. Postoje studije koje povezuju cerebralnu paralizu i fenomen "smrti u kolijevci" sa nedostatkom karnitina.

3. Nakon vezivanja za karnitin, masna kiselina se transportuje preko membrane translokazom. Ovdje, na unutrašnjoj strani membrane, enzim karnitin aciltransferaza II ponovo formira acil-S-CoA, koji ulazi u β-oksidacijski put.

Redoslijed reakcija β-oksidacije masnih kiselina.

4. Sam proces β-oksidacije sastoji se od 4 reakcije, koje se ponavljaju ciklično. Oni se sekvencijalno podvrgavaju oksidaciji (acil-SCoA dehidrogenaza), hidrataciji (enoil-SCoA hidrataza) i ponovo oksidaciji 3. atoma ugljika (hidroksiacil-SCoA dehidrogenaza). U posljednjoj, transferaznoj reakciji, acetil-SCoA se cijepa od masne kiseline. HS-CoA se dodaje preostaloj (za dva ugljika skraćenoj) masnoj kiselini i vraća se u prvu reakciju. Ovo se ponavlja sve dok posljednji ciklus ne proizvede dva acetil-SCoA.

Proračun energetskog bilansa β-oksidacije

Prilikom izračunavanja količine ATP-a koji nastaje tokom β-oksidacije masnih kiselina, potrebno je uzeti u obzir:

• količina formiranog acetil-SCoA određena je uobičajenom podjelom broja ugljikovih atoma u masnoj kiselini sa 2;
• broj ciklusa β-oksidacije. Broj ciklusa β-oksidacije je lako odrediti na osnovu koncepta masne kiseline kao lanca jedinica sa dva ugljika. Broj pauza između jedinica odgovara broju ciklusa β-oksidacije. Ista vrijednost se može izračunati korištenjem formule (n/2 −1), gdje je n broj atoma ugljika u kiselini;
• broj dvostrukih veza u masnoj kiselini. U prvoj reakciji β-oksidacije nastaje dvostruka veza uz učešće FAD-a. Ako je dvostruka veza već prisutna u masnoj kiselini, onda nema potrebe za ovom reakcijom i FADN 2 se ne formira. Broj neformiranih FADN 2 odgovara broju dvostrukih veza. Preostale reakcije ciklusa se odvijaju bez promjena;
• količina ATP energije utrošene na aktivaciju (uvijek odgovara dvije visokoenergetske veze).

Primjer. Oksidacija palmitinske kiseline

• Pošto ima 16 atoma ugljika, β-oksidacija proizvodi 8 molekula acetil-SCoA. Potonji ulazi u TCA ciklus kada se oksidira u jednom ciklusu, formiraju se 3 molekula NADH, 1 molekula FADH 2 i 1 molekula GTP, što je ekvivalentno 12 molekula ATP-a (vidi i Metode dobijanja; energije u ćeliji). Dakle, 8 molekula acetil-S-CoA će osigurati formiranje 8 × 12 = 96 molekula ATP-a.
• za palmitinsku kiselinu, broj ciklusa β-oksidacije je 7. U svakom ciklusu se formira 1 molekul FADH 2 i 1 molekul NADH. Ulazeći u respiratorni lanac, oni ukupno „daju“ 5 molekula ATP-a. Tako se u 7 ciklusa formira 7 × 5 = 35 ATP molekula.
• U palmitinskoj kiselini nema dvostrukih veza.
• Za aktiviranje masne kiseline koristi se 1 molekul ATP-a, koji se, međutim, hidrolizira u AMP, odnosno troše se 2 visokoenergetske veze ili dva ATP-a.

Dakle, sumirajući, dobijamo 96 + 35-2 = 129 ATP molekula nastaju tokom oksidacije palmitinske kiseline.

2.1. Oksidacija masnih kiselina u ćelijama

Više masne kiseline mogu se oksidirati u stanicama na tri načina:

a) a-oksidacijom,

b) b-oksidacijom,

c) w-oksidacijom.

Procesi a- i w-oksidacije viših masnih kiselina odvijaju se u mikrosomima ćelije uz učešće enzima monooksigenaze i igraju uglavnom plastičnu funkciju - tokom ovih procesa dolazi do sinteze hidroksi kiselina, keto kiselina i kiselina sa neparnim brojem ugljenika. dolazi do atoma neophodnih za ćelije. Dakle, tokom a-oksidacije, masna kiselina se može skratiti za jedan atom ugljika i tako se pretvoriti u kiselinu sa neparnim brojem "C" atoma, u skladu sa datom šemom:

2.1.1. b-oksidacija viših masnih kiselina Glavni metod oksidacije viših masnih kiselina, barem u odnosu na ukupnu količinu jedinjenja ove klase oksidiranih u ćeliji, je proces b-oksidacije, koji je otkrio Knoop još 1904. godine. Ovaj proces se može definirati kao proces postupnog oksidativnog razlaganja viših masnih kiselina, tokom kojeg dolazi do uzastopnog cijepanja dvougljičnih fragmenata u obliku acetil-CoA od karboksilne grupe aktivirane više molekule masne kiseline. .

Više masne kiseline koje ulaze u ćeliju se aktiviraju i pretvaraju u acil-CoA (R-CO-SKOA), a aktivacija masnih kiselina se događa u citosolu. Proces b-oksidacije masnih kiselina odvija se u mitohondrijskom matriksu. Istovremeno, unutrašnja membrana mitohondrija je nepropusna za acil-CoA, što postavlja pitanje mehanizma transporta acilnih ostataka iz citosola u mitohondrijski matriks.

Acilni ostaci se transportuju kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu pomoću posebnog nosača, a to je karnitin (CN):

U citosolu, uz pomoć enzima eksterne acilCoA:karnitin aciltransferaze (E1 na dijagramu ispod), ostatak više masne kiseline se prenosi sa koenzima A na karnitin kako bi nastao acilkarnitin:

Acilkarnitinin, uz učešće posebnog sistema karnitin-acilkarnitin-translokaza, prolazi kroz membranu u mitohondriju i u matriks, uz pomoć enzima unutrašnjeg acil-CoA: karnitin aciltransferaze (E2), acilni ostatak se prenosi iz karnitin u intramitohondrijski koenzim A. Kao rezultat, aktivirani ostatak se pojavljuje u masnoj kiselini mitohondrijalnog matriksa u obliku acil-CoA; oslobođeni karnitin, koristeći istu translokazu, prolazi kroz mitohondrijalnu membranu u citosol, gdje se može uključiti u novi transportni ciklus. Karnitin acilkarnitin translokaza, ugrađena u unutrašnju membranu mitohondrija, prenosi molekul acilkarnitina u mitohondriju u zamjenu za molekul karnitina uklonjen iz mitohondrija.

Aktivirana masna kiselina u mitohondrijskom matriksu prolazi kroz postupnu cikličku oksidaciju prema sljedećoj shemi:

Kao rezultat jednog ciklusa b-oksidacije, radikal masne kiseline se skraćuje za 2 atoma ugljika, a odcijepljeni fragment se oslobađa kao acetil-CoA. Sumarna jednačina ciklusa:

Tokom jednog ciklusa b-oksidacije, na primjer, tokom konverzije stearoil-CoA u palmitoil-CoA sa stvaranjem acetil-CoA, oslobađa se 91 kcal/mol slobodne energije, ali se najveći dio te energije akumulira u obliku energije iz reduciranih koenzima, a gubitak energije u obliku topline iznosi samo oko 8 kcal/mol.

Nastali acetil-CoA može ući u Krebsov ciklus, gdje će se oksidirati do konačnih proizvoda, ili se može koristiti za druge potrebe stanica, na primjer, za sintezu kolesterola. Acyl-CoA, skraćen za 2 atoma ugljika, ulazi u novi ciklus b-oksidacije. Kao rezultat nekoliko uzastopnih ciklusa oksidacije, cijeli ugljični lanac aktivirane masne kiseline se cijepa na "n" molekule acetil-CoA, pri čemu je vrijednost "n" određena brojem atoma ugljika u izvornoj masnoj kiselini.

Energetski efekat jednog ciklusa b-oksidacije može se proceniti na osnovu činjenice da se tokom ciklusa formira 1 molekul FADH2 i 1 molekul NADH + H. Kada uđu u lanac respiratornih enzima, sintetiziraće se 5 molekula ATP (2 + 3). Ako se rezultirajući acetil-CoA oksidira u Krebsovom ciklusu, stanica će primiti još 12 ATP molekula.

Za stearinsku kiselinu, ukupna jednadžba za njenu b-oksidaciju ima oblik:

Proračuni pokazuju da će se tokom oksidacije stearinske kiseline u ćeliji sintetizirati 148 molekula ATP-a. Prilikom izračunavanja energetskog bilansa oksidacije potrebno je iz ove količine isključiti 2 makroergijska ekvivalenta koja se troše prilikom aktivacije masne kiseline (prilikom aktivacije ATP se razlaže na AMP i 2 H3PO4). Dakle, kada se stearinska kiselina oksidira, stanica će primiti 146 ATP molekula.

Poređenja radi: prilikom oksidacije 3 molekula glukoze, koji sadrže i 18 atoma ugljika, ćelija prima samo 114 ATP molekula, tj. Više masne kiseline su korisnije energetsko gorivo za ćelije u odnosu na monosaharide. Očigledno, ova okolnost je jedan od glavnih razloga što su energetske rezerve tijela predstavljene pretežno u obliku triacilglicerola, a ne glikogena.

Ukupna količina slobodne energije koja se oslobađa pri oksidaciji 1 mola stearinske kiseline iznosi oko 2632 kcal, od čega se oko 1100 kcal akumulira u obliku energije visokoenergetskih veza sintetiziranih molekula ATP-a ukupna oslobođena energija se akumulira.

Brzina b-oksidacije viših masnih kiselina određena je, prvo, koncentracijom masnih kiselina u ćeliji i, drugo, aktivnošću eksterne acil-CoA: karnitin aciltransferaze. Malonil-CoA inhibira aktivnost enzima. Na značenje posljednjeg regulatornog mehanizma ćemo se zadržati nešto kasnije, kada budemo raspravljali o koordinaciji procesa oksidacije i sinteze masnih kiselina u ćeliji.

Narandžasti krajnici i nakupljanje estera holesterola u drugim retikuloendotelnim tkivima. Patologija je povezana s ubrzanim katabolizmom apo A-I. Varenje i apsorpcija lipida. Bile. Značenje. U zoru formiranja moderne doktrine o egzokrinoj funkciji jetre, kada su prirodnjaci imali samo prve...

Dinamiku hemijskih transformacija koje se dešavaju u ćelijama proučava biološka hemija. Zadatak fiziologije je da utvrdi ukupnu potrošnju tvari i energije u tijelu i kako ih treba nadoknaditi uz pomoć adekvatne prehrane. Energetski metabolizam služi kao pokazatelj opšteg stanja i fiziološke aktivnosti organizma. Jedinica za mjerenje energije koja se obično koristi u biologiji i...

Kiseline koje se svrstavaju u esencijalne masne kiseline (linolna, linolenska, arahidonska) koje se ne sintetiziraju kod ljudi i životinja. Sa mastima u tijelo ulazi kompleks biološki aktivnih tvari: fosfolipidi, steroli. Triacilgliceroli – njihova glavna funkcija je skladištenje lipida. Nalaze se u citosolu u obliku fino dispergovanih emulgiranih uljanih kapljica. Kompleksne masti:...

... α,d – glukoza glukoza – 6 – fosfat Sa stvaranjem glukoze – 6 – fosfata, poklapaju se putevi glikolize i glikogenolize. Glukoza-6-fosfat zauzima ključno mjesto u metabolizmu ugljikohidrata. Ulazi u sljedeće metaboličke puteve: glukoza - 6 - fosfat glukoza + H3PO4 fruktoza - 6 - put razgradnje fosfat pentoze (ulazi u krv, itd.