 |
ДАФ + ГА-3-Ф ® Ф-1,6-Ф ¾¾¾® Ф-6-Ф ¾¾¾® Г-6-Ф ¾¾¾® глюкоза
|
|
|
|
ДАФ + ГА-3-Ф ® Ф-1, 6-Ф ¾ ¾ ¾ ® Ф-6-Ф ¾ ¾ ¾ ® Г-6-Ф ¾ ¾ ¾ ® глюкоза
Н3РО4 Н3РО4
Для образования одной молекулы глюкозы необходимы 2 молекулы глицерина. Таким образом в организме жиры могут превращаться в углеводы (при недостатке последних в рационе). Однако это превращение носит ограниченный характер.
В случае окислительного пути распада ГА-3-Ф вовлекается в гликолитический путь:
НАД, Н3РО4 АДФ АДФ
ГА-3-Ф ¾ ¾ ¾ ® 1, 3-ДФГ¾ ¾ ¾ ® 3-ФГ ¾ ¾ ¾ ® 2-ФГ ¾ ¾ ¾ ® ФЕП ¾ ¾ ¾ ® пируват
НАДН(Н+) АТФ Н2О АТФ
В анаэробных условиях пируват превращается в L-лактат. Конечными продуктами окисления глицерина (в расчете на одну молекулу) в анаэробных условиях являются 1 молекула L-лактата и 1 молекула АТФ (2 молекулы АТФ образуются на уровне субстратного фосфорилирования и одна затрачивается при фосфорилировании глицерина).
В аэробных условиях пируват в митохондриях подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием СО2, НАДН(Н+) и активной уксусной кислоты (ацетил-КоА). НАДН(Н+) поступает в дыхательную цепь, где образуется Н2О и АТФ (на уровне окислительного фосфорилирования), а ацетил-КоА окисляется в ЦТК (здесь образуются 2 молекулы СО2, 1 молекула АТФ на уровне субстратного фосфорилирования, 3 молекулы НАДН(Н+) и 1 молекула ФАДН2). Восстановленные коферменты далее окисляются в дыхательной цепи. Образуется Н2О и АТФ (11 молекул на уровне окислительного фосфорилирования). Таким образом, конечными продуктами аэробного окисления глицерина являются СО2, Н2О и АТФ (22 молекулы).
|
|
|
Таблица 4
Выход АТФ при окислении глицерина в аэробных условиях
| Реакция | Изменение количества АТФ в расчете на 1 молекулу глицерина |
| Глицерин ® глицерол-3-фосфат | - 1 |
| Глицерол-3-фосфат® дигидроксиацетонфосфат | 1 НАДН(Н+) + 3 (окислительное фосфорилирование) |
| Глицеральдегид-3-фосфат® 1, 3-дифосфоглицерат | 1 НАДН(Н+) + 3 (окислительное фосфорилирование) |
| 1, 3-дифосфоглицерат ® 3-фосфоглицерат | + 1 (субстратное фосфорилирование) |
| Фосфоенолпируват ® пируват | + 1 (субстратное фосфорилирование) |
| Пируват ® ацетил- КоА + НАДН(Н+) | 1 НАДН(Н+) + 3 (окислительное фосфорилирование) |
| Окисление ацетил-КоА в ЦТК | + 1 (субстратное фосфорилирование) |
| Окисление НАДН(Н+) и ФАДН2 (образовавшихся в ЦТК) в дыхательной цепи на уровне окислительного фосфорилирования | 3 НАДН(Н+) + 9 1 ФАДН2 + 2 |
| Итого | +22 |
- Катаболизм жирных кислот
Известны 3 типа окислительных превращений жирных кислот: a-, b- и w-окисление.
Процесс b-окисления жирных кислот, являющийся главным поставщиком энергии, активно протекает в печени, почках, скелетной и сердечной мышцах, в жировой ткани. В тканях мозга скорость окисления жирных кислот незначительная, основным источником энергии здесь служит глюкоза.
Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих этапов: активация жирных кислот, транспорт их в митохондрии и внутримитохондриальное b-окисление.
Активация жирных кислот. Свободная жирная кислота, независимо от длины углеродной цепи, является метаболически инертной и не может подвергаться биохимическим превращениям, в том числе окислению, пока не будет активирована. Активация происходит на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, КоA-SH и Mg2+. Реакция катализируется ацил-КоА-синтетазой:
|
|
|
О АТФ, КоА-SH, Mg2+ О
R – СН2 ¾ СН2 ¾ С// – ОН ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® R – СН2 ¾ СН2 ¾ С// ~ S – КоА
АМФ, Н4Р2О7
Этот процесс происходит через стадию образования ацил-аденилата жирной кислоты.
Транспорт активированных жирных кислот в митохондрии через внутреннюю митохондиральную мембрану осуществляется при помощи карнитина.
Карнитин взаимодействует с активированной жирной кислотой при участии фермента ацил-КоА-карнитинацилтрансферазы. В результате реакции образуется ацилкарнитин, который проникает через внутреннюю митохондриальную мембрану и взаимодействует с внутримитохондриальным КоА-SH. При этом образуется активированная кислота и свободный карнитин.
Процесс b-окисления жирных кислот в митохондриях состоит из нескольких последовательных реакций, составляющих цикл, в результате которого активированная жирная кислота (ацил-КоА) укорачивается на 2 углеродных атома, выделяющихся в форме активной уксусной кислоты (ацетил-КоА). Каждый цикл включает 4 этапа: окисление с помощью ФАД-зависимых дегидрогеназ, гидратацию, окисление при помощи НАД-зависимых дегидрогеназ и тиолазное расщепление.
На первом этапе образуется непредельная активированная жирная кислота (транс-форма еноил-КоА), которая далее подвергается гидратации при участии фермента еноил-КоА-гидратазы. В результате реакции образуется L-b-гидроксиацил-КоА. На 3-м этапе он окисляется с помощью L-b-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы и кофермента НАД+. Образовавшийся b-кетоацил-КоА на последнем этапе подвергается тиолизу, в результате чего образуются ацетил-КоА и ацил-КоА (имеющий на 2 атома С меньше по сравнению с исходной кислотой).
Н
О ФАД ½ О
|
|
|
R – CН2 - СН2 – СН2 – С// ~ S – КоА ¾ ¾ ® R – CН2 - С = С – С// ~ S – КоА ¾ ¾ ®
Ацил-КоА ФАДН2 ½
Н
транс-форма еноил-КоА
ОH O O
Н2О ½ // НАД //
¾ ¾ ® R – CН2 - С – СН2 – С ~ S – КоА ¾ ¾ ® R – CН2 - С – СН2 – С ~ S – КоА¾ ¾ ®
½ НАДН(Н+) ú ú
H О
L-b-гидроксиацил-КоА b-кетоацил-КоА
O O
КоА-SH // //
¾ ¾ ® R – CН2 – С ~ S – КоА + CH3 - C ~ S – КоА
ацил-КоА
(укороченный на 2 атома С) ацетил-КоА
Ацетил-КоА поступает в ЦТК, где окисляется, ФАДН2 и НАДН(Н+), образованные соответственно на 1-м и 3-м этапах цикла b-окисления, идут в дыхательную цепь, где происходит их окисление, сопряженное с синтезом АТФ. Образовавшийся ацил-КоА поступает в очередной цикл b-окисления, в конце которого опять происходит укорачивание его цепи на 2 атома С. Так повторяется до тех пор, пока в последний цикл не вовлекается активная масляная кислота (бутирил-КоА). Она проходит те же этапы, но на последнем (тиолазное расщепление b-кетобутирил-КоА) образуются 2 молекулы ацетил-КоА. Конечными продуктами расщепления жирных кислот являются СО2, Н2О и АТФ.
|
|
|
Выход АТФ при окислении жирных кислот с четным числом атомов углерода можно рассчитать по формуле:
[12 ´ n2 + 5 ´ (n2 - 1)] - 1, где
n – число атомов С в жирной кислоте;
12 – количество молекул АТФ, образующихся при окислении ацетил-КоА;
n2 – количество молекул ацетил-КоА, образованных в ходе b-окисления жирной кислоты;
(n2 - 1) - количество циклов b-окисления;
5 – количество молекул АТФ, образующихся при окислении ФАДН2 (3 молекулы) и НАДН(Н+) (2 молекулы);
1 – количество молекул АТФ, затраченных на активирование жирной кислоты.
Окисление насыщенных жирных кислот с нечетным числом атомов углерода протекает аналогичным образом с той лишь разницей, что в последний цикл b-окисления вовлекается активная валериановая кислота, а на последнем этапе образуются ацетил-КоА и пропионил-КоА. Активная пропионовая кислота далее превращается в активную янтарную кислоту (сукцинил-КоА) в результате функционирования метилмалонатного пути. Сукцинил-КоА через оксалоацетат может далее вовлекаться в глюконеогенез.
Ненасыщенные жирные кислоты с четным числом атомов углерода окисляются также, как и насыщенные. Однако для их полного окисления необходимы дополнительные ферменты, превращающие цис-конфигурацию двойных связей в трансконфигурацию и перемещающие двойную связь из 3-го цис- во 2-е транс- положение. Это связано с тем, что природные ненасыщенные жирные кислоты имеют цис-конфигурацию двойных связей, а образующиеся при b-окислении – транс-конфигурацию. При b-окислении ненасыщенной жирной кислоты, в результате поэтапного отщепления двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-КоА, образуется в зависимости от расположения двойных связей в исходной кислоте, либо 2, 3 – цис-производное, либо 3, 4-цис-производное ацил-КоА. При присоединении воды к 2, 3-ципроизводному ацил-КоА образуется D-стереоизомер b-гидроксиацил-КоА, который не окисляется L-b-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназой, специфичной только к L-стереоизомеру. Поэтому D-стереоизомер преращается под действием фермента эпимеразы в L-изомер, который и подвергается дальнейшим превращениям. Если при окислении ненасыщенной жирной кислоты образуется 3, 4 – цис – ацил-КоА, тогда он превращается в 2, 3 – транс – ацил – КоА при участии фермента транс-изомеразы. Такое превращение происходит в процессе окисления олеиновой кислоты (С18), имеющей одну двойную связь в 9-м положении. Вначале протекают 3 цикла b-окисления как и у насыщенных жирных кислот, в результате чего образуется активированная кислота с С12 и двойной связью в 3, 4-цис-положении. Затем под действием транс-еноил-КоА-изомеразы образуется транс- 2- еноил-КоА, подвергающийся дальнейшим превращениям.
|
|
|
В тканях организма животных помимо b-окисления жирных кислот протекают процессы a- и w-окисления.
a-окисление жирных кислот происходит в мозге. Реакции образования a-гидроксикислот катализируются ферментной системой, известной под названием монооксигеназы. При этом используется молекулярный кислород, Fe2+ и аскорбиновая кислота. a-гидроксипроизводные жирных кислот входят в состав цереброзидов и ганглиозидов головного мозга.
R – CН2 - СН2 – СН2 – СООН + О2 ® R – CН2 - СН2 – СН – СООН
½
ОН
a-гидроксикислоты могут подвергаться дегидрированию с образованием a-кетокислот, которые в свою очередь путем окислительного декарбоксилирования могут превращаться в кислоты с нечетным числом атомов углерода.
В процессе w-окисления окисляются жирные кислоты со средней длиной углеродной цепи и в меньшей степени с длинной цепью. Сначала образуются w-гидроксикислоты (окислению подвергается последний по отношению к карбоксильному атом углерода), которые затем могут превращаться в дикарбоновые кислоты.
· МЕТАБОЛИЗМ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ
|
|
|
