Defalcarea acizilor grași. Oxidarea acizilor grași

După cum sa indicat deja, organismul animal obține o parte semnificativă din energia extrasă în timpul procesului de oxidare din acizii grași, care sunt descompuse prin oxidare la atomul de carbon β.

β-oxidarea acizilor grași a fost studiată pentru prima dată în 19004 de către F. Knoop. S-a constatat ulterior că β-oxidarea are loc numai în mitocondrii. Datorită muncii lui F. Linen și a colegilor săi (1954-1958), au fost clarificate principalele procese enzimatice de oxidare a acizilor grași. În onoarea oamenilor de știință care au descoperit această cale de oxidare a acizilor grași, procesul de β-oxidare se numește Ciclul Knoop-Linen.

β-oxidare- o cale specifică a catabolismului acizilor grași, în care 2 atomi de carbon sunt separați succesiv de capătul carboxil al acidului gras sub formă de acetil-CoA. Calea metabolică - β-oxidarea - este numită așa deoarece reacțiile de oxidare a acizilor grași au loc la atomul de carbon β. Reacțiile de β-oxidare și oxidarea ulterioară a acetil-CoA în ciclul TCA (ciclul acidului tricarboxilic) servesc ca una dintre principalele surse de energie pentru sinteza ATP prin mecanismul fosforilării oxidative. β-oxidarea acizilor grași are loc numai în condiții aerobe.

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

Pătrunderea acizilor grași în matricea mitocondrială este precedată de acestea activare prin formarea unei legături cu coenzima A(HS~CoA), care conține o legătură de înaltă energie. Acesta din urmă contribuie aparent la un curs mai lin al reacțiilor de oxidare a compusului rezultat, care se numește acil coenzima A(acil-CoA).

Interacțiunea acizilor grași superiori cu CoA este accelerată de ligaze specifice - acil-CoA sintetaze trei tipuri, specifice respectiv acizilor cu radicali hidrocarburici scurti, medii si lungi. Sunt localizate în membranele reticulului endoplasmatic și în membrana exterioară a mitocondriilor. Toate acil-CoA sintetazele par a fi multimeri; Astfel, enzima din microzomii hepatici are o greutate moleculară de 168 kDa și este formată din 6 subunități identice. Reacția de activare a acizilor grași are loc în 2 etape:

a) mai întâi, acidul gras reacţionează cu ATP pentru a forma aciladenilat:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) atunci are loc formarea formei activate de acil-CoA:

RCO~AMФ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Pirofosfatul (PP) este hidrolizat rapid de pirofosfatază, drept urmare întreaga reacție este ireversibilă: PP + H 2 O → 2P

Ecuație sumară:

RCOOH + ATP+ HS~CoA→ RCO~SKoA + AMF + 2P

Acizii grași cu lungime a lanțului scurt și mediu (de la 4 la 12 atomi de carbon) pot pătrunde în matricea mitocondrială prin difuzie, unde are loc activarea lor. Acizii grași cu lanț lung, care predomină în corpul uman (12 până la 20 de atomi de carbon), sunt activați de sintetazele acil-CoA situate pe membrana exterioară a mitocondriilor.

Membrana mitocondrială interioară este impermeabilă la acil-CoA cu lanț lung format în citoplasmă. Servește ca purtător al acizilor grași activați carnitină (vitamina Bt), care provine din alimente sau este sintetizat din aminoacizii esentiali lizina si metionina.

Membrana exterioară a mitocondriilor conține enzima carnitin aciltransferaza I(carnitin palmitoiltransferaza I), catalizând reacția cu formarea acilcarnitinei:

RCO~SKoA + H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH ↔ H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH + HS~KoA

Acil-CoA Carnitină (Bt) Acilcarnitină Coenzima A

Această enzimă este reglatoare; reglează rata de intrare a grupărilor acil în mitocondrii și, în consecință, viteza de oxidare a acizilor grași.

Acilcarnitina rezultată trece prin spațiul intermembranar către partea exterioară a membranei interioare și este transportată de carnitina acilcarnitin translocază la suprafața interioară a membranei mitocondriale interioare, unde enzima carnitina aciltransferaza II catalizează transferul acilului în CoA intramitocondrial, adică reacția inversă (Fig. 9).

Fig.9. Transferul acizilor grași cu radicali lungi de hidrocarburi prin membranele mitocondriale

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

În matricea mitocondrială, catabolismul (defalcarea) acil-CoA are loc ca urmare a unei secvențe repetate de patru reacții.

1) Prima reacție din fiecare ciclu este oxidarea acesteia de către enzimă acil-CoA dehidrogenază, a cărei coenzimă este FAD. Dehidrogenarea are loc între atomii de carbon β și α, ducând la formarea unei duble legături în lanțul de carbon și produsul acestei reacții este enoil-CoA:

R-CH 2 -CH 2 CO~SKoA + FAD → R-CH=CHCO~SKoA + FADN 2

Acil-CoA Enoil-CoA

2) În a doua etapă a ciclului de oxidare a acizilor grași, legătura dublă enoil-CoA este hidratată, rezultând formarea de β-hidroxiacil-CoA. Reacția este catalizată de o enzimă enoil-CoA hidraza:

R-CH=CHCO~SKoA +H2O → R-CH-CH2CO~SKoA

Enoil-CoA β-hidroxiacil-CoA

3) În a treia etapă a ciclului, β-hidroxiacil-CoA suferă dehidrogenare (a doua oxidare) cu participarea enzimei β-hidroxiacil-CoA dehidrogenază, a cărei coenzimă este NAD +. Produsul acestei reacții este β-cetoacil-CoA:

R-CH-CH 2 CO~SKoA + NAD + → R-CОCH 2 CO~SKoA + NADH + H +

β-hidroxiacil-CoA β-cetoacil-CoA

4) Reacția finală a ciclului de oxidare a acizilor grași este catalizată de acetil-CoA aciltransferaza (tiolaza). În această etapă, β-cetoacil-CoA reacționează cu CoA liber și este scindat pentru a forma, în primul rând, un fragment cu două atomi de carbon care conține cei doi atomi de carbon terminali ai acidului gras părinte sub formă de acetil-CoA și, în al doilea rând, un CoA. esterul acizilor grași, acum scurtat cu doi atomi de carbon. Prin analogie cu hidroliza, această reacție se numește tioliza:

R-COCH 2 CO~SKoA + HS~KoA → CH 3 CO~SKoA + R 1 CO~SKoA

β-cetoacil-CoA Acetil-CoA Acil-CoA,

scurtat de

2 atomi de carbon

Acil-CoA scurtat suferă apoi următorul ciclu de oxidare, începând cu o reacție catalizată de acil-CoA dehidrogenază (oxidare), urmată de o reacție de hidratare, o a doua reacție de oxidare, o reacție de tiolază, adică acest proces se repetă de multe ori (Fig. 10).

β- Oxidarea acizilor grași superiori are loc în mitocondrii. În ele sunt de asemenea localizate enzimele ciclului respirator, ceea ce duce la transferul atomilor de hidrogen și electronilor la oxigen în condiții de fosforilare oxidativă a ADP, prin urmare β-oxidarea acizilor grași superiori este o sursă de energie pentru sinteza ATP.

Fig. 10. Oxidarea acizilor grași

Produsul final al β-oxidării acizilor grași superiori cu număr par de atomi de carbon este acetil-CoA, A cu impar- propionil-CoA.

Dacă acetil-CoA acumulate în organism, atunci rezervele de HS~KoA ar fi în curând epuizate, iar oxidarea acizilor grași superiori s-ar opri. Dar acest lucru nu se întâmplă, deoarece CoA este eliberat rapid din acetil-CoA. O serie de procese duc la aceasta: acetil-CoA este inclus în ciclul acizilor tricarboxilici și dicarboxilici sau în ciclul glioxil, care este foarte apropiat de acesta, sau acetil-CoA este utilizat pentru sinteza sterolilor și compușilor care conțin grupări izoprenoide, etc.

Propionil-CoA, care este produsul final al β-oxidării acizilor grași superiori cu un număr impar de atomi de carbon, este transformat în succinil-CoA, care este utilizat prin ciclul acizilor tricarboxilici și dicarboxilici.

Aproximativ jumătate din acizii grași din corpul uman nesaturat .

β-Oxidarea acestor acizi se desfășoară în mod obișnuit până când legătura dublă este între al treilea și al patrulea atom de carbon. Apoi enzima enoil-CoA izomeraza mută legătura dublă din poziția 3-4 în poziția 2-3 și schimbă conformația cis în trans a legăturii duble, care este necesară pentru β-oxidare. În acest ciclu de β-oxidare, prima reacție de dehidrogenare nu are loc, deoarece legătura dublă din radicalul acidului gras este deja prezentă. În plus, ciclurile de β-oxidare continuă, fără a fi diferite de calea obișnuită. Principalele căi ale metabolismului acizilor grași sunt demonstrate în Figura 11.

Fig. 11. Principalele căi ale metabolismului acizilor grași

S-a descoperit recent că, pe lângă β-oxidare, calea principală a catabolismului acizilor grași, țesutul cerebral α-oxidarea acizilor grași cu numărul de atomi de carbon (C 13 -C 18), adică eliminarea secvenţială a fragmentelor cu un singur carbon din capătul carboxil al moleculei.

Acest tip de oxidare este cel mai frecvent în țesuturile plantelor, dar poate apărea și în unele țesuturi animale. α-Oxidarea este de natură ciclică, iar ciclul constă din două reacții.

Prima reacție constă în oxidarea unui acid gras cu peroxid de hidrogen în aldehida corespunzătoare și CO2 cu participarea unui anumit peroxidaze:

Ca rezultat al acestei reacții, lanțul de hidrocarburi este scurtat cu un atom de carbon.

Esența celei de-a doua reacții este hidratarea și oxidarea aldehidei rezultate în acidul carboxilic corespunzător sub influența aldehid dehidrogenază care conțin forma oxidată a coenzimei NAD:

Ciclul de α-oxidare se repetă apoi din nou. În comparație cu β-oxidarea, acest tip de oxidare este mai puțin favorabil din punct de vedere energetic.

ω-Oxidarea acizilor grași.În ficatul animalelor și al unor microorganisme, există un sistem enzimatic care asigură ω-oxidarea acizilor grași, adică oxidarea la grupa terminală CH 3, desemnată prin litera ω. Mai întâi sub influență monooxigenaze hidroxilarea are loc pentru a forma ω-hidroxi acid:

Acidul ω-hidroxi este apoi oxidat la acid ω-dicarboxilic prin acțiunea dehidrogenaze:

Acidul ω-dicarboxilic astfel obţinut este scurtat la fiecare capăt prin reacţii de β-oxidare.

„Acizii grași liberi” (FFA) sunt acizi grași care sunt în formă neesterificată; uneori sunt numiți acizi grași neesterificati (NEFA). În plasma sanguină, FFA cu lanț lung formează un complex cu albumina, iar în celulă cu o proteină care leagă acizii grași numită proteină Z; de fapt nu sunt niciodată liberi. Acizii grași cu lanț scurt sunt mai solubili în apă și se găsesc fie ca acid neionizat, fie ca anion de acid gras.

Activarea acizilor grași

Ca și în cazul metabolismului glucozei, acidul gras trebuie mai întâi transformat într-un derivat activ ca urmare a unei reacții care implică ATP și numai atunci este capabil să interacționeze cu enzimele care catalizează conversia ulterioară. În procesul de oxidare a acizilor grași, această etapă este singura care necesită energie sub formă de ATP. În prezența ATP și a coenzimei A, enzima acil-CoA sintetaza (tiokinaza) catalizează conversia acidului gras liber în „acid gras activ” sau acil-CoA, care se realizează prin scindarea unei singure legături fosfat bogate în energie.

Prezența pirofosfatazei anorganice, care scindează legătura fosfat bogată în energie din pirofosfat, asigură completarea procesului de activare. Astfel, pentru a activa o moleculă de acid gras, sunt consumate în cele din urmă două legături de fosfat bogate în energie.

Acil-CoA sintetazele sunt localizate în reticulul endoplasmatic, precum și în interiorul mitocondriilor și pe membrana lor exterioară. Un număr de acil-CoA sintetaze au fost descrise în literatură; sunt specifici pentru acizii grași cu o anumită lungime a lanțului.

Rolul carnitinei în oxidarea acizilor grași

Carnitina este un compus larg distribuit

există mai ales mult în mușchi. Se formează din lizină și metionină în ficat și rinichi. Activarea acizilor grași inferiori și oxidarea acestora pot avea loc în mitocondrii independent de carnitină, cu toate acestea, derivații de acil-CoA cu lanț lung (sau FFA) nu pot pătrunde în mitocondrii și nu pot fi oxidați decât dacă formează mai întâi derivați de acilcarnitină. La exteriorul membranei mitocondriale interioare se află enzima carnitin palmitoiltransferaza I, care transferă grupările acil cu lanț lung la carnitină pentru a forma acilcarnitină; acesta din urmă este capabil să pătrundă în mitocondrii, unde sunt localizate enzimele care catalizează procesul (oxidare.

Un posibil mecanism care explică participarea carnitinei la oxidarea acizilor grași din mitocondrii este prezentat în Fig. 23.1. În plus, în mitocondrii se află o altă enzimă - carnitina acetiltransferaza, care catalizează transferul grupărilor acil cu lanț scurt între CoA și carnitină. Funcția acestei enzime nu este încă clară.

Orez. 23.1. Rolul carnitinei în transportul acizilor grași cu lanț lung prin membrana mitocondrială internă. Acil-CoA hepatic lung nu este capabil să treacă prin membrana interioară a mitocondriilor, în timp ce acilcarnitina, care se formează prin acțiunea carnitin-palmiton transferazei I, are această capacitate.Carnitina-acilcarnitin-fansloaza este un sistem de transport. efectuând transferul unei molecule de acilcarnitină prin membrana interioară a mitocondriilor, cuplat cu eliberarea de carnitină liberă. Apoi, sub acțiunea carnitinei palmitoiltransferazei 11, localizată pe suprafața interioară a membranei mitocondriale interioare, acilcarnitina interacționează cu CoA. Ca rezultat, acil-CoA este re-format în matricea mitocondrială. iar carnitina este eliberată.

Pot fi,

facilitează transportul grupărilor acetil prin membrana mitocondrială.

b-Oxidarea acizilor grași

O idee generală este dată în fig. 23.2. În timpul 13-oxidării acizilor grași, 2 atomi de carbon sunt separați simultan de capătul carboxil al moleculei de acil-CoA. Lanțul de carbon se rupe

Orez. 23.2. Schema oxidării acizilor grași.

între atomii de carbon în poziții, de unde provine denumirea de oxidare. Fragmentele cu două atomi de carbon rezultate sunt acetil-CoA. Astfel, în cazul palmitoil-CoA se formează 8 molecule de acetil-CoA.

Secvența reacțiilor

O serie de enzime, cunoscute colectiv sub numele de oxidaze ale acizilor grași, se găsesc în matricea mitocondrială în imediata apropiere a lanțului respirator, situat în membrana mitocondrială interioară. Acest sistem catalizează oxidarea acil-CoA la acetil-CoA, care este cuplată cu fosforilarea ADP la ATP (Fig. 23.3).

După pătrunderea fragmentului de acil prin membrana mitocondrială cu participarea sistemului de transport al carnitinei, are loc transferul grupării acil din carnitină la detașarea a doi atomi de hidrogen din atomii de carbon în poziții catalizate de acil-CoA dehidrogenază. Produsul acestei reacții este . Enzima este o flavoproteină, grupa sa protetică este FAD. Oxidarea acestuia din urmă în lanțul respirator mitocondrial are loc cu participarea unei alte flavoproteine. numită flavoproteină de transfer de electroni [vezi Cu. 123). Apoi, legătura dublă este hidratată, rezultând formarea de 3-hidroxiacil-CoA. Această reacție este catalizată de enzima A2-enoil-CoA-hidratază. Apoi 3-hidroxiacil-OoA este dehidrogenat la al 3-lea atom de carbon pentru a forma 3-cetoacil-CoA; această reacție este catalizată de 3-hidroxiacil-CoA dehidrogenază cu participarea NAD ca coenzimă. 3-Cetoacil-CoA este scindat între al doilea și al treilea atom de carbon de către 3-cetotiolaza sau acetil-CoA aciltransferaza pentru a forma derivați de acetil-CoA și acil-CoA, care sunt cu 2 atomi de carbon mai scurti decât molecula originală de acil-CoA. Această scindare tiolitică necesită participarea unei alte molecule.Acil-CoA trunchiat rezultat reintră în ciclul de P-oxidare, începând cu reacția 2 (Fig. 23.3). În acest fel, acizii grași cu lanț lung pot fi descompuși complet în acetil-CoA (fragmente C2); acestea din urmă în ciclul acidului citric, care apare în mitocondrii, sunt oxidate la

Oxidarea acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon

b-Oxidarea acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon se termină în stadiul de formare a unui fragment cu trei atomi de carbon - propionil-CoA, care este apoi transformat într-un intermediar al ciclului acidului citric (vezi și Fig. 20.2).

Energia procesului de oxidare a acizilor grași

Ca rezultat al transferului de electroni de-a lungul lanțului respirator de la flavoproteina redusă și NAD, sunt sintetizate 5 legături fosfat bogate în energie (vezi Capitolul 13) pentru fiecare 7 (din 8) molecule de acetil-CoA formate în timpul b-oxidării acid palmitic.Se formează în total 8 molecule de acetil -CoA, iar fiecare dintre ele, trecând prin ciclul acidului citric, asigură sinteza a 12 legături bogate în energie. În total, per moleculă de palmitat, de-a lungul acestei căi sunt generate 8 x 12 = 96 de legături fosfat bogate în energie. Având în vedere cele două conexiuni necesare pentru activare

(vezi scanare)

Orez. 23.3. P Oxidarea acizilor grași. CoA acit cu lanț lung este scurtat succesiv pe măsură ce trece ciclu după ciclu de reacții enzimatice 2-5; Ca rezultat al fiecărui ciclu, acetil-CoA este eliminat, catalizat de tiolază (reacția 5). Când rămâne un radical acil cu patru atomi de carbon, din acesta se formează două molecule de acetil-CoA ca rezultat al reacției 5.

acid gras, obținem un total de 129 de legături bogate în energie per 1 mol sau kJ. Deoarece energia liberă de ardere a acidului palmitic reprezintă aproximativ 40% din energia stocată sub formă de legături de fosfat în timpul oxidării acizilor grași.

Oxidarea acizilor grași din peroxizomi

În peroxizomi, oxidarea acizilor grași are loc într-o formă modificată. Produșii de oxidare în acest caz sunt acetil-CoA și , acesta din urmă formându-se într-o etapă catalizată de dehidrogenaza asociată flavoproteinelor. Această cale de oxidare nu este direct asociată cu fosforilarea și formarea de ATP, dar asigură descompunerea acizilor grași cu lanț foarte lung (de exemplu,); este declanșată de o dietă bogată în grăsimi sau de administrarea de medicamente hipolipemiante precum clofibratul. Enzimele peroxizomale nu atacă acizii grași cu lanț scurt, iar procesul de oxidare a P se oprește atunci când se formează octanoil-CoA. Grupările octanoil și acetil sunt apoi îndepărtate din peroxizomi sub formă de octanoilcarnitină și acetilcarnitină și oxidate în mitocondrii.

a- și b-oxidarea acizilor grași

Oxidarea este calea principală a catabolismului acizilor grași. Cu toate acestea, s-a descoperit recent că β-oxidarea acizilor grași are loc în țesutul cerebral, adică scindarea secvenţială a fragmentelor cu un singur carbon de la capătul carboxil al moleculei. Acest proces implică intermediari care îl conțin și nu este însoțit de formarea de legături fosfat bogate în energie.

Oxidarea acizilor grași este în mod normal foarte mică. Acest tip de oxidare este catalizat de hidroxilaze cu participarea citocromului c. 123), apare în grupul endoplasmatic - se transformă în -grup, care este apoi oxidat la -COOH; Ca rezultat, se formează acid dicarboxilic. Acesta din urmă este descompus prin P-oxidare, de obicei în acizi adipic și suberic, care sunt apoi excretați în urină.

Aspecte clinice

Cetoza se dezvoltă cu o rată ridicată de oxidare a acizilor grași în ficat, mai ales în cazurile în care apare pe fondul lipsei de carbohidrați (vezi p. 292). O afecțiune similară apare atunci când se consumă o dietă bogată în grăsimi, post, diabet zaharat, cetoză la vacile care alăptează și toxicoza sarcinii (cetoză) la oi. Mai jos sunt motivele care provoacă perturbarea oxidării acizilor grași.

Deficitul de carnitină apare la nou-născuți, cel mai adesea la prematuri; este cauzată fie de o încălcare a biosintezei carnitinei; sau „scurgerea” acestuia în rinichi. Pierderile de carnitină pot apărea în timpul hemodializei; pacienții care suferă de acidurie organică pierd o cantitate mare de carnitină, care este excretată din organism sub formă de conjugate cu acizi organici. Pentru a înlocui pierderea acestui compus, unii pacienți au nevoie de o dietă specială care să includă alimente care conțin carnitină. Semnele și simptomele deficitului de carnitină sunt atacuri de hipoglicemie care rezultă dintr-o scădere a gluconeogenezei ca urmare a unei perturbări a procesului - oxidarea acizilor grași, o scădere a formării corpurilor cetonici, însoțită de o creștere a conținutului de FFA în plasma sanguină, slăbiciune musculară (miastenia gravis) și acumulare de lipide. În timpul tratamentului, carnitina se administrează pe cale orală. Simptomele deficitului de carnitină sunt foarte asemănătoare cu cele ale sindromului Reye, în care, totuși, nivelul de carnitină este normal. Cauza sindromului Reye este încă necunoscută.

O scădere a activității carnitine palmitoil transferazei hepatice duce la hipoglicemie și o scădere a conținutului de corpi cetonici din plasma sanguină, iar o scădere a activității carnitine palmitoil transferazei musculare duce la o întrerupere a oxidării acizilor grași, rezultând în slăbiciunea musculară periodică și dezvoltarea mioglobinuriei.

Boala de vărsături din Jamaica apare la oameni după consumul de fructe de ackee necoapte (Blighia sapida), care conțin toxina hipoglicină, care inactivează acil-CoA dehidrogenaza, ducând la inhibarea procesului de β-oxidare.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ecuația generală pentru oxidarea acidului palmitic este următoarea:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

În mitocondrii există 3 tipuri de acil-CoA dehidrogenaze care oxidează acizii grași cu radicali cu lanț lung, mediu sau scurt. Acizii grași pot fi oxidați secvenţial de către aceste enzime, deoarece radicalul este scurtat în timpul β-oxidării. Defect genetic (DF) - MCADD(abreviat din M edium- c hain A cil-CoA d hidrogenaza d eficiență) este cea mai frecventă în comparație cu alte boli ereditare - 1:15 000. Frecvența genei defectuoase ACADM, care codifică acil-CoA dehidrogenaze ale acizilor grași cu lanț mediu, în rândul populației europene - 1:40. Aceasta este o comă și poate fi fatală. Boala este cea mai periculoasă la copii, deoarece printre aceștia se observă cea mai mare rată a mortalității (până la 60%).

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

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

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

Carbohidrații reprezintă cea mai mare parte a dietei umane și asigură o parte semnificativă din necesarul de energie al organismului. Cu o dietă echilibrată, cantitatea zilnică de carbohidrați este în medie de 4 ori mai mare decât cantitatea de proteine ​​și grăsimi.

Rolul carbohidraților în nutriție:

1. Carbohidrații fac funcția energetică. Când 1 g de carbohidrați este oxidat, se eliberează 4,1 kcal de energie. Glucoza, în care se descompune cea mai mare parte a carbohidraților, este principalul substrat energetic al organismului.

2. Activitatea muscularăînsoţită de un consum semnificativ de glucoză. În timpul muncii fizice, carbohidrații sunt consumați mai întâi și numai atunci când rezervele lor (glicogen) sunt epuizate, grăsimile sunt incluse în schimb.

3. Carbohidrații sunt esențiali pentru funcționarea normală sistem nervos central, ale căror celule sunt foarte sensibile la lipsa de glucoză din sânge.

4. Carbohidrații fac funcţie structurală. Carbohidrații simpli servesc ca sursă de formare a glicoproteinelor, care formează baza țesutului conjunctiv.

5. Sunt implicați carbohidrații în metabolismul proteinelor și grăsimilor. Grăsimile pot fi formate din carbohidrați.

6. Carbohidrații de origine vegetală (celuloză, substanțe pectinice) stimulează motilitatea intestinală și favorizează eliminarea produselor toxice care se acumulează în acesta.

Surse carbohidrații servesc predominant produse vegetale,în special produse din făină, cereale, dulciuri. În majoritatea alimentelor, carbohidrații se prezintă sub formă de amidon și, într-o măsură mai mică, sub formă de dizaharide (lapte, sfeclă de zahăr, fructe și fructe de pădure). Pentru o mai bună absorbție a carbohidraților, este necesar ca majoritatea acestora să intre în organism sub formă de amidon.

Amidonul este descompus treptat în tractul gastrointestinal în glucoză, care intră în sânge în porții mici, ceea ce îi îmbunătățește utilizarea și menține un nivel constant de zahăr din sânge. Când se administrează simultan cantități mari de zahăr, concentrația de glucoză din sânge crește brusc și începe să fie excretată în urină. Cele mai favorabile condiții sunt considerate atunci când 64% din carbohidrați sunt consumați sub formă de amidon, iar 36% sub formă de zaharuri.

Rata de consum carbohidrații depinde de intensitatea muncii. În timpul muncii fizice, carbohidrații sunt necesari în cantități mai mari. În medie, este necesar pentru 1 kg de greutate corporală 4-6-8 g carbohidrați pe zi, adică de aproximativ 4 ori mai mult decât proteinele și grăsimile.

Aportul excesiv de carbohidrați poate duce la obezitate și supraîncărcare excesivă a tractului gastrointestinal, deoarece alimentele vegetale bogate în carbohidrați sunt de obicei mai voluminoase, provoacă o senzație de greutate și afectează digestibilitatea generală a alimentelor.

Lipsa carbohidrațilorîn alimente este de asemenea nedorită din cauza riscului de a dezvolta stări hipoglicemice. Deficiența de carbohidrați, de regulă, este însoțită de slăbiciune generală, somnolență, scăderea memoriei, a performanței mentale și fizice, dureri de cap, scăderea digestibilității proteinelor, vitaminelor, acidoză etc. În acest sens, cantitatea de carbohidrați din dieta zilnică nu ar trebui să să fie mai mică de 300 g

Strâns legate de grupa carbohidraților sunt substanțele care se găsesc în majoritatea alimentelor vegetale care sunt slab digerabile de către organismul uman - substanțele pectinice (glucide nedigerabile) și fibrele.

Substantele pectice sunt substanțe gelificante vegetale cu capacitate mare de absorbție (absorbție). Au un efect benefic în tratarea afecțiunilor sistemului digestiv, arsurilor și ulcerelor și, de asemenea, au capacitatea de a neutraliza unele substanțe toxice (sunt deosebit de active în îndepărtarea sărurilor de metale grele, precum compușii de plumb, din organism).

Există o mulțime de substanțe pectinice în portocale, mere, coacăze negre și alte fructe și fructe de pădure.

Celuloză(alte denumiri - legume grosiere, sau nedigerabile, sau alimente, sau fibre alimentare) este o polizaharidă care face parte din pereții celulari masivi ai alimentelor vegetale. Are o structură fibroasă, destul de grosieră.

Sursele obișnuite de fibre alimentare sunt tărâțele, pâinea și cerealele (în special hrișca și fulgii de ovăz). Cantități mari se găsesc în multe legume, fructe, frunze și tulpini ale plantelor; se găsește în special în cojile boabelor și în cojile fructelor. La conservarea legumelor și fructelor, fibrele alimentare sunt complet conservate (cu excepția sucurilor fără pulpă).

Fără a avea un conținut ridicat de calorii, majoritatea legumelor și fructelor, totuși, datorită conținutului lor ridicat de carbohidrați nedigerabili, contribuie la o senzație de sațietate rapidă și destul de persistentă: deoarece fibrele alimentare au capacitatea de a absorbi mult lichid, se umflă în stomacul, umple o parte din volumul său - și, ca urmare, saturația are loc mai repede. Fibrele în sine nu transportă o singură calorie în organism.

Valoarea fibrelor constă în faptul că, fiind o componentă destul de voluminoasă a alimentației zilnice, acestea nu sunt digerate de organismul uman. Prezența unei cantități mari de fibre reduce oarecum digestibilitatea globală a alimentelor. Cu toate acestea, absența sa completă are un efect negativ asupra funcționării tractului gastro-intestinal.

Fibrele provoacă peristaltismul adecvat (mișcarea pereților) intestinelor și, prin urmare, promovează mișcarea alimentelor prin canalul digestiv și eliminarea nutrienților nedigerați din organism.

Cantitatea necesară de fibre din alimente este asigurată de combinarea corectă a produselor animale și vegetale în alimentația zilnică.

După descompunere, fibrele, ca și alte polizaharide, se transformă în zaharuri. Cu toate acestea, nu există enzime în tractul digestiv uman care ar putea duce la o astfel de defalcare. Doar o mică parte din acesta poate fi digerată sub influența microorganismelor din intestine, dar cea mai mare parte este îndepărtată din organism fără modificări. Datorită acestei inutilități externe, fibrele și pectinele sunt numite substanțe de balast.

Substanțele de balast îndeplinesc și ele o funcție importantă în procesul de digestie: fibrele sunt fermentate de bacteriile intestinale și ajută literalmente la măcinarea alimentelor; prin iritarea terminatiilor nervoase ale peretilor intestinali, acestea cresc peristaltismul. Dacă alimentele sunt sărace în substanțe de balast, motilitatea intestinală este perturbată, de aceea, pentru a evita aceste tulburări, se recomandă utilizarea alimentelor brute bogate în fibre.

În plus, fibrele alimentare au capacitatea de a stimula metabolismul, deoarece fibrele împiedică absorbția toxinelor care vin odată cu alimentele sau care se formează în timpul procesării acesteia și servesc ca un fel de tel: mișcându-se de-a lungul tractului digestiv, iau cu ei tot ceea ce s-a lipit de pereți și s-a îndepărtat de pe corp.

Un alt avantaj al fibrelor alimentare este că are capacitatea de a reduce nivelul de colesterol endogen (acesta este colesterolul care nu intră în noi cu alimente, ci este produs de organismul însuși în ficat din acizii biliari care intră în ficat din intestine). ).

Hemiceluloza: precum fibrele sau celuloza, face parte din pereții celulari ai produselor din cereale, iar cantități mici se găsesc în pulpa fructelor și legumelor. Este capabil să rețină apa și să lege metalele.

Oxidarea acizilor grași (beta oxidare). Rol H.S. – Ko în acest proces. Energia de oxidare completă a acidului steoric la CO 2 c H 2 O . Calculați numărul de molecule de ATP formate în timpul oxidării.

Activarea FA are loc în citoplasmă, iar beta-oxidarea are loc în mitocondrii.

Acyl-CoA nu poate trece prin membrana mitocondrială. Prin urmare, există un mecanism special pentru transportul FA din citoplasmă în mitocondrie cu participarea substanței „carnitină”. În membrana internă a mitocondriilor există o proteină specială de transport care asigură transferul. Datorită acestui fapt, acilcarnitina pătrunde cu ușurință în membrana mitocondrială.

Carnitina aciltransferazele citoplasmatice și mitocondriale sunt diferite ca structură și, de asemenea, diferă unele de altele prin caracteristicile cinetice. Vmax al acilcarnitin transferazei citoplasmatice este mai mic decât Vmax al enzimei mitocondriale și, de asemenea, mai mic decât Vmax al enzimelor de β-oxidare. Prin urmare, acilcarnitin transferaza citoplasmatică este o enzimă cheie în descompunerea acizilor grași.

Dacă un acid gras intră în mitocondrii, acesta va suferi în mod necesar un catabolism în acetil-CoA.

Cel mai compact „combustibil” care satisface nevoile energetice ale organismului sunt acizii grași, care sunt determinate de caracteristicile structurii lor chimice. La 1 mol, oxidarea completă a acizilor grași eliberează de câteva ori mai multă energie chimică utilizabilă decât oxidarea carbohidraților; de exemplu, oxidarea a 1 mol de acid palmitic produce 130 moli de ATP, în timp ce oxidarea a 1 mol de glucoză produce 38 moli de ATP. Pe unitate de greutate, producția de energie diferă, de asemenea, de mai mult de două ori (9 kcal la 1 g de grăsime față de 4 kcal la 1 g de carbohidrați sau proteine). Acest randament energetic ridicat se bazează pe același motiv care face din benzină, petrol și alte produse petroliere astfel de combustibili eficienți pentru generarea de energie termică și mecanică, și anume gradul ridicat de reducere a carbonului în lanțurile lungi de alchil. Partea principală a moleculei de acid gras constă din unități repetate (CH2)n, adică o structură îmbogățită la maximum în hidrogen. După cum am văzut din prezentarea anterioară, energia stocată în timpul proceselor oxidative biologice se formează în principal în legătură cu transferul controlat de electroni din atomii de hidrogen ai lanțului respirator, cuplat cu fosforilarea ADP la ATP. Deoarece acizii grași sunt alcătuiți în principal din carbon și hidrogen și, astfel, conțin semnificativ mai puțini atomi de oxigen decât carbohidrații, oxidarea acizilor grași este însoțită de absorbția proporțional de mai mult oxigen și, prin urmare, de formarea mai multor ATP în timpul fosforilării oxidative.

S-a stabilit că oxidarea acizilor grași are loc cel mai intens în ficat, rinichi, mușchii scheletici și cardiaci și în țesutul adipos. În țesutul cerebral, rata de oxidare a acizilor grași este foarte scăzută, deoarece Principala sursă de energie în țesutul creierului este glucoza.

β-oxidarea este o cale specifică a catabolismului acizilor grași, în care 2 atomi de carbon sunt separați succesiv de capătul carboxil al unui acid gras sub formă de acetil-CoA. Calea metabolică - β-oxidarea - este numită așa deoarece reacțiile de oxidare a acizilor grași au loc la atomul de carbon β. Reacțiile de β-oxidare și oxidarea ulterioară a acetil-CoA în ciclul TCA servesc ca una dintre principalele surse de energie pentru sinteza ATP prin mecanismul de fosforilare oxidativă. β-oxidarea acizilor grași are loc numai în condiții aerobe.

Activarea acizilor grași

Înainte de a intra în diferite reacții, acizii grași trebuie activați, adică. sunt legate printr-o legătură macroergică cu coenzima A:

RCOOH + HSKoA + ATP → RCO ~ CoA + AMP + PPi.

Reacția este catalizată de enzima acil-CoA sintetaza. Pirofosfatul eliberat în timpul reacției este hidrolizat de enzima pirofosfatază: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2 H 3 PO 4.

Eliberarea de energie în timpul hidrolizei legăturii de înaltă energie a pirofosfatului deplasează echilibrul reacției spre dreapta și asigură completitatea reacției de activare.

Acil-CoA sintetaza se gasesc atat in citosol cat si in matricea mitocondriala. Aceste enzime diferă prin specificitatea lor pentru acizii grași cu lungimi diferite de lanț de hidrocarburi. Acizii grași cu lungimea lanțului scurt și mediu (de la 4 la 12 atomi de carbon) pot pătrunde în matricea mitocondrială prin difuzie. Activarea acestor acizi grași are loc în matricea mitocondrială. Acizii grași cu lanț lung, care predomină în corpul uman (12 până la 20 de atomi de carbon), sunt activați de sintetazele acil-CoA situate pe membrana exterioară a mitocondriilor.

Descompunerea acizilor grași activați are loc în conformitate cu ipoteza b - oxidare F. Knoop, propus în 1904 b - oxidarea are loc în interiorul mitocondriilor

β- Oxidarea acizilor grași- o cale specifică a catabolismului acizilor grași, care apare în matricea mitocondrială numai în condiții aerobe și se termină cu formarea acetil-CoA. Hidrogenul din reacțiile de β-oxidare intră în CPE, iar acetil-CoA este oxidat în ciclul citratului, care furnizează și hidrogen CPE. Prin urmare, β-oxidarea acizilor grași este cea mai importantă cale metabolică care asigură sinteza ATP în lanțul respirator.

β-oxidarea începe cu dehidrogenarea acil-CoA de către acil-CoA dehidrogenază dependentă de FAD, formând o dublă legătură între atomii de carbon α și β din produsul de reacție, enoil-CoA. Coenzima FADH 2, restabilită în această reacție, transferă atomii de hidrogen din CPE la coenzima Q. Ca rezultat, sunt sintetizate 2 molecule de ATP (Fig. 8-27). În următoarea reacție de p-oxidare, se adaugă o moleculă de apă la locul dublei legături, astfel încât gruparea OH să fie situată la atomul de carbon β al acilului, formând β-hidroxiacil-CoA. β-hidroxiacil-CoA este apoi oxidat de dehidrogenaza dependentă de NAD+. NADH redus, oxidat în CPE, furnizează energie pentru sinteza a 3 molecule de ATP. β-cetoacil-CoA rezultat este supus clivajului tiolitic de către enzima tiolază, deoarece la locul clivajului legăturii C-C, printr-un atom de sulf se adaugă o moleculă de coenzimă A. Ca rezultat al acestei secvențe de 4 reacții, o reziduul cu două atomi de carbon, acetil-CoA, este separat de acil-CoA. Un acid gras scurtat cu 2 atomi de carbon suferă din nou reacțiile de dehidrogenare, hidratare, dehidrogenare și eliminare a acetil-CoA. Această secvență de reacții este de obicei numită „ciclu de β-oxidare”, ceea ce înseamnă că aceleași reacții sunt repetate cu radicalul de acid gras până când tot acidul este transformat în resturi de acetil.

β - Oxidarea acizilor grași.

Procesul de b-oxidare este ciclic. Pentru fiecare revoluție a ciclului, 2 atomi de carbon sunt despărțiți de acidul gras sub forma unui reziduu de acetil.

După aceasta, acil-CoA, scurtat cu 2 atomi de carbon, suferă din nou oxidare (intră într-un nou ciclu de reacții de b-oxidare). Acetil-CoA rezultat poate intra în continuare în ciclul acidului tricarboxilic. Trebuie să puteți calcula randamentul energetic din descompunerea acizilor grași. Formula prezentată este valabilă pentru orice acid gras saturat care conține n atomi de carbon.Descompunerea acizilor grași nesaturați produce mai puțin ATP. Fiecare legătură dublă dintr-un acid gras înseamnă pierderea a 2 molecule de ATP. b-oxidarea are loc cel mai intens în țesutul muscular, rinichi și ficat. Ca rezultat al b-oxidării FA, se formează Acetil-CoA. Viteza de oxidare este determinată de viteza proceselor de lipoliză. Accelerarea lipolizei este caracteristică unei stări de foame de carbohidrați și a unei munci musculare intense. Accelerarea oxidării b este observată în multe țesuturi, inclusiv în ficat. Ficatul produce mai mult acetil-CoA decât are nevoie. Ficatul este un „organ altruist” și, prin urmare, ficatul trimite glucoză către alte țesuturi.

Ficatul se străduiește să își trimită propriul Acetil-CoA către alte țesuturi, dar nu poate, deoarece membranele celulare sunt impermeabile la Acetil-CoA. Prin urmare, substanțe speciale numite „corpi cetonici” sunt sintetizate în ficat din Acetil-CoA. Corpii cetonici sunt o formă specială de transport a acetil-CoA.

Molecula de acid gras este descompusă în mitocondrii prin eliminarea treptată a fragmentelor cu două atomi de carbon sub formă de acetil coenzima A (acetil-CoA).

C17H35COOH + 26 O2 = 18 CO2 + 18 H2O.

Când acidul stearic este oxidat, celula va primi 146 de molecule de ATP.

Țesutul adipos, format din adiposocite, joacă un rol specific în metabolismul lipidelor. Aproximativ 65% din masa țesutului adipos este reprezentată de triacilglicerolii (TAG) depuși în acesta - reprezintă o formă de stocare a energiei și îndeplinesc aceeași funcție în metabolismul grăsimilor ca și glicogenul hepatic în metabolismul carbohidraților. Grăsimile depozitate în țesutul adipos servesc ca o sursă de apă endogene și o rezervă de energie pentru corpul uman. TAG este utilizat în organism după defalcare preliminară (lipoliză), în timpul căreia se eliberează glicerol și acizi grași liberi.

În celulele țesutului adipos, defalcarea TAG are loc cu participarea lipazelor. Lipaza este într-o formă inactivă; este activată de hormoni (adrenalină, norepinefrină, glucagon, tiroxină, glucocorticoizi, hormon de creștere, ACTH) ca răspuns la stres, post și răcire; produșii de reacție sunt monoacilglicerol și IVH.

IVH cu ajutorul albuminelor sunt transportate de sânge către celulele țesuturilor și organelor unde are loc oxidarea lor.

Oxidarea acizilor grași superiori.

Surse RDC:

Lipidele din țesutul adipos

Lipoproteinele

Triacilgliceroli

Fosfolipidele biomembranelor celulare

Oxidarea FIV are loc în mitocondriile celulelor și se numește beta oxidare. Livrarea lor către țesuturi și organe are loc cu participarea albuminei și transportul de la citoplasmă la mitocondrii cu participarea carnitinei.

Procesul de beta-oxidare al IVLC constă din următoarele etape:

Activarea IVFA pe suprafața exterioară a membranei mitocondriale cu participarea ATP, a conzimei A și a ionilor de magneziu cu formarea formei active de IVFA (acil-CoA).

Transportul acizilor grași în mitocondrii este posibil prin atașarea formei active a acidului gras la carantina situată pe suprafața exterioară a membranei mitocondriale interioare. Se formează acil-carnitina, care are capacitatea de a trece prin membrană. Pe suprafața interioară, complexul se dezintegrează și carnitina revine pe suprafața exterioară a membranei.

Oxidarea acizilor grași intramitocondriali constă în reacții enzimatice secvențiale. Ca rezultat al unui ciclu de oxidare finalizat, o moleculă de acetil-CoA este separată de acidul gras, de exemplu. scurtarea lanțului de acizi grași cu doi atomi de carbon Mai mult, în urma a două reacții dehidrogenaze, FAD se reduce la FADH 2 și NAD + la NADH 2.

orez. Oxidarea acizilor grași superiori

Acea. finalizarea unui ciclu de rulare - oxidarea IVLC, ca urmare a căreia IVLC a fost scurtat cu 2 unități de carbon. În timpul beta-oxidării, 5ATP a fost eliberat și 12ATP a fost eliberat în timpul oxidării ACETIL-COA în ciclul TCA și enzimele asociate ale lanțului respirator. Oxidarea IVFA se va produce ciclic în același mod, dar numai până la ultima etapă - etapa de conversie a acidului butiric (BUTYRYL-COA), care are propriile caracteristici care trebuie luate în considerare la calcularea efectului energetic total al Oxidarea IVLC, când în urma unui ciclu se formează 2 molecule de ACETIL-COA, una dintre ele a suferit beta-oxidare cu eliberarea de 5ATP, iar cealaltă nu.

orez. Ultima etapă de oxidare a acizilor grași superiori

OXIDAREA IVLC-urilor CU UN NUMĂR IMPAR DE UNITĂȚI DE CARBON ÎN LANȚ

Astfel de IVH intră în corpul uman ca parte a alimentelor cu carnea rumegătoarelor, a plantelor și a organismelor marine. Oxidarea unor astfel de IVLC are loc în același mod ca IVLC-urile care au un număr par de unități de carbon în lanț, dar numai până la ultima etapă - etapa de transformare a PROPIONIL-COA. care are propriile sale caracteristici.

Acea. Se formează SUCCINIL-COA, care este oxidat în continuare în MITOCONDRIE cu participarea enzimelor ciclului KREB TCA și a enzimelor asociate ale lanțului respirator.