지방산의 생물학적 산화는 탄화수소의 연소와 비교할 수 있습니다. 두 경우 모두 가장 높은 자유 에너지 수율이 관찰됩니다. 지방산의 탄화수소 부분이 생물학적으로 산화되는 동안 2개의 탄소로 활성화된 성분이 형성되며 이는 TCA 회로에서 추가로 산화되고 많은 환원 등가물이 생성되어 호흡 사슬에서 ATP가 합성됩니다. . 대부분의 호기성 세포는 지방산을 이산화탄소와 물로 완전히 산화시킬 수 있습니다.

지방산의 공급원은 외인성 또는 내인성 지질입니다. 후자는 에너지와 탄소의 예비 공급원으로 세포에 축적되는 트리아실글리세리드로 가장 흔히 나타납니다. 또한 세포는 극성 막 지질을 사용하며 대사 재생이 지속적으로 발생합니다. 지질은 특정 효소(리파제)에 의해 글리세롤과 유리지방산으로 분해됩니다.

지방산의 b-산화. 지방산 산화의 이러한 기본 과정은 미토콘드리아의 진핵생물에서 발생합니다. 미토콘드리아 막을 통과하는 지방산의 수송은 다음에 의해 촉진됩니다. 카르니틴(g-트리메틸아미노-b-하이드록시부티레이트), 특별한 방식으로 지방산 분자를 결합하여 그 결과 양전하(질소 원자에서)와 음전하(카르복실기의 산소 원자에서)가 더 가까워집니다. 함께 서로를 중화시킵니다.

미토콘드리아 기질로 이동한 후 지방산은 아세테이트 티오키나제에 의해 촉매되는 ATP 의존 반응에서 CoA에 의해 활성화됩니다(그림 9.1). 그런 다음 아실-CoA 유도체는 아실 탈수소효소의 참여로 산화됩니다. 세포에는 탄화수소 사슬 길이가 다른 지방산의 CoA 유도체에 특이적인 여러 가지 아실 탈수소효소가 있습니다. 이들 효소는 모두 FAD를 보결분자단으로 사용합니다. 아실 탈수소효소의 일부로 반응에서 형성된 FADH 2는 또 다른 플라보단백질에 의해 산화되며, 이는 전자를 미토콘드리아 막의 일부인 호흡 사슬로 전달합니다.

산화 생성물인 에노일-CoA는 에노일 수화효소에 의해 수화되어 b-히드록시아실-CoA를 형성합니다(그림 9.1). 지방산의 에노일-CoA 유도체의 시스 형태와 트랜스 형태에 특이적인 에노일-CoA 수화효소가 있습니다. 이 경우, 트랜스-에노일-CoA는 입체특이적으로 L-b-히드록시아실-CoA로 수화되고, 시스-이성질체는 -b-히드록시아실-CoA 에스테르의 D-입체이성질체로 수화됩니다.

지방산의 β-산화 반응의 마지막 단계는 L-b-hydroxyacyl-CoA의 탈수소화입니다(그림 9.1). 분자의 b-탄소 원자는 산화되기 때문에 전체 과정을 b-산화라고 합니다. 이 반응은 b-히드록시아실-CoA 탈수소효소에 의해 촉매되며, 이는 b-히드록시아실-CoA의 L-형태에만 특이적입니다. 이 효소는 NAD를 보조효소로 사용합니다. b-히드록시아실CoA의 D-이성질체의 탈수소화는 L-b-히드록시아실-CoA(효소 b-히드록시아실-CoA 에피머라제)로의 이성질체화의 추가 단계 후에 수행됩니다. 이 반응 단계의 생성물은 티올라제에 의해 쉽게 2개의 유도체로 분해되는 b-케토아실-CoA입니다. 아실-CoA는 원래 활성화된 기질보다 탄소 원자 2개가 더 짧고 아세틸-CoA는 2개의 탄소 성분으로 구성됩니다. , 지방산 사슬에서 절단됨(그림 9.1) . 아실-CoA 유도체는 b-산화 반응의 추가 주기를 거치고, 아세틸-CoA는 추가 산화를 위해 트리카르복실산 회로에 들어갈 수 있습니다.

따라서 지방산의 b-산화의 각 주기에는 2개의 탄소 단편(아세틸-CoA)과 두 쌍의 수소 원자가 기질로부터 분리되어 NAD+ 1분자와 FAD 1분자가 감소됩니다. 이 과정은 지방산 사슬이 완전히 분해될 때까지 계속됩니다. 지방산이 홀수의 탄소 원자로 구성된 경우, b-산화는 프로피오닐-CoA의 형성으로 끝나고, 이는 여러 반응 과정에서 석시닐-CoA로 전환되어 이 형태로 TCA 회로에 들어갈 수 있습니다.

동물, 식물 및 미생물의 세포를 구성하는 대부분의 지방산은 분지되지 않은 탄화수소 사슬을 포함합니다. 동시에 일부 미생물과 식물 왁스의 지질에는 탄화수소 라디칼에 분기점(보통 메틸기 형태)이 있는 지방산이 포함되어 있습니다. 가지가 거의 없고 모두 짝수 위치(탄소 원자 2, 4 등)에서 발생하는 경우 b-산화 과정은 아세틸- 및 프로피오닐-CoA가 형성되는 일반적인 방식에 따라 발생합니다. 메틸기가 홀수 탄소 원자에 위치하면 수화 단계에서 b-산화 과정이 차단됩니다. 합성 세제를 생산할 때 이 점을 고려해야 합니다. 환경에서 신속하고 완전한 생분해를 보장하려면 직선 탄화수소 사슬이 있는 버전만 대량 소비가 허용되어야 합니다.

불포화지방산의 산화. 이 과정은 b-산화의 모든 법칙을 준수하여 수행됩니다. 그러나 대부분의 자연 발생 불포화 지방산은 탄화수소 사슬의 위치에 이중 결합을 가지고 있어 카르복실 말단에서 두 개의 탄소 부분을 연속적으로 제거하면 이중 결합이 위치 3-4에 있는 아실-CoA 유도체가 생성됩니다. 또한, 천연지방산의 이중결합은 시스 구조를 가지고 있습니다. b-히드록시아실-CoA의 L-형태에 특이적인 b-히드록시아실-CoA 탈수소효소가 참여하는 탈수소화 단계가 수행되기 위해서는 추가적인 효소 이성질체화 단계가 필요하며, 그 동안 이중 결합이 CoA 유래 지방산 분자는 3-4 위치에서 2-3 위치로 이동하고 이중 결합의 구성은 cis-에서 trans-로 변경됩니다. 이 대사산물은 트랜스-에노일-CoA를 L-b-히드록시아실-CoA로 전환시키는 에노일 수화효소의 기질 역할을 합니다.

이중결합의 이동 및 이성질화가 불가능한 경우 NADPH의 참여로 이러한 결합이 복원됩니다. 지방산의 후속 분해는 일반적인 b-산화 메커니즘을 통해 발생합니다.

지방산 산화의 사소한 경로. b-산화는 지방산 이화작용의 주요 경로이지만 유일한 경로는 아닙니다. 따라서 식물세포에서는 탄소수 15~18개의 지방산이 산화되는 과정이 밝혀졌다. 이 경로는 과산화수소 존재 하에서 퍼옥시다제에 의한 지방산의 초기 공격을 포함하며, 그 결과 카르복실 탄소가 CO2로 제거되고 a 위치 탄소가 알데히드 그룹으로 산화됩니다. 그런 다음 알데히드는 탈수소효소의 참여로 고급 지방산으로 산화되고 이 과정이 다시 반복됩니다(그림 9.2). 그러나 이 경로는 완전한 산화를 보장할 수 없습니다. 이는 지방산 사슬을 단축시키는 데에만 사용되며 메틸 측기의 존재로 인해 β-산화가 차단될 때 우회 수단으로도 사용됩니다. 이 과정에는 CoA의 참여가 필요하지 않으며 ATP 형성도 수반되지 않습니다.

일부 지방산은 w-탄소 원자에서 산화(w-산화)를 겪을 수도 있습니다. 이 경우, CH 3 기는 모노옥시게나제의 작용으로 수산화 과정을 거치며, 그 동안 w-히드록시산이 형성되고, 이후 산화되어 디카르복실산이 됩니다. 디카르복실산은 b-산화 반응을 통해 양쪽 끝이 짧아질 수 있습니다.

마찬가지로 미생물 세포와 일부 동물 조직에서는 포화 탄화수소가 분해됩니다. 첫 번째 단계에서 분자 산소의 참여로 분자는 수산화되어 알코올을 형성하고, 이는 순차적으로 알데히드와 카르복실산으로 산화되고 CoA의 첨가에 의해 활성화되어 β-산화 경로로 들어갑니다.

모든 유기체의 삶의 주요 조건은 다양한 세포 과정에 소비되는 지속적인 에너지 공급입니다. 이 경우 영양성분의 특정 부분은 즉시 사용되지 않고 비축량으로 전환될 수 있습니다. 이러한 저장소의 역할은 글리세롤과 지방산으로 구성된 지방(지질)에 의해 수행됩니다. 후자는 전지에서 연료로 사용됩니다. 이 경우 지방산은 CO 2 및 H 2 O로 산화됩니다.

지방산에 대한 기본 정보

지방산은 다양한 길이(원자 4~36개)의 탄소 사슬로 화학적 성질에 따라 카르복실산으로 분류됩니다. 이 사슬은 가지가 있거나 가지가 없을 수 있으며 다양한 수의 이중 결합을 포함합니다. 후자가 완전히 없으면 지방산을 포화 (많은 동물성 지질의 전형)라고 부르고 그렇지 않으면 불포화라고합니다. 지방산은 이중결합의 배열에 따라 단일불포화지방산과 다중불포화지방산으로 나뉜다.

대부분의 사슬은 합성의 특성으로 인해 짝수의 탄소 원자를 포함합니다. 그러나 홀수 개의 링크로 구성된 연결이 있습니다. 이 두 가지 유형의 화합물의 산화는 다소 다릅니다.

일반적 특성

지방산 산화 과정은 복잡하고 다단계입니다. 이는 세포 내로의 침투로 시작하여 마지막 단계에서 끝납니다. 실제로 탄수화물의 이화작용을 반복합니다(크렙스 주기, 막횡단 경사 에너지를 ATP, CO 2 및 물로 전환하는 과정은 이 과정의 최종 산물입니다.

진핵 세포의 지방산 산화는 미토콘드리아(가장 일반적인 위치), 퍼옥시솜 또는 소포체에서 발생합니다.

산화의 종류(유형)

지방산 산화에는 α, β, Ω의 세 가지 유형이 있습니다. 대부분의 경우 이 과정은 β 메커니즘을 통해 발생하며 미토콘드리아에 국한됩니다. 오메가 경로는 β 메커니즘에 대한 사소한 대안이며 소포체에서 발생하는 반면, 알파 메커니즘은 한 가지 유형의 지방산(피탄산)에만 특징이 있습니다.

미토콘드리아의 지방산 산화 생화학

편의상 미토콘드리아 이화작용 과정은 일반적으로 3단계로 나누어집니다.

• 활성화 및 미토콘드리아로의 수송;
• 산화;
• 크렙스 회로와 전기 수송 사슬을 통해 생성된 아세틸-조효소 A가 산화됩니다.

활성화는 지방산을 생화학적 변형에 사용할 수 있는 형태로 변환하는 준비 과정입니다. 왜냐하면 이러한 분자 자체는 불활성이기 때문입니다. 또한, 활성화되지 않으면 미토콘드리아 막을 통과할 수 없습니다. 이 단계는 미토콘드리아의 외막에서 발생합니다.

실제로 산화는 공정의 핵심 단계입니다. 여기에는 4단계가 포함되며, 마지막 단계에서 지방산이 아세틸-CoA 분자로 전환됩니다. 탄수화물을 활용하는 동안에도 동일한 생성물이 형성되므로 이후 단계는 호기성 해당작용의 마지막 단계와 유사합니다. ATP의 형성은 전기화학적 전위의 에너지가 고에너지 결합을 형성하는 데 사용되는 전자 전달 사슬에서 발생합니다.

지방산 산화 과정에서 Acetyl-CoA 외에도 NADH 및 FADH 2 분자도 형성되며, 이는 또한 전자 공여체로 호흡 사슬에 들어갑니다. 결과적으로 지질 이화작용의 총 에너지 생산량은 상당히 높습니다. 예를 들어, β 메커니즘에 의한 팔미트산의 산화는 106개의 ATP 분자를 생성합니다.

활성화 및 미토콘드리아 매트릭스로의 전달

지방산 자체는 불활성이며 산화를 겪을 수 없습니다. 활성화는 이들을 생화학적 변형에 사용할 수 있는 형태로 만듭니다. 게다가, 이들 분자는 변화 없이 미토콘드리아에 침투할 수 없습니다.

활성화의 본질은 지방산을 아실-CoA 티오에스테르로 전환시킨 후 산화되는 것입니다. 이 과정은 미토콘드리아 외막에 부착된 특수 효소인 티오키나제(아실-CoA 합성효소)에 의해 수행됩니다. 반응은 2개의 ATP에서 에너지를 소비하는 2단계로 발생합니다.

활성화에는 세 가지 구성 요소가 필요합니다.

• HS-CoA;
• Mg2+.

먼저, 지방산은 ATP와 반응하여 아실아데닐레이트(중간체)를 형성합니다. 이는 차례로 AMP를 대체하는 티올 그룹인 HS-CoA와 반응하여 카르복실 그룹과 티오에테르 결합을 형성합니다. 그 결과, 지방산 유도체인 아실-CoA라는 물질이 형성되어 미토콘드리아로 운반됩니다.

미토콘드리아로의 수송

이 단계를 카르니틴과의 에스테르 교환반응이라고 합니다. 아실-CoA가 미토콘드리아 기질로 전달되는 것은 카르니틴과 특수 효소인 카르니틴 아실트랜스퍼라제의 참여로 모공을 통해 발생합니다.

막을 통과하는 수송을 위해 CoA는 카르니틴으로 대체되어 아실-카르니틴을 형성합니다. 이 물질은 아실-카르니틴/카르니틴 수송체의 참여로 촉진 확산을 통해 매트릭스로 전달됩니다.

미토콘드리아 내부에서는 다시 막에 들어가는 레티날의 분리와 아실-CoA의 복원으로 구성된 역반응이 발생합니다(이 경우 결합이 사용되는 보조효소 A가 아닌 "국소" 조효소 A가 사용됨) 활성화 단계에서 형성됨).

β-메커니즘에 의한 지방산 산화의 기본 반응

지방산의 에너지 활용의 가장 간단한 유형에는 탄소 단위 수가 균일한 이중 결합이 없는 사슬의 β 산화가 포함됩니다. 위에서 언급한 바와 같이 이 과정의 기질은 조효소 A의 아실입니다.

지방산의 β-산화 과정은 4가지 반응으로 구성됩니다.

1. 탈수소화는 α 및 β 위치(첫 번째 및 두 번째 원자)에 위치한 사슬 단위 사이에 이중 결합을 형성하여 β-탄소 원자에서 수소를 추출하는 것입니다. 그 결과 에노일-CoA가 생성된다. 반응 효소는 아실-CoA 탈수소효소로, 조효소 FAD(후자는 FADH2로 환원됨)와 함께 작용합니다.
2. 수화는 에노일-CoA에 물 분자를 첨가하여 L-β-하이드록시아실-CoA를 형성하는 것입니다. 에노일-CoA 수화효소에 의해 수행됩니다.
3. 탈수소화는 β-케토아실 조효소 A의 형성과 함께 NAD 의존성 탈수소효소에 의한 이전 반응의 생성물이 산화되는 것입니다. 이 경우, NAD는 NADH로 환원됩니다.
4. β-케토아실-CoA가 아세틸-CoA와 아실-CoA로 절단되어 탄소 원자 2개가 단축됩니다. 반응은 티올라제의 작용으로 수행됩니다. 전제 조건은 유리 HS-CoA가 존재한다는 것입니다.

그런 다음 첫 번째 반응부터 모든 것이 다시 시작됩니다.

모든 단계는 지방산의 전체 탄소 사슬이 아세틸 조효소 A 분자로 전환될 때까지 주기적으로 반복됩니다.

팔미토일-CoA 산화의 예를 이용한 아세틸-CoA와 ATP의 형성

각 주기가 끝나면 아실-CoA, NADH 및 FADH2 분자가 단일 양으로 형성되고 아실-CoA 티오에스테르 사슬은 원자 2개만큼 짧아집니다. FADH2는 전자를 전기 수송 사슬로 전달함으로써 ATP 1.5분자와 NADH 2분자를 생성합니다. 결과적으로, 아세틸-CoA의 에너지 출력을 계산하지 않고 한 사이클에서 4개의 ATP 분자가 얻어집니다.

팔미트산 사슬은 16개의 탄소 원자를 포함합니다. 이는 산화 단계에서 8개의 아세틸-CoA가 형성되면서 7개의 사이클이 발생해야 하며 이 경우 NADH와 FADH2의 에너지 출력은 28ATP 분자(4 × 7)가 된다는 것을 의미합니다. 아세틸-CoA의 산화는 또한 에너지를 생성하며, 이는 크렙스 사이클 생성물이 전기 수송 사슬에 유입된 결과로 저장됩니다.

산화 단계 및 크렙스 사이클의 총 수율

아세틸CoA가 ​​산화되면 10분자의 ATP가 생성된다. 팔미토일-CoA의 이화작용으로 8개의 아세틸-CoA가 생성되므로 에너지 생산량은 80ATP(10×8)가 됩니다. 이것을 NADH와 FADH2의 산화 결과에 더하면 108개의 분자(80+28)를 얻게 됩니다. 이 양에서 지방산을 활성화하는 데 사용된 2ATP를 빼야 합니다.

팔미트산 산화의 최종 방정식은 다음과 같습니다: 팔미토일-CoA + 16 O 2 + 108 Pi + 80 ADP = CoA + 108 ATP + 16 CO 2 + 16 H 2 O.

에너지 방출 계산

특정 지방산의 이화작용으로 인한 에너지 생산량은 사슬의 탄소 단위 수에 따라 달라집니다. ATP 분자의 수는 다음 공식으로 계산됩니다.

여기서 4는 NADH와 FADH2로 인해 각 주기 동안 형성된 ATP의 양이고, (n/2 - 1)은 주기 수, n/2×10은 아세틸-CoA의 산화로 인한 에너지 수율, 2는 활성화 비용.

반응의 특징

산화에는 몇 가지 특징이 있습니다. 따라서 이중 결합이 있는 사슬을 산화시키는 어려움은 사슬이 시스 위치에 있기 때문에 에노일-CoA 수화효소의 영향을 받을 수 없다는 사실에 있습니다. 이 문제는 enoyl-CoA 이성질화효소에 의해 제거되며, 이는 결합이 트랜스 구성을 획득하게 합니다. 결과적으로, 분자는 베타 산화의 첫 번째 단계 생성물과 완전히 동일해지며 수화를 겪을 수 있습니다. 단일 결합만 포함하는 부위는 포화산과 같은 방식으로 산화됩니다.

때로는 과정을 계속하기에는 에노일-CoA 이성화효소가 충분하지 않습니다. 이는 cis9-cis12 구성(9번째 및 12번째 탄소 원자의 이중 결합)이 존재하는 사슬에 적용됩니다. 여기서 간섭은 구성뿐만 아니라 사슬의 이중 결합 위치에도 영향을 미칩니다. 후자는 2,4-디에노일-CoA 환원효소에 의해 교정됩니다.

홀수의 원자를 갖는 지방산의 이화작용

이러한 유형의 산은 대부분의 천연 지질의 특징입니다. 각 주기에는 짝수 개의 링크가 단축되므로 이로 인해 어느 정도 복잡성이 발생합니다. 이러한 이유로 이 그룹의 고급 지방산의 순환 산화는 생성물이 5탄소 화합물로 나타날 때까지 계속되며, 이는 아세틸-CoA와 프로피오닐-조효소 A로 분리됩니다. 두 화합물 모두 세 가지 반응의 또 다른 주기에 들어가게 됩니다. 숙시닐-CoA를 형성합니다. Krebs주기에 들어가는 사람은 바로 그 사람입니다.

퍼옥시좀의 산화 특징

퍼옥시솜에서 지방산 산화는 미토콘드리아 메커니즘과 유사하지만 동일하지는 않은 베타 메커니즘을 통해 발생합니다. 이는 또한 아세틸-CoA 생성물의 형성에 이르는 4단계로 구성되지만 몇 가지 주요 차이점이 있습니다. 따라서 탈수소화 단계에서 분리된 수소는 FAD를 복원하지 않고 과산화수소의 형성과 함께 산소로 전달됩니다. 후자는 카탈라아제에 의해 즉시 절단됩니다. 결과적으로 호흡 사슬에서 ATP를 합성하는 데 사용될 수 있었던 에너지는 열로 소산됩니다.

두 번째로 중요한 차이점은 일부 퍼옥시솜 효소는 덜 풍부한 특정 지방산에 특이적이며 미토콘드리아 기질에는 존재하지 않는다는 것입니다.

간세포 퍼옥시좀의 특징은 크렙스 회로 효소 장치가 부족하다는 것입니다. 따라서 베타 산화의 결과로 단쇄 생성물이 형성되고 산화를 위해 미토콘드리아로 운반됩니다.

지방산 산화는 에너지 방출과 함께 발생하는 지방산의 분해 과정입니다.이 글에서는 이 화학 반응이 우리 몸에 왜 매우 중요한지 배우게 될 것입니다.

지방이 분해되는 동안 지방산이 형성됩니다.이러한 지방은 체내에 축적되어 나중에 에너지로 사용될 수 있습니다. 지방산은 순환계를 통한 산소 운반에 참여하고 세포막을 강화하며 모든 기관과 조직의 조화로운 기능을 보장하기 때문에 인체에 필요합니다. 지방산은 동맥에 플라크가 형성되는 것을 방지하고 중성지방 수치를 낮춤으로써 콜레스테롤을 낮춥니다. 또한 지방산은 주름을 예방해 피부를 건강하고 탄력있게 유지하는데 도움을 줍니다.

지방산에는 오메가-3, 오메가-6, 오메가-9의 세 가지 유형이 있습니다.오메가-3와 오메가-6는 혈중 지질 수치를 조절하는 데 도움이 되기 때문에 필수 영양소라고 합니다. 혈액 응고와 혈압은 이것에 달려 있습니다. 또한 필수지방산은 면역체계를 자극합니다.

지방산 산화 및 에너지 방출

신체의 주요 에너지 원은 포도당입니다. 포도당 공급이 고갈되면 지방산 매장량을 분해하는 과정이 시작됩니다. 에너지 방출이 진행됩니다. 탄수화물이 분해될 때도 똑같은 일이 발생하지만 지방산은 탄소 원자당 더 많은 에너지를 방출합니다.

때로는 신체에 에너지가 필요한 순간이 있기 때문에 신체가 저장된 지방을 분해하는 것이 중요합니다.가공할 적절한 식품 공급원이 없는 경우.

지방산 산화 장애

일부 사람들의 신체는 오작동이나 특정 효소 부족으로 인해 저장된 지방을 분해할 수 없습니다. 이는 유전적 요인에 의한 경우가 많습니다. 이는 에너지가 부족하고 식량 공급원이 부족하여 신체가 지방을 사용할 수 없음을 의미합니다. 그 결과 지방산이 분해되지 않고 혈액 속에 쌓이게 되는데, 이는 지방이 계속해서 쌓이게 된다는 것을 의미한다. 이는 심각한 건강 문제로 이어질 수 있습니다.

지방산 산화 장애의 가장 흔한 원인은 카르니틴 결핍입니다.카르니틴은 지방산을 미토콘드리아로 운반하여 분해되어 에너지를 방출하는 아미노산입니다. 카르니틴은 또한 신진대사를 조절하여 혈당 수치 저하를 예방하고 독성을 유발할 수 있는 세포 폐기물을 제거하는 데 도움을 줍니다.

식단에서 지방산의 양을 늘리는 방법

지방산은 생선과 일부 식물에서 발견됩니다.오메가-3와 오메가-6 지방산은 우리 몸에서 합성되지 않기 때문에 음식을 통해 섭취하거나 건강보조식품 형태로 섭취해야 합니다. 지방산의 공급원에는 연어, 참치, 고등어, 아마씨, 콩 및 홍화유가 포함됩니다. 생선 기름 캡슐은 일반적으로 건강 보조 식품으로 섭취됩니다.

기사 준비된: 올가 포지코프스카야

가수 분해 트리글리세리드 췌장 리파아제에 의해 수행됩니다. 최적 pH = 8이며, 주로 위치 1과 3에서 TG를 가수분해하여 2개의 유리 지방산과 2-모노아실글리세롤(2-MG)을 형성합니다. 2-MG는 좋은 유화제입니다. 2-MG의 28%가 이성화효소에 의해 1-MG로 전환됩니다. 1-MG의 대부분은 췌장 리파제에 의해 가수분해되어 글리세롤과 지방산으로 분해되며, 췌장에서는 단백질 콜리파제와 함께 췌장 리파제가 합성됩니다. 콜리파제는 비활성 형태로 형성되며 부분적인 단백질 분해를 통해 트립신에 의해 장에서 활성화됩니다. 소수성 도메인을 가진 콜리파제는 지질 방울의 표면에 결합하고, 친수성 도메인은 췌장 리파제의 활성 중심을 TG에 최대한 가깝게 하여 가수분해를 가속화하는 데 도움을 줍니다.

갈색 지방 조직
수량	성인은 적고 신생아는 높음
현지화	순수한 형태: 신장과 갑상선 근처. 혼합 지방 조직: 견갑골 사이, 가슴과 어깨.
혈액 공급	매우 좋은
지방세포의 구조	세포질에는 작은 지방 방울이 많이 있고, 핵과 세포 소기관은 세포 중앙에 위치하며, 미토콘드리아와 시토크롬이 많이 있습니다.
	열 발생

산화는 미토콘드리아 기질에서 발생합니다. 먼저 지방산이 활성화됩니다. 1 .세포질 내에서 각 산은 CoA-8H와 ATP 에너지를 사용하여 활성화됩니다. 2. 활성 지방산인 아실-CoA는 세포질에서 미토콘드리아 기질(MC)로 운반됩니다. CoA-8H는 세포질에 남아 있으며 지방산 잔기인 아실은 카르니틴(라틴어 - 카르니틴 - 고기 - 카르니틴은 근육 조직에서 분리됨)과 결합하여 아실-카르니틴을 형성하여 미토콘드리아의 막간 공간으로 들어갑니다. 아실-카르니틴 복합체는 미토콘드리아의 막간 공간에서 미토콘드리아 기질로 전달됩니다. 이 경우 카르니틴은 막간 공간에 남아 있습니다. 매트릭스에서 아실은 CoA-8H와 결합합니다. 3. 산화. MC 매트릭스에는 활성 지방산이 형성되며, 이후 산화 반응을 거쳐 최종 생성물이 생성됩니다. 베타 산화에서는 지방산의 베타 위치에 있는 CH2- 그룹이 C- 그룹으로 산화됩니다. 이 경우 탈수소화는 아실 탈수소효소(플라빈 효소, 수소가 유비퀴논으로 전달됨)와 베타-하이드록시아실 탈수소효소(수소 수용체 NAD+)의 참여로 두 단계로 진행됩니다. 그런 다음 베타-케토아실-CoA는 티올라제 효소의 작용에 따라 아세틸 CoA와 아실-CoA로 분해되어 원래보다 탄소 원자가 2개 단축됩니다. 이 아실-CoA는 다시 베타 산화를 겪습니다. 이 과정을 반복적으로 반복하면 지방산이 아실-CoA로 완전히 분해됩니다. 지방산의 산화. 2단계를 포함합니다: 1. 산의 C-말단에서 아세틸-CoA 형태의 2개 탄소 단편이 순차적으로 절단됩니다. 2. Krebs 회로에서 아세틸-CoA가 CO2와 H2O로 산화됩니다. 지방산 산화의 에너지 값. 스테아르산(C 18)은 8번의 산화 주기를 거쳐 9개의 아세틸-CoA가 생성됩니다. 각 산화 주기에서 8 * 5 ATP = 40 ATP가 형성되고, 아세틸-CoA는 9 * 12 ATP = 108 ATP를 생성합니다. 총계: 148ATP이지만 세포질에서 지방산을 활성화하는 데 1ATP가 소비되므로 총 147ATP가 됩니다.

β - 고급지방산(HFA)의 산화. 공정의 에너지 효율성(포화 및 불포화 지방산의 경우) IVFA의 조직 산화가 조직의 포도당 활용에 미치는 영향.

β-산화 - 분지되지 않은 중간 및 짧은 탄화수소 사슬을 갖는 지방산의 이화작용의 특정 경로. β-산화는 미토콘드리아 기질에서 발생하며, 그 동안 2개의 C 원자가 아세틸-CoA의 형태로 FA의 C 말단에서 순차적으로 분리됩니다. FA의 β-산화는 호기성 조건에서만 발생하며 많은 양의 에너지원이며, FA의 β-산화는 적색골격근, 심장근, 신장 및 간에서 활발하게 일어난다. FA는 다른 소수성 물질처럼 혈액뇌관문을 통과하지 않기 때문에 신경조직의 에너지원 역할을 하지 않으며, FA의 β산화는 흡수 후, 단식 및 육체 노동 중에 증가합니다. 동시에 지방 조직에서 FA가 동원되면 혈액 내 FA 농도가 증가합니다.

LCD 활성화

FA의 활성화는 Acyl-CoA의 형성과 함께 FA와 HSCoA 사이에 고에너지 결합이 형성되어 발생합니다. 이 반응은 Acyl-CoA 합성효소에 의해 촉매됩니다.

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

피로인산염은 피로포스파타제 효소에 의해 가수분해됩니다: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2H 3 PO 4

아실-CoA 합성효소는 세포질(미토콘드리아 외막)과 미토콘드리아 기질 모두에서 발견됩니다. 이들 효소는 탄화수소 사슬 길이가 다른 FA에 대한 특이성이 다릅니다.

운송용 LCD. FA가 미토콘드리아 기질로 이동하는 것은 탄소 사슬의 길이에 따라 달라집니다.

짧은 사슬과 중간 사슬 길이(4~12개의 C 원자)를 가진 FA는 확산을 통해 미토콘드리아 기질에 침투할 수 있습니다. 이러한 FA의 활성화는 미토콘드리아 기질의 아실-CoA 합성효소에 의해 발생합니다. 장쇄 FA는 먼저 세포질에서(외부 미토콘드리아 막의 아실-CoA 합성효소에 의해) 활성화된 다음 특수 수송 시스템을 통해 미토콘드리아 기질로 전달됩니다. 카르니틴을 사용합니다. 카르니틴 음식에서 나오거나 비타민 C의 참여로 라이신과 메티오닌에서 합성됩니다.

미토콘드리아 외막에 있는 효소 카르니틴 아실트랜스퍼라제 I(카르니틴 팔미토일트랜스퍼라제 I)은 CoA에서 카르니틴으로 아실이 전달되어 아실카르니틴을 형성하는 것을 촉매합니다.

아실카르니틴은 막간 공간을 통해 내막의 바깥쪽으로 통과하고 카르니틴 아실카르니틴 트랜스로카제에 의해 내부 미토콘드리아 막의 안쪽 표면으로 운반됩니다.

 카르니틴 아실트랜스퍼라제 II 효소는 카르니틴에서 미토콘드리아 내 HSCoA로 아실이 전달되어 Acyl-CoA를 형성하는 것을 촉매합니다.

유리 카르니틴은 동일한 전위효소에 의해 내부 미토콘드리아 막의 세포질 쪽으로 되돌아갑니다.

반응 FA의 β-산화

1. β-산화는 FAD 의존성 아실-CoA 탈수소효소에 의한 아실-CoA의 탈수소화로 시작되어 Enoyl-CoA의 α-와 β-C 원자 사이에 이중 결합(트랜스)을 형성합니다. CPE에서 산화되는 감소된 FADN 2는 2ATP 분자의 합성을 보장합니다.

2.​ 에노일-CoA 수화효소는 에노일-CoA의 이중 결합에 물을 첨가하여 β-히드록시아실-CoA를 형성합니다.

3. β-히드록시아실-CoA는 NAD 의존성 탈수소효소에 의해 β-케토아실-CoA로 산화됩니다. 환원된 NADH 2는 CPE로 산화되어 3ATP 분자의 합성을 보장합니다.

4. HCoA가 포함된 티올라제는 β-케토아실-CoA에서 아세틸-CoA를 절단합니다. 4번의 반응의 결과로 이전의 Acyl-CoA보다 탄소수가 2개 더 짧은 Acyl-CoA가 생성됩니다. TCA 회로에서 산화된 형성된 아세틸-CoA는 CPE에서 12ATP 분자의 합성을 보장합니다.

그런 다음 아실-CoA는 다시 β-산화 반응을 시작합니다. 이 순환은 아실-CoA가 2개의 C 원자를 갖는 아세틸-CoA(FA에 짝수의 C 원자가 있는 경우) 또는 3개의 C 원자를 갖는 부티릴-CoA(FA에 홀수의 C 원자가 있는 경우)로 바뀔 때까지 계속됩니다.

짝수의 탄소 원자를 갖는 포화지방산 산화의 에너지 균형

FA가 활성화되면 ATP의 거대작용 결합 2개가 소모됩니다.

짝수의 C 원자로 포화된 FA가 산화되는 동안 FADH 2, NADH 2 및 Acetyl-CoA만 형성됩니다.

1주기의 β-산화 동안 1개의 FADH 2 , 1개의 NADH 2 및 1개의 아세틸-CoA가 형성되며, 이는 산화 시 2 + 3 + 12 = 17 ATP를 생성합니다.

FA의 β-산화 동안의 사이클 수 = (FA/2)-1의 C 원자 수. β-산화 동안 팔미트산은 (16/2)-1 = 7 주기를 거칩니다. 7주기 동안 17*7=119 ATP가 형성됩니다.

β-산화의 마지막 주기에는 추가적인 아세틸-CoA가 형성되는데, 이는 산화 시 12ATP를 생성합니다.

따라서 팔미트산의 산화는 -2+119+12=129 ATP를 생성합니다.

β-산화, 팔미토일-CoA에 대한 요약 방정식:

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

홀수의 탄소 원자를 갖는 포화 지방산의 산화 에너지 균형

처음에 홀수 개의 C 원자를 갖는 포화 FA의 β-산화는 짝수와 동일한 방식으로 진행됩니다. ATP의 2개의 거대결합이 활성화에 소비됩니다.

17개의 C 원자를 가진 FA는 17/2-1 = 7주기의 β-산화를 겪습니다. 1주기 동안 1개의 FADN 2, 1개의 NADH 2 및 1개의 아세틸-CoA로부터 2+3+12=17 ATP가 형성됩니다. 7주기 동안 17*7=119 ATP가 형성됩니다.

β-산화의 마지막 주기에는 아세틸-CoA가 아닌 3개의 탄소 원자를 가진 프로피오닐-CoA가 생성됩니다.

프로피오닐-CoA는 프로피오닐-CoA 카르복실라제에 의해 1ATP의 비용으로 카르복실화되어 D-메틸말로닐-CoA를 형성하고, 이성질체화 후에 먼저 L-메틸말로닐-CoA로 전환된 다음 숙시닐-CoA로 전환됩니다. Succinyl-CoA는 TCA 회로에 포함되어 있으며 산화 시 PCA와 6ATP를 생성합니다. PIKE는 포도당 합성을 위해 포도당 신생합성에 들어갈 수 있습니다. 비타민 B12 결핍은 혈액에 메틸말로닐이 축적되고 소변으로 배설됩니다. FA가 산화되는 동안 -2+119-1+6=122 ATP가 형성됩니다.

17개의 C 원자를 갖는 FA의 β-산화에 대한 전체 방정식:

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

짝수의 탄소 원자를 갖는 불포화 지방산 산화의 에너지 균형

인체 내 FA의 약 절반은 불포화 상태입니다. 이러한 산의 β-산화는 이중 결합이 C 원자 3과 4 사이에 있을 때까지 일반적인 방식으로 진행됩니다. 그런 다음 효소 에노일-CoA 이성화효소는 이중 결합을 위치 3-4에서 위치 2-3으로 이동시키고 시스 형태를 변경합니다. β-산화에 필요한 트랜스에 대한 이중 결합. 이러한 β-산화 사이클에서는 FA에 이중결합이 이미 존재하기 때문에 첫 번째 탈수소화 반응이 일어나지 않아 FADH2가 형성되지 않는다. 또한, β-산화 주기는 일반적인 경로와 다르지 않게 계속됩니다.

에너지 균형은 C 원자 수가 짝수인 포화 FA와 동일한 방식으로 계산되며, 각 이중 결합 1 FADN 2에 대해서만 따라서 2 ATP가 누락됩니다.

팔미톨레일-CoA의 β-산화에 대한 전체 방정식은 다음과 같습니다.

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

팔미톨레산의 β-산화 에너지 균형: -2+8*12+6*2+7*3=127 ATP.

배고픔, 신체활동 → 글루카곤, 아드레날린 → 지방세포의 TG 지방분해 → 혈액 내 FA → 근육, 간의 호기성 조건에서 β-산화 → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, Acetyl-CoA, (FA) → 해당과정 → 신경조직, 적혈구 등에 필요한 포도당 저장

음식 → 인슐린 → 해당작용 → 아세틸-CoA → 말로닐-CoA 및 FA 합성

말로닐-CoA 합성 → 말로닐-CoA → ↓ 간에서 카르니틴 아실트랜스퍼라제 I → ↓ FA를 미토콘드리아 기질로 수송 → ↓ 기질 내 FA → ↓ FA의 β-산화

IVFA의 생합성. 팔미테이트 합성효소 복합체의 구조. 공정의 화학 및 규제.

팔미트산 합성

말로닐-CoA의 형성

FA 합성의 첫 번째 반응은 아세틸-CoA가 말로닐-CoA로 전환되는 것입니다. FA 합성에서 이러한 조절 반응은 아세틸-CoA 카르복실라제에 의해 촉매됩니다.

아세틸-CoA 카르복실라제는 비오틴을 함유한 여러 하위 단위로 구성됩니다.

반응은 2단계로 진행됩니다.

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

2) 아세틸-CoA + 비오틴-COOH → 말로닐-CoA + 비오틴

아세틸-CoA 카르복실라제는 여러 가지 방식으로 조절됩니다.

3)​ 효소 소단위 복합체의 결합/해리. 비활성 형태의 아세틸-CoA 카르복실라제는 4개의 하위 단위로 구성된 복합체입니다. 구연산염은 복합체의 결합을 자극하여 결과적으로 효소 활성이 증가합니다. 팔미토일-CoA는 복합체의 해리와 효소 활성 감소를 유발합니다.

2) 아세틸-CoA 카르복실라제의 인산화/탈인산화. 글루카곤이나 아드레날린은 아데닐레이트 사이클라제 시스템을 통해 아세틸-CoA 카르복실라제 하위 단위의 인산화를 자극하여 비활성화됩니다. 인슐린은 인단백질 포스파타제를 활성화하고, 아세틸-CoA 카르복실라제는 탈인산화됩니다. 그런 다음 구연산염의 영향으로 효소 프로토머의 중합이 일어나 활성화됩니다.

3) 탄수화물이 풍부하고 지질이 부족한 음식을 장기간 섭취하면 인슐린의 분비가 증가하여 아세틸-CoA 카르복실라제, 팔미테이트 신타제, 시트르산 분해효소, 이소시트레이트 탈수소효소의 합성을 유도하고 FA와 TG. 지방이 풍부한 식단을 단식하거나 섭취하면 효소 합성이 감소하고 이에 따라 FA와 TG도 감소합니다.

팔미트산의 형성

말로닐-CoA가 형성된 후 다중효소 복합체에서 팔미트산의 합성이 계속됩니다. 지방산 합성효소(팔미토일 합성효소) .

팔미토일 합성효소는 두 개의 동일한 폴리펩티드 사슬로 구성된 이량체입니다. 각 사슬에는 7개의 활성 부위와 아실 전달 단백질(ACP)이 있습니다. 각 사슬에는 2개의 SH 그룹이 있습니다. 하나의 SH 그룹은 시스테인에 속하고 다른 하나는 포스포판테산 잔기에 속합니다. 한 단량체의 시스테인 SH 그룹은 다른 프로토머의 4-포스포판테테이네이트 SH 그룹 옆에 위치합니다. 따라서 효소의 프로토머는 "머리에서 꼬리까지" 배열됩니다. 각 단량체는 모든 촉매 부위를 포함하지만 2개의 프로토머의 복합체는 기능적으로 활성입니다. 따라서 실제로 2개의 LC가 동시에 합성됩니다.

이 복합체는 FA 라디칼을 2개의 C 원자만큼 순차적으로 확장하며, 공여체는 말로닐-CoA입니다.

팔미트산 합성 반응

1) 아세틸트랜스아실라제 센터에 의해 CoA에서 시스테인의 SH 그룹으로 아세틸이 전달됩니다.

2) 말로닐 트랜스아실라제 센터에 의해 말로닐이 CoA에서 ACP의 SH 그룹으로 전달됩니다.

3) 케토아실 합성효소 중심에서는 아세틸기가 말로닐기와 축합하여 케토아실을 형성하고 CO 2 를 방출합니다.

4) 케토아실은 케토아실 환원효소에 의해 하이드록시아실로 환원됩니다.

5) 옥시아실은 수화효소에 의해 탈수되어 에노일로 전환됩니다.

6) 에노일은 에노일 환원효소에 의해 아실로 환원됩니다.

첫 번째 반응 주기의 결과로 4개의 탄소 원자를 가진 아실(부티릴)이 형성됩니다. 다음으로, 부티릴은 위치 2에서 위치 1(아세틸이 첫 번째 반응 주기의 시작 부분에 위치함)로 이동됩니다. 그런 다음 부티릴은 동일한 변형을 겪고 2개의 C 원자(말로닐-CoA로부터)에 의해 확장됩니다.

팔미트산 라디칼이 형성될 때까지 유사한 반응 주기가 반복되며, 이는 티오에스테라제 센터의 작용에 따라 효소 복합체에서 가수분해되어 유리 팔미트산으로 변합니다.

아세틸-CoA와 말로닐-CoA로부터 팔미트산을 합성하는 전체 반응식은 다음과 같습니다.

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

H2O + 8HSKoA + 14NADP +

팔미트산 및 기타 FA로부터 FA 합성

신장효소 반응에서 FA의 신장

지방산이 늘어나는 것을 신장(elongation)이라고 합니다. FA는 ER에서 팔미트산과 다른 더 긴 FA의 신장 결과로 합성될 수 있습니다. 각 LC 길이에 대한 연장효소가 있습니다. 반응 순서는 팔미트산의 합성과 유사하지만 이 경우 합성은 ACP가 아닌 CoA에서 발생합니다. 간의 주요 신장 생성물은 스테아르산입니다. 신경 조직에서는 스핑고지질 합성에 필요한 장쇄 FA(C = 20-24)가 형성됩니다.

불포화효소 반응에서 불포화 FA 합성

FA 라디칼에 이중 결합이 포함되는 것을 불포화라고 합니다. FA의 불포화는 불포화효소에 의해 촉매되는 모노옥시게나제 반응에서 ER에서 발생합니다.

스테아로일-CoA 불포화효소– 필수 효소, 비헴 철분 함유. FA의 9~10개 탄소 원자 사이에 1개의 이중 결합 형성을 촉매합니다. 스테아로일-CoA 불포화효소는 시토크롬 b 5에서 산소 원자 1개로 전자를 전달하며, 이 산소는 양성자의 참여로 물을 형성합니다. 두 번째 산소 원자는 스테아르산에 통합되어 하이드록시아실을 형성하고, 이는 탈수소화되어 올레산이 됩니다.

인체에 존재하는 FA 불포화효소는 9번째 탄소 원자에서 먼 FA에서 이중 결합을 형성할 수 없습니다. 따라서 Ω-3 및 Ω-6 계열의 FA는 체내에서 합성되지 않으며 필수적이며 음식과 함께 공급되어야 합니다. 중요한 규제 기능을 수행합니다. 불포화의 결과로 인체에 형성되는 주요 FA는 팔미톨레산과 올레산입니다.

α-하이드록시 FA의 합성

다른 FA인 α-히드록시산의 합성도 신경 조직에서 발생합니다. 혼합 기능 산화효소는 C22 및 C24 산을 수산화하여 뇌 지질에서만 발견되는 세레브론산을 형성합니다.