Метаболизм липидов. Окисление жирных кислот. Катаболизм непредельных, жирных кислот с четным числом углеродных атомов

Метаболизм липидов

  Метаболизм липидов, как и других соединений, подразделяется на анаболизм и катаболизм. Ввиду важности липидов как источника энергии рассмотрим процессы, приводящие к высвобождению энергии.

Окисление жирных кислот

   Окисление жирных кислот в организме с целью получения энергии – поэтапный процесс, включающий стадии активирования, транспорта в митохондрии, β – окисление, цикл Кребса, цепь переноса электронов, окислительное фосфорилирование. Активация жирных кислот с C₁₄ и более углеродных атомов осуществляется на внешней мембране митохондрий, а с короткой цепью в матриксе митохондрий. В реакции активирования участвуют ферменты ацил-КоА синтетазы, катализирующие следующую реакцию

RCOOH + HS-KoA + АТФ → RCO ~ SKoA + АМФ + Ф_нФ_н.

   Активная форма жирной кислоты – ацил-КоА подвергается β – окислению, это центральный, спиральный метаболический путь. Ферменты этого пути локализованы в матриксе митохондрий, активны в большинстве типов клеток, за исключением нейронов, глиальных клеток и эритроцитов. С участием ферментов β -окисления осуществляется катаболизм предельных и непредельных, жирных кислот с четным числом углеродных атомов, частично, ряда разветвленных и жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов. Суть процесса заключается в последовательном отщеплении от активной формы жирной кислоты (ацил-КоА) остатков уксусной кислоты связанной с КоА (ацетил-КоА). Четыре реакции (дегидрирования, гидратация, дегидрирования, тиолазная) в результате которых от жирной кислоты отделяется ацетил-КоА, называются этапом β – окисления. Этап начинается с реакции дегидрирования катализируемой ФАД – зависимой ацил-КоА дегидрогеназой с образованием двойной связи между 2 и 3 углеродными атомами ацил-КоА производного. Следующая реакция этапа идет с участием еноил-КоА-гидратазы и молекулы воды. β -Гидроксиацил-КоА дегидрируется НАД⁺ - зависимой дегидрогеназой. Последнюю реакцию этапа катализирует тиолаза. В этой реакции образуется ацетил-КоА и ацил-КоА производное жирной кислоты с укороченной на два углеродных атома от исходной цепью.

   Рис. 11 β -окисление пальмитиновой кислоты.

  Укороченное производное жирной кислоты вступает в новый этап β -окисления. Каждый этап сопровождается образованием восстановленных форм коферментов НАДН(Н⁺) и ФАДН₂, отдающих протоны и электроны в цепь переноса электронов (ЦПЭ). В результате сопряжения дыхания и фосфорилирования (окислительное фосфорилирование) происходит трансформация энергии восстановленных коферментов в энергию химических связей АТФ. По современным представлениям на 1 моль поступившего в ЦПЭ НАДН(Н⁺) образуется 2, 5 моль АТФ, а на 1 моль ФАДН₂ – 1, 5 моль АТФ. Отдача электронов и протонов с восстановленных коферментов в ЦПЭ позволяет также регенерировать окисленные формы коферментов, которые могут снова участвовать в реакциях β -окисления.

Дальнейшее окисление молекул ацетил-КоА образующихся на этапах β -окисления осуществляется в цикле Кребса, что ещё раз подчеркивает его центральную роль в процессах катаболизма различных классов соединений. Восстановленные коферменты, образующиеся в цикле Кребса, регенерируют, отдавая электроны и протоны в ЦПЭ. Процесс окисления жирной кислоты завершается образованием АТФ в реакции, катализируемой F_oF₁ – АТФ синтетазой (окислительное фосфорилирование) и образованием молекулы воды при взаимодействии протонов и электронов с молекулярным кислородом.

Катаболизм непредельных, жирных кислот с четным числом углеродных атомов

Окисление непредельных, жирных кислот осуществляется по метаболическим путям характерным для окисления предельных, жирных кислот. Однако в их окислении участвует дополнительный фермент. Окисление ацил-КоА производного непредельной, жирной кислоты осуществляется ферментами β -окисления с карбоксильного конца молекулы пока двойная связь не окажется между третьим и четвертым атомами углерода. С участием еноил-КоА изомеразы двойная связь перемещается из положения 3-4 в положение 2-3, а цис-конформация связи трансформируется в транс форму. Этап β -окисления в котором участвует участок молекулы с двойной связью осуществляется в три реакции вместо четырех. Так как на этом этапе не участвует ацил-КоА дегидрогеназа, то не образуется молекула ФАДН₂, что снижает энергетический баланс окисления непредельных, жирных кислот в сравнении с предельными той же длины цепи.