Koja masna kiselina se najbrže oksidira? Oksidacija masnih kiselina i oslobađanje energije. Faze oksidacije masnih kiselina

Sve višestepene reakcije oksidacije ubrzavaju se specifičnim enzimima. β-oksidacija viših masne kiseline je univerzalan biohemijski proces koji se javljaju u svim živim organizmima. Kod sisara se ovaj proces javlja u mnogim tkivima, prvenstveno u jetri, bubrezima i srcu. Nezasićene više masne kiseline (oleinska, linolna, linolenska, itd.) se preliminarno redukuju u zasićene kiseline.

Pored β-oksidacije, koja je glavni proces razgradnje masnih kiselina kod životinja i ljudi, postoje i α-oksidacija i ω-oksidacija. α-oksidacija se događa i u biljkama i u životinjama, međutim, cijeli proces se odvija u peroksizomima. ω-oksidacija je rjeđa među životinjama (kralježnjacima), javlja se uglavnom u biljkama. Proces ω-oksidacije odvija se u endoplazmatskom retikulumu (ER).

β-oksidaciju je 1904. godine otkrio njemački hemičar ( Franz Knoop) u eksperimentima s hranjenjem pasa raznim masnim kiselinama, u kojima je jedan atom vodika na terminalnom ω-C atomu ugljika metil grupe -CH 3 zamijenjen fenil radikalom -C 6 H 5 .

Franz Knoop je sugerirao da se oksidacija molekula masne kiseline u tjelesnim tkivima odvija u β-položaju. Kao rezultat toga, fragmenti sa dva ugljika se sekvencijalno odvajaju od molekula masne kiseline sa strane karboksilne grupe.

Teorija β-oksidacije masnih kiselina, koju je predložio F. Knoop, umnogome je poslužila kao osnova za moderne ideje o mehanizmu oksidacije masnih kiselina.

Masne kiseline koje su nastale u ćeliji hidrolizom triacilglicerida ili koje su u nju ušle iz krvi moraju se aktivirati, jer su same metaboličke inertne tvari, pa stoga ne mogu biti podložne biokemijskim reakcijama, uključujući oksidaciju. Proces njihove aktivacije odvija se u citoplazmi uz učešće ATP-a, koenzima A (HS-CoA) i jona Mg 2+. Reakciju katalizira enzim dugolančane acil-CoA sintetaze ( CoA ligaza dugog lanca masnih kiselina, KF), proces je endergonski, odnosno odvija se zahvaljujući upotrebi energije hidrolize molekula ATP:

acil-CoA sintetaze se nalaze i u citoplazmi iu mitohondrijskom matriksu. Ovi enzimi se razlikuju po svojoj specifičnosti za masne kiseline različite dužine lanca ugljikovodika. Masne kiseline sa kratkim i srednja duzina lanci (od 4 do 12 atoma ugljika) mogu difuzijom prodrijeti u mitohondrijski matriks. Aktivacija ovih masnih kiselina događa se u mitohondrijskom matriksu.

Dugolančane masne kiseline koje prevladavaju u ljudskom tijelu (od 12 do 20 atoma ugljika) aktiviraju acil-CoA sintetaze koje se nalaze na vani vanjske membrane mitohondrija.

Pirofosfat koji se oslobađa tokom reakcije hidrolizira enzim pirofosfataza (CP):

U ovom slučaju, reakciona ravnoteža se pomera prema stvaranju acil-CoA.

Pošto se proces aktivacije masnih kiselina odvija u citoplazmi, potreban je dalji transport acil-CoA kroz membranu u mitohondrije.

Transport dugolančanih masnih kiselina kroz gustu mitohondrijalnu membranu je posredovan karnitinom. Vanjska membrana mitohondrija sadrži enzim karnitin aciltransferazu I (karnitin palmitoiltransferazu I, CPT1, CF), koji katalizuje reakciju sa stvaranjem acilkarnitina (acilna grupa se prenosi sa atoma sumpora u CoA na hidroksilnu grupu karnitina da se formira acilkarnitin (karnitin-COR)), koji difunduje kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu:

Rezultirajući acilkarnitin prolazi kroz intermembranski prostor na vanjsku stranu unutrašnje membrane i transportuje se enzimom karnitin acilkarnitin translokazom (CACT).

Nakon prolaska acilkarnitina (karnitin-COR) kroz mitohondrijalnu membranu, dolazi do obrnuta reakcija - razgradnje acilkarnitina uz učešće CoA-SH i enzima mitohondrijalnog karnitin acil-CoA transferaze ili karnitin aciltransferaze II (karnitin palmitoil 2PT2PT2 , CF):

Tako, acil-CoA postaje dostupan za β-oksidacijske enzime. Slobodni karnitin se istom translokazom vraća na citoplazmatsku stranu unutrašnje membrane mitohondrija.

Malonil-CoA može inhibirati proces transmembranskog transporta masnih kiselina.

U mitohondrijskom matriksu, masne kiseline se oksidiraju u Knoopp-Linenovom ciklusu. Uključuje četiri enzima koji djeluju uzastopno na acil-CoA. Konačni metabolit ovog ciklusa je acetil-CoA. Sam proces se sastoji od četiri reakcije.

Rezultirajući acetil-CoA prolazi kroz oksidaciju u Krebsovom ciklusu, 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 zauzvrat se oksidira u 2 molekule acetil-CoA. FADH 2 i NADH·H ulaze direktno u respiratorni lanac.

Za potpunu razgradnju dugolančane masne kiseline, ciklus se mora ponoviti mnogo puta, na primjer, za stearil-CoA (C 17 H 35 CO~SCoA), potrebno je osam ciklusa.

Kao rezultat oksidacije masnih kiselina sa neparnim brojem atoma ugljika, ne nastaju samo acetil-CoA, FAD H 2 i NADH, već i jedan molekul propionil-CoA (C 2 H 5 -CO~SCoA).

Kada se oksidiraju masne kiseline s dvije (-C=C-C-C=C-) ili više nezasićenih veza, potreban je još jedan dodatni enzim β-hidroksiacil-CoA epimeraza (AP).

Brzina oksidacije nezasićenih masnih kiselina je mnogo veća od one zasićenih, zbog prisustva dvostrukih veza. Na primjer, ako kao standard uzmemo brzinu oksidacije zasićene stearinske kiseline, tada je stopa oksidacije oleinske kiseline 11, linoleinske 114, linolenske 170, a arahidonske je skoro 200 puta veća od stearinske.

Kao rezultat prijenosa elektrona duž ETC-a iz FAD H 2 i NADH, sintetiše se 5 ATP molekula (2 iz FADH 2 i 3 iz NADH). U slučaju oksidacije palmitinske kiseline odvija se 7 ciklusa β-oksidacije (16/2-1=7), što dovodi do stvaranja 5 7=35 molekula ATP-a. U procesu β-oksidacije palmitinske kiseline, n molekuli acetil-CoA, od kojih svaki, kada potpuno izgori u ciklusu trikarboksilne kiseline, daje 12 molekula ATP-a, a 8 molekula će dati 12 8 = 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, koja je hidrolizirana u AMP, odnosno 2 makroergijske veze ili dva ATP-a troše se, na samom početku, za proces aktivacije (formiranje palmitoil-CoA), ukupan izlaz energije uz potpunu oksidaciju jednog molekula palmitinske kiseline u uslovima životinjskog organizma, to će biti 131-2 = 129 molekula.

Ukupna jednadžba za oksidaciju palmitinske kiseline je sljedeća:

Formula za izračunavanje ukupne količine ATP-a koja nastaje kao rezultat procesa β-oksidacije:

Proračun energije β-oksidacije za neke masne kiseline prikazan je u obliku tabele.

Osim β-oksidacije masnih kiselina u mitohondrijima, postoji i ekstramitohondrijska oksidacija. Masne kiseline veće dužine lanca (od C 20) ne mogu se oksidirati u mitohondrijima zbog prisustva guste dvostruke membrane, koja onemogućava njihov prijenos kroz intermembranski prostor. Stoga se u peroksizomima događa oksidacija dugolančanih masnih kiselina (C 20 -C 22 ili više). U peroksizomima se proces β-oksidacije masnih kiselina odvija u modificiranom obliku. Oksidacijski proizvodi u ovaj slučaj su acetil-CoA, oktanoil-CoA i vodikov peroksid H 2 O 2 . Acetil-CoA se formira u koraku koji katalizira dehidrogenaza zavisna od FAD. Enzimi peroksizoma ne napadaju masne kiseline kratkog lanca, a proces β-oksidacije se zaustavlja stvaranjem oktanoil-CoA.

Ovaj proces nije povezan s oksidativnom fosforilacijom i stvaranjem ATP-a, te se stoga oktanoil-CoA i acetil-CoA prenose iz CoA u karnitin i šalju u mitohondrije, gdje se oksidiraju u ATP.

Aktivacija peroksizomalne β-oksidacije javlja se kod viška sadržaja masnih kiselina u hrani koja se konzumira počevši od C 20, kao i kod uzimanja lijekova za snižavanje lipida. lijekovi.

Brzina β-oksidacije zavisi i od aktivnosti enzima karnitin palmitoiltransferaze I (CPTI). U jetri ovaj enzim inhibira malonil-CoA, supstanca koja se proizvodi tokom biosinteze masnih kiselina.

U mišićima, karnitin palmitoiltransferaza I (CPTI) je također inhibirana malonil-CoA. Iako mišićno tkivo ne sintetizira masne kiseline, ono ima izoenzim acetil-CoA karboksilaze koji sintetizira malonil-CoA za regulaciju β-oksidacije. Ovaj izoenzim fosforilira protein kinaza A, koja se aktivira u ćelijama pod dejstvom adrenalina, i AMP zavisna protein kinaza, pa se tako inhibira; koncentracija malonil-CoA se smanjuje. Kao rezultat toga, tokom fizičkog rada, kada se AMP pojavi u ćeliji, aktivira se β-oksidacija pod djelovanjem adrenalina, međutim njena brzina ovisi i o dostupnosti kisika. Dakle, β-oksidacija postaje izvor energije za mišiće tek 10-20 minuta nakon starta. fizička aktivnost(tzv. aerobna vježba), kada se povećava protok kisika do tkiva.

Defekti u karnitinu transportni sistem manifestuje se u fermentopatiji i deficitarnim stanjima karnitina u ljudskom tijelu.

Najčešća deficitarna stanja povezana sa gubitkom karnitina tokom određenih stanja organizma:

Znakovi i simptomi nedostatka karnitina su napadi hipoglikemije koji nastaju zbog smanjenja glukoneogeneze kao posljedica kršenja procesa β-oksidacije masnih kiselina, smanjenja stvaranja ketonskih tijela, praćenog povećanjem sadržaj slobodnih masnih kiselina (FFA) u krvnoj plazmi, slabost mišića (mijastenija gravis), kao i nakupljanje lipida.

U mitohondrijima postoje 3 vrste acil-CoA dehidrogenaza koje oksidiraju masne kiseline radikalom dugog, srednjeg ili kratkog lanca. Masne kiseline, pošto se radikal skraćuje tokom β-oksidacije, mogu se sekvencijalno oksidirati ovim enzimima. Genetski defekt (CF) - MCADD(skraćenica od M edium- c hain a cyl-CoA d ehidrogenaza d efikasnost) je najčešća u odnosu na druge nasljedne bolesti - 1:15 000. Učestalost defektnog gena ACADM, koji kodira acil-CoA dehidrogenazu masnih kiselina srednje dužine lanca, među evropskom populacijom - 1:40. To je autosomno recesivni poremećaj koji je rezultat zamjene T nukleotida (.

Dikarboksilna acidurija je bolest povezana s povećanim izlučivanjem C 6 -C 10 dikarboksilnih kiselina i hipoglikemijom koja se javlja na ovoj pozadini, ali nije povezana s povećanjem sadržaja ketonskih tijela. Uzrok ove bolesti je MCADD. Istovremeno, poremećena je β-oksidacija i pojačana ω-oksidacija dugolančanih masnih kiselina, koje se skraćuju na srednjelančane dikarboksilne kiseline koje se izlučuju iz organizma.

Zellwegerov sindrom ili cerebrohepatorenalni sindrom, rijetka nasljedna bolest koju je opisao američki pedijatar Hans Zellweger (eng. H. U. Zellweger), a koja se manifestira u odsustvu peroksizoma u svim tkivima tijela. Kao rezultat toga, polienske kiseline (C 26 -C 38), koje su dugolančane masne kiseline, akumuliraju se u tijelu, posebno u mozgu. Približna incidencija poremećaja biogeneze peroksizoma u spektru Zellwegerovog sindroma je 1:50 000 novorođenčadi u Sjedinjenim Državama i 1:500 000 novorođenčadi u Japanu. Sindrom karakteriziraju: prenatalno usporavanje rasta; mišićna hipotenzija; poteškoće u sisanju; arefleksija; dolihocefalija; visoko čelo; okruglo ravno lice; natečeni kapci; hipertelorizam; Mongoloidni rez na očima; katarakta; pigmentoza retinopatije ili displazija optičkog živca; koloboma irisa; nisko ležeće ušne školjke; mikrognatija; rascjep nepca; bočna ili medijalna zakrivljenost prstiju; oštećenje jetre (hepatomegalija (povećan volumen jetre), disgeneza intrahepatičnih kanala, ciroza jetre); policistična bolest bubrega; često - teške, nekompatibilne sa životnim anomalijama pluća i srčanih mana; usporen psihomotorni razvoj; konvulzije; uporna žutica. Patološki pregled otkriva odloženu mijelinizaciju neurona; nakupljanje lipida u astrocitima; u jetri, bubrezima i mozgu sadržaj plazmogena je smanjen; u ćelijama jetre i drugim tkivima tijela, broj peroksisoma je smanjen, većina peroksizomalnih enzima je neaktivna. Povećana je aktivnost transaminaza u krvi i zabilježena je trajna hiperbilirubinemija. U prisustvu hipoglicina dolazi do akumulacije uglavnom butiril-CoA, koji se hidrolizira u slobodnu maslačnu kiselinu (butirat). Unosi se višak masne kiseline

molekula masne kiseline cijepa se u mitohondrije postupnim cijepanjem fragmenata sa dva ugljika u obliku acetilkoenzima A (acetil-CoA).
Imajte na umu da je prvi korak beta oksidacije je interakcija molekula masne kiseline sa koenzimom A (CoA) kako bi se formirala acil-CoA masna kiselina. U jednačinama 2, 3 i 4, beta ugljik (drugi ugljik s desne strane) acil-CoA masne kiseline stupa u interakciju s molekulom kisika, zbog čega se beta ugljik oksidira.

Na desnoj strani jednačine 5 dvougljični dio molekule otcijepi se, formirajući acetil-CoA, koji se oslobađa u ekstracelularnu tekućinu. U isto vrijeme, drugi molekul CoA stupa u interakciju s krajem preostale molekule masne kiseline, ponovno formirajući acil-CoA masne kiseline. Sama molekula masne kiseline u ovom trenutku postaje kraća za 2 atoma ugljika, jer. prvi acetil-CoA se već odvojio od svog terminala.

Onda se ovo skratilo molekula acil-CoA masne kiseline oslobađa još 1 molekul acetil-CoA, koji skraćuje originalni molekul masne kiseline za još 2 atoma ugljika. Osim oslobađanja molekula acetil-CoA iz molekula masnih kiselina, tokom ovog procesa oslobađaju se 4 atoma ugljika.

Acetil-CoA oksidacija. Molekuli acetil-CoA formirani u mitohondrijima tokom procesa beta-oksidacije masnih kiselina odmah ulaze u ciklus limunske kiseline i, u interakciji prvenstveno sa oksaloacetatnom kiselinom, formiraju limunsku kiselinu, koja se zatim sekvencijalno oksidira hemoosmotikom. mitohondrijalni oksidacioni sistemi. Neto prinos reakcije ciklusa limunske kiseline po 1 molekulu acetil-CoA je:
CH3COCoA + oksalosirćetna kiselina + 2H20 + ADP => 2CO2 + 8H + HCoA + ATP + oksalosirćetna kiselina.

Dakle, nakon inicijala razgradnju masnih kiselina sa stvaranjem acetil-CoA, njihovo konačno cijepanje se odvija na isti način kao i cijepanje acetil-CoA nastalog iz pirogrožđane kiseline tokom metabolizma glukoze. Nastali atomi vodonika se oksidiraju istim mitohondrijalnim oksidacijskim sistemom koji se koristi u procesu oksidacije ugljikohidrata, uz stvaranje velike količine adenozin trifosfata.

Kada se masne kiseline oksidiraju proizvodi se ogromna količina ATP-a. Slika pokazuje da se 4 atoma vodika oslobođena kada se acetil-CoA odvoji od lanca masnih kiselina oslobađaju u obliku FADH2, NADH i H+, dakle, kada se 1 molekul stearinske kiseline odcijepi, pored 9 molekula acetil-CoA , još 32 atom vodonika. Kako se svaki od 9 acetil-CoA molekula razgrađuje u ciklusu limunske kiseline, oslobađa se još 8 atoma vodika, što rezultira ukupno 72 atoma vodika.

ukupno prilikom cijepanja 1 molekula stearinska kiselina oslobađa 104 atoma vodika. Od ovog ukupnog broja, 34 atoma se oslobađaju kada se vežu za flavoproteine, a preostalih 70 se oslobađaju u obliku vezanom za nikotinamid adenin dinukleotid, tj. u obliku PREKO-H+ i H+.

Oksidacija vodika povezana s ove dvije vrste tvari odvija se u mitohondrijima, ali one ulaze u proces oksidacije u različite tačke, tako da oksidacija svakog od 34 atoma vodika povezana s flavoproteinima rezultira oslobađanjem 1 ATP molekula. Još 1,5 ATP molekula se sintetiše iz svakih 70 NAD+ i H+. Ovo daje 34 još 105 ATP molekula (tj. ukupno 139) tokom oksidacije vodonika, koji se odvaja tokom oksidacije svakog molekula stearinske kiseline.

Dodatnih 9 ATP molekula nastaju u ciklusu limunske kiseline (pored ATP-a koji nastaje oksidacijom vodonika), 1 za svaki od 9 molekula metaboliziranog acetil-CoA. Dakle, potpunom oksidacijom 1 molekula stearinske kiseline nastaje ukupno 148 molekula ATP-a. S obzirom da interakcija stearinske kiseline sa CoA u početnoj fazi metabolizma ove masne kiseline troši 2 molekula ATP-a, neto prinos ATP-a je 146 molekula.

Povratak na sadržaj odjeljka ""

Oksidacija masnih kiselina se dešava u jetri, bubrezima, skeletnim i srčanim mišićima, u 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 se odvajaju od molekula masne kiseline sa strane karboksilne grupe. Proces b-oksidacije masnih kiselina sastoji se od sljedećih koraka:

aktivacija masnih kiselina. Kao i prva faza šećerne glikolize, prije b-oksidacije, masne kiseline se podvrgavaju aktivaciji. 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 masnih kiselina, baš kao i slobodne masne kiseline, nema sposobnost prodiranja u mitohondrije, gdje, zapravo, dolazi do njihove oksidacije; karnitin (g-trimetilamino-b-hidroksibutirat) služi kao nosač aktiviranih masnih kiselina. kiseline kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu.):

Nakon prolaska acilkarnitina kroz mitohondrijalnu membranu, dolazi do obrnute reakcije - razgradnje acilkarnitina uz učešće HS-CoA i mitohondrijalne karnitin aciltransferaze:

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

Ovaj put oksidacije povezan je s dodatkom atoma kisika atomu ugljika masne kiseline koji se nalazi na b-poziciji:

Tokom b-oksidacije, fragmenti od dva ugljika u obliku acetil-CoA sekvencijalno se odvajaju od karboksilnog kraja ugljičnog lanca masnih kiselina i lanac masnih kiselina se skraćuje u skladu s tim:

U mitohondrijskom matriksu, acil-CoA se razgrađuje 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.

Kombinacija ove četiri sekvence reakcija je jedan krug b-oksidacije masnih kiselina (vidi sliku 8).

Rezultirajući acetil-CoA prolazi kroz oksidaciju u Krebsovom ciklusu, a acetil-CoA, skraćen za dva atoma ugljika, ponovo u više navrata prolazi cijelim putem b-oksidacije do stvaranja butiril-CoA (4-ugljikova spojeva), na posljednja faza b-oksidacije se razlaže 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, budući da se formiranje dva molekula acetil-CoA odmah događa tokom oksidacije butirila -CoA ) i dobijete 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. Sa svakim ciklusom b-oksidacije formira se jedan FADH 2 molekul (vidi sliku 8; reakcija 1) i jedan NADH + H + molekul (reakcija 3). Potonji, u procesu oksidacije respiratornog lanca i prateće fosforilacije, daju: FADH 2 - 2 ATP molekula i NADH + H + - 3 ATP molekula, tj. ukupno se u jednom ciklusu formira 5 ATP molekula. Kada se palmitinska kiselina oksidira, formira se 5 * 7 = 35 molekula ATP-a. U procesu b-oksidacije palmitinske kiseline nastaje 8 acetil-CoA molekula, od kojih svaki, "sagorevanjem" u Krebsovom ciklusu, daje 12 molekula ATP-a, a 8 molekula će dati 12 * 8 = 96 molekula ATP-a.

Dakle, ukupno, potpunom b-oksidacijom 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 iznosiće 131-1=130 molekula ATP.

Međutim, acetil-CoA nastao kao rezultat b-oksidacije masnih kiselina ne može se samo oksidirati u CO 2 , H 2 O, ATP, ulazeći u Krebsov ciklus, već se može koristiti i za sintezu kolesterola, kao i ugljikohidrata u glioksilatni ciklus.

Glioksilatni put je specifičan samo za biljke i bakterije, a u životinjskim organizmima ga nema. Ovaj proces sinteze ugljikohidrata iz masti detaljno je opisan u smjernice„Odnos između procesa metabolizma ugljenih hidrata, masti i proteina“ (vidi paragraf 2.1.1, str. 26).

Hidroliza trigliceridi vrši pankreatična lipaza. Njegov pH optimum je 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.U pankreasu se pankreasna lipaza sintetiše zajedno sa proteinskom kolipazom. Kolipaza se formira u neaktivnom obliku i aktivira se u crijevima pomoću tripsina djelomičnom proteolizom. Kolipaza se svojom hidrofobnom domenom vezuje za površinu kapljice lipida, dok njena hidrofilna domena promoviše maksimalno približavanje aktivnog centra pankreasne lipaze 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 energije ATP-a. 2. Aktivna masna kiselina, acil-CoA, prenosi se iz citosola u mitohondrijalni matriks (MC). CoA-8H ostaje u citosolu, a ostatak masne kiseline - acil - kombinuje se sa karnitinom (od lat. - sars - meso) - karnitin se izoluje iz mišićno tkivo) sa stvaranjem acil-karnitina, koji ulazi u intermembranski prostor MX. Iz intermembranskog prostora mitohondrija, acil-karnitin kompleks se prenosi u MCh matriks. Istovremeno, karnitin ostaje u intermembranskom prostoru. U matriksu, acil se vezuje za CoA-8H. 3. Oksidacija. U MX matrici se formira aktivna masna kiselina, koja se dalje podvrgava reakcijama oksidacije do krajnjih proizvoda. U beta oksidaciji, -CH2- grupa na beta položaju masne kiseline oksidira se u -C- grupu. U ovom slučaju, dehidrogenacija se odvija u dvije faze: uz učešće acil dehidrogenaze (flavin enzim, vodonik se prenosi na ubikinon) i beta-hidroksiacil dehidrogenaze (NAD + akceptor vodonika). Zatim se beta-ketoacil-CoA, pod dejstvom enzima tiolaze, razlaže na acetil CoA i acil-CoA, skraćene za 2 atoma ugljenika u odnosu na original. Ovaj acil-CoA ponovo prolazi kroz beta-oksidaciju. Ponavljanje ovog procesa mnogo puta dovodi do potpunog razlaganja masne kiseline do acil-CoA. Oksidacija masnih kiselina. Uključuje 2 faze: 1. sekvencijalno odvajanje od C-kraja kiseline fragmenta sa dva ugljenika u obliku acetil-CoA; 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 stvaranjem 9 acetil-CoA. U svakom ciklusu oksidacije nastaje 8 * 5 ATP = 40 ATP, acetil-CoA daje 9 * 12 ATP = 108 ATP. Ukupno: 148 ATP, ali 1 ATP se troši na aktivaciju masnih kiselina u citosolu, tako da je ukupno 147 ATP

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

β-oksidacija - specifičan put katabolizma masnih kiselina sa nerazgranatim srednjim i kratkim ugljikovodičnim lancem. β-oksidacija se odvija u mitohondrijskom matriksu, u kojem su 2 C atoma u obliku acetil-CoA sekvencijalno odvojena od C kraja FA. FA β-oksidacija se dešava samo u aerobnim uslovima i izvor je velike količine energije.FA β-oksidacija se aktivno odvija u crvenim skeletnim mišićima, srčanom mišiću, bubrezima i jetri. FA ne služe kao izvor energije za nervna tkiva, jer FA ne prolaze kroz krvno-moždanu barijeru, kao druge hidrofobne supstance. Istovremeno se povećava koncentracija masnih kiselina u krvi kao rezultat mobilizacije masnih kiselina iz masnog tkiva.

LCD aktivacija

Aktivacija masnih kiselina nastaje kao rezultat formiranja makroergijske veze između masnih kiselina 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 masne kiseline različite dužine lanca ugljikovodika.

Transport LCD. Transport masnih kiselina u mitohondrijalni matriks zavisi od dužine ugljičnog lanca.

FA sa kratkim i srednjim dužinama lanca (od 4 do 12 C atoma) mogu difuzijom prodrijeti u mitohondrijalni matriks. Aktivacija ovih masnih kiselina nastaje acil-CoA sintetazama u mitohondrijskom matriksu.Dugolančane masne kiseline se prvo aktiviraju u citosolu (acil-CoA sintetazama na vanjskoj mitohondrijskoj membrani), a zatim se posebnim transportni sistem koji koristi 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 palmitoil transferaza I) katalizira prijenos acila sa CoA na karnitin uz stvaranje acilkarnitina;

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 sa stvaranjem Acyl-CoA;

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

Reakcije β-oksidacija masnih kiselina

1. β-oksidacija počinje dehidrogenacijom acil-CoA pomoću FAD-zavisne Acyl-CoA dehidrogenaze sa formiranjem dvostruke veze (trans) između α- i β-C atoma u Enoyl-CoA. Redukovani FADH 2, koji se oksidira u CPE, obezbeđuje 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, koji se oksidira 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, koji se oksidira u TCA, osigurava sintezu 12 ATP molekula u CPE.

Zatim Acyl-CoA ponovo ulazi u reakcije β-oksidacije. Ciklusi se nastavljaju sve dok se Acyl-CoA ne pretvori u acetil-CoA sa 2 C atoma (ako je FA imao paran broj C atoma) ili Butiril-CoA sa 3 C atoma (ako je FA imao 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 masne kiseline s parnim brojem C atoma nastaju samo FADH 2 , NADH 2 i Acetil-CoA.

Za 1 ciklus β-oksidacije nastaje 1 FADH 2, 1 NADH 2 i 1 acetil-CoA, koji oksidacijom daju 2+3+12=17 ATP.

Broj ciklusa u β-oksidaciji masnih kiselina = broj C atoma u (LC/2)-1. Palmitinska kiselina prolazi kroz (16/2)-1 = 7 ciklusa tokom β-oksidacije. Za 7 ciklusa formira se 17 * 7 \u003d 119 ATP.

Posljednji ciklus β-oksidacije je praćen stvaranjem dodatnog acetil-CoA, koji, kada se oksidira, daje 12 ATP.

Dakle, oksidacija palmitinske kiseline proizvodi: -2 + 119 + 12 = 129 ATP.

Zbirna jednačina β-oksidacije, palmitoil-CoA:

C 15 H 31 CO-CoA + 7 FAD + 7 PREKO + + 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. Na aktivaciju se troše 2 makroergijske veze ATP-a.

LC sa 17 C atoma prolazi tokom β-oksidacije 17/2-1 = 7 ciklusa. Za 1 ciklus, 2+3+12=17 ATP se formira od 1 FADH 2, 1 NADH 2 i 1 acetil-CoA. Za 7 ciklusa formira se 17 * 7 \u003d 119 ATP.

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

Propionil-CoA se karboksilira trošenjem 1 ATP pomoću propionil-CoA karboksilaze da bi se formirao D-metilmalonil-CoA, koji se nakon izomerizacije prvo pretvara u L-metilmalonil-CoA, a zatim u sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA je uključen u CTC i, kada se oksidira, daje PHA i 6 ATP. Štuka može ući u glukoneogenezu radi sinteze glukoze. Nedostatak vitamina B 12 dovodi do nakupljanja u krvi i izlučivanja metilmalonila u urinu. Kada se FA oksidira, nastaje: -2+119-1+6=122 ATP.

Ukupna jednadžba za β-oksidaciju masnih kiselina sa 17 C atoma:

C 16 H 33 CO-CoA + 7 FAD + 7 OVER + + 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 3 i 4 atoma C. Zatim enzim enoil-CoA izomeraza pomiče dvostruku vezu sa položaja 3-4 na poziciju 2-3 i mijenja cis konformaciju dvostruke veze za trans, koja je neophodna za β-oksidaciju. U ovom ciklusu β-oksidacije, budući da FA već ima dvostruku vezu, ne dolazi do prve reakcije dehidrogenacije i FADH2 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 masne kiseline sa parnim brojem C atoma, nedostaje samo 1 FADH 2 i, shodno tome, 2 ATP za svaku dvostruku vezu.

Ukupna jednadžba za β-oksidaciju palmitoleil-CoA je:

C 15 H 29 CO-CoA + 6 FAD + 7 PREKO + + 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, vježba → glukagon, adrenalin → lipoliza TG u adipocitima → FA u krvi → β-oksidacija u aerobnim uvjetima u mišićima, jetri → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, Acetil-CoA, (FA) → ↓ glikoliza → ušteda glukoze, neophodne za nervno tkivo, eritrocite itd.

Hrana → insulin → glikoliza → acetil-CoA → sinteza malonil-CoA i masnih kiselina

Sinteza malonil-CoA → malonil-CoA → ↓ karnitin aciltransferaza I u jetri → ↓ transport masnih kiselina u mitohondrijalni matriks → ↓ masne kiseline u matriksu → ↓ β-oksidacija masnih kiselina

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) Asocijacija/disocijacija kompleksa enzimskih podjedinica. U svom neaktivnom obliku, acetil-CoA karboksilaza je kompleks od 4 podjedinice. Citrat stimulira povezivanje kompleksa, zbog čega se povećava aktivnost enzima. Palmitoil-CoA uzrokuje disocijaciju kompleksa i smanjenje aktivnosti enzima;

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

3) Dugoročna potrošnja bogata ugljenim hidratima a hrana siromašna lipidima dovodi do povećanja lučenja inzulina, što inducira sintezu acetil-CoA karboksilaze, palmitat sintaze, citrat liaze, izocitrat dehidrogenaze i ubrzava sintezu masnih kiselina i triglicerida. Gladovanje ili hrana bogata mastima dovodi do smanjenja sinteze enzima i, shodno tome, masnih kiselina i triglicerida.

Formiranje palmitinske kiseline

Nakon formiranja malonil-CoA, nastavlja se sinteza palmitinske kiseline na 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). U svakom lancu postoje 2 SH-grupe: jedna SH-grupa pripada cisteinu, druga pripada ostatku fosfopanteteinske 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 sukcesivno produžava FA radikal za 2 C atoma, čiji je donor malonil-CoA.

Reakcije za sintezu palmitinske kiseline

1) Prenos acetila iz CoA u SH-grupu cisteina preko centra acetiltransacilaze;

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

3) Sa centrom 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). Zatim butiril prolazi kroz iste transformacije i produžava se za 2 C atoma (od 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 masnih kiselina iz palmitinske i drugih masnih kiselina

LC elongacija u elongaznim reakcijama

Produženje FA naziva se elongacija. FA se mogu sintetizirati kao rezultat EPR elongacije palmitinske kiseline i drugih dužih FA. Svaka dužina LC ima svoje elongase. Redoslijed reakcija sličan je sintezi palmitinske kiseline, međutim, u ovom slučaju, sinteza se ne odvija na APB, već na CoA. Glavni proizvod produljenja u jetri je stearinska kiselina. U nervnim tkivima nastaju dugolančane masne kiseline (C=20-24) neophodne za sintezu sfingolipida.

Sinteza nezasićenih masnih kiselina u reakcijama desaturaze

Ugradnja dvostrukih veza u FA radikale naziva se desaturacija. Desaturacija masnih kiselina 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 kiseonika spaja stearinsku kiselinu sa formiranjem njenog hidroksiacila, koji se 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 unositi hranom, jer obavljaju važne regulatorne funkcije. Glavne masne kiseline koje nastaju u ljudskom tijelu kao rezultat desaturacije su palmitooleinska i oleinska.

Sinteza α-hidroksi masnih kiselina

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

"Slobodne masne kiseline" (FFA) se odnose na masne kiseline koje su u neesterifikovanom obliku; ponekad se nazivaju neesterifikovane masne kiseline (EFA). U krvnoj plazmi dugolančani FFA formiraju kompleks sa albuminom, au ćeliji - sa proteinom koji vezuje masne kiseline, koji se naziva Z-protein; zapravo nikada nisu slobodni. Kratkolančane masne kiseline su bolje rastvorljive u vodi i nalaze se ili u obliku nejonizovane kiseline ili kao anjon masne kiseline.

Aktivacija masnih kiselina

Kao iu slučaju metabolizma glukoze, masna kiselina se prvo mora pretvoriti u aktivni derivat kao rezultat reakcije posredovane ATP-om, a tek onda može stupiti u interakciju s enzimima koji kataliziraju daljnju konverziju. U procesu oksidacije masnih kiselina, ovaj korak je jedini koji zahtijeva energiju u obliku ATP-a. U prisustvu ATP-a i koenzima A, enzim acil-CoA sintetaza (tiokinaza) katalizira pretvaranje slobodne masne kiseline u "aktivnu masnu kiselinu" ili acil-CoA, što se postiže cijepanjem jednog fosfata bogatog energijom. obveznica.

Prisustvo anorganske pirofosfataze, koja cijepa energetski bogatu fosfatnu vezu u pirofosfatu, osigurava potpunost procesa aktivacije. Dakle, da bi se aktivirala jedna molekula masne kiseline, na kraju se troše dvije energetski bogate fosfatne veze.

Acil-CoA sintetaze se nalaze u endoplazmatskom retikulumu, kao i unutar mitohondrija i na njihovoj vanjskoj membrani. Brojne acil-CoA sintetaze su opisane u literaturi; oni su specifični za masne kiseline sa određenom dužinom lanca.

Uloga karnitina u oksidaciji masnih kiselina

Karnitin je široko rasprostranjeno jedinjenje

posebno puno toga u mišićima. Nastaje iz lizina i metionina u jetri i bubrezima. Aktivacija nižih masnih kiselina i njihova oksidacija može se dogoditi u mitohondrijima nezavisno od karnitina, ali dugolančani acil-CoA derivati ​​(ili FFA) ne mogu prodrijeti u mitohondrije i oksidirati ako prvo ne formiraju derivate acilkarnitina. Na vanjskoj strani unutrašnje membrane mitohondrija nalazi se enzim karnitin palmitoiltransferaza I, koji prenosi dugolančane acil grupe na karnitin uz stvaranje acilkarnitina; potonji može prodrijeti u mitohondrije, gdje se nalaze enzimi koji kataliziraju proces (-oksidacija.

Mogući mehanizam koji objašnjava učešće karnitina u oksidaciji masnih kiselina u mitohondrijima prikazan je na Sl. 23.1. Osim toga, mitohondrije sadrže još jedan enzim, karnitin acetiltransferazu, koji katalizira prijenos kratkolančanih acil grupa između CoA i karnitina. Funkcija ovog enzima još nije jasna.

Rice. 23.1. Uloga karnitina u transportu dugolančanih masnih kiselina kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu. Dugolančani acil-CoA nije u stanju da prođe kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu, dok tu sposobnost ima acilkarnitin koji nastaje delovanjem karnitin palmiton transferaze I. Karnitin-acilkarnitin-fanslokaza je transportni sistem. provođenje prijenosa molekule acilkarnitina kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu, zajedno s oslobađanjem slobodne karnitinske mopskule. Zatim, pod dejstvom karnitin palmitoiltransferaze 11, lokalizovan na unutrašnja površina unutarnje membrane mitohondrija, acilkarnitin stupa u interakciju sa CoA. Kao rezultat, acil-CoA se ponovo formira u mitohondrijskom matriksu. i oslobađa se karnitin.

Možda,

olakšava transport acetilnih grupa kroz mitohondrijalnu membranu.

b-Oksidacija masnih kiselina

Opšta ideja je data na sl. 23.2. Tokom 13-oksidacije masnih kiselina, 2 atoma ugljika se istovremeno odvajaju od karboksilnog kraja molekula acil-CoA. Ugljični lanac se prekida

Rice. 23.2. Shema oksidacije masnih kiselina.

između atoma ugljika na pozicijama, otuda i naziv -oksidacija. Rezultirajući fragmenti od dva ugljika su acetil-CoA. Dakle, u slučaju palmitoil-CoA nastaje 8 molekula acetil-CoA.

Redoslijed reakcija

Brojni enzimi, zajednički poznati kao "oksidaze masnih kiselina", smješteni su u mitohondrijskom matriksu u neposrednoj blizini respiratornog lanca, lokalizirani u unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani. Ovaj sistem katalizuje oksidaciju acil-CoA u acetil-CoA, koja je povezana sa fosforilacijom ADP-a u ATP (slika 23.3).

Nakon prodiranja acilnog fragmenta kroz mitohondrijalnu membranu uz učešće transportnog sistema karnitina i prijenosa acilne grupe sa karnitina na cijepanje dva atoma vodika od atoma ugljika na pozicijama, dolazi katalizirano acil-CoA dehidrogenazom. Produkt ove reakcije je . Enzim je flavoprotein čija je protetička grupa FAD. Oksidacija potonjeg u respiratornom lancu mitohondrija događa se uz sudjelovanje drugog flavoproteina. nazvan flavoprotein koji prenosi elektrone [vidi With. 123). Nakon toga slijedi hidratacija dvostruke veze, što rezultira stvaranjem 3-hidroksiacil-CoA. Ovu reakciju katalizira enzim A2-enoil-CoA-hidrataza. Zatim se 3-hidroksiacil-OoA dehidrogenira na 3. atomu ugljika da bi se formirao 3-ketoacil-CoA; ovu reakciju katalizira 3-hidroksiacil-CoA dehidrogenaza uz učešće NAD kao koenzima. 3-Ketoacil-CoA se cijepa između drugog i trećeg atoma ugljika pomoću 3-ketotiolaze ili acetil-CoA aciltransferaze kako bi se formirali acetil-CoA i acil-CoA derivati ​​koji su 2 atoma ugljika kraći od originalnog molekula acil-CoA. Ovo tiolitičko cijepanje zahtijeva učešće drugog molekula.Rezultirajući skraćeni acil-CoA ponovo ulazi u ciklus P-oksidacije, počevši od reakcije 2 (slika 23.3). Na ovaj način, dugolančane masne kiseline mogu se potpuno cijepati na acetil-CoA (C2 fragmenti); potonje se u ciklusu limunske kiseline, koji se odvija u mitohondrijima, oksidiraju u

Oksidacija masnih kiselina sa neparnim brojem atoma ugljika

b-Oksidacija masnih kiselina sa neparnim brojem atoma ugljika završava se u fazi formiranja trougljičnog fragmenta - propionil-CoA, koji se zatim pretvara u međuprodukt ciklusa limunske kiseline (vidi također sliku 20.2).

Energetika procesa oksidacije masnih kiselina

Kao rezultat prijenosa elektrona duž respiratornog lanca iz reduciranog flavoproteina i NAD, sintetizira se 5 energetski bogatih fosfatnih veza (vidi Poglavlje 13) za svakih 7 (od 8) molekula acetil-CoA nastalih tokom b-oksidacije palmitinske kiseline. kiselina.Nastaje ukupno 8 acetilnih molekula.-CoA, a svaki od njih, prolazeći kroz ciklus limunske kiseline, obezbeđuje sintezu 12 energetski bogatih veza. Ukupno, po molekulu palmitata, 8 x 12 = 96 energetski bogatih fosfatnih veza se stvara duž ovog puta. S obzirom na dvije veze potrebne za aktiviranje

(vidi skeniranje)

Rice. 23.3. P Oksidacija masnih kiselina. Dugolančani acetat CoA skraćuje se uzastopno, idući ciklus za ciklusom. enzimske reakcije 2-5; kao rezultat svakog ciklusa, acetil-CoA se cijepa, kataliziran tiolazom (reakcija 5). Kada ostane acil radikal sa četiri ugljika, tada se kao rezultat reakcije 5 iz njega formiraju dva molekula acetil-CoA.

masne kiseline, onda ukupno dobijemo 129 energetski bogatih veza po 1 mol ili kJ. Pošto je slobodna energija sagorevanja palmitinske kiseline oko 40% energije pohranjene u obliku fosfatnih veza tokom oksidacije masnih kiselina.

Oksidacija masnih kiselina u peroksizomima

U peroksizomima se oksidacija masnih kiselina događa u modificiranom obliku. Oksidacijski proizvodi u ovom slučaju su acetil-CoA i , potonji se formira u fazi kataliziranoj dehidrogenazom vezanom za flavoprotein. Ovaj put oksidacije nije direktno povezan sa fosforilacijom i stvaranjem ATP-a, ali obezbeđuje razgradnju masnih kiselina sa veoma dugim lancem (na primer,); uključen je u ishranu bogatu mastima ili kada uzimate lekove za snižavanje lipida kao što je klofibrat. Enzimi peroksizoma ne napadaju kratkolančane masne kiseline, a proces P-oksidacije se zaustavlja stvaranjem oktanoil-CoA. Oktanoil i acetil grupe se zatim uklanjaju iz peroksizoma u obliku oktanoilkarnitina i acetilkarnitina i oksidiraju u mitohondrijima.

a- i b-oksidacija masnih kiselina

Oksidacija je glavni put za katabolizam masnih kiselina. Međutim, nedavno je otkriveno da se u tkivima mozga događa α-oksidacija masnih kiselina, odnosno sekvencijalno cijepanje jednougljičnih fragmenata sa karboksilnog kraja molekule. Intermedijari koji ga sadrže uključeni su u ovaj proces i nisu praćeni stvaranjem energetski bogatih fosfatnih veza.

Oksidacija masnih kiselina je obično vrlo mala. Ova vrsta oksidacije katalizirane hidroksilazama uz učešće citokroma c. 123), nastavlja u endoplazmatskoj -grupi, pretvara se u -grupu, koja se zatim oksidira u -COOH; rezultat je dikarboksilna kiselina. Potonji se cijepa P-oksidacijom, obično do adipinske i suberinske kiseline, koje se zatim izlučuju urinom.

Klinički aspekti

Ketoza se razvija uz visoku stopu oksidacije masnih kiselina u jetri, posebno kada se javlja u pozadini nedostatka ugljikohidrata (vidi str. 292). Slično stanje se javlja kod konzumiranja hrane bogate mastima, gladovanja, dijabetes, ketoza kod krava u laktaciji i toksikoza gravidnosti (ketoza) kod ovaca. Slijede uzroci koji uzrokuju kršenje procesa oksidacije masnih kiselina.

Nedostatak karnitina javlja se kod novorođenčadi, najčešće nedonoščadi; uzrokovan je ili kršenjem biosinteze karnitina; ili njegovo "curenje" u bubrege. Tokom hemodijalize može doći do gubitka karnitina; pacijenti koji pate od organske acidurije gube veliki broj karnitin, koji se izlučuje iz organizma u obliku konjugata sa organskim kiselinama. Kako bi nadoknadili gubitak ovog spoja, nekim pacijentima je potrebna posebna dijeta koja uključuje hranu koja sadrži karnitin. Znakovi i simptomi nedostatka karnitina su napadi hipoglikemije koji nastaju zbog smanjenja glukoneogeneze kao rezultat kršenja procesa - oksidacije masnih kiselina, smanjenja stvaranja ketonskih tijela, praćenih povećanjem sadržaja FFA u krvnoj plazmi, slabost mišića (mijastenija gravis), kao i nakupljanje lipida. U liječenju iznutra uzimajte lijek karnitin. Simptomi nedostatka karnitina vrlo su slični onima kod Reyeovog sindroma, u kojem je, međutim, sadržaj karnitina normalan. Uzrok Reyeovog sindroma još nije poznat.

Smanjenje aktivnosti karnitin palmitoil transferaze jetre dovodi do hipoglikemije i smanjenja sadržaja ketonskih tijela u krvnoj plazmi, a smanjenje aktivnosti karnitin palmitoil transferaze mišića dovodi do poremećaja u procesu oksidacije masnih kiselina, što rezultira periodičnim mišićnim slabost i mioglobinurija.

Jamajčanska bolest povraćanja javlja se kod ljudi nakon jedenja nezrelog voća Aca (Blighia sapida), koji sadrži toksin hipoglicin, koji inaktivira acil-CoA dehidrogenazu, čime se inhibira proces α-oksidacije.

Kod dikarboksilne acidurije dolazi do izlučivanja kiseline i razvoja hipoglikemije, koja nije povezana s povećanjem sadržaja ketonskih tijela. Uzrok ove bolesti je nedostatak acil-CoA dehidrogenaze srednjelančanih masnih kiselina u mitohondrijima. Istovremeno, poremećena je β-oksidacija i pojačana β-oksidacija dugolančanih masnih kiselina, koje se skraćuju na srednjelančane dikarboksilne kiseline koje se izlučuju iz organizma.

Refsumova bolest je rijetka neurološka bolest koja je uzrokovana akumulacijom u tkivima fitanske kiseline koja nastaje iz fitola; potonji je dio klorofila koji ulazi u tijelo s proizvodima biljnog porijekla. Fitanska kiselina sadrži metilnu grupu na trećem atomu ugljika, koja blokira njenu oksidaciju. Normalno, ova metilna grupa

(vidi skeniranje)

Rice. 23.4. Redoslijed reakcija oksidacije nezasićenih masnih kiselina na primjeru linolne kiseline. -Masne kiseline ili masne kiseline koje se formiraju ulaze u ovaj put u fazi prikazanoj na dijagramu.

se uklanja α-oksidacijom, ali osobe koje boluju od Refsumove bolesti imaju urođeni poremećaj α-oksidacionog sistema, što dovodi do nakupljanja fitanske kiseline u tkivima.

Zellwegerov sindrom ili cerebrohepatorenalni sindrom je rijetka nasljedna bolest u kojoj svim tkivima nedostaju peroksizomi. Kod pacijenata sa Zellwegerovim sindromom, kiseline se akumuliraju u mozgu, jer zbog odsustva peroksizoma nemaju proces oksidacije dugolančanih masnih kiselina.

Oksidacija nezasićenih masnih kiselina

Peroksidacija polinezasićenih masnih kiselina u mikrosomima

NADPH zavisnu peroksidaciju nezasićenih masnih kiselina kataliziraju enzimi lokalizirani u mikrosomima (vidi str. 124). Antioksidansi kao što su BHT (butilirani hidroksitoluen) i α-tokoferol (vitamin E) inhibiraju peroksidaciju lipida u mikrosomima.