Rasvhapete oksüdatsiooniproduktid. Rasvhapete oksüdatsiooniks on spetsiifiline rada. Atsetüül-CoA ja ATP moodustumine palmitoüül-CoA oksüdatsiooni näitel

Rasvhapetes sisalduva energia muundamiseks ATP-sidemete energiaks on olemas metaboolne rada rasvhapete oksüdeerimiseks CO 2 -ks ja veeks, mis on tihedalt seotud trikarboksüülhappe tsükli ja hingamisahelaga. Seda teed nimetatakse β-oksüdatsioon, sest toimub rasvhappe 3. süsinikuaatomi (β-asend) oksüdeerumine karboksüülrühmaks ja samal ajal lõhustatakse happest atsetüülrühm, sealhulgas algse rasvhappe C 1 ja C 2.

β-oksüdatsiooni elementaarne diagramm

β-oksüdatsioonireaktsioonid toimuvad mitokondrid enamik keharakke (välja arvatud närvirakud). Oksüdeerimiseks kasutatakse rasvhappeid, mis sisenevad verest tsütosooli või ilmuvad nende enda rakusiseste TAG-ide lipolüüsi käigus. Palmitiinhappe oksüdatsiooni üldvõrrand on järgmine:

Palmitoüül-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H2O + 7HS-KoA → 8atsetüül-SCoA + 7FADH2 + 7NADH

Rasvhapete oksüdatsiooni etapid

1. Enne mitokondriaalsesse maatriksisse tungimist ja oksüdeerumist peab rasvhape aktiveerida tsütosoolis. See saavutatakse koensüüm A lisamisega, et moodustada atsüül-SCoA. Atsüül-SCoA on kõrge energiasisaldusega ühend. Reaktsiooni pöördumatus saavutatakse difosfaadi hüdrolüüsiga kaheks fosforhappe molekuliks.

Atsüül-SCoA süntetaase leidub endoplasmaatilises retikulumis, mitokondrite välismembraanil ja nende sees. Erinevatele rasvhapetele spetsiifilisi süntetaase on lai valik.

Rasvhapete aktiveerimise reaktsioon

2. Atsüül-SCoA ei suuda läbida mitokondri membraani, mistõttu on olemas võimalus seda transportida koos vitamiinitaolise ainega karnitiiniga. Mitokondrite välismembraanil on ensüüm karnitiini atsüültransferaas I.

Karnitiinist sõltuv rasvhapete transport mitokondritesse

Karnitiin sünteesitakse maksas ja neerudes ning seejärel transporditakse teistesse organitesse. sisse emakasisene perioodil ja sisse Varasematel aastatel Elus on karnitiini tähtsus organismile ülimalt suur. Närvisüsteemi energiavarustus laste omad keha ja eriti aju toimub kahe paralleelse protsessi tõttu: karnitiinist sõltuv rasvhapete oksüdatsioon ja glükoosi aeroobne oksüdatsioon. Karnitiin on vajalik pea- ja seljaaju kasvuks, kõigi liikumise ja lihaste vastastikuse toime eest vastutavate närvisüsteemi osade koostoimeks. On uuringuid, mis seovad karnitiini puudust ajuhalvatus ja nähtus" surm hällis".

Väikesed lapsed, enneaegsed lapsed ja väikese sünnikaaluga lapsed on karnitiinipuuduse suhtes eriti tundlikud. Nende endogeensed varud ammenduvad kiiresti erinevates stressiolukordades (nakkushaigused, seedetrakti häired, toitumishäired). Karnitiini biosüntees on madala lihasmassi tõttu järsult piiratud ning tavatoidust saadav tarbimine ei suuda säilitada piisavat taset veres ja kudedes.

3. Pärast karnitiiniga seondumist transporditakse rasvhape translokaasi abil läbi membraani. Siin, membraani siseküljel, moodustab ensüüm karnitiinatsüültransferaas II taas atsüül-SCoA, mis siseneb β-oksüdatsioonirajale.

4. Protsess ise β-oksüdatsioon koosneb 4 tsükliliselt korduvast reaktsioonist. Need toimuvad järjestikku oksüdatsioon(atsüül-SCoA dehüdrogenaas), hüdratatsioon(enoüül-SCoA hüdrataas) ja uuesti oksüdatsioon 3. süsinikuaatom (hüdroksüatsüül-SCoA dehüdrogenaas). Viimases, transferaasi reaktsioonis, eraldatakse atsetüül-SCoA rasvhappest. Ülejäänud (kahe süsiniku võrra lühenenud) rasvhappele lisatakse HS-CoA ja see naaseb esimesele reaktsioonile. Seda korratakse, kuni viimane tsükkel tekitab kaks atsetüül-SCoA-d.

Rasvhapete β-oksüdatsiooni reaktsioonide järjestus

β-oksüdatsiooni energiabilansi arvutamine

Varem võeti oksüdatsiooniefektiivsuse arvutamisel NADH P/O koefitsient 3,0, FADH 2 puhul 2,0.

Tänapäevaste andmete kohaselt vastab NADH P/O koefitsiendi väärtus 2,5, FADH 2 puhul – 1,5.

Rasvhapete β-oksüdatsiooni käigus moodustunud ATP koguse arvutamisel tuleb arvestada:

• moodustunud atsetüül-SCoA kogus määratakse rasvhappe süsinikuaatomite arvu tavapärase jagamisega 2-ga.
• number β-oksüdatsioonitsüklid. β-oksüdatsioonitsüklite arvu on lihtne määrata rasvhappe kui kahe süsiniku ahela kontseptsiooni alusel. Ühikute vaheliste pauside arv vastab β-oksüdatsioonitsüklite arvule. Sama väärtuse saab arvutada valemiga (n/2 -1), kus n on süsinikuaatomite arv happes.
• kaksiksidemete arv rasvhappes. Esimeses β-oksüdatsioonireaktsioonis moodustub kaksikside FAD osalusel. Kui rasvhappes on juba kaksikside, siis pole seda reaktsiooni vaja ja FADN 2 ei teki. Kaotatud FADN 2 arv vastab kaksiksidemete arvule. Tsükli ülejäänud reaktsioonid kulgevad muutusteta.
• aktiveerimisele kulunud ATP energia hulk (vastab alati kahele suure energiaga sidemele).

Näide. Palmitiinhappe oksüdatsioon

• kuna seal on 16 süsinikuaatomit, tekib β-oksüdatsioon 8 atsetüül-SCoA molekuli. Viimane siseneb TCA tsüklisse, kui see oksüdeeritakse tsükli ühes pöördes, moodustub 3 molekuli NADH (7,5 ATP), 1 molekul FADH 2 (1,5 ATP) ja 1 molekul GTP, mis võrdub 10 molekuliga; ATP-st. Niisiis, 8 atsetüül-SCoA molekuli moodustavad 8 × 10 = 80 ATP molekulid.
• palmitiinhappe jaoks β-oksüdatsioonitsüklite arv on 7. Igas tsüklis toodetakse 1 molekul FADH 2 (1,5 ATP) ja 1 molekul NADH (2,5 ATP). Hingamisahelasse sisenedes annavad nad kokku 4 ATP molekuli. Seega moodustub 7 tsükliga 7 × 4 = 28 ATP molekuli.
• kaksiksidemed palmitiinhappes Ei.
• Rasvhappe aktiveerimiseks kasutatakse 1 molekuli ATP-d, mis aga hüdrolüüsitakse AMP-ks ehk kulub ära. 2 makroergilist ühendust või kaks ATP-d.

Seega kokkuvõttes saame 80+28-2 =106 ATP molekulid tekivad palmitiinhappe oksüdatsiooni käigus.

Rasvhapete bioloogilist oksüdatsiooni võib võrrelda süsivesinike põlemisega: mõlemal juhul täheldatakse suurimat vaba energia saagist. Rasvhapete süsivesinike osa bioloogilisel b-oksüdatsioonil tekivad kahesüsinikulised aktiveeritud komponendid, mis TCA tsüklis edasi oksüdeeritakse ning suur hulk redutseerivaid ekvivalente, mis viib ATP sünteesini hingamisahelas. . Enamik aeroobseid rakke on võimelised rasvhappeid täielikult oksüdeerima süsinikdioksiidiks ja veeks.

Rasvhapete allikaks on eksogeensed või endogeensed lipiidid. Viimaseid esindavad kõige sagedamini triatsüülglütseriidid, mis ladestuvad rakkudes energia ja süsiniku varuallikana. Lisaks kasutavad rakud ka polaarseid membraanilipiide, mille metaboolne uuenemine toimub pidevalt. Lipiidid lagundatakse spetsiifiliste ensüümide (lipaaside) toimel glütserooliks ja vabadeks rasvhapeteks.

b-rasvhapete oksüdatsioon. See rasvhapete oksüdatsiooni põhiprotsess toimub mitokondrites eukarüootides. Rasvhapete transporti läbi mitokondriaalsete membraanide soodustab karnitiin(g-trimetüülamino-b-hüdroksübutüraat), mis seob rasvhappemolekuli erilisel viisil, mille tulemusena lähendatakse positiivsed (lämmastikuaatomil) ja negatiivsed (karboksüülrühma hapnikuaatomil) laengud. kokku ja üksteist neutraliseerida.

Pärast mitokondriaalsesse maatriksisse transportimist aktiveeritakse rasvhapped CoA poolt ATP-sõltuva reaktsiooni käigus, mida katalüüsib atsetaattiokinaas (joonis 9.1). Seejärel atsüül-CoA derivaat oksüdeeritakse atsüüldehüdrogenaasi osalusel. Rakus on mitu erinevat atsüüldehüdrogenaasi, mis on spetsiifilised erineva süsivesinikahela pikkusega rasvhapete CoA derivaatidele. Kõik need ensüümid kasutavad FAD-i proteesrühmana. Reaktsioonis atsüüldehüdrogenaasi osana moodustunud FADH 2 oksüdeeritakse teise flavoproteiini poolt, mis kannab mitokondriaalse membraani osana elektronid hingamisahelasse.

Oksüdatsiooniprodukt, enoüül-CoA, hüdraaditakse enoüülhüdrataasi toimel, moodustades b-hüdroksüatsüül-CoA (joonis 9.1). On olemas enoüül-CoA hüdrataase, mis on spetsiifilised rasvhapete enoüül-CoA derivaatide cis- ja trans-vormide jaoks. Sel juhul hüdraaditakse trans-enoüül-CoA stereospetsiifiliselt L-b-hüdroksüatsüül-CoA-ks ja cis-isomeerid -b-hüdroksüatsüül-CoA estrite D-stereoisomeerideks.

Rasvhapete b-oksüdatsiooni reaktsioonide viimane etapp on L-b-hüdroksüatsüül-CoA dehüdrogeenimine (joonis 9.1). Molekuli b-süsiniku aatom läbib oksüdatsiooni, mistõttu kogu protsessi nimetatakse b-oksüdatsiooniks. Reaktsiooni katalüüsib b-hüdroksüatsüül-CoA dehüdrogenaas, mis on spetsiifiline ainult b-hüdroksüatsüül-CoA L-vormidele. See ensüüm kasutab koensüümina NAD-i. B-hüdroksüatsüülCoA D-isomeeride dehüdrogeenimine viiakse läbi pärast täiendavat isomerisatsiooni etappi L-b-hüdroksüatsüül-CoA-ks (ensüümi b-hüdroksüatsüül-CoA epimeraas). Selle reaktsioonietapi produkt on b-ketoatsüül-CoA, mis tiolaasi toimel kergesti lõhustatakse kaheks derivaadiks: atsüül-CoA, mis on algsest aktiveeritud substraadist 2 süsinikuaatomi võrra lühem, ja atsetüül-CoA kahe süsiniku komponendiks. , mis on lõigatud rasvhappeahelast (joonis 9.1) . Atsüül-CoA derivaat läbib täiendava b-oksüdatsioonireaktsioonide tsükli ja atsetüül-CoA võib siseneda trikarboksüülhappe tsüklisse edasiseks oksüdatsiooniks.

Seega kaasneb iga rasvhapete b-oksüdatsiooni tsükliga kahe süsiniku fragmendi (atsetüül-CoA) ja kahe vesinikuaatomi paari eraldumine substraadist, redutseerides 1 molekuli NAD + ja ühe molekuli FAD. Protsess jätkub seni, kuni rasvhappeahel on täielikult lagunenud. Kui rasvhape koosnes paaritu arvu süsinikuaatomitest, siis b-oksüdatsioon lõpeb propionüül-CoA moodustumisega, mis mitme reaktsiooni käigus muundub suktsinüül-CoA-ks ja võib sellisel kujul siseneda TCA tsüklisse.

Enamik rasvhappeid, mis moodustavad loomade, taimede ja mikroorganismide rakud, sisaldavad hargnemata süsivesinikahelaid. Samas sisaldavad osade mikroorganismide lipiidid ja taimsed vahad rasvhappeid, mille süsivesinikradikaalidel on hargnemiskohad (tavaliselt metüülrühmade kujul). Kui harusid on vähe ja need kõik esinevad ühtlastes positsioonides (süsinikuaatomites 2, 4 jne), siis toimub b-oksüdatsiooniprotsess tavapärase skeemi järgi atsetüül- ja propionüül-CoA moodustumisega. Kui metüülrühmad asuvad paaritute süsinikuaatomite juures, blokeeritakse b-oksüdatsiooniprotsess hüdratatsioonifaasis. Seda tuleks sünteetiliste detergentide tootmisel arvesse võtta: nende kiire ja täieliku biolagunemise tagamiseks keskkonnas tuleks massitarbimiseks lubada ainult sirge süsivesinikahelaga versioone.

Küllastumata rasvhapete oksüdatsioon. See protsess viiakse läbi kooskõlas kõigi b-oksüdatsiooni seadustega. Kuid enamikul looduslikult esinevatel küllastumata rasvhapetel on süsivesinikahela kohtades kaksiksidemed, nii et kahe süsinikuosakeste järjestikune eemaldamine karboksüüli otsast tekitab atsüül-CoA derivaadi, milles kaksikside on positsioonides 3-4. Lisaks on looduslike rasvhapete kaksiksidemetel cis-konfiguratsioon. b-hüdroksüatsüül-CoA L-vormidele spetsiifilise b-hüdroksüatsüül-CoA dehüdrogenaasi osalusel toimuva dehüdrogeenimisetapi läbiviimiseks on vaja täiendavat ensümaatilise isomerisatsiooni etappi, mille käigus tekib kaksikside CoA-st tuletatud rasvhappemolekul liigub positsioonilt 3-4 positsioonilt 2-3 ja kaksiksideme konfiguratsioon muutub cis- trans-. See metaboliit toimib substraadina enoüülhüdrataasi jaoks, mis muudab trans-enoüül-CoA L-b-hüdroksüatsüül-CoA-ks.

Juhtudel, kui kaksiksideme ülekandmine ja isomeerimine on võimatu, taastatakse selline side NADPH osalusel. Järgnev rasvhappe lagunemine toimub tavalise b-oksüdatsiooni mehhanismi kaudu.

Rasvhapete oksüdatsiooni väikesed rajad. b-oksüdatsioon on rasvhapete katabolismi peamine, kuid mitte ainus tee. Nii avastati taimerakkudes 15-18 süsinikuaatomit sisaldavate rasvhapete a-oksüdatsiooni protsess. See rada hõlmab rasvhappe esialgset rünnakut peroksidaasi poolt vesinikperoksiidi juuresolekul, mille tulemuseks on karboksüülsüsiniku eemaldamine CO2-na ja a-asendis süsiniku oksüdeerimine aldehüüdrühmaks. Seejärel oksüdeeritakse aldehüüd dehüdrogenaasi osalusel kõrgemaks rasvhappeks ja protsessi korratakse uuesti (joonis 9.2). See tee ei taga aga täielikku oksüdatsiooni. Seda kasutatakse ainult rasvhappeahelate lühendamiseks ja ka möödaviiguna, kui β-oksüdatsioon on blokeeritud metüül-külgrühmade olemasolu tõttu. Protsess ei nõua CoA osalemist ja sellega ei kaasne ATP moodustumist.

Mõned rasvhapped võivad oksüdeeruda ka w-süsiniku aatomi juures (w-oksüdatsioon). Sel juhul toimub CH 3 rühm monooksügenaasi toimel hüdroksüülimise, mille käigus moodustub w-hüdroksühape, mis seejärel oksüdeeritakse dikarboksüülhappeks. Dikarboksüülhapet saab mõlemas otsas lühendada b-oksüdatsioonireaktsioonide kaudu.

Samamoodi toimub mikroorganismide rakkudes ja mõnedes loomsetes kudedes küllastunud süsivesinike lagunemine. Esimeses etapis hüdroksüülitakse molekul molekulaarse hapniku osalusel alkoholiks, mis oksüdeeritakse järjestikku aldehüüdiks ja karboksüülhappeks, aktiveeritakse CoA lisamisega ja siseneb b-oksüdatsioonirajale.

Nagu juba märgitud, saab loomakeha olulise osa oksüdatsiooniprotsessi käigus eraldatud energiast rasvhapetest, mis lagunevad oksüdatsiooni käigus β-süsiniku aatomi juures.

Rasvhapete β-oksüdatsiooni uuris esmakordselt 19004. aastal F. Knoop. Hiljem leiti, et β-oksüdatsioon toimub ainult mitokondrites. Tänu F. Lineni ja tema kolleegide (1954-1958) tööle selgusid peamised rasvhapete oksüdatsiooni ensümaatilised protsessid. Selle rasvhapete oksüdatsioonitee avastanud teadlaste auks nimetatakse β-oksüdatsiooni protsessi. Knoop-Linen tsükkel.

β-oksüdatsioon- rasvhapete katabolismi spetsiifiline rada, mille käigus eraldatakse 2 süsinikuaatomit järjestikku rasvhappe karboksüülotsast atsetüül-CoA kujul. Metaboolset rada - β-oksüdatsioon - nimetatakse nii, kuna rasvhapete oksüdatsioonireaktsioonid toimuvad β-süsiniku aatomi juures. β-oksüdatsiooni ja sellele järgneva atsetüül-CoA oksüdatsiooni reaktsioonid TCA tsüklis (trikarboksüülhappe tsükkel) on oksüdatiivse fosforüülimise mehhanismi kaudu üks peamisi ATP sünteesi energiaallikaid. Rasvhapete β-oksüdatsioon toimub ainult aeroobsetes tingimustes.

Kõiki mitmeastmelisi oksüdatsioonireaktsioone kiirendavad spetsiifilised ensüümid. Kõrgemate rasvhapete β-oksüdatsioon on universaalne biokeemiline protsess, mis toimub kõigis elusorganismides. Imetajatel toimub see protsess paljudes kudedes, eelkõige maksas, neerudes ja südames. Rasvhapete oksüdatsioon toimub mitokondrites. Küllastumata kõrgemad rasvhapped (oleiin-, linool-, linoleenhape jne) taandatakse eelnevalt küllastunud hapeteks.

Rasvhapete tungimisele mitokondriaalsesse maatriksisse eelneb nende aktiveerimine millega luuakse side koensüüm A(HS~CoA), mis sisaldab suure energiaga sidet. Viimane aitab ilmselt kaasa tekkiva ühendi oksüdatsioonireaktsioonide sujuvamale kulgemisele, mida nimetatakse atsüülkoensüüm A(atsüül-CoA).

Kõrgemate rasvhapete koostoimet CoA-ga kiirendavad spetsiifilised ligaasid - atsüül-CoA süntetaasid kolme tüüpi, mis on spetsiifilised vastavalt lühikeste, keskmiste ja pikkade süsivesinikradikaalidega hapetele. Need paiknevad endoplasmaatilise retikulumi membraanides ja mitokondrite välismembraanis. Kõik atsüül-CoA süntetaasid näivad olevat multimeerid; Seega on maksa mikrosoomidest pärit ensüümi molekulmass 168 kDa ja see koosneb 6 identsest subühikust. Rasvhapete aktiveerimisreaktsioon toimub kahes etapis:

a) esiteks, rasvhape reageerib ATP-ga, moodustades atsüladenülaadi:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) siis moodustub atsüül-CoA aktiveeritud vorm:

RCO~AMФ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Pürofosfaat (PP) hüdrolüüsib kiiresti pürofosfataasi toimel, mille tulemusena on kogu reaktsioon pöördumatu: PP + H 2 O → 2P

Kokkuvõttev võrrand:

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

Lühikese ja keskmise ahela pikkusega (4 kuni 12 süsinikuaatomiga) rasvhapped võivad difusiooni teel tungida mitokondriaalsesse maatriksisse, kus toimub nende aktivatsioon. Pika ahelaga rasvhappeid, mis on inimkehas ülekaalus (12–20 süsinikuaatomit), aktiveerivad mitokondrite välismembraanil asuvad atsüül-CoA süntetaasid.

Sisemine mitokondriaalne membraan on tsütoplasmas moodustunud pika ahelaga atsüül-CoA-de suhtes läbimatu. Toimib aktiveeritud rasvhapete kandjana karnitiin (vitamiin Bt), mis tuleb toidust või sünteesitakse asendamatutest aminohapetest lüsiinist ja metioniinist.

Mitokondrite välismembraan sisaldab ensüüm karnitiin atsüültransferaas I(karnitiini palmitoüültransferaas I), katalüüsides reaktsiooni atsüülkarnitiini moodustumisega:

RCO~SKoA + H3C-N + -CH2-CH-CH2-COOH ↔ H3C-N + -CH2-CH-CH2-COOH + HS~KoA

Atsüül-CoA karnitiin (B t) Atsüülkarnitiini koensüüm A

See ensüüm reguleerib atsüülrühmade mitokondritesse sisenemise kiirust ja sellest tulenevalt rasvhapete oksüdatsiooni kiirust.

Saadud atsüülkarnitiin läbib membraanidevahelise ruumi sisemembraani välisküljele ja transporditakse karnitiini atsüülkarnitiini translokaasi toimel sisemise mitokondriaalse membraani sisepinnale, kus ensüüm karnitiini atsüültransferaas II katalüüsib atsüüli ülekannet intramitokondriaalseks CoA-ks, st pöördreaktsiooni (joonis 9).

Joonis 9. Rasvhapete ülekandmine pikkade süsivesinikradikaalidega läbi mitokondriaalsete membraanide

Seega muutub atsüül-CoA β-oksüdatsiooniensüümidele kättesaadavaks. Vaba karnitiin tagastatakse sama translokaasi toimel sisemise mitokondriaalse membraani tsütosoolsele küljele. Pärast seda kaasatakse atsüül-CoA β-oksüdatsioonireaktsioonidesse.

Mitokondriaalses maatriksis toimub atsüül-CoA katabolism (lagundamine) korduva järjestuse tulemusena. neli reaktsiooni.

1) Iga tsükli esimene reaktsioon on selle oksüdeerimine ensüümi poolt atsüül-CoA dehüdrogenaas, mille koensüüm on FAD. Dehüdrogeenimine toimub β ja α süsinikuaatomite vahel, mille tulemusena moodustub süsinikuahelas kaksikside ja selle reaktsiooni saadus on enoüül-CoA:

R-CH2-CH2CO~SKoA + FAD → R-CH=CHCO~SKoA + FADN2

Atsüül-CoA Enoil-CoA

2) Rasvhapete oksüdatsioonitsükli teises etapis hüdraaditakse enoüül-CoA kaksikside, mille tulemusena moodustub β-hüdroksüatsüül-CoA. Reaktsiooni katalüüsib ensüüm enoüül-CoA hüdrataas:

R-CH=CHCO~SKoA +H2O → R-CH-CH2CO~SKoA

Enoüül-CoA β-hüdroksüatsüül-CoA

3) Tsükli kolmandas etapis toimub β-hüdroksüatsüül-CoA dehüdrogeenimine (teine ​​oksüdatsioon) ensüümi osalusel β-hüdroksüatsüül-CoA dehüdrogenaas, mille koensüümiks on NAD +. Selle reaktsiooni saadus on β-ketoatsüül-CoA:

R-CH-CH2CO~SKoA + NAD+ → R-CОCH2CO~SKoA + NADH + H +

β-hüdroksüatsüül-CoA β-ketoatsüül-CoA

4) Rasvhapete oksüdatsioonitsükli lõppreaktsiooni katalüüsib atsetüül-CoA atsüültransferaas (tiolaas). Selles etapis reageerib β-ketoatsüül-CoA vaba CoA-ga ja lõhustatakse, moodustades esiteks kahe süsinikuga fragmendi, mis sisaldab lähterasvhappe kahte terminaalset süsinikuaatomit atsetüül-CoA kujul, ja teiseks CoA. rasvhappe ester, nüüd lühendatud kahe süsinikuaatomi võrra. Analoogiliselt hüdrolüüsiga nimetatakse seda reaktsiooni tiolüüs:

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

β-ketoatsüül-CoA Atsetüül-CoA Atsüül-CoA,

võrra lühendatud

2 süsinikuaatomit

Seejärel läbib lühendatud atsüül-CoA järgmise oksüdatsioonitsükli, mis algab reaktsioonist, mida katalüüsib atsüül-CoA dehüdrogenaas (oksüdatsioon), millele järgneb hüdratatsioonireaktsioon, teine ​​oksüdatsioonireaktsioon, tiolaasi reaktsioon, see tähendab, et seda protsessi korratakse mitu korda (joonis 10).

β- Kõrgemate rasvhapete oksüdatsioon toimub mitokondrites. Neis paiknevad ka hingamistsükli ensüümid, mis viivad ADP oksüdatiivse fosforüülimise tingimustes vesinikuaatomite ja elektronide ülekandumiseni hapnikuks, seetõttu on kõrgemate rasvhapete β-oksüdatsioon energiaallikaks ATP sünteesiks.

Joonis 10. Rasvhapete oksüdatsioon

Kõrgemate rasvhapete β-oksüdatsiooni lõppsaadus paaritu arv süsinikuaatomeid on atsetüül-CoA, A paaritutega- propionüül-CoA.

Kui atsetüül-CoA kehasse kogunenud, siis ammenduksid peagi HS~KoA varud ning peatuks kõrgemate rasvhapete oksüdatsioon. Kuid seda ei juhtu, kuna CoA vabaneb atsetüül-CoA-st kiiresti. Selleni viivad mitmed protsessid: atsetüül-CoA lülitatakse trikarboksüül- ja dikarboksüülhapete tsüklisse või sellele väga lähedasse glüoksüültsüklisse või kasutatakse atsetüül-CoA-d steroolide ja isoprenoidrühmi sisaldavate ühendite sünteesiks, jne.

propionüül-CoA, mis on paaritu arvu süsinikuaatomitega kõrgemate rasvhapete β-oksüdatsiooni lõpp-produkt, muundatakse suktsinüül-CoA-ks, mida kasutatakse trikarboksüül- ja dikarboksüülhapete tsüklis.

Umbes pooled inimorganismis leiduvatest rasvhapetest küllastumata .

Nende hapete β-oksüdatsioon toimub tavapärasel viisil, kuni kaksikside on kolmanda ja neljanda süsinikuaatomi vahel. Siis ensüüm enoüül-CoA isomeraas nihutab kaksiksideme positsioonist 3-4 asendisse 2-3 ja muudab kaksiksideme cis-i trans-konformatsiooniks, mis on vajalik β-oksüdatsiooniks. Selles β-oksüdatsioonitsüklis esimest dehüdrogeenimisreaktsiooni ei toimu, kuna rasvhapperadikaalis on kaksikside juba olemas. Lisaks jätkuvad β-oksüdatsioonitsüklid, mis ei erine tavapärasest teest. Rasvhapete metabolismi peamised teed on näidatud joonisel 11.

Joonis 11. Rasvhapete metabolismi peamised teed

Hiljuti avastati, et lisaks β-oksüdatsioonile, rasvhapete katabolismi peamiseks rajaks, ajukude rasvhapete α-oksüdatsioon süsinikuaatomite arvuga (C13-C18), st ühe süsiniku fragmentide järjestikune elimineerimine molekuli karboksüülotsast.

Seda tüüpi oksüdatsiooni esineb kõige sagedamini taimekudedes, kuid see võib esineda ka mõnes loomsetes kudedes. α-oksüdatsioon on olemuselt tsükliline ja tsükkel koosneb kahest reaktsioonist.

Esimene reaktsioon seisneb rasvhappe oksüdeerimises vesinikperoksiidi toimel vastavaks aldehüüdiks ja CO 2 -ks spetsiifilise osalusel. peroksidaasid:

Selle reaktsiooni tulemusena lüheneb süsivesinike ahel ühe süsinikuaatomi võrra.

Teise reaktsiooni põhiolemus on saadud aldehüüdi hüdratiseerimine ja oksüdeerimine vastavaks karboksüülhappeks. aldehüüddehüdrogenaas mis sisaldab koensüümi NAD oksüdeeritud vormi:

Seejärel kordub α-oksüdatsioonitsükkel uuesti. Võrreldes β-oksüdatsiooniga on seda tüüpi oksüdatsioon energeetiliselt ebasoodsam.

ω-Rasvhapete oksüdatsioon. Loomade ja mõnede mikroorganismide maksas on ensüümsüsteem, mis tagab rasvhapete ω-oksüdatsiooni, see tähendab oksüdatsiooni terminaalses CH 3 rühmas, mis on tähistatud tähega ω. Kõigepealt mõju all monooksügenaasid toimub hüdroksüülimine, moodustades ω-hüdroksühappe:

Seejärel oksüdeeritakse ω-hüdroksühape ω-dikarboksüülhappeks vastavate ainete toimel. dehüdrogenaasid:

Nii saadud ω-dikarboksüülhapet lühendatakse mõlemas otsas β-oksüdatsioonireaktsioonide abil.

Hüdrolüüs triglütseriidid mida teostab pankrease lipaas. Selle optimaalne pH = 8, see hüdrolüüsib TG-d valdavalt positsioonides 1 ja 3, moodustades 2 vaba rasvhapet ja 2-monoatsüülglütserooli (2-MG). 2-MG on hea emulgaator. 28% 2-MG-st muudetakse isomeraasi toimel 1-MG-ks. Suurem osa 1-MG-st hüdrolüüsitakse pankrease lipaasi toimel glütserooliks ja rasvhappeks. Pankreases sünteesitakse pankrease lipaas koos valgu kolipaasiga. Kolipaas moodustub inaktiivsel kujul ja aktiveeritakse soolestikus trüpsiini toimel osalise proteolüüsi teel. Kolipaas oma hüdrofoobse domeeniga seondub lipiiditilga pinnaga ja selle hüdrofiilne domeen aitab viia pankrease lipaasi aktiivse keskuse TG-le võimalikult lähedale, mis kiirendab nende hüdrolüüsi.

Oksüdatsioon toimub mitokondriaalses maatriksis. Kõigepealt aktiveeritakse rasvhape: 1 .Tsütoplasmas aktiveeritakse iga hape CoA-8H ja ATP energia abil. 2. Aktiivne rasvhape, atsüül-CoA, transporditakse tsütosoolist mitokondriaalsesse maatriksisse (MC). CoA-8H jääb tsütosooli ja rasvhappejääk - atsüül - ühineb karnitiiniga (ladina keelest - karnitiin - lihast - karnitiin eraldatakse lihaskoest), moodustades atsüülkarnitiini, mis siseneb mitokondrite membraanidevahelisesse ruumi. Mitokondrite membraanidevahelisest ruumist kantakse atsüül-karnitiini kompleks mitokondriaalsesse maatriksisse. Sel juhul jääb karnitiin membraanidevahelisse ruumi. Maatriksis ühineb atsüül CoA-8H-ga. 3. Oksüdatsioon. MC-maatriksis moodustub aktiivne rasvhape, mis seejärel läbib oksüdatsioonireaktsiooni lõpptoodeteks. Beetaoksüdatsioonil oksüdeeritakse rasvhappe beeta-asendis olev -CH2- rühm C- rühmaks. Sel juhul toimub dehüdrogeenimine kahes etapis: atsüüldehüdrogenaasi (flaviini ensüüm, vesinik kantakse ubikinooniks) ja beeta-hüdroksüatsüüldehüdrogenaasi (vesiniku aktseptor NAD+) osalusel. Seejärel laguneb beeta-ketoatsüül-CoA ensüümi tiolaasi toimel atsetüül-CoA-ks ja atsüül-CoA-ks, mis on esialgsega võrreldes lühenenud 2 süsinikuaatomi võrra. See atsüül-CoA läbib uuesti beeta-oksüdatsiooni. Selle protsessi korduv kordamine viib rasvhappe täieliku lagunemiseni atsüül-CoA-ks. Rasvhapete oksüdatsioon. Sisaldab 2 etappi: 1. kahe süsinikuga fragmendi järjestikune lõhustamine atsetüül-CoA kujul happe C-otsast; 2. atsetüül-CoA oksüdeerimine Krebsi tsüklis CO2-ks ja H2O-ks. Rasvhapete oksüdatsiooni energeetiline väärtus. Steariinhape (C 18) läbib 8 oksüdatsioonitsüklit, mille käigus moodustub 9 atsetüül-CoA. Igas oksüdatsioonitsüklis moodustub 8 * 5 ATP = 40 ATP, atsetüül-CoA toodab 9 * 12 ATP = 108 ATP. Kokku: 148 ATP, kuid 1 ATP kulub rasvhapete aktiveerimisele tsütosoolis, seega kokku 147 ATP

β – kõrgemate rasvhapete (HFA) oksüdatsioon. Protsessi energiatõhusus (küllastunud ja küllastumata rasvhapete puhul). IVFA kudede oksüdatsiooni mõju glükoosi kasutamisele kudedes.

β-oksüdatsioon - hargnemata keskmise ja lühikese süsivesinikahelaga rasvhapete katabolismi spetsiifiline rada. Mitokondriaalses maatriksis toimub β-oksüdatsioon, mille käigus eraldub FA C-otsast järjestikku 2 C-aatomit atsetüül-CoA kujul. FA β-oksüdatsioon toimub ainult aeroobsetes tingimustes ja on suure hulga energia allikas. FA β-oksüdatsioon toimub aktiivselt punastes skeletilihastes, südamelihases, neerudes ja maksas. FA-d ei toimi närvikudede energiaallikana, kuna FA-d ei läbi hematoentsefaalbarjääri, nagu ka teised hüdrofoobsed ained, FA-de β-oksüdatsioon suureneb neeldumisjärgsel perioodil, paastumise ja füüsilise töö ajal. Samal ajal suureneb FA-de kontsentratsioon veres FA-de mobiliseerimise tulemusena rasvkoest.

LCD aktiveerimine

FA aktiveerimine toimub kõrge energiaga sideme moodustumisel FA ja HSCoA vahel atsüül-CoA moodustumisega. Reaktsiooni katalüüsib ensüüm atsüül-CoA süntetaas:

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

Pürofosfaati hüdrolüüsib ensüüm pürofosfataas: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2H 3 PO 4

Atsüül-CoA süntetaase leidub nii tsütosoolis (mitokondrite välismembraanil) kui ka mitokondriaalses maatriksis. Need ensüümid erinevad oma spetsiifilisuse poolest erineva süsivesinikahela pikkusega FA-de suhtes.

Transpordi LCD. FA-de transport mitokondriaalsesse maatriksisse sõltub süsinikuahela pikkusest.

Lühikese ja keskmise ahela pikkusega (4 kuni 12 C-aatomiga) FA-d võivad difusiooni teel tungida mitokondriaalsesse maatriksisse. Nende FA-de aktiveerimine toimub mitokondriaalses maatriksis olevate atsüül-CoA süntetaaside poolt Pika ahelaga FA-d aktiveeritakse esmalt tsütosoolis (mitokondriaalse välismembraani atsüül-CoA süntetaasid) ja seejärel viiakse spetsiaalse transpordisüsteemi abil üle mitokondriaalsesse maatriksisse. karnitiini kasutamine. Karnitiin pärineb toidust või sünteesitakse lüsiinist ja metioniinist C-vitamiini osalusel.

Mitokondrite välismembraanis katalüüsib ensüüm karnitiinatsüültransferaas I (karnitiini palmitoüültransferaas I) atsüüli ülekannet CoA-st karnitiinile, moodustades atsüülkarnitiini;

Atsüülkarnitiin läbib membraanidevahelise ruumi sisemembraani välisküljele ja transporditakse karnitiini atsüülkarnitiini translokaasi toimel sisemise mitokondriaalse membraani sisepinnale;

Ensüüm karnitiinatsüültransferaas II katalüüsib atsüüli ülekannet karnitiinist intramitokondriaalsesse HSCoA-sse, moodustades atsüül-CoA;

Vaba karnitiin tagastatakse sama translokaasi toimel sisemise mitokondriaalse membraani tsütosoolsele küljele.

Reaktsioonid FA-de β-oksüdatsioon

1. β-oksüdatsioon algab atsüül-CoA dehüdrogeenimisega FAD-sõltuva atsüül-CoA dehüdrogenaasi toimel, moodustades kaksiksideme (trans) Enoüül-CoA α- ja β-C aatomite vahel. Vähendatud FADN 2, oksüdeerudes CPE-s, tagab 2 ATP molekuli sünteesi;

2. Enoüül-CoA hüdrataas lisab Enoüül-CoA kaksiksidemele vett, moodustades β-hüdroksüatsüül-CoA;

3. β-hüdroksüatsüül-CoA oksüdeeritakse NAD-sõltuva dehüdrogenaasi toimel β-ketoatsüül-CoA-ks. Vähendatud NADH 2, oksüdeerudes CPE-ks, tagab 3 ATP molekuli sünteesi;

4. Tiolaas HCoA osalusel lõikab atsetüül-CoA β-ketoatsüül-CoA-st. 4 reaktsiooni tulemusena moodustub Acyl-CoA, mis on eelmisest Atsüül-CoA-st 2 süsiniku võrra lühem. Moodustunud atsetüül-CoA, mis oksüdeerub TCA tsüklis, tagab 12 ATP molekuli sünteesi CPE-s.

Seejärel siseneb atsüül-CoA uuesti β-oksüdatsioonireaktsioonidesse. Tsüklid jätkuvad, kuni atsüül-CoA muutub 2 süsinikuaatomiga atsetüül-CoA-ks (kui FA-s oli paarisarv süsinikuaatomit) või 3 süsinikuaatomiga butürüül-CoA-ks (kui FA-s oli paaritu arv süsinikuaatomeid).

Paarisarvu süsinikuaatomitega küllastunud rasvhapete oksüdatsiooni energiabilanss

Kui FA on aktiveeritud, kulutatakse 2 ATP makroergilist sidet.

Paarisarvu C-aatomitega küllastunud FA oksüdeerimisel moodustuvad ainult FADH 2, NADH 2 ja atsetüül-CoA.

1 β-oksüdatsioonitsükli jooksul moodustub 1 FADH 2, 1 NADH 2 ja 1 atsetüül-CoA, mis oksüdeerumisel annavad 2 + 3 + 12 = 17 ATP-d.

Tsüklite arv FA β-oksüdatsiooni ajal = C-aatomite arv (FA/2)-1. Palmitiinhape läbib β-oksüdatsiooni (16/2)-1 = 7 tsüklit. 7 tsükliga moodustub 17*7=119 ATP-d.

Viimase β-oksüdatsiooni tsükliga kaasneb täiendava atsetüül-CoA moodustumine, mis oksüdeerumisel toodab 12 ATP-d.

Seega tekib palmitiinhappe oksüdeerimisel: -2+119+12=129 ATP.

β-oksüdatsiooni, palmitoüül-CoA kokkuvõtlik võrrand:

C15H31CO-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 8 CH 3 -CO-KoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2

Paaritu arvu süsinikuaatomitega küllastunud rasvhapete oksüdatsiooni energiabilanss

Paaritu arvu C-aatomitega küllastunud FA β-oksüdatsioon toimub alguses samamoodi nagu paarisarvuga. Aktiveerimiseks kulutatakse 2 ATP makroergilist sidet.

17 süsinikuaatomiga FA läbib β-oksüdatsiooni 17/2-1 = 7 tsüklit. 1 tsükli jooksul moodustub 1 FADN 2, 1 NADH 2 ja 1 atsetüül-CoA 2 + 3 + 12 = 17 ATP-d. 7 tsükliga moodustub 17*7=119 ATP-d.

Viimase β-oksüdatsioonitsükliga kaasneb mitte atsetüül-CoA, vaid 3 süsinikuaatomiga propionüül-CoA moodustumine.

Propionüül-CoA karboksüleeritakse 1 ATP hinnaga propionüül-CoA karboksülaasi toimel, moodustades D-metüülmalonüül-CoA, mis pärast isomerisatsiooni muundatakse esmalt L-metüülmalonüül-CoA-ks ja seejärel suktsinüül-CoA-ks. Suktsinüül-CoA on kaasatud TCA tsüklisse ja oksüdeerumisel toodab PCA ja 6 ATP. PIKE võib glükoosi sünteesiks siseneda glükoneogeneesi. B12-vitamiini puudus põhjustab metüülmalonüüli kogunemist veres ja eritumist uriiniga. FA oksüdatsiooni käigus tekib: -2+119-1+6=122 ATP.

17 süsinikuaatomiga FA-de β-oksüdatsiooni üldvõrrand:

C16H33CO-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

Paarisarvu süsinikuaatomitega küllastumata rasvhapete oksüdatsiooni energiabilanss

Umbes pooled inimkehas leiduvatest FA-dest on küllastumata. Nende hapete β-oksüdatsioon toimub tavapärasel viisil, kuni kaksikside on C-aatomite 3 ja 4 vahel. Ensüüm enoüül-CoA isomeraas viib seejärel kaksiksideme positsioonilt 3-4 positsioonile 2-3 ja muudab tsis-konformatsiooni. kaksikside transiga, mis on vajalik β-oksüdatsiooniks. Kuna selles β-oksüdatsioonitsüklis on kaksikside juba FA-s olemas, siis esimest dehüdrogeenimisreaktsiooni ei toimu ja FADH 2 ei moodustu. Lisaks jätkuvad β-oksüdatsioonitsüklid, mis ei erine tavapärasest teest.

Energiabilanss arvutatakse samamoodi nagu paaritu arvu C-aatomitega küllastunud FA-de puhul, ainult iga kaksiksideme kohta puudub 1 FADN 2 ja vastavalt 2 ATP.

Palmitoleüül-CoA β-oksüdatsiooni üldine võrrand on järgmine:

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

Palmitoleiinhappe β-oksüdatsiooni energiabilanss: -2+8*12+6*2+7*3=127 ATP.

Nälg, füüsiline aktiivsus → glükagoon, adrenaliin → TG lipolüüs adipotsüütides → FA veres → β-oksüdatsioon aeroobsetes tingimustes lihastes, maksas → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, Atsetüül-CoA, (FA) → ↓ glükolüüs → närvikoe, punaste vereliblede jne jaoks vajalik glükoosi kokkuhoid.

Toit → insuliin → glükolüüs → atsetüül-CoA → malonüül-CoA ja FA süntees

Malonüül-CoA süntees → malonüül-CoA → ↓ karnitiinatsüültransferaas I maksas → ↓ FA-de transport mitokondriaalsesse maatriksisse → ↓ FA-d maatriksis → ↓ FA-de β-oksüdatsioon

IVFA biosüntees. Palmitaadi süntaasi kompleksi struktuur. Keemia ja protsessi reguleerimine.

Palmitiinhappe süntees

Malonüül-CoA moodustumine

FA sünteesi esimene reaktsioon on atsetüül-CoA muundamine malonüül-CoA-ks. Seda reguleerivat reaktsiooni FA sünteesis katalüüsib atsetüül-CoA karboksülaas.

Atsetüül-CoA karboksülaas koosneb mitmest biotiini sisaldavast subühikust.

Reaktsioon toimub kahes etapis:

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

2) atsetüül-CoA + biotiin-COOH → malonüül-CoA + biotiin

Atsetüül-CoA karboksülaasi reguleeritakse mitmel viisil:

3) Ensüümide subühikute komplekside assotsiatsioon/dissotsiatsioon. Inaktiivsel kujul on atsetüül-CoA karboksülaas kompleks, mis koosneb 4 alaühikust. Tsitraat stimuleerib komplekside liitumist, mille tulemusena suureneb ensüümide aktiivsus. Palmitoüül-CoA põhjustab komplekside dissotsiatsiooni ja ensüümi aktiivsuse vähenemist;

2) atsetüül-CoA karboksülaasi fosforüülimine/defosforüülimine. Glükagoon või adrenaliin stimuleerib adenülaattsüklaasi süsteemi kaudu atsetüül-CoA karboksülaasi subühikute fosforüülimist, mis viib selle inaktiveerimiseni. Insuliin aktiveerib fosfoproteiini fosfataasi, atsetüül-CoA karboksülaas defosforüülitakse. Seejärel toimub tsitraadi mõjul ensüümi protomeeride polümerisatsioon ja see muutub aktiivseks;

3) Süsivesikute- ja lipiidivaeste toitude pikaajaline tarbimine põhjustab insuliini sekretsiooni suurenemist, mis kutsub esile atsetüül-CoA karboksülaasi, palmitaadi süntaasi, tsitraatlüaasi, isotsitraatdehüdrogenaasi sünteesi ning kiirendab FA ja FA sünteesi. TG. Paastumine või rasvarikka dieedi söömine viib ensüümide ja vastavalt FA ja TG sünteesi vähenemiseni.

Palmitiinhappe moodustumine

Pärast malonüül-CoA moodustumist jätkub palmitiinhappe süntees multiensüümide kompleksis - rasvhapete süntaas (palmitoüülsüntetaas) .

Palmitoüülsüntaas on dimeer, mis koosneb kahest identsest polüpeptiidahelast. Igal ahelal on 7 aktiivset saiti ja atsüüli ülekandevalk (ACP). Igas ahelas on 2 SH rühma: üks SH rühm kuulub tsüsteiinile, teine ​​fosfopanteethappe jäägile. Ühe monomeeri tsüsteiini-SH-rühm asub teise protomeeri 4-fosfopanteteinaat-SH-rühma kõrval. Seega on ensüümi protomeerid paigutatud peast sabani. Kuigi iga monomeer sisaldab kõiki katalüütilisi saite, on kahest protomeerist koosnev kompleks funktsionaalselt aktiivne. Seetõttu sünteesitakse tegelikult korraga 2 LC-d.

See kompleks pikendab FA-radikaali järjestikku 2 C-aatomi võrra, mille doonoriks on malonüül-CoA.

Palmitiinhappe sünteesi reaktsioonid

1) Atsetüüli ülekandmine CoA-st tsüsteiini SH-rühma atsetüültransatsülaasi tsentri kaudu;

2) malonüüli ülekandmine CoA-st ACP SH-rühma malonüültransatsülaasi tsentri poolt;

3) Ketoatsüüli süntaasi tsentris kondenseerub atsetüülrühm malonüülrühmaga, moodustades ketoatsüüli ja vabastades CO 2.

4) ketoatsüül redutseeritakse ketoatsüülreduktaasi toimel hüdroksüatsüüliks;

5) oksütsüül dehüdreeritakse hüdrataasi toimel enoüüliks;

6) Enoüül redutseeritakse enoüülreduktaasi toimel atsüüliks.

Esimese reaktsioonitsükli tulemusena moodustub 4 C-aatomiga atsüül (butürüül). Järgmisena kantakse butürüül positsioonilt 2 positsioonile 1 (kus atsetüül asus esimese reaktsioonitsükli alguses). Seejärel läbib butürüül samad muundumised ja pikeneb 2 süsinikuaatomi võrra (malonüül-CoA-st).

Sarnaseid reaktsioonide tsükleid korratakse, kuni moodustub palmitiinhappe radikaal, mis tioesteraasi tsentri toimel eraldub hüdrolüütiliselt ensüümikompleksist, muutudes vabaks palmitiinhappeks.

Palmitiinhappe atsetüül-CoA ja malonüül-CoA sünteesi üldvõrrand on järgmine:

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

H2O + 8 HSKoA + 14 NADP +

FA-de süntees palmitiin- ja muudest FA-dest

FA-de pikenemine elongaasireaktsioonides

Rasvhappe pikenemist nimetatakse pikenemiseks. FA-sid saab sünteesida palmitiinhappe ja teiste pikemate FA-de pikenemise tulemusena ER-s. Iga LC pikkuse jaoks on olemas elongaasid. Reaktsioonide jada sarnaneb palmitiinhappe sünteesiga, kuid sel juhul ei toimu süntees mitte ACP-ga, vaid CoA-ga. Peamine pikenemisprodukt maksas on steariinhape. Närvikudedes tekivad pika ahelaga FA-d (C = 20-24), mis on vajalikud sfingolipiidide sünteesiks.

Küllastumata FA-de süntees desaturaasi reaktsioonides

Kaksiksidemete kaasamist FA radikaalidesse nimetatakse desaturatsiooniks. FA-de desaturatsioon toimub ER-s monooksügenaasi reaktsioonides, mida katalüüsivad desaturaasid.

Stearoüül-CoA desaturaas– lahutamatu ensüüm, sisaldab mitteheemset rauda. Katalüüsib 1 kaksiksideme moodustumist 9 kuni 10 süsinikuaatomi vahel FA-s. Stearoüül-CoA desaturaas kannab tsütokroom b-lt 5 elektrone üle 1 hapnikuaatomile, prootonite osalusel moodustab see hapnik vett. Teine hapnikuaatom liidetakse stearhappesse, moodustades selle hüdroksüatsüüli, mis dehüdrogeneerub oleiinhappeks.

Inimkehas esinevad FA-desaturaasid ei saa moodustada kaksiksideme FA-des, mis asuvad üheksandast süsinikuaatomist kaugemal, mistõttu ω-3 ja ω-6 perekonda kuuluvad FA-d organismis ei sünteesita, on hädavajalikud ja neid tuleb varustada toiduga, kuna täita olulisi reguleerivaid funktsioone. Peamised desaturatsiooni tulemusena inimkehas tekkivad FA-d on palmitoleiin ja oleiinhape.

α-hüdroksü-FA-de süntees

Närvikoes toimub ka teiste FA-de, α-hüdroksühapete süntees. Segafunktsiooniga oksüdaasid hüdroksüleerivad C22 ja C24 happeid, moodustades tserebroonhappe, mida leidub ainult aju lipiidides.

Süsivesikud moodustavad suurema osa inimese toidust ja annavad olulise osa keha energiavajadusest. Tasakaalustatud toitumise korral on päevane süsivesikute kogus keskmiselt 4 korda suurem kui valkude ja rasvade hulk.

Süsivesikute roll toitumises:

1. Süsivesikud teevad energiafunktsioon. 1 g süsivesikute oksüdeerumisel vabaneb 4,1 kcal energiat. Glükoos, milleks lagundatakse suurem osa süsivesikutest, on kehas peamine energiasubstraat.

2. Lihaste aktiivsus millega kaasneb märkimisväärne glükoosi tarbimine. Füüsilise töö ajal tarbitakse esmalt süsivesikuid ja alles siis, kui nende varud (glükogeen) on ammendunud, lülitatakse vahetusse rasvad.

3. Süsivesikud on normaalseks funktsioneerimiseks hädavajalikud kesknärvisüsteem, kelle rakud on väga tundlikud vere glükoosipuuduse suhtes.

4. Süsivesikud teevad struktuurne funktsioon. Lihtsad süsivesikud on sidekoe aluse moodustavate glükoproteiinide moodustumise allikaks.

5. Kaasatud on süsivesikud valkude ja rasvade ainevahetuses. Rasvu saab moodustada süsivesikutest.

6. Taimset päritolu süsivesikud (tselluloos, pektiinained) stimuleerivad soolemotoorikat ja soodustavad sellesse kogunevate mürgiste saaduste väljutamist.

Allikad süsivesikud teenivad valdavalt taimsed saadused, eriti jahutooted, teraviljad, maiustused. Enamikus toiduainetes esinevad süsivesikud tärklise ja vähemal määral disahhariidide kujul (piim, suhkrupeet, puuviljad ja marjad). Süsivesikute paremaks omastamiseks on vajalik, et suurem osa neist jõuaks kehasse tärklise kujul.

Tärklis laguneb seedetraktis järk-järgult glükoosiks, mis siseneb verre väikeste portsjonitena, mis parandab selle ärakasutamist ja hoiab püsiva veresuhkru taseme. Suure koguse suhkru korraga manustamisel suureneb glükoosi kontsentratsioon veres järsult ja see hakkab erituma uriiniga. Kõige soodsamateks tingimusteks peetakse seda, kui 64% süsivesikutest tarbitakse tärklisena ja 36% suhkrutena.

Tarbimismäär süsivesikud sõltuvad töö intensiivsusest. Füüsilise töö ajal on süsivesikuid vaja suuremas koguses. Keskmiselt on vaja 1 kg kehakaalu kohta 4-6-8 g süsivesikuid päevas, s.o. umbes 4 korda rohkem kui valke ja rasvu.

Liigne süsivesikute tarbimine võib põhjustada rasvumist ja seedetrakti liigset ülekoormust, sest süsivesikuterikkad taimsed toidud on tavaliselt mahukamad, tekitavad raskustunnet ja halvendavad toidu üldist seeduvust.

Süsivesikute puudus toidus on samuti ebasoovitav hüpoglükeemiliste seisundite tekke ohu tõttu. Süsivesikute vaegusega kaasneb reeglina üldine nõrkus, unisus, mälu, vaimse ja füüsilise töövõime langus, peavalu, valkude, vitamiinide vähenenud seeduvus, atsidoos jne. Sellega seoses ei tohiks süsivesikute kogust igapäevases toidus olema alla 300 g

Süsivesikute rühmaga on tihedalt seotud enamikus taimsetes toiduainetes leiduvad ained, mis on inimorganismi poolt halvasti seeditavad – pektiinained (seedimatud süsivesikud) ja kiudained.

Pektiinained on taimsed želeerivad ained, millel on kõrge sorptsiooni- (imamis-) võime. Neil on kasulik toime seedesüsteemi haiguste, põletuste ja haavandite ravis, samuti on neil võime neutraliseerida mõningaid toksilisi aineid (eriti aktiivsed on need raskemetallide soolade, nt pliiühendite, kehast eemaldamisel).

Pektiinaineid on palju apelsinides, õuntes, mustades sõstardes ning teistes puuviljades ja marjades.

Tselluloos(muud nimetused – jäme taimne ehk seedimatu või toit või toidukiud) on polüsahhariid, mis on osa taimse toidu massiivsetest rakuseintest. Sellel on kiuline, üsna jäme struktuur.

Tavalised kiudainete allikad on kliid, leib ja teraviljad (eriti tatar ja kaerahelbed). Suures koguses leidub paljudes köögiviljades, puuviljades, lehtedes ja taimede vartes; eriti palju on seda terade kestades ja viljade kestades. Köögi- ja puuviljade konserveerimisel säilivad kiudained täielikult (v.a viljalihata mahlad).

Suure kalorisisalduseta aitab enamik köögivilju ja puuvilju aga seedimatute süsivesikute suure sisalduse tõttu kaasa kiirele ja üsna stabiilsele küllastustundele: kuna kiudained suudavad imada palju vedelikku, paisuvad need kõht, täitke osa selle mahust - ja selle tulemusena toimub küllastumine kiiremini. Kiud ise ei kanna kehasse ainsatki kalorit.

Kiudainete väärtus seisneb selles, et kuna tegemist on igapäevase toitumise üsna mahuka komponendiga, siis inimkeha neid ei seedi. Suure hulga kiudainete olemasolu vähendab mõnevõrra toidu üldist seeduvust. Kuid selle täielik puudumine mõjutab seedetrakti toimimist halvasti.

Kiudained põhjustavad soolestiku korralikku peristaltikat (seinte liikumist) ja soodustavad seeläbi toidu liikumist läbi seedekanali ning seedimata toitainete väljaviimist organismist.

Vajaliku kiudainete koguse toidus tagab loomsete ja taimsete saaduste õige kombineerimine igapäevases toidus.

Pärast lagunemist muutuvad kiudained, nagu ka teised polüsahhariidid, suhkruteks. Inimese seedetraktis pole aga ensüüme, mis võiksid sellist lagunemist läbi viia. Ainult väike osa sellest saab seedida soolestikus olevate mikroorganismide mõjul, samas kui suurem osa eemaldatakse organismist muutusteta. Selle välise kasutuse tõttu nimetatakse kiudaineid ja pektiine ballastaineteks.

Ballastained täidavad ka olulist funktsiooni seedimisprotsessis: kiudained kääritatakse soolebakterite poolt ja aitavad sõna otseses mõttes toitu peenestada; ärritades soole seinte närvilõpmeid, suurendavad nad peristaltikat. Kui toit on ballastainetevaene, on soolemotoorika häiritud, seetõttu on nende häirete vältimiseks soovitatav kasutada kiudainerikkaid koresöödatooteid.

Lisaks on kiudainetel võime stimuleerida ainevahetust, kuna kiudained takistavad toiduga kaasas olevate või selle töötlemise käigus tekkivate toksiinide imendumist ning toimivad omamoodi visplina: mööda seedekulglat liikudes võtavad nad kaasa kõik, mis. on seinte külge kinni jäänud ja kehast eemaldatud.

Kiudainete eeliseks on ka see, et need kipuvad alandama endogeense kolesterooli taset (see on kolesterool, mis ei jõua meieni toiduga, vaid mida organism ise toodab maksas soolestikust maksa sisenevatest sapphapetest) .

Hemitselluloos: nagu kiudained või tselluloos, on see osa teraviljatoodete rakuseintest ning väheses koguses leidub puu- ja köögiviljade viljalihas. See on võimeline kinni pidama vett ja siduma metalle.

Rasvhapete oksüdatsioon (beetaoksüdatsioon). Roll H.S. – Ko selles protsessis. Steorhappe täieliku oksüdeerumise energia CO 2 c H 2 O . Arvutage oksüdatsiooni käigus moodustunud ATP molekulide arv.

FA aktiveerimine toimub tsütoplasmas ja beeta-oksüdatsioon toimub mitokondrites.

Atsüül-CoA ei pääse läbi mitokondriaalse membraani. Seetõttu on FA-de transportimiseks tsütoplasmast mitokondritesse spetsiaalne mehhanism karnitiini osalusel. Mitokondrite sisemembraanis on spetsiaalne transpordivalk, mis tagab ülekande. Tänu sellele tungib atsüülkarnitiin kergesti läbi mitokondri membraani.

Tsütoplasmaatilised ja mitokondriaalsed karnitiini atsüültransferaasid on struktuurilt erinevad, samuti erinevad nad üksteisest kineetiliste omaduste poolest. Tsütoplasmaatilise atsüülkarnitiini transferaasi Vmax on madalam kui mitokondriaalse ensüümi Vmax ja samuti väiksem kui β-oksüdatsiooniensüümide Vmax. Seetõttu on tsütoplasmaatiline atsüülkarnitiini transferaas rasvhapete lagundamisel võtmeensüüm.

Kui rasvhape siseneb mitokondritesse, katab see tingimata atsetüül-CoA-ks.

Kõige kompaktsem “kütus”, mis rahuldab organismi energiavajadusi, on rasvhapped, mille määravad ära nende keemilise struktuuri omadused. 1 mooli kohta vabastab rasvhapete täielik oksüdatsioon mitu korda rohkem kasutatavat keemilist energiat kui süsivesikute oksüdatsioon; näiteks 1 mooli palmitiinhappe oksüdeerimisel tekib 130 mooli ATP-d, samas kui 1 mooli glükoosi oksüdeerimisel 38 mooli ATP-d. Kaaluühiku kohta erineb energiatoodang rohkem kui kaks korda (9 kcal 1 g rasva kohta versus 4 kcal 1 g süsivesikute või valkude kohta). See kõrge energiatootlus põhineb samal põhjusel, mis muudab bensiini, nafta ja muud naftasaadused nii tõhusateks kütusteks soojus- ja mehaanilise energia tootmiseks, nimelt süsiniku suurel redutseerimisel pikkades alküülahelates. Põhiosa rasvhappemolekulist koosneb korduvatest ühikutest (CH2)n, st maksimaalselt vesinikuga rikastatud struktuurist. Nagu eelmisest ettekandest nägime, moodustub bioloogiliste oksüdatiivsete protsesside käigus salvestatud energia peamiselt seoses elektronide kontrollitud ülekandega hingamisahela vesinikuaatomitest koos ADP fosforüülimisega ATP-ks. Kuna rasvhapped koosnevad peamiselt süsinikust ja vesinikust ning sisaldavad seega oluliselt vähem hapnikuaatomeid kui süsivesikud, kaasneb rasvhapete oksüdeerumisega proportsionaalselt rohkem hapnikku imendumist ja seega ka rohkem ATP moodustumist oksüdatiivse fosforüülimise käigus.

On kindlaks tehtud, et rasvhapete oksüdatsioon toimub kõige intensiivsemalt maksas, neerudes, skeleti- ja südamelihastes ning rasvkoes. Ajukoes on rasvhapete oksüdatsiooni kiirus väga madal, kuna Peamine energiaallikas ajukoes on glükoos.

β-oksüdatsioon on rasvhapete katabolismi spetsiifiline rada, mille käigus eraldatakse 2 süsinikuaatomit järjestikku rasvhappe karboksüüli otsast atsetüül-CoA kujul. Metaboolset rada - β-oksüdatsioon - nimetatakse nii, kuna rasvhapete oksüdatsioonireaktsioonid toimuvad β-süsiniku aatomi juures. β-oksüdatsiooni ja sellele järgneva atsetüül-CoA oksüdatsiooni reaktsioonid TCA tsüklis on üks peamisi ATP sünteesi energiaallikaid oksüdatiivse fosforüülimise mehhanismi kaudu. Rasvhapete β-oksüdatsioon toimub ainult aeroobsetes tingimustes.

Rasvhapete aktiveerimine

Enne erinevatesse reaktsioonidesse sisenemist tuleb aktiveerida rasvhapped, st. on ühendatud makroergilise sidemega koensüüm A-ga:

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

Reaktsiooni katalüüsib ensüüm atsüül-CoA süntetaas. Reaktsiooni käigus vabanev pürofosfaat hüdrolüüsitakse ensüümi pürofosfataasi toimel: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2 H 3 PO 4.

Energia vabanemine pürofosfaadi suure energiaga sideme hüdrolüüsil nihutab reaktsiooni tasakaalu paremale ja tagab aktiveerimisreaktsiooni täielikkuse.

Atsüül-CoA süntetaas leidub nii tsütosoolis kui ka mitokondriaalses maatriksis. Need ensüümid erinevad oma spetsiifilisuse poolest erineva süsivesinikahela pikkusega rasvhapete suhtes. Lühikese ja keskmise ahela pikkusega (4 kuni 12 süsinikuaatomiga) rasvhapped võivad difusiooni teel tungida mitokondriaalsesse maatriksisse. Nende rasvhapete aktiveerimine toimub mitokondriaalses maatriksis. Pika ahelaga rasvhappeid, mis on inimkehas ülekaalus (12–20 süsinikuaatomit), aktiveerivad mitokondrite välismembraanil asuvad atsüül-CoA süntetaasid.

Aktiveeritud rasvhapete lagunemine toimub vastavalt hüpoteesile b - oksüdatsioon F. Knoop, pakkus välja 1904 b – mitokondrite sees toimub oksüdatsioon

β- Rasvhapete oksüdatsioon- spetsiifiline rasvhapete katabolismi rada, mis toimub mitokondriaalses maatriksis ainult aeroobsetes tingimustes ja lõpeb atsetüül-CoA moodustumisega. β-oksüdatsioonireaktsioonide vesinik siseneb CPE-sse ja atsetüül-CoA oksüdeeritakse tsitraaditsüklis, mis varustab ka CPE-d vesinikuga. Seetõttu on rasvhapete β-oksüdatsioon kõige olulisem metaboolne rada, mis tagab ATP sünteesi hingamisahelas.

β-oksüdatsioon algab atsüül-CoA dehüdrogeenimisega FAD-sõltuva atsüül-CoA dehüdrogenaasi toimel, moodustades reaktsioonisaaduses enoüül-CoA α ja β süsinikuaatomite vahel kaksiksideme. Selles reaktsioonis taastatud koensüüm FADH 2 kannab CPE-s olevad vesinikuaatomid üle koensüümiks Q. Selle tulemusena sünteesitakse 2 ATP molekuli (joonis 8-27). Järgmises p-oksüdatsioonireaktsioonis lisatakse kaksiksideme kohta veemolekul, nii et OH-rühm paikneb atsüüli β-süsiniku aatomi juures, moodustades β-hüdroksüatsüül-CoA. Seejärel oksüdeeritakse β-hüdroksüatsüül-CoA NAD+-sõltuva dehüdrogenaasi poolt. CPE-s oksüdeeritud redutseeritud NADH annab energiat 3 ATP molekuli sünteesiks. Saadud β-ketoatsüül-CoA läbib tiolüütilise lõhustamise ensüümi tiolaasi toimel, kuna C-C sideme lõhustumise kohas lisatakse väävliaatomi kaudu koensüümi A molekul. Selle 4 reaktsiooni tulemusena a kahe süsinikuga jääk, atsetüül-CoA, eraldatakse atsüül-CoA-st. Kahe süsinikuaatomi võrra lühenenud rasvhape läbib taas dehüdrogeenimise, hüdratatsiooni, dehüdrogeenimise ja atsetüül-CoA eemaldamise reaktsioonid. Seda reaktsioonide jada nimetatakse tavaliselt "β-oksüdatsioonitsükliks", mis tähendab, et rasvhapperadikaaliga korratakse samu reaktsioone, kuni kogu hape muudetakse atsetüüljääkideks.

β -Rasvhapete oksüdatsioon.

B-oksüdatsiooniprotsess on tsükliline. Tsükli iga pöörde jaoks eraldatakse rasvhappest 2 süsinikuaatomit atsetüüljäägi kujul.

Pärast seda 2 süsinikuaatomi võrra lühenenud atsüül-CoA oksüdeerub uuesti (satub uude b-oksüdatsioonireaktsioonide tsüklisse). Saadud atsetüül-CoA võib veelgi siseneda trikarboksüülhappe tsüklisse. Peate suutma arvutada rasvhapete lagunemise energiasaagi. Esitatud valem kehtib kõigi n süsinikuaatomit sisaldavate küllastunud rasvhapete kohta. Küllastumata rasvhapete lagunemisel tekib vähem ATP-d. Iga kaksikside rasvhappes tähendab 2 ATP molekuli kadu. b-oksüdatsioon toimub kõige intensiivsemalt lihaskoes, neerudes ja maksas. FA b-oksüdatsiooni tulemusena moodustub atsetüül-CoA. Oksüdatsioonikiiruse määrab lipolüüsi protsesside kiirus. Lipolüüsi kiirenemine on iseloomulik süsivesikute nälgimise ja intensiivse lihastöö seisundile. B-oksüdatsiooni kiirenemist täheldatakse paljudes kudedes, sealhulgas maksas. Maks toodab atsetüül-CoA-d rohkem kui vaja. Maks on "altruistlik organ" ja seetõttu saadab maks glükoosi teistesse kudedesse.

Maks püüab saata oma atsetüül-CoA-d teistesse kudedesse, kuid ei saa seda teha, kuna rakumembraanid on atsetüül-CoA-le mitteläbilaskvad. Seetõttu sünteesitakse maksas atsetüül-CoA-st spetsiaalseid aineid, mida nimetatakse ketoonkehadeks. Ketoonkehad on atsetüül-CoA eriline transpordivorm.

Rasvhappemolekul laguneb mitokondriteks atsetüülkoensüümi A (atsetüül-CoA) kujul olevate kahe süsiniku fragmentide järkjärgulise elimineerimise teel.

C17H35COOH + 26 O2 = 18 CO2 + 18 H2O.

Kui steariinhape oksüdeeritakse, saab rakk 146 ATP molekuli.