Биологичното окисление на мастните киселини може да се сравни с изгарянето на въглеводороди: и в двата случая се наблюдава най-висок добив на свободна енергия. По време на биологичното b-окисление на въглеводородната част на мастните киселини се образуват двувъглеродни активирани компоненти, които се окисляват допълнително в TCA цикъла и голям брой редуциращи еквиваленти, които водят до синтеза на АТФ в дихателната верига . Повечето аеробни клетки са способни на пълно окисляване на мастни киселини до въглероден диоксид и вода.

Източникът на мастни киселини са екзогенни или ендогенни липиди. Последните най-често са представени от триацилглицериди, които се отлагат в клетките като резервен източник на енергия и въглерод. В допълнение, клетките също използват липиди на полярната мембрана, чието метаболитно обновяване се извършва постоянно. Липидите се разграждат от специфични ензими (липази) до глицерол и свободни мастни киселини.

b-окисление на мастни киселини. Този основен процес на окисление на мастни киселини протича при еукариотите в митохондриите. Транспортът на мастни киселини през митохондриалните мембрани се улеснява от карнитин(g-триметиламино-b-хидроксибутират), който свързва молекулата на мастната киселина по специален начин, в резултат на което положителните (на азотния атом) и отрицателните (на кислородния атом на карбоксилната група) заряди се сближават заедно и взаимно се неутрализират.

След транспортиране в митохондриалната матрица, мастните киселини се активират от CoA в АТФ-зависима реакция, катализирана от ацетат тиокиназа (фиг. 9.1). След това производното на ацил-КоА се окислява с участието на ацил дехидрогеназа. В клетката има няколко различни ацил дехидрогенази, които са специфични за CoA производни на мастни киселини с различна дължина на въглеводородна верига. Всички тези ензими използват FAD като простетична група. FADH 2, образуван в реакцията като част от ацил дехидрогеназата, се окислява от друг флавопротеин, който пренася електрони към дихателната верига като част от митохондриалната мембрана.

Продуктът на окисление, еноил-КоА, се хидратира от еноил хидратаза до образуване на b-хидроксиацил-КоА (фиг. 9.1). Съществуват еноил-КоА хидратази, специфични за цис- и транс-формите на еноил-КоА производни на мастни киселини. В този случай транс-еноил-CoA се хидратира стереоспецифично в L-b-хидроксиацил-CoA, а цис-изомерите в D-стереоизомери на -b-хидроксиацил-CoA естери.

Последният етап в реакциите на b-окисление на мастни киселини е дехидрогенирането на L-b-хидроксиацил-CoA (фиг. 9.1). b-Въглеродният атом на молекулата претърпява окисление, поради което целият процес се нарича b-окисление. Реакцията се катализира от b-хидроксиацил-CoA дехидрогеназа, която е специфична само за L-формите на b-хидроксиацил-CoA. Този ензим използва NAD като коензим. Дехидрогенирането на D-изомерите на b-хидроксиацилКоА се извършва след допълнителен етап на изомеризация в L-b-хидроксиацил-КоА (ензим b-хидроксиацил-КоА епимераза). Продуктът от този етап от реакциите е b-кетоацил-CoA, който лесно се разцепва от тиолаза на 2 производни: ацил-CoA, който е по-къс от оригиналния активиран субстрат с 2 въглеродни атома, и ацетил-CoA двувъглероден компонент , отцепен от веригата на мастната киселина (фиг. 9.1) . Производното на ацил-КоА претърпява допълнителен цикъл от реакции на b-окисление и ацетил-КоА може да влезе в цикъла на трикарбоксилната киселина за по-нататъшно окисление.

Така всеки цикъл на b-окисление на мастни киселини се придружава от отделяне от субстрата на двувъглероден фрагмент (ацетил-CoA) и две двойки водородни атоми, редуциращи 1 молекула NAD + и една молекула FAD. Процесът продължава, докато веригата на мастната киселина се разгради напълно. Ако мастната киселина се състои от нечетен брой въглеродни атоми, тогава b-окислението завършва с образуването на пропионил-CoA, който в хода на няколко реакции се превръща в сукцинил-CoA и в тази форма може да влезе в цикъла на TCA.

Повечето мастни киселини, които изграждат клетките на животни, растения и микроорганизми, съдържат неразклонени въглеводородни вериги. В същото време липидите на някои микроорганизми и растителни восъци съдържат мастни киселини, чиито въглеводородни радикали имат точки на разклонение (обикновено под формата на метилови групи). Ако има малко разклонения и всички те се срещат на четни позиции (при въглеродни атоми 2, 4 и т.н.), тогава процесът на b-окисление протича по обичайната схема с образуването на ацетил- и пропионил-CoA. Ако метиловите групи са разположени при нечетни въглеродни атоми, процесът на b-окисление се блокира на етапа на хидратация. Това трябва да се има предвид при производството на синтетични детергенти: за да се осигури бързото им и пълно биоразграждане в околната среда, само версиите с прави въглеводородни вериги трябва да бъдат разрешени за масова употреба.

Окисляване на ненаситени мастни киселини. Този процес се извършва в съответствие с всички закони на b-окислението. Въпреки това, повечето естествено срещащи се ненаситени мастни киселини имат двойни връзки на места във въглеводородната верига, така че последователното отстраняване на двувъглеродни части от карбоксилния край произвежда ацил-CoA производно, в което двойната връзка е в позиция 3-4. В допълнение, двойните връзки на естествените мастни киселини имат цис конфигурация. За да се осъществи етапът на дехидрогениране с участието на b-хидроксиацил-CoA дехидрогеназа, специфична за L-формите на b-хидроксиацил-CoA, е необходим допълнителен етап на ензимна изомеризация, по време на който двойната връзка в получената от CoA молекула на мастна киселина се премества от позиция 3-4 в позиция 2-3 и конфигурацията на двойната връзка се променя от цис- на транс-. Този метаболит служи като субстрат за еноил хидратаза, която превръща транс-еноил-КоА в L-b-хидроксиацил-КоА.

В случаите, когато прехвърлянето и изомеризацията на двойна връзка са невъзможни, такава връзка се възстановява с участието на NADPH. Последващото разграждане на мастната киселина става чрез обичайния механизъм на b-окисление.

Второстепенни пътища на окисление на мастни киселини. b-окислението е основният, но не единствен път на катаболизъм на мастни киселини. Така в растителните клетки е открит процесът на а-окисление на мастни киселини, съдържащи 15-18 въглеродни атома. Този път включва първоначалната атака на мастна киселина от пероксидаза в присъствието на водороден пероксид, което води до отстраняване на карбоксилния въглерод като CO 2 и окисляване на въглерода в а-позиция до алдехидна група. След това алдехидът се окислява с участието на дехидрогеназа във висша мастна киселина и процесът се повтаря отново (фиг. 9.2). Този път обаче не може да осигури пълно окисляване. Използва се само за скъсяване на веригите на мастни киселини, а също и като байпас, когато β-окислението е блокирано поради наличието на метилови странични групи. Процесът не изисква участието на CoA и не е придружен от образуването на ATP.

Някои мастни киселини също могат да претърпят окисление при w-въглеродния атом (w-окисление). В този случай СН3 групата претърпява хидроксилиране под действието на монооксигеназа, по време на което се образува w-хидрокси киселина, която след това се окислява до дикарбоксилна киселина. Дикарбоксилната киселина може да бъде скъсена от двата края чрез b-окислителни реакции.

По същия начин в клетките на микроорганизмите и някои животински тъкани се случва разграждането на наситени въглеводороди. На първия етап, с участието на молекулярен кислород, молекулата се хидроксилира до образуване на алкохол, който последователно се окислява в алдехид и карбоксилна киселина, активира се чрез добавяне на CoA и влиза в пътя на b-окисление.

Основното условие за живота на всеки организъм е непрекъснатото снабдяване с енергия, която се изразходва за различни клетъчни процеси. В този случай определена част от хранителните съединения може да не се използва веднага, а да се превърне в резерви. Ролята на такъв резервоар се изпълнява от мазнини (липиди), състоящи се от глицерол и мастни киселини. Последните се използват от клетката като гориво. В този случай мастните киселини се окисляват до CO 2 и H 2 O.

Основна информация за мастните киселини

Мастните киселини са въглеродни вериги с различна дължина (от 4 до 36 атома), които по химическа природа се класифицират като карбоксилни киселини. Тези вериги могат да бъдат разклонени или неразклонени и да съдържат различен брой двойни връзки. Ако последните напълно отсъстват, мастните киселини се наричат ​​наситени (характерни за много липиди от животински произход), а в противен случай - ненаситени. Въз основа на разположението на двойните връзки мастните киселини се разделят на мононенаситени и полиненаситени.

Повечето вериги съдържат четен брой въглеродни атоми, което се дължи на особеностите на техния синтез. Има обаче връзки с нечетен брой връзки. Окисляването на тези два вида съединения е малко по-различно.

основни характеристики

Процесът на окисляване на мастни киселини е сложен и многоетапен. Започва с проникването им в клетката и завършва в крайните етапи, като всъщност повтаря катаболизма на въглехидратите (цикълът на Кребс, превръщането на трансмембранната градиентна енергия в АТФ, CO 2 и вода са крайните продукти на процеса.

Окисляването на мастни киселини в еукариотните клетки се случва в митохондриите (най-типичното местоположение), пероксизомите или ендоплазмения ретикулум.

Разновидности (видове) окисление

Има три вида окисление на мастни киселини: α, β и ω. Най-често този процес протича по β-механизма и е локализиран в митохондриите. Омега пътят е второстепенна алтернатива на β механизма и се среща в ендоплазмения ретикулум, докато алфа механизмът е характерен само за един вид мастна киселина (фитанова киселина).

Биохимия на окислението на мастни киселини в митохондриите

За удобство процесът на митохондриален катаболизъм условно се разделя на 3 етапа:

• активиране и транспорт до митохондриите;
• окисление;
• окисляване на получения ацетил-коензим А чрез цикъла на Кребс и електрическата транспортна верига.

Активирането е подготвителен процес, който превръща мастните киселини във форма, достъпна за биохимични трансформации, тъй като самите тези молекули са инертни. Освен това без активиране те не могат да проникнат през митохондриалните мембрани. Този етап настъпва във външната мембрана на митохондриите.

Всъщност окисляването е ключов етап от процеса. Той включва четири етапа, в края на които мастната киселина се превръща в ацетил-КоА молекули. Същият продукт се образува и по време на използването на въглехидрати, така че следващите етапи са подобни на последните етапи на аеробната гликолиза. Образуването на АТФ става във веригата за транспортиране на електрони, където енергията на електрохимичния потенциал се използва за образуване на високоенергийна връзка.

В процеса на окисляване на мастните киселини освен Ацетил-КоА се образуват и молекули NADH и FADH 2, които също влизат в дихателната верига като донори на електрони. В резултат на това общият енергиен добив на липидния катаболизъм е доста висок. Така, например, окислението на палмитинова киселина по β-механизма произвежда 106 молекули АТФ.

Активиране и прехвърляне в митохондриалната матрица

Самите мастни киселини са инертни и не могат да се окисляват. Активирането ги привежда във форма, достъпна за биохимични трансформации. Освен това тези молекули не могат да проникнат непроменени в митохондриите.

Същността на активирането е превръщането на мастната киселина в нейния ацил-КоА тиоестер, който впоследствие претърпява окисление. Този процес се осъществява от специални ензими - тиокинази (Ацил-КоА синтетази), прикрепени към външната мембрана на митохондриите. Реакцията протича на 2 етапа, включващи изразходване на енергия от два АТФ.

За активиране са необходими три компонента:

• HS-CoA;
• Mg2+.

Първо, мастната киселина реагира с АТФ, за да образува ациладенилат (междинен продукт). Това от своя страна реагира с HS-CoA, чиято тиолова група измества AMP, образувайки тиоетерна връзка с карбоксилната група. В резултат на това се образува веществото ацил-КоА, производно на мастна киселина, което се транспортира в митохондриите.

Транспорт до митохондриите

Този етап се нарича трансестерификация с карнитин. Прехвърлянето на ацил-КоА в митохондриалната матрица става през порите с участието на карнитин и специални ензими - карнитин ацилтрансферази.

За транспортиране през мембраните CoA се заменя с карнитин, за да се образува ацил-карнитин. Това вещество се прехвърля в матрицата чрез улеснена дифузия с участието на транспортера на ацил-карнитин/карнитин.

Вътре в митохондриите възниква обратна реакция, състояща се в отделяне на ретината, която отново навлиза в мембраната, и възстановяване на ацил-КоА (в този случай се използва „местен“ коензим А, а не този, с който се свързва се формира на етапа на активиране).

Основни реакции на окисление на мастни киселини по β-механизма

Най-простият вид енергийно използване на мастни киселини включва β-окисление на вериги без двойни връзки, в които броят на въглеродните единици е четен. Субстратът за този процес, както е отбелязано по-горе, е ацилът на коензим А.

Процесът на β-окисление на мастни киселини се състои от 4 реакции:

1. Дехидрогенирането е отнемането на водород от β-въглеродния атом с образуването на двойна връзка между верижните единици, разположени в α и β позиции (първи и втори атом). В резултат на това се образува еноил-КоА. Реакционният ензим е ацил-КоА дехидрогеназа, която действа в комбинация с коензима FAD (последният се редуцира до FADH2).
2. Хидратацията е добавянето на водна молекула към еноил-КоА, което води до образуването на L-β-хидроксиацил-КоА. Осъществява се от еноил-КоА хидратаза.
3. Дехидрогенирането е окисление на продукта от предишната реакция от NAD-зависима дехидрогеназа с образуването на β-кетоацил коензим А. В този случай NAD се редуцира до NADH.
4. Разцепване на β-кетоацил-CoA до ацетил-CoA и ацил-CoA, съкратен с 2 въглеродни атома. Реакцията протича под действието на тиолаза. Задължително условие е наличието на свободен HS-CoA.

След това всичко започва отначало с първата реакция.

Всички етапи се повтарят циклично, докато цялата въглеродна верига на мастната киселина се превърне в молекули на ацетил коензим А.

Образуване на ацетил-КоА и АТФ, използвайки примера на окисление на палмитоил-КоА

В края на всеки цикъл се образуват молекули ацил-КоА, NADH и FADH2 в едно количество, а тиоестерната верига на ацил-КоА се скъсява с два атома. Чрез прехвърляне на електрони към електрическата транспортна верига FADH2 произвежда една и половина молекули ATP, а NADH - две. В резултат на това от един цикъл се получават 4 молекули АТФ, без да се брои енергийният добив на ацетил-КоА.

Веригата на палмитинова киселина съдържа 16 въглеродни атома. Това означава, че на етапа на окисление трябва да се появят 7 цикъла с образуването на осем ацетил-CoA, а изходът на енергия от NADH и FADH 2 в този случай ще бъде 28 ATP молекули (4 × 7). Окислението на ацетил-CoA също произвежда енергия, която се съхранява в резултат на навлизането на продукти от цикъла на Кребс в електрическата транспортна верига.

Общ добив на етапи на окисление и цикъл на Кребс

В резултат на окислението на ацетил-КоА се получават 10 молекули АТФ. Тъй като катаболизмът на палмитоил-CoA произвежда 8 ацетил-CoA, енергийният добив ще бъде 80 ATP (10 × 8). Ако добавим това към резултата от окисляването на NADH и FADH 2, получаваме 108 молекули (80+28). От това количество трябва да извадите 2 ATP, които са отишли ​​да активират мастната киселина.

Крайното уравнение за окисляването на палмитинова киселина ще бъде: палмитоил-CoA + 16 O 2 + 108 Pi + 80 ADP = CoA + 108 ATP + 16 CO 2 + 16 H 2 O.

Изчисляване на освобождаването на енергия

Енергийният изход от катаболизма на определена мастна киселина зависи от броя на въглеродните единици в нейната верига. Броят на АТФ молекулите се изчислява по формулата:

където 4 е количеството ATP, образувано по време на всеки цикъл поради NADH и FADH2, (n/2 - 1) е броят на циклите, n/2×10 е енергийният добив от окислението на ацетил-CoA, а 2 е цената на активирането.

Характеристики на реакциите

Окисляването има някои особености. По този начин, трудността при окисляване на вериги с двойни връзки се крие във факта, че последните не могат да бъдат повлияни от еноил-КоА хидратаза поради факта, че те са в цис позиция. Този проблем се елиминира от еноил-КоА изомераза, която кара връзката да придобие транс конфигурация. В резултат на това молекулата става напълно идентична с продукта от първия етап на бета-окисление и може да претърпи хидратация. Местата, съдържащи само единични връзки, се окисляват по същия начин като наситените киселини.

Понякога няма достатъчно еноил-КоА изомераза, за да продължи процеса. Това се отнася за вериги, в които присъства конфигурацията cis9-cis12 (двойни връзки при 9-ия и 12-ия въглероден атом). Тук намесата е не само конфигурацията, но и позицията на двойните връзки във веригата. Последният се коригира от ензима 2,4-диеноил-КоА редуктаза.

Катаболизъм на мастни киселини с нечетен брой атоми

Този тип киселина е характерна за повечето липиди от естествен произход. Това създава известна сложност, тъй като всеки цикъл включва съкращаване с четен брой връзки. Поради тази причина цикличното окисление на висшите мастни киселини от тази група продължава, докато продуктът се появи като 5-въглеродно съединение, което се разделя на ацетил-КоА и пропионил-коензим А. И двете съединения влизат в друг цикъл от три реакции, в резултат на което при образуването на сукцинил-КоА. Именно той влиза в цикъла на Кребс.

Характеристики на окислението в пероксизомите

В пероксизомите окислението на мастни киселини става чрез бета механизъм, който е подобен, но не идентичен, на митохондриалния механизъм. Той също така се състои от 4 стъпки, кулминиращи с образуването на продукта ацетил-КоА, но има няколко ключови разлики. По този начин водородът, отделен на етапа на дехидрогениране, не възстановява FAD, а се прехвърля към кислород с образуването на водороден пероксид. Последният незабавно се разцепва от каталаза. В резултат на това енергията, която би могла да се използва за синтезиране на АТФ в дихателната верига, се разсейва като топлина.

Втора важна разлика е, че някои пероксизомни ензими са специфични за някои по-малко изобилни мастни киселини и не присъстват в митохондриалната матрица.

Особеността на пероксизомите на чернодробните клетки е липсата на ензимен апарат от цикъла на Кребс. Следователно в резултат на бета-окислението се образуват късоверижни продукти, които се транспортират до митохондриите за окисление.

Окислението на мастни киселини е процес на разграждане на мастни киселини, който протича с освобождаването на енергия.В тази статия ще научите защо тази химическа реакция е изключително важна за нашето тяло.

Мастните киселини се образуват при разграждането на мазнините.Такива мазнини могат да се натрупват в тялото и да се използват по-късно за енергия. Мастните киселини са необходими на човешкото тяло, тъй като участват в преноса на кислород през кръвоносната система, укрепват клетъчните мембрани, а също така осигуряват координираното функциониране на всички органи и тъкани. Мастните киселини понижават холестерола, като предотвратяват образуването на плаки в артериите и понижават нивата на триглицеридите. Мастните киселини също предотвратяват появата на бръчки, като помагат за поддържане на кожата здрава и еластична.

Има три вида мастни киселини: омега-3, омега-6 и омега-9.Омега-3 и омега-6 се наричат ​​основни, защото помагат за регулиране на нивата на липидите в кръвта. От това зависи съсирването на кръвта и кръвното налягане. Освен това есенциалните мастни киселини стимулират имунната система.

Окисление на мастни киселини и освобождаване на енергия

Основният източник на енергия за тялото е глюкозата. Ако запасите от глюкоза са изчерпани, започва процесът на разграждане на запасите от мастни киселини. Протича с освобождаване на енергия. Същото се случва, когато въглехидратите се разграждат, но мастните киселини освобождават повече енергия на въглероден атом.

Важно е тялото да разгражда складираните мазнини, защото понякога тялото се нуждае от енергия в този момент.когато няма подходящ източник на храна за обработка.

Нарушение на окислението на мастни киселини

Телата на някои хора не са в състояние да разграждат натрупаните мазнини поради неизправности или липса на определени ензими. Това често се дължи на генетични фактори. Това означава, че при липса на енергия и източник на храна тялото не може да използва мазнините. В резултат на това мастните киселини не се разграждат и се натрупват в кръвта, което означава, че мазнините продължават да се отлагат. Това може да доведе до сериозни здравословни проблеми.

Най-честата причина за нарушения в окислението на мастните киселини е дефицитът на карнитин.Карнитинът е аминокиселина, която транспортира мастни киселини в митохондриите, където те се разграждат, за да се освободи енергия. Карнитинът също така регулира метаболизма, като предотвратява ниските нива на кръвната захар и помага за отстраняването на клетъчните отпадъци, които могат да доведат до токсичност.

Как да увеличите количеството мастни киселини в диетата си

Мастните киселини се намират в рибата и някои растения.Омега-3 и омега-6 мастни киселини не се синтезират в тялото ни, така че те трябва да се набавят от храната или да се приемат под формата на хранителни добавки. Източници на мастни киселини включват масла от сьомга, риба тон, скумрия, ленено семе, соево и шафраново масло. Капсулите с рибено масло обикновено се приемат като хранителни добавки.

статия подготвени: Олга Позиховская

Хидролиза триглицериди извършва се от панкреатична липаза. Оптималното му pH = 8, той хидролизира TG предимно в позиции 1 и 3, с образуването на 2 свободни мастни киселини и 2-моноацилглицерол (2-MG). 2-MG е добър емулгатор. 28% от 2-MG се превръща в 1-MG чрез изомераза. Повечето от 1-MG се хидролизира от панкреатична липаза до глицерол и мастна киселина. В панкреаса панкреатичната липаза се синтезира заедно с протеиновата колипаза. Колипазата се образува в неактивна форма и се активира в червата от трипсин чрез частична протеолиза. Колипазата, със своя хидрофобен домен, се свързва с повърхността на липидната капка, а хидрофилният му домен помага да се доближи активният център на панкреатичната липаза възможно най-близо до TG, което ускорява тяхната хидролиза.

Кафява мастна тъкан
Количество	Малък при възрастен, висок при новородено
Локализация	В чист вид: близо до бъбреците и щитовидната жлеза. Смесена мастна тъкан: между лопатките, на гърдите и раменете.
Кръвоснабдяване	Много добре
Структурата на адипоцитите	В цитоплазмата има много малки капчици мазнини, ядрото и органелите са разположени в центъра на клетката, има много митохондрии и цитохроми.
	термогенеза

Окисляването настъпва в митохондриалната матрица. Първо се активира мастната киселина: 1 .В цитоплазмата на всяка киселина се активира с помощта на CoA-8H и ATP енергия. 2. Активната мастна киселина, ацил-КоА, се транспортира от цитозола в митохондриалната матрица (МС). CoA-8H остава в цитозола, а остатъкът от мастна киселина - ацил - се свързва с карнитин (от латински - карнитин - месо - карнитинът се изолира от мускулната тъкан) и образува ацил-карнитин, който навлиза в междумембранното пространство на митохондриите. От междумембранното пространство на митохондриите комплексът ацил-карнитин се прехвърля в митохондриалната матрица. В този случай карнитинът остава в междумембранното пространство. В матрицата ацилът се комбинира с CoA-8H. 3. Окисляване. В MC матрицата се образува активна мастна киселина, която впоследствие претърпява окислителни реакции до крайни продукти. При бета окисление СН2- групата в бета позицията на мастната киселина се окислява до С- групата. В този случай дехидрогенирането протича на два етапа: с участието на ацил дехидрогеназа (флавинов ензим, водородът се прехвърля към убихинон) и бета-хидроксиацил дехидрогеназа (водороден акцептор NAD+). Тогава бета-кетоацил-КоА, под действието на ензима тиолаза, се разпада на ацетил-КоА и ацил-КоА, съкратени с 2 въглеродни атома в сравнение с оригинала. Този ацил-КоА отново претърпява бета-окисление. Многократното повторение на този процес води до пълно разграждане на мастната киселина до ацил-КоА. Окисляване на мастни киселини. Включва 2 етапа: 1. последователно разцепване на двувъглероден фрагмент под формата на ацетил-КоА от С-края на киселината; 2. окисление на ацетил-КоА в цикъла на Кребс до CO2 и H2O. Енергийна стойност на окисление на мастни киселини. Стеаринова киселина (C 18) претърпява 8 цикъла на окисление с образуването на 9 ацетил-CoA. Във всеки цикъл на окисление се образуват 8 * 5 ATP = 40 ATP, ацетил-CoA произвежда 9 * 12 ATP = 108 ATP. Общо: 148 ATP, но 1 ATP се изразходва за активиране на мастни киселини в цитозола, така че общата сума е 147 ATP

β - окисление на висши мастни киселини (HFA). Енергийна ефективност на процеса (за наситени и ненаситени мастни киселини). Влиянието на тъканното окисление на IVFA върху използването на глюкоза от тъканите.

β-окисление - специфичен път на катаболизъм на мастни киселини с неразклонени средни и къси въглеводородни вериги. β-окислението възниква в митохондриалната матрица, по време на което 2 С атома се отделят последователно от С края на FA под формата на ацетил-КоА. β-окислението на FA се извършва само при аеробни условия и е източник на големи количества енергия. β-окислението на FA се извършва активно в червените скелетни мускули, сърдечния мускул, бъбреците и черния дроб. FA не служат като източник на енергия за нервните тъкани, тъй като FA не преминават през кръвно-мозъчната бариера, подобно на други хидрофобни вещества, β-окислението на FA се увеличава в постабсорбционния период, по време на гладуване и физическа работа. В същото време концентрацията на ФК в кръвта се повишава в резултат на мобилизирането на ФК от мастната тъкан.

LCD активиране

Активирането на FA възниква в резултат на образуването на високоенергийна връзка между FA и HSCoA с образуването на Acyl-CoA. Реакцията се катализира от ензима Acyl-CoA синтетаза:

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

Пирофосфатът се хидролизира от ензима пирофосфатаза: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2H 3 PO 4

Ацил-КоА синтетазите се намират както в цитозола (на външната мембрана на митохондриите), така и в митохондриалния матрикс. Тези ензими се различават по своята специфичност за ФК с различна дължина на въглеводородна верига.

Транспорт LCD. Транспортирането на ФК в митохондриалната матрица зависи от дължината на въглеродната верига.

ФК с къса и средна дължина на веригата (от 4 до 12 С атома) могат да проникнат в митохондриалната матрица чрез дифузия. Активирането на тези FA се осъществява от ацил-CoA синтетази в митохондриалната матрица. Дълговерижните FA се активират първо в цитозола (от ацил-CoA синтетази върху външната митохондриална мембрана) и след това се прехвърлят в митохондриалната матрица чрез специална транспортна система. използване на карнитин. карнитин идва от храната или се синтезира от лизин и метионин с участието на витамин С.

 Във външната мембрана на митохондриите ензимът карнитин ацилтрансфераза I (карнитин палмитоилтрансфераза I) катализира прехвърлянето на ацил от CoA към карнитин, за да се образува ацилкарнитин;

 Ацилкарнитинът преминава през междумембранното пространство до външната страна на вътрешната мембрана и се транспортира от карнитин ацилкарнитин транслоказа до вътрешната повърхност на вътрешната митохондриална мембрана;

 Ензимът карнитин ацилтрансфераза II катализира трансфера на ацил от карнитин към интрамитохондриален HSCoA, за да се образува Acyl-CoA;

 Свободният карнитин се връща в цитозолната страна на вътрешната митохондриална мембрана от същата транслоказа.

Реакции β-окисление на FA

1.​ β-окислението започва с дехидрогениране на ацил-CoA от FAD-зависима ацил-CoA дехидрогеназа, образувайки двойна връзка (транс) между α- и β-C атомите на Enoyl-CoA. Редуцираният FADN 2, окисляващ се в CPE, осигурява синтеза на 2 ATP молекули;

2. Enoyl-CoA хидратазата добавя вода към двойната връзка на Enoyl-CoA, за да образува β-хидроксиацил-CoA;

3.​ β-хидроксиацил-CoA се окислява от NAD-зависима дехидрогеназа до β-кетоацил-CoA. Редуцираният NADH 2, окислявайки се в CPE, осигурява синтеза на 3 ATP молекули;

4. Тиолаза с участието на НСоА разцепва ацетил-КоА от β-кетоацил-КоА. В резултат на 4 реакции се образува Acyl-CoA, който е по-къс от предишния Acyl-CoA с 2 въглерода. Образуваният ацетил-КоА, окислен в TCA цикъла, осигурява синтеза на 12 ATP молекули в CPE.

След това Acyl-CoA отново влиза в реакции на β-окисление. Циклите продължават, докато Acyl-CoA се превърне в ацетил-CoA с 2 C атома (ако FA има четен брой C атоми) или Butyryl-CoA с 3 C атома (ако FA има нечетен брой C атоми).

Енергиен баланс на окисление на наситени мастни киселини с четен брой въглеродни атоми

Когато FA се активира, се изразходват 2 макроергични връзки на АТФ.

По време на окислението на наситена FA с четен брой С атоми се образуват само FADH 2, NADH 2 и ацетил-КоА.

По време на 1 цикъл на β-окисление се образуват 1 FADH 2 , 1 NADH 2 и 1 Acetyl-CoA, които при окисление произвеждат 2 + 3 + 12 = 17 ATP.

Брой цикли по време на β-окисление на FA = брой С атоми в (FA/2)-1. По време на β-окисление палмитиновата киселина претърпява (16/2)-1 = 7 цикъла. За 7 цикъла се образува 17*7=119 АТФ.

Последният цикъл на β-окисление е придружен от образуването на допълнителен ацетил-КоА, който при окисление произвежда 12 ATP.

Така при окисляването на палмитинова киселина се получава: -2+119+12=129 ATP.

Обобщено уравнение за β-окисление, палмитоил-CoA:

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

Енергиен баланс на окисление на наситени мастни киселини с нечетен брой въглеродни атоми

β-окислението на наситена FA с нечетен брой С атоми в началото протича по същия начин, както при четен брой. 2 макроергични връзки на АТФ се изразходват за активиране.

FA със 17 C атоми претърпява β-окисление 17/2-1 = 7 цикъла. В 1 цикъл се образуват 2 + 3 + 12 = 17 ATP от 1 FADN 2, 1 NADH 2 и 1 Acetyl-CoA. За 7 цикъла се образува 17*7=119 АТФ.

Последният цикъл на β-окисление е придружен от образуването не на ацетил-КоА, а на пропионил-КоА с 3 С атома.

Пропионил-CoA се карбоксилира на цената на 1 ATP от пропионил-CoA карбоксилаза, за да образува D-метилмалонил-CoA, който след изомеризация се превръща първо в L-метилмалонил-CoA и след това в сукцинил-CoA. Сукцинил-КоА е включен в цикъла на ТСА и при окисляване произвежда PCA и 6 ATP. PIKE може да влезе в глюконеогенезата за синтез на глюкоза. Дефицитът на витамин В12 води до натрупване на метилмалонил в кръвта и екскреция в урината. При окислението на ФК се образува: -2+119-1+6=122 АТФ.

Общото уравнение за β-окисление на ФК със 17 С атоми:

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

Енергиен баланс на окисление на ненаситени мастни киселини с четен брой въглеродни атоми

Около половината от мастните киселини в човешкото тяло са ненаситени. β-окислението на тези киселини протича по обичайния начин, докато двойната връзка е между С атоми 3 и 4. След това ензимът еноил-КоА изомераза премества двойната връзка от позиция 3-4 в позиция 2-3 и променя цис конформацията на двойната връзка към транс, която е необходима за β-окисление. В този цикъл на β-окисление, тъй като двойната връзка вече присъства в FA, първата реакция на дехидрогениране не настъпва и FADH 2 не се образува. Освен това циклите на β-окисление продължават, не се различават от обичайния път.

Енергийният баланс се изчислява по същия начин, както при наситени FA с четен брой С атоми, само за всяка двойна връзка липсват 1 FADN 2 и съответно 2 ATP.

Общото уравнение за β-окисление на палмитолейл-CoA е:

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

Енергиен баланс на β-окисление на палмитолеиновата киселина: -2+8*12+6*2+7*3=127 ATP.

Глад, физическа активност → глюкагон, адреналин → TG липолиза в адипоцитите → FA в кръвта → β-оксидация при аеробни условия в мускулите, черния дроб → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, Acetyl-CoA, (FA) → ↓ гликолиза → спестявания на глюкоза, необходими за нервната тъкан, червените кръвни клетки и др.

Храна → инсулин → гликолиза → Ацетил-CoA → синтез на малонил-CoA и FA

Синтез на malonyl-CoA → malonyl-CoA → ↓ карнитин ацилтрансфераза I в черния дроб → ↓ транспорт на FAs в митохондриалната матрица → ↓ FAs в матрицата → ↓ β-окисление на FAs

Биосинтез на IVFA. Структура на палмитат синтазния комплекс. Химия и регулиране на процеса.

Синтез на палмитинова киселина

Образуване на малонил-КоА

Първата реакция в синтеза на ФК е превръщането на ацетил-КоА в малонил-КоА. Тази регулаторна реакция в синтеза на FA се катализира от ацетил-СоА карбоксилаза.

Ацетил-КоА карбоксилазата се състои от няколко субединици, съдържащи биотин.

Реакцията протича на 2 етапа:

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

2) ацетил-КоА + биотин-СООН → малонил-КоА + биотин

Ацетил-КоА карбоксилазата се регулира по няколко начина:

3) Асоцииране/дисоциация на комплекси от ензимни субединици. В своята неактивна форма ацетил-КоА карбоксилазата е комплекс, състоящ се от 4 субединици. Цитратът стимулира обединяването на комплексите, в резултат на което се повишава ензимната активност. Palmitoyl-CoA причинява дисоциация на комплексите и намаляване на ензимната активност;

2) Фосфорилиране/дефосфорилиране на ацетил-КоА карбоксилаза. Глюкагонът или адреналинът чрез аденилатциклазната система стимулира фосфорилирането на субединиците на ацетил-КоА карбоксилазата, което води до нейното инактивиране. Инсулинът активира фосфопротеин фосфатазата, ацетил-КоА карбоксилазата се дефосфорилира. След това под въздействието на цитрата настъпва полимеризация на протомерите на ензима и той става активен;

3) Продължителната консумация на храни, богати на въглехидрати и бедни на липиди, води до повишаване на секрецията на инсулин, който индуцира синтеза на ацетил-КоА карбоксилаза, палмитат синтаза, цитрат лиаза, изоцитрат дехидрогеназа и ускорява синтеза на FA и TG. Гладуването или диетата, богата на мазнини, води до намаляване на синтеза на ензими и съответно на FA и TG.

Образуване на палмитинова киселина

След образуването на малонил-КоА, синтезът на палмитинова киселина продължава в мултиензимния комплекс - синтаза на мастни киселини (палмитоил синтетаза) .

Палмитоил синтазата е димер, състоящ се от две идентични полипептидни вериги. Всяка верига има 7 активни места и ацил трансферен протеин (ACP). Всяка верига има 2 SH групи: едната SH група принадлежи на цистеина, другата принадлежи на остатъка на фосфопантеиновата киселина. Цистеиновата SH група на един мономер е разположена до 4-фосфопантетеинатната SH група на другия протомер. Така протомерите на ензима са подредени „глава до опашка“. Въпреки че всеки мономер съдържа всички каталитични места, комплекс от 2 протомера е функционално активен. Следователно, 2 LC всъщност се синтезират едновременно.

Този комплекс последователно разширява FA радикала с 2 С атома, чийто донор е малонил-КоА.

Реакции на синтез на палмитинова киселина

1) Прехвърляне на ацетил от CoA към SH групата на цистеин от ацетилтрансацилазния център;

2) Прехвърляне на малонил от CoA към SH групата на ACP от малонил трансацилазния център;

3) В центъра на кетоацил синтазата ацетиловата група кондензира с малонилната група, за да образува кетоацил и да освободи CO 2 .

4) Кетоацилът се редуцира от кетоацил редуктазата до хидроксиацил;

5) Оксиацилът се дехидратира от хидратаза в еноил;

6) Еноил се редуцира от еноил редуктаза до ацил.

В резултат на първия цикъл от реакции се образува ацил с 4 С атома (бутирил). След това бутирилът се прехвърля от позиция 2 в позиция 1 (където ацетилът се намира в началото на първия цикъл от реакции). След това бутирилът претърпява същите трансформации и се удължава с 2 С атома (от малонил-КоА).

Подобни цикли на реакции се повтарят, докато се образува радикал на палмитинова киселина, който под действието на тиоестеразния център се отделя хидролитично от ензимния комплекс, превръщайки се в свободна палмитинова киселина.

Общото уравнение за синтеза на палмитинова киселина от ацетил-CoA и малонил-CoA е както следва:

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 +

Синтез на ФК от палмитинова и други ФК

Разширяване на FAs в елонгазни реакции

Удължаването на мастната киселина се нарича удължаване. FA могат да бъдат синтезирани в резултат на удължаване на палмитинова киселина и други по-дълги FA в ER. Има елонгази за всяка дължина на LC. Последователността на реакциите е подобна на синтеза на палмитинова киселина, но в този случай синтезът се извършва не с ACP, а с CoA. Основният продукт на удължаване в черния дроб е стеаринова киселина. В нервните тъкани се образуват дълговерижни FA (C = 20-24), които са необходими за синтеза на сфинголипиди.

Синтез на ненаситени мастни киселини в десатуразни реакции

Включването на двойни връзки в FA радикалите се нарича десатурация. Десатурацията на FA се случва в ER при монооксигеназни реакции, катализирани от десатурази.

Стеароил-КоА десатураза– интегрален ензим, съдържа нехемово желязо. Катализира образуването на 1 двойна връзка между 9 и 10 въглеродни атома в FA. Стеароил-КоА десатуразата пренася електрони от цитохром b 5 към 1 кислороден атом, с участието на протони този кислород образува вода. Вторият кислороден атом е включен в стеариновата киселина, за да образува нейния хидроксиацил, който се дехидрогенира до олеинова киселина.

FA десатуразите, присъстващи в човешкото тяло, не могат да образуват двойни връзки в FA дистално от деветия въглероден атом, следователно FA от семействата ω-3 и ω-6 не се синтезират в тялото, те са от съществено значение и трябва да се доставят с храната, тъй като те изпълнява важни регулаторни функции. Основните ФК, образувани в човешкия организъм в резултат на десатурация, са палмитолеинова и олеинова.

Синтез на α-хидрокси ФК

Синтезът на други мастни киселини, α-хидрокси киселини, също се случва в нервната тъкан. Оксидазите със смесена функция хидроксилират C22 и C24 киселини, за да образуват церебронова киселина, открита само в мозъчните липиди.