B-Окисление высших жирных кислот

О Б М Е Н Л И П И Д О В

Д.м.н. Е.И.Кононов

Лекция 2

Перейдем к рассмотрению внутриклеточных процессов расщепления и синтеза липидов различных классов: жирных кислот, триглицеридов, фосфолипидов, сфинголипидов и стероидов.

Окисление жирных кислот в клетках

Высшие жирные кислоты могут окисляться в клетках тремя путями:

а) путем a-окисления,

б) путем b-окисления,

в) путем w-окисления.

Процессы a- и w-окисления высших жирных кислот идут в микросомах клеток с участием ферментов монооксигеназ и играют в основном пластическую функцию -- в ходе этих процессов идет синтез гидроксикислот, кетокислот и кислот с нечетным числом атомов углерода, необходимых для клеток. Так, в ходе a-окисления жирная кислота может быть укорочена на один атом углерода, превращаясь таким образом в кислоту с нечетным числом атомов"C", в соответствии с приведенной схемой:

R-CH2-COOH ———> R-CHOH-COOH ———> R-CO-COOH ———> R-COOH + CO2

b-Окисление высших жирных кислот

Основным способом окисления высших жирных кислот, по крайней мере в отношении общего количества окисляющихся в клетке соединений данного класса, является процесс b-окисления, открытый Кноопом еще в 1904 г. Этот процесс можно определить как процесс ступенчатого окислительного расщепления высших жирных кислот, в ходе которого идет последовательное отщепление двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-КоА со стороны карбоксильной группы активированной молекулы высшей жирной кислоты.

Поступающие в клетку высшие жирные кислоты подвергаются активации с превращением их в ацил-КоА ( R-CO-SKoA), причем активация жирных кислот происходит в цитозоле. Сам же процесс b-окисления жирных кислот идет в матриксе митохондрий. В то же время внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацил-КоА, в связи с чем встает вопрос о механизме транспорта ацильных остатков из цитозоля в матрикс митохондрий.

Ацильные остатки переносятся через внутреннюю мембрану митохондрий с помощью специального переносчика, в качестве которого выступает карнитин ( КН ):

СН3

\ +

CН3— N — СН2-СН-СН2-СООН

/ і

СН3 ОН

В цитозоле с помощью фермента внешней ацилКоА:карнитинацилтрансферазы ( Е1 на ниже приведенной схеме ) остаток высшей жирной кислоты переносится с коэнзима А на карнитин с образованием ацилкарнитина:

Мембрана

іі

R-CO-SKoA ——ї Ъ— Кн <——————ЕЕ———— Кн <——ї Ъ—> R-CO-SKoA

і і іі і і

іE1і іі іЕ2і

і і іі і і

HS-KoA<——————Щ А—>R-CO-Kн———ЕЕ——> R-CO-Кн——Щ А—— HS-KoA

іі

Ацилкарнитинин при участии специальной карнитин-ацилкарнитин-транслоказной системы проходит через мембрану внутрь митохондрии и в матриксе с помощью фермента внутренней ацил-КоА:карнитин-ацилтрансферазы ( Е2) ацильный остаток передается с карнитина на внутримитохондриальный коэнзим А. В результате в матриксе митохондрий появляется активированный остаток жирной кислоты в виде ацил-КоА; высвобожденный карнитин с помощью той же самой транслоказы проходит через мембрану митохондрий в цитозоль, где может включаться в новый цикл переноса. Карнитин-ацилкарнитин-транслоказа, встроенная во внутреннюю мембрану митохондрий, осуществляет перенос молекулы ацилкарнитина внутрь митохондрии в обмен на молекулу карнитина, удаляемую из митохондрии.

Активированная жирная кислота в матриксе митохондрий подвергается ступенчатому циклическому окислению по схеме:

СН3-(СН2)n-СН2-СН2-СО~S-KoA ацил-КоА

ФАД————ї і

і і Ацил-КоА-дегидрогеназа

ФАДН2 <—Щ і

Н

СН3-(СН2)n- С = С-СО~S-KoA транс-2,3-еноил-КоА

Н

і

Н2О ——> і Еноил-КоА-гидратаза

і

СН3-(СН2)n-СН-СН2-СО~S-KoA b-гидроксиацил-КоА

ОН

НАД+ ——ї і

і і b-Гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа

НАДН+Н+<Щ і

СН3-(СН2)n-СО-СН2-СО~S-KoA b-кетоацил-КоА

і

HS-KoA —> і b-кетоацил-КоА-тиолаза

і

СН3-(СН2)n-СО~S-KoA + СН3-СО~S-КоА

Укороченный на 2 ацетил-КоА

атома "C" ацил-КоА

В результате одного цикла b-окисления радикал жирной кислоты укорачивается на 2 атома углерода, а отщепившийся фрагмент выделяется в виде ацетил-КоА. Суммарное уравнение цикла:

Ъ———————————————————————————————————————————————————————————ї

і СН3-(СН2)n-СО-S-КоА + ФАД + НАД+ + Н2О ——————> і

і і

і ——> CН3-(СН2)n-2-СО-S-KoA + CH3-CO-S-KoA + ФАДН2 + НАДН+Н+і

А———————————————————————————————————————————————————————————Щ

В ходе одного цикла b-окисления, например,при превращении стеароил-КоА в пальмитоил-КоА с образованием ацетил-КоА, высвобождается 91 ккал/моль свободной энергии, однако основная часть этой энергии накапливается в виде энергии восстановленных коферментов, потери же энергии в виде теплоты составляют лишь около 8 ккал/моль.

Образовавшийся ацетил-КоА может поступать в цикл Кребса, где он будет окисляться до конечных продуктов или же может использоваться для других нужд клетки, например, для синтеза холестерола. Укороченный на 2 атома углерода ацил-КоА вступает в новый цикл b-окисления. В результате нескольких последовательных циклов окисления вся углеродная цепь активированной жирной кислоты расщепляется до "n" молекул ацетил-КоА, причем значение "n" определяется числом атомов углерода в исходной жирной кислоте.

Энергетический эффект одного цикла b-окисления можно оценить исходя из того, в ходе цикла образуются 1 молекула ФАДН2 и 1 молекула НАДН+Н . При их поступлении в цепь дыхательных ферментов будет синтезироваться 5 молекул АТФ ( 2 + 3 ). Если образовавшийся ацетил-КоА будет окислен в цикле Кребса, то клетка получит еще 12 молекул АТФ.

Для стеариновой кислоты суммарное уравнение ее b-окисления имеет вид:

Ъ———————————————————————————————————————————————————————————ї

і С17Н35СО-S-KoA + 8 НАД+ + 8 ФАД + 8 HS-KoA + 8 H2O ————> і

і ——————> 9 CH3-CO-S-KoA + 8 НАДН+Н+ + 8 ФАДН2 і

А———————————————————————————————————————————————————————————Щ

Энергетический эффект окисления высшей жирной кислоты при условии, что весь образующийся ацетил-КоА сгорает в цикле Кребса, можно рассчитать по уравнению:

n n

Х = ( ——— — 1)х5 + ——— х 12 , где "n" - число атомов уг-

2 2 лерода в соединении

Расчеты показывают, что при окислении стеариновой кислоты в клетке будет синтезироваться 148 молекул АТФ. При расчете энергетического баланса окисления из этого количества нужно исключить 2 макроэргических эквивалента, затрачиваемых при активации жирной кислоты ( в ходе активации АТФ расщепляется до АМФ и 2 Н3РО4). Таким образом, при окислении стеариновой кислоты клетка получит 146 молекул АТФ.

Для сравнения: при окислении 3 молекул глюкозы, содержащих также 18 атомов углерода, клетка получает только 114 молекул АТФ, т.е. высшие жирные кислоты являются более выгодным энергетическим топливом для клеток по сравнению с моносахаридами. По-видимому, это обстоятельство является одной из главных причин того, что энергетические резервы организма представлены преимущественно в виде триацилглицеринов, а не гликогена.

Общее количество свободной энергии, выделяющееся при окислении 1 моля стеариновой кислоты составляет около 2632 ккал, из них накапливается в виде энергии макроэргических связей синтезированных молекул АТФ около 1100 ккал.Таким образом, аккумулируется примерно 40% всей выделяющейся свободной энергии.

Скорость b-окисления высших жирных кислот определяется, во-первых, концентрацией жирных кислот в клетке и, во-вторых, активностью внешней ацил-КоА:карнитин-ацилтрансферазы. Активность фермента угнетается малонил-КоА. На смысле последнего регуляторного механизма мы остановимся несколько позднее, когда будем обсуждать координацию процессов окисления и синтеза жирных кислот в клетке.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 287; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!