Produkti oksidacije masnih kiselina. Postoji specifičan put za oksidaciju masnih kiselina. Stvaranje acetil-CoA i ATP-a na primjeru oksidacije palmitoil-CoA

Da bi se energija sadržana u masnim kiselinama pretvorila u energiju ATP veza, postoji metabolički put za oksidaciju masnih kiselina u CO 2 i vodu, koji je usko povezan s ciklusom trikarboksilnih kiselina i dišnim lancem. Ovaj put se zove β-oksidacija, jer dolazi do oksidacije 3. atoma ugljika masne kiseline (β-položaj) u karboksilnu skupinu, a istovremeno se acetilna skupina, uključujući C 1 i C 2 izvorne masne kiseline, odcjepljuje od kiseline.

Elementarni dijagram β-oksidacije

Reakcije β-oksidacije se javljaju u mitohondrije većina stanica u tijelu (osim živčanih stanica). Za oksidaciju se koriste masne kiseline koje ulaze u citosol iz krvi ili se pojavljuju tijekom lipolize vlastitih intracelularnih TAG-ova. Ukupna jednadžba za oksidaciju palmitinske kiseline je sljedeća:

Palmitoil-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Acetil-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH

Faze oksidacije masnih kiselina

1. Prije prodiranja u mitohondrijski matriks i oksidacije, masna kiselina mora aktivirati u citosolu. To se postiže dodavanjem koenzima A da se formira acil-SCoA. Acyl-SCoA je visokoenergetski spoj. Ireverzibilnost reakcije postiže se hidrolizom difosfata u dvije molekule fosforne kiseline.

Acil-SCoA sintetaze nalaze se u endoplazmatskom retikulumu, na vanjskoj membrani mitohondrija i unutar njih. Postoji širok raspon sintetaza specifičnih za različite masne kiseline.

Reakcija aktivacije masnih kiselina

2. Acyl-SCoA ne može proći kroz mitohondrijsku membranu, pa postoji način da se transportira u kombinaciji s karnitinom sličnom vitaminu. Na vanjskoj membrani mitohondrija nalazi se enzim karnitin aciltransferaza I.

Transport masnih kiselina u mitohondrije ovisan o karnitinu

Karnitin se sintetizira u jetri i bubrezima, a zatim transportira u druge organe. U intrauterini razdoblje i u ranih godina U životu je važnost karnitina za organizam izuzetno velika. Opskrba živčanog sustava energijom dječji tijelu, a posebno mozgu, odvija se zahvaljujući dvama paralelnim procesima: oksidaciji masnih kiselina ovisnoj o karnitinu i aerobnoj oksidaciji glukoze. Karnitin je neophodan za rast mozga i leđne moždine, za interakciju svih dijelova živčanog sustava odgovornih za kretanje i interakciju mišića. Postoje studije koje povezuju nedostatak karnitina cerebralna paraliza i fenomen" smrt u kolijevci".

Mala djeca, nedonoščad i djeca niske porođajne težine posebno su osjetljiva na nedostatak karnitina. Njihove se endogene rezerve brzo troše pod raznim stresnim situacijama (zarazne bolesti, gastrointestinalni poremećaji, poremećaji prehrane). Biosinteza karnitina oštro je ograničena zbog niske mišićne mase, a unos iz obične hrane ne može održati dovoljne razine u krvi i tkivima.

3. Nakon vezanja na karnitin, masna kiselina se translokazom prenosi kroz membranu. Ovdje, na unutarnjoj strani membrane, enzim karnitin aciltransferaza II ponovno stvara acil-SCoA, koji ulazi u put β-oksidacije.

4. Sam proces β-oksidacija sastoji se od 4 reakcije koje se ciklički ponavljaju. Događaju se sekvencijalno oksidacija(acil-SCoA dehidrogenaza), hidratacija(enoil-SCoA hidrataza) i ponovno oksidacija 3. atom ugljika (hidroksiacil-SCoA dehidrogenaza). U posljednjoj, transferaznoj reakciji, acetil-SCoA se odcjepljuje od masne kiseline. Preostaloj (skraćenoj za dva atoma ugljika) masnoj kiselini dodaje se HS-CoA i vraća se u prvu reakciju. To se ponavlja sve dok posljednji ciklus ne proizvede dva acetil-SCoA.

Slijed reakcija β-oksidacije masnih kiselina

Izračun energetske bilance β-oksidacije

Prethodno, pri izračunavanju učinkovitosti oksidacije, koeficijent P/O za NADH uzet je jednak 3,0, za FADH 2 - 2,0.

Prema suvremenim podacima, vrijednost koeficijenta P/O za NADH odgovara 2,5, za FADH 2 – 1,5.

Pri izračunavanju količine ATP-a nastalog tijekom β-oksidacije masnih kiselina potrebno je uzeti u obzir:

• količina nastalog acetil-SCoA određena je uobičajenim dijeljenjem broja ugljikovih atoma u masnoj kiselini s 2.
• broj β-oksidacijski ciklusi. Broj β-oksidacijskih ciklusa lako je odrediti na temelju koncepta masne kiseline kao lanca jedinica s dva ugljika. Broj prekida između jedinica odgovara broju β-oksidacijskih ciklusa. Ista se vrijednost može izračunati pomoću formule (n/2 -1), gdje je n broj ugljikovih atoma u kiselini.
• broj dvostrukih veza u masnoj kiselini. U prvoj reakciji β-oksidacije nastaje dvostruka veza uz sudjelovanje FAD. Ako je dvostruka veza već prisutna u masnoj kiselini, tada nema potrebe za ovom reakcijom i FADN 2 se ne formira. Broj izgubljenih FADN 2 odgovara broju dvostrukih veza. Ostale reakcije ciklusa odvijaju se bez promjena.
• količina ATP energije potrošena na aktivaciju (uvijek odgovara dvjema visokoenergetskim vezama).

Primjer. Oksidacija palmitinske kiseline

• budući da postoji 16 atoma ugljika, β-oksidacija proizvodi 8 molekula acetil-SCoA. Potonji ulazi u ciklus TCA; kada se oksidira u jednom krugu ciklusa, nastaju 3 molekule NADH (7,5 ATP), 1 molekula FADH 2 (1,5 ATP) i 1 molekula GTP, što je ekvivalentno 10 molekula. od ATP-a. Dakle, 8 molekula acetil-SCoA osigurat će stvaranje 8 × 10 = 80 ATP molekule.
• za palmitinsku kiselinu broj β-oksidacijskih ciklusa je 7. U svakom ciklusu nastaje 1 molekula FADH 2 (1,5 ATP) i 1 molekula NADH (2,5 ATP). Ulazeći u dišni lanac, ukupno "daju" 4 molekule ATP-a. Dakle, u 7 ciklusa nastaje 7 × 4 = 28 molekula ATP-a.
• dvostruke veze u palmitinskoj kiselini Ne.
• Za aktiviranje masne kiseline koristi se 1 molekula ATP-a, koja se međutim hidrolizira u AMP, tj. troši se 2 makroergičke veze ili dva ATP-a.

Dakle, sumirajući, dobivamo 80+28-2 =106 Molekule ATP-a nastaju tijekom oksidacije palmitinske kiseline.

Biološka oksidacija masnih kiselina može se usporediti sa izgaranjem ugljikovodika: u oba slučaja uočen je najveći prinos slobodne energije. Tijekom biološke b-oksidacije ugljikovodičnog dijela masnih kiselina nastaju dvougljične aktivirane komponente koje se dalje oksidiraju u TCA ciklusu i veliki broj redukcijskih ekvivalenata koji dovode do sinteze ATP-a u respiratornom lancu . Većina aerobnih stanica sposobna je za potpunu oksidaciju masnih kiselina u ugljični dioksid i vodu.

Izvor masnih kiselina su egzogeni ili endogeni lipidi. Potonji su najčešće predstavljeni triacilgliceridima, koji se talože u stanicama kao rezervni izvor energije i ugljika. Osim toga, stanice također koriste lipide polarne membrane, čija se metabolička obnova stalno događa. Lipide razgrađuju specifični enzimi (lipaze) na glicerol i slobodne masne kiseline.

b-oksidacija masnih kiselina. Ovaj osnovni proces oksidacije masnih kiselina događa se kod eukariota u mitohondrijima. Prijenos masnih kiselina kroz mitohondrijske membrane olakšavaju karnitin(g-trimetilamino-b-hidroksibutirat), koji na poseban način veže molekulu masne kiseline, pri čemu dolazi do približavanja pozitivnog (na atomu dušika) i negativnog (na atomu kisika karboksilne skupine) naboja. zajedno i međusobno se neutraliziraju.

Nakon transporta u matriks mitohondrija, masne kiseline se aktiviraju pomoću CoA u ATP-ovisnoj reakciji koju katalizira acetat tiokinaza (slika 9.1). Derivat acil-CoA zatim se oksidira uz sudjelovanje acil dehidrogenaze. U stanici postoji nekoliko različitih acil dehidrogenaza koje su specifične za CoA derivate masnih kiselina s različitim duljinama lanca ugljikovodika. Svi ovi enzimi koriste FAD kao protetičku skupinu. FADH 2 nastao u reakciji kao dio acil dehidrogenaze oksidira drugi flavoprotein, koji prenosi elektrone u dišni lanac kao dio mitohondrijske membrane.

Oksidacijski produkt, enoil-CoA, hidratizira enoil hidrataza da nastane b-hidroksiacil-CoA (slika 9.1). Postoje enoil-CoA hidrataze specifične za cis- i trans-oblike enoil-CoA derivata masnih kiselina. U ovom slučaju, trans-enoil-CoA se hidrira stereospecifično u L-b-hidroksiacil-CoA, a cis-izomeri u D-stereoizomere -b-hidroksiacil-CoA estera.

Posljednji korak u reakcijama b-oksidacije masnih kiselina je dehidrogenacija L-b-hidroksiacil-CoA (slika 9.1). Atom b-ugljika molekule prolazi kroz oksidaciju, zbog čega se cijeli proces naziva b-oksidacija. Reakciju katalizira b-hidroksiacil-CoA dehidrogenaza, koja je specifična samo za L-oblike b-hidroksiacil-CoA. Ovaj enzim koristi NAD kao koenzim. Dehidrogenacija D-izomera b-hidroksiacilCoA provodi se nakon dodatne faze izomerizacije u L-b-hidroksiacil-CoA (enzim b-hidroksiacil-CoA epimeraza). Produkt ove faze reakcija je b-ketoacil-CoA, koji se lako cijepa pomoću tiolaze u 2 derivata: acil-CoA, koji je kraći od izvornog aktiviranog supstrata za 2 atoma ugljika, i acetil-CoA komponentu s dva ugljika. , odcijepljen od lanca masne kiseline (Sl. 9.1) . Derivat acil-CoA prolazi daljnji ciklus b-oksidacijskih reakcija, a acetil-CoA može ući u ciklus trikarboksilne kiseline radi daljnje oksidacije.

Dakle, svaki ciklus b-oksidacije masnih kiselina popraćen je odvajanjem od supstrata fragmenta s dva ugljika (acetil-CoA) i dva para atoma vodika, redukcijom 1 molekule NAD + i jedne molekule FAD. Proces se nastavlja sve dok se lanac masne kiseline potpuno ne razgradi. Ako se masna kiselina sastoji od neparnog broja ugljikovih atoma, tada b-oksidacija završava stvaranjem propionil-CoA, koji se tijekom nekoliko reakcija pretvara u sukcinil-CoA iu tom obliku može ući u TCA ciklus.

Većina masnih kiselina koje čine stanice životinja, biljaka i mikroorganizama sadrže nerazgranate ugljikovodične lance. Istodobno, lipidi nekih mikroorganizama i biljni voskovi sadrže masne kiseline čiji ugljikovodični radikali imaju točke grananja (obično u obliku metilnih skupina). Ako ima nekoliko ogranaka, a svi se pojavljuju na parnim položajima (na ugljikovim atomima 2, 4, itd.), tada se proces b-oksidacije odvija prema uobičajenoj shemi uz stvaranje acetil- i propionil-CoA. Ako su metilne skupine smještene na neparnim atomima ugljika, proces b-oksidacije je blokiran u fazi hidratacije. To treba uzeti u obzir pri proizvodnji sintetičkih deterdženata: kako bi se osigurala njihova brza i potpuna biorazgradnja u okolišu, samo inačice s ravnim ugljikovodičnim lancima trebaju biti dopuštene za masovnu potrošnju.

Oksidacija nezasićenih masnih kiselina. Ovaj proces se provodi u skladu sa svim zakonima b-oksidacije. Međutim, većina prirodnih nezasićenih masnih kiselina ima dvostruke veze na mjestima u ugljikovodikovom lancu tako da uzastopno uklanjanje dijelova s ​​dva ugljika s karboksilnog kraja proizvodi acil-CoA derivat u kojem je dvostruka veza na položaju 3-4. Osim toga, dvostruke veze prirodnih masnih kiselina imaju cis konfiguraciju. Da bi se mogao provesti stupanj dehidrogenacije uz sudjelovanje b-hidroksiacil-CoA dehidrogenaze, specifične za L-oblike b-hidroksiacil-CoA, potreban je dodatni stupanj enzimske izomerizacije, tijekom kojeg se dvostruka veza u molekula masne kiseline izvedena iz CoA pomiče se s položaja 3-4 na položaj 2-3 i konfiguracija dvostruke veze se mijenja iz cis- u trans-. Ovaj metabolit služi kao supstrat za enoil hidratazu, koja pretvara trans-enoil-CoA u L-b-hidroksiacil-CoA.

U slučajevima kada su prijenos i izomerizacija dvostruke veze nemogući, takva se veza obnavlja uz sudjelovanje NADPH. Naknadna razgradnja masne kiseline odvija se uobičajenim mehanizmom b-oksidacije.

Sporedni putevi oksidacije masnih kiselina. b-Oksidacija je glavni, ali ne i jedini put katabolizma masnih kiselina. Tako je u biljnim stanicama otkriven proces a-oksidacije masnih kiselina koje sadrže 15-18 atoma ugljika. Ovaj put uključuje početni napad masne kiseline peroksidazom u prisutnosti vodikovog peroksida, što rezultira uklanjanjem karboksilnog ugljika kao CO 2 i oksidacijom ugljika na a-poziciji u aldehidnu skupinu. Aldehid se zatim oksidira uz sudjelovanje dehidrogenaze u višu masnu kiselinu, te se proces ponovno ponavlja (slika 9.2). Međutim, ovaj put ne može osigurati potpunu oksidaciju. Koristi se samo za skraćivanje lanaca masnih kiselina i također kao premosnica kada je β-oksidacija blokirana zbog prisutnosti metilnih bočnih skupina. Proces ne zahtijeva sudjelovanje CoA i nije popraćen stvaranjem ATP-a.

Neke masne kiseline također mogu proći oksidaciju na w-ugljikovom atomu (w-oksidacija). U ovom slučaju, CH 3 skupina podliježe hidroksilaciji pod djelovanjem monooksigenaze, pri čemu nastaje w-hidroksi kiselina, koja se zatim oksidira u dikarboksilnu kiselinu. Dikarboksilna kiselina može se skratiti na oba kraja reakcijama b-oksidacije.

Slično, u stanicama mikroorganizama i nekim životinjskim tkivima dolazi do razgradnje zasićenih ugljikovodika. U prvoj fazi, uz sudjelovanje molekularnog kisika, molekula se hidroksilira u alkohol, koji se sekvencijalno oksidira u aldehid i karboksilnu kiselinu, aktivira se dodatkom CoA i ulazi u b-oksidacijski put.

Kao što je već navedeno, životinjsko tijelo dobiva značajan dio energije ekstrahirane tijekom procesa oksidacije iz masnih kiselina, koje se razgrađuju oksidacijom na β-ugljikovom atomu.

β-oksidaciju masnih kiselina prvi je proučavao 1900. godine F. Knoop. Kasnije je utvrđeno da se β-oksidacija događa samo u mitohondrijima. Zahvaljujući radu F. Linena i njegovih kolega (1954.-1958.) razjašnjeni su glavni enzimski procesi oksidacije masnih kiselina. U čast znanstvenika koji su otkrili ovaj put oksidacije masnih kiselina, proces β-oksidacije naziva se Knoop-Linenov ciklus.

β-oksidacija- specifičan put katabolizma masne kiseline, u kojem se 2 atoma ugljika uzastopno odvajaju od karboksilnog kraja masne kiseline u obliku acetil-CoA. Metabolički put - β-oksidacija - nazvan je tako jer se reakcije oksidacije masnih kiselina odvijaju na β-ugljikovom atomu. Reakcije β-oksidacije i naknadne oksidacije acetil-CoA u TCA ciklusu (ciklus trikarboksilne kiseline) služe kao jedan od glavnih izvora energije za sintezu ATP-a kroz mehanizam oksidativne fosforilacije. β-oksidacija masnih kiselina događa se samo u aerobnim uvjetima.

Sve višestupanjske oksidacijske reakcije ubrzavaju specifični enzimi. β-oksidacija viših masnih kiselina univerzalni je biokemijski proces koji se odvija u svim živim organizmima. U sisavaca se ovaj proces odvija u mnogim tkivima, ponajviše u jetri, bubrezima i srcu. Oksidacija masnih kiselina događa se u mitohondrijima. Nezasićene više masne kiseline (oleinska, linolna, linolenska i dr.) prethodno se reduciraju u zasićene kiseline.

Prodoru masnih kiselina u matriks mitohondrija prethodi njihov aktiviranje stvaranjem veze sa koenzim A(HS~CoA), koji sadrži visokoenergetsku vezu. Potonji očito pridonosi lakšem tijeku reakcija oksidacije dobivenog spoja, koji se naziva acil koenzim A(acil-CoA).

Interakciju viših masnih kiselina s CoA ubrzavaju specifične ligaze - acil-CoA sintetaze tri vrste, specifične za kiseline s kratkim, srednjim i dugim ugljikovodičnim radikalima. Lokalizirani su u membranama endoplazmatskog retikuluma i vanjskoj membrani mitohondrija. Čini se da su sve acil-CoA sintetaze multimeri; Dakle, enzim iz mikrosoma jetre ima molekulsku masu od 168 kDa i sastoji se od 6 identičnih podjedinica. Reakcija aktivacije masnih kiselina odvija se u 2 faze:

a) prvo, masna kiselina reagira s ATP-om da nastane aciladenilat:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) tada dolazi do stvaranja aktiviranog oblika acil-CoA:

RCO~AMF + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Pirofosfat (PP) se brzo hidrolizira pirofosfatazom, zbog čega je cijela reakcija ireverzibilna: PP + H 2 O → 2P

Sumarna jednadžba:

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

Masne kiseline s kratkim i srednjim lancem (od 4 do 12 atoma ugljika) mogu difuzijom prodrijeti u matriks mitohondrija, gdje dolazi do njihove aktivacije. Dugolančane masne kiseline, koje prevladavaju u ljudskom tijelu (12 do 20 atoma ugljika), aktiviraju acil-CoA sintetaze smještene na vanjskoj membrani mitohondrija.

Unutarnja mitohondrijska membrana je nepropusna za dugolančane acil-CoA koje nastaju u citoplazmi. Služi kao prijenosnik aktiviranih masnih kiselina karnitin (vitamin B t), koji dolazi iz hrane ili se sintetizira iz esencijalnih aminokiselina lizina i metionina.

Vanjska membrana mitohondrija sadrži enzim karnitin aciltransferaza I(karnitin palmitoiltransferaza I), katalizirajući reakciju s stvaranjem acilkarnitina:

RCO~SKoA + H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH ↔ H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH + HS~KoA

Acil-CoA karnitin (B t) acilkarnitin koenzim A

Ovaj enzim je regulatorni, regulira brzinu ulaska acilnih skupina u mitohondrije, a time i brzinu oksidacije masnih kiselina.

Rezultirajući acilkarnitin prolazi kroz intermembranski prostor do vanjske strane unutarnje membrane i prenosi se karnitin acilkarnitin translokazom na unutarnju površinu unutarnje mitohondrijske membrane, gdje enzim karnitin aciltransferaza II katalizira prijenos acila u intramitohondrijski CoA, odnosno obrnutu reakciju (slika 9).

Sl.9. Prijenos masnih kiselina s dugim ugljikovodičnim radikalima kroz mitohondrijske membrane

Tako acil-CoA postaje dostupan β-oksidacijskim enzimima. Slobodni karnitin se istom translokazom vraća na citosolnu stranu unutarnje mitohondrijske membrane. Nakon toga, acil-CoA se uključuje u reakcije β-oksidacije.

U mitohondrijskom matriksu, katabolizam (razgradnja) acil-CoA događa se kao rezultat ponavljajućeg niza četiri reakcije.

1) Prva reakcija u svakom ciklusu je njegova oksidacija pomoću enzima acil-CoA dehidrogenaza, čiji je koenzim FAD. Dehidrogenacija se događa između β i α atoma ugljika, što rezultira stvaranjem dvostruke veze u ugljikovom lancu, a produkt ove reakcije je enoil-CoA:

R-CH 2 -CH 2 CO~SKoA + FAD → R-CH=CHCO~SKoA + FADN 2

Acil-CoA Enoil-CoA

2) U drugom koraku ciklusa oksidacije masnih kiselina, enoil-CoA dvostruka veza je hidratizirana, što rezultira stvaranjem β-hidroksiacil-CoA. Reakciju katalizira enzim enoil-CoA hidrataza:

R-CH=CHCO~SKoA +H 2 O → R-CH-CH 2 CO~SKoA

Enoil-CoA β-hidroksiacil-CoA

3) U trećoj fazi ciklusa, β-hidroksiacil-CoA prolazi kroz dehidrogenaciju (drugu oksidaciju) uz sudjelovanje enzima β-hidroksiacil-CoA dehidrogenaza, čiji je koenzim NAD +. Produkt ove reakcije je β-ketoacil-CoA:

R-CH-CH 2 CO~SKoA + NAD + → R-COCH 2 CO~SKoA + NADH + H +

β-hidroksiacil-CoA β-ketoacil-CoA

4) Konačnu reakciju ciklusa oksidacije masnih kiselina katalizira acetil-CoA aciltransferaza (tiolaza). U ovoj fazi, β-ketoacil-CoA reagira sa slobodnim CoA i cijepa se da bi se formirao, prvo, fragment s dva ugljika koji sadrži dva krajnja atoma ugljika matične masne kiseline u obliku acetil-CoA, i drugo, CoA ester masne kiseline, sada skraćen za dva ugljikova atoma. Po analogiji s hidrolizom ova se reakcija naziva tioliza:

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

β-ketoacil-CoA Acetil-CoA Acil-CoA,

skraćeno po

2 atoma ugljika

Skraćeni acil-CoA zatim prolazi sljedeći ciklus oksidacije, počevši s reakcijom koju katalizira acil-CoA dehidrogenaza (oksidacija), nakon čega slijedi reakcija hidratacije, druga reakcija oksidacije, reakcija tiolaze, odnosno ovaj se proces ponavlja mnogo puta (slika 10).

β-Oksidacija viših masnih kiselina događa se u mitohondrijima. U njima su također lokalizirani enzimi respiratornog ciklusa, što dovodi do prijenosa atoma vodika i elektrona na kisik u uvjetima oksidativne fosforilacije ADP-a, stoga je β-oksidacija viših masnih kiselina izvor energije za sintezu ATP-a.

Slika 10. Oksidacija masnih kiselina

Konačni produkt β-oksidacije viših masnih kiselina sa paran broj ugljikovih atoma je acetil-CoA, A s neparnim- propionil-CoA.

Ako acetil-CoA akumulirane u tijelu, tada bi se rezerve HS~KoA ubrzo iscrpile, a oksidacija viših masnih kiselina prestala. Ali to se ne događa, jer se CoA brzo oslobađa iz acetil-CoA. Do toga dolazi niz procesa: acetil-CoA se uključuje u ciklus trikarboksilnih i dikarboksilnih kiselina ili njima vrlo blizak glioksilni ciklus ili se acetil-CoA koristi za sintezu sterola i spojeva koji sadrže izoprenoidne skupine, itd.

propionil-CoA, koji je krajnji produkt β-oksidacije viših masnih kiselina s neparnim brojem ugljikovih atoma, pretvara se u sukcinil-CoA, koji se iskorištava kroz ciklus trikarboksilnih i dikarboksilnih kiselina.

Otprilike polovica masnih kiselina u ljudskom tijelu nezasićen .

β-Oksidacija ovih kiselina odvija se na uobičajeni način sve dok se dvostruka veza ne nađe između trećeg i četvrtog atoma ugljika. Zatim enzim enoil-CoA izomeraza pomiče dvostruku vezu s položaja 3-4 na položaj 2-3 i mijenja cis konformaciju dvostruke veze u trans, što je potrebno za β-oksidaciju. U ovom ciklusu β-oksidacije ne dolazi do prve reakcije dehidrogenacije, budući da je dvostruka veza u radikalu masne kiseline već prisutna. Nadalje, ciklusi β-oksidacije se nastavljaju, ne razlikujući se od uobičajenog puta. Glavni putovi metabolizma masnih kiselina prikazani su na slici 11.

Slika 11. Glavni putovi metabolizma masnih kiselina

Nedavno je otkriveno da je uz β-oksidaciju, glavni put katabolizma masnih kiselina, moždano tkivo α-oksidacija masnih kiselina s brojem ugljikovih atoma (C 13 -C 18), odnosno sekvencijalna eliminacija jednougljikovih fragmenata s karboksilnog kraja molekule.

Ova vrsta oksidacije najčešća je u biljnim tkivima, ali se može pojaviti i u nekim životinjskim tkivima. α-Oksidacija je cikličke prirode, a ciklus se sastoji od dvije reakcije.

Prva reakcija sastoji se od oksidacije masne kiseline vodikovim peroksidom u odgovarajući aldehid i CO2 uz sudjelovanje specifičnog peroksidaze:

Kao rezultat ove reakcije, lanac ugljikovodika je skraćen za jedan atom ugljika.

Suština druge reakcije je hidratacija i oksidacija nastalog aldehida u odgovarajuću karboksilnu kiselinu pod utjecajem aldehid dehidrogenaza koji sadrži oksidirani oblik koenzima NAD:

Ciklus α-oksidacije zatim se ponovno ponavlja. U usporedbi s β-oksidacijom, ova vrsta oksidacije je energetski nepovoljnija.

ω-Oksidacija masnih kiselina. U jetri životinja i nekih mikroorganizama postoji enzimski sustav koji osigurava ω-oksidaciju masnih kiselina, odnosno oksidaciju na krajnjoj CH3 skupini, označenoj slovom ω. Prvo pod utjecajem monooksigenaze dolazi do hidroksilacije da nastane ω-hidroksi kiselina:

ω-hidroksi kiselina se zatim oksidira u ω-dikarboksilnu kiselinu djelovanjem odgovarajućeg dehidrogenaze:

Tako dobivena ω-dikarboksilna kiselina skraćuje se na oba kraja reakcijama β-oksidacije.

Hidroliza trigliceridi provodi pankreasna lipaza. Njegov optimalni pH = 8, hidrolizira TG pretežno na pozicijama 1 i 3, uz stvaranje 2 slobodne masne kiseline i 2-monoacilglicerola (2-MG). 2-MG je dobar emulgator. Izomerazom se 28% 2-MG pretvara u 1-MG. Većina 1-MG se hidrolizira pankreasnom lipazom u glicerol i masnu kiselinu. U pankreasu se pankreasna lipaza sintetizira zajedno s proteinskom kolipazom. Kolipaza nastaje u neaktivnom obliku i aktivira se u crijevima pomoću tripsina djelomičnom proteolizom. Kolipaza se svojom hidrofobnom domenom veže na površinu lipidne kapljice, a hidrofilna domena pomaže da se aktivno središte pankreasne lipaze što više približi TG-u, što ubrzava njihovu hidrolizu.

Oksidacija se događa u matrici mitohondrija. Prvo se aktivira masna kiselina: 1 .U citoplazmi svaka kiselina se aktivira pomoću energije CoA-8H i ATP. 2. Aktivna masna kiselina, acil-CoA, prenosi se iz citosola u mitohondrijski matriks (MC). CoA-8H ostaje u citosolu, a ostatak masne kiseline - acil - spaja se s karnitinom (od latinskog - karnitin - meso - karnitin se izolira iz mišićnog tkiva) i nastaje acil-karnitin, koji ulazi u međumembranski prostor mitohondrija. Iz intermembranskog prostora mitohondrija, acil-karnitin kompleks se prenosi u mitohondrijski matriks. U tom slučaju karnitin ostaje u intermembranskom prostoru. U matrici, acil se spaja s CoA-8H. 3. Oksidacija. U MC matrici nastaje aktivna masna kiselina koja potom prolazi kroz oksidacijske reakcije do konačnih proizvoda. U beta oksidaciji, CH2- skupina na beta položaju masne kiseline oksidira se u C- skupinu. U ovom slučaju dehidrogenacija se odvija u dvije faze: uz sudjelovanje acil dehidrogenaze (flavin enzim, vodik se prenosi na ubikinon) i beta-hidroksiacil dehidrogenaze (vodik akceptor NAD+). Zatim se beta-ketoacil-CoA pod djelovanjem enzima tiolaze razgrađuje na acetil CoA i acil-CoA, skraćene za 2 atoma ugljika u odnosu na original. Ovaj acil-CoA ponovno prolazi beta-oksidaciju. Ponovljeno ponavljanje ovog procesa dovodi do potpune razgradnje masne kiseline do acil-CoA. Oksidacija masnih kiselina. Uključuje 2 stupnja: 1. sekvencijalno cijepanje fragmenta s dva ugljika u obliku acetil-CoA s C-kraja kiseline; 2. oksidacija acetil-CoA u Krebsovom ciklusu u CO2 i H2O. Energetska vrijednost oksidacije masnih kiselina. Stearinska kiselina (C 18) prolazi kroz 8 ciklusa oksidacije uz stvaranje 9 acetil-CoA U svakom ciklusu oksidacije nastaje 8 * 5 ATP = 40 ATP, acetil-CoA proizvodi 9 * 12 ATP = 108 ATP. Ukupno: 148 ATP, ali 1 ATP se troši na aktivaciju masne kiseline u citosolu, tako da je ukupno 147 ATP

β - oksidacija viših masnih kiselina (HFA). Energetska učinkovitost procesa (za zasićene i nezasićene masne kiseline). Utjecaj tkivne oksidacije IVFA na iskorištavanje glukoze u tkivima.

β-oksidacija - specifičan put katabolizma masnih kiselina s nerazgranatim srednjim i kratkim ugljikovodičnim lancima. β-oksidacija se događa u matriksu mitohondrija, tijekom koje se 2 C atoma sekvencijalno odvajaju od C kraja FA u obliku acetil-CoA. β-oksidacija FA događa se samo u aerobnim uvjetima i izvor je velikih količina energije. β-oksidacija FA se aktivno odvija u crvenim skeletnim mišićima, srčanom mišiću, bubrezima i jetri. FA ne služe kao izvor energije za živčana tkiva, jer FA ne prolaze kroz krvno-moždanu barijeru, kao i druge hidrofobne tvari, β-oksidacija FA se povećava u postapsorpcijskom razdoblju, tijekom gladovanja i fizičkog rada. Istodobno se povećava koncentracija FA u krvi kao rezultat mobilizacije FA iz masnog tkiva.

LCD aktivacija

Aktivacija FA događa se kao rezultat stvaranja visokoenergetske veze između FA i HSCoA uz stvaranje Acyl-CoA. Reakciju katalizira enzim acil-CoA sintetaza:

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

Pirofosfat se hidrolizira enzimom pirofosfatazom: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2H 3 PO 4

Acil-CoA sintetaze nalaze se i u citosolu (na vanjskoj membrani mitohondrija) i u matriksu mitohondrija. Ovi se enzimi razlikuju po svojoj specifičnosti za masne kiseline s različitim duljinama lanca ugljikovodika.

Transport LCD. Transport FA u matriks mitohondrija ovisi o duljini ugljikovog lanca.

FA s kratkim i srednjim lancima (od 4 do 12 atoma C) mogu difuzijom prodrijeti u matriks mitohondrija. Aktivacija ovih FA događa se acil-CoA sintetazama u mitohondrijskom matriksu. Dugolančane FA najprije se aktiviraju u citosolu (acil-CoA sintetazama na vanjskoj mitohondrijskoj membrani), a zatim se posebnim transportnim sustavom prenose u mitohondrijski matriks. korištenjem karnitina. karnitin dolazi iz hrane ili se sintetizira iz lizina i metionina uz sudjelovanje vitamina C.

U vanjskoj membrani mitohondrija, enzim karnitin aciltransferaza I (karnitin palmitoiltransferaza I) katalizira prijenos acila iz CoA u karnitin da nastane acilkarnitin;

Acilkarnitin prolazi kroz međumembranski prostor do vanjske strane unutarnje membrane i transportira ga karnitin acilkarnitin translokaza do unutarnje površine unutarnje mitohondrijske membrane;

Enzim karnitin aciltransferaza II katalizira prijenos acila iz karnitina u intramitohondrijski HSCoA kako bi se formirao Acyl-CoA;

 Slobodni karnitin se istom translokazom vraća na citosolnu stranu unutarnje mitohondrijske membrane.

Reakcije β-oksidacija FA

1.​ β-oksidacija počinje dehidrogenacijom acil-CoA pomoću FAD-ovisne acil-CoA dehidrogenaze, stvarajući dvostruku vezu (trans) između α- i β-C atoma Enoil-CoA. Smanjeni FADN 2, oksidirajući u CPE, osigurava sintezu 2 ATP molekule;

2.​ Enoil-CoA hidrataza dodaje vodu dvostrukoj vezi Enoil-CoA da nastane β-hidroksiacil-CoA;

3.​ β-hidroksiacil-CoA se oksidira NAD-ovisnom dehidrogenazom u β-ketoacil-CoA. Reducirani NADH 2, oksidirajući u CPE, osigurava sintezu 3 ATP molekule;

4. Tiolaza uz sudjelovanje HCoA cijepa acetil-CoA od β-ketoacil-CoA. Kao rezultat 4 reakcije nastaje Acyl-CoA, koji je kraći od prethodnog Acyl-CoA za 2 ugljika. Nastali acetil-CoA, oksidiran u TCA ciklusu, osigurava sintezu 12 ATP molekula u CPE.

Acil-CoA zatim ponovno ulazi u reakcije β-oksidacije. Ciklusi se nastavljaju sve dok se Acil-CoA ne pretvori u Acetil-CoA s 2 C atoma (ako je FA imao paran broj C atoma) ili Butiril-CoA s 3 C atoma (ako je FA imao neparan broj C atoma).

Energetska bilanca oksidacije zasićenih masnih kiselina s parnim brojem ugljikovih atoma

Kada se FA aktivira, troše se 2 makroergičke veze ATP-a.

Pri oksidaciji zasićene FA s parnim brojem C atoma nastaju samo FADH 2, NADH 2 i acetil-CoA.

Tijekom 1 ciklusa β-oksidacije nastaje 1 FADH 2 , 1 NADH 2 i 1 Acetil-CoA koji oksidacijom stvaraju 2 + 3 + 12 = 17 ATP.

Broj ciklusa tijekom β-oksidacije FA = broj C atoma u (FA/2)-1. Tijekom β-oksidacije, palmitinska kiselina prolazi kroz (16/2)-1 = 7 ciklusa. U 7 ciklusa nastaje 17*7=119 ATP.

Posljednji ciklus β-oksidacije prati stvaranje dodatnog acetil-CoA, koji nakon oksidacije proizvodi 12 ATP.

Dakle, oksidacijom palmitinske kiseline nastaje: -2+119+12=129 ATP.

Sažeta jednadžba za β-oksidaciju, palmitoil-CoA:

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

Energetska bilanca oksidacije zasićenih masnih kiselina s neparnim brojem ugljikovih atoma

β-oksidacija zasićene FA s neparnim brojem C atoma na početku odvija se na isti način kao i s parnim brojem. Na aktivaciju se troše 2 makroergičke veze ATP-a.

FA sa 17 C atoma prolazi kroz β-oksidaciju 17/2-1 = 7 ciklusa. U 1 ciklusu nastaje 2 + 3 + 12 = 17 ATP iz 1 FADN 2, 1 NADH 2 i 1 acetil-CoA. U 7 ciklusa nastaje 17*7=119 ATP.

Posljednji ciklus β-oksidacije popraćen je stvaranjem ne acetil-CoA, već propionil-CoA s 3 C atoma.

Propionil-CoA se karboksilira po cijeni od 1 ATP pomoću propionil-CoA karboksilaze da nastane D-metilmalonil-CoA, koji se nakon izomerizacije prvo pretvara u L-metilmalonil-CoA, a zatim u sukcinil-CoA. Sukcinil-CoA uključen je u TCA ciklus i nakon oksidacije proizvodi PCA i 6 ATP. PIKE može ući u glukoneogenezu za sintezu glukoze. Nedostatak vitamina B12 dovodi do nakupljanja metilmalonila u krvi i izlučivanja urinom. Pri oksidaciji FA nastaje: -2+119-1+6=122 ATP.

Ukupna jednadžba za β-oksidaciju FA sa 17 C atoma:

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

Energetska bilanca oksidacije nezasićenih masnih kiselina s parnim brojem ugljikovih atoma

Oko polovice masnih kiselina u ljudskom tijelu su nezasićene. β-oksidacija ovih kiselina odvija se na uobičajeni način sve dok se dvostruka veza ne nalazi između C atoma 3 i 4. Enzim enoil-CoA izomeraza tada pomiče dvostruku vezu s položaja 3-4 na položaj 2-3 i mijenja cis konformaciju dvostruku vezu na trans, koja je neophodna za β-oksidaciju. U ovom β-oksidacijskom ciklusu, budući da je dvostruka veza već prisutna u FA, ne dolazi do prve reakcije dehidrogenacije i ne nastaje FADH 2. Nadalje, ciklusi β-oksidacije se nastavljaju, ne razlikujući se od uobičajenog puta.

Energetska bilanca izračunava se na isti način kao i za zasićene FA s parnim brojem C atoma, samo za svaku dvostruku vezu nedostaje 1 FADN 2 i, sukladno tome, 2 ATP.

Ukupna jednadžba za β-oksidaciju palmitoleil-CoA je:

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

Energetska bilanca β-oksidacije palmitoleinske kiseline: -2+8*12+6*2+7*3=127 ATP.

Glad, tjelesna aktivnost → glukagon, adrenalin → TG lipoliza u adipocitima → FA u krvi → β-oksidacija u aerobnim uvjetima u mišićima, jetri → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, Acetil-CoA, (FA) → ↓ glikoliza → ušteda glukoze neophodna za živčano tkivo, crvena krvna zrnca itd.

Hrana → inzulin → glikoliza → Acetil-CoA → sinteza malonil-CoA i FA

Sinteza malonil-CoA → malonil-CoA → ↓ karnitin aciltransferaza I u jetri → ↓ transport FA u matriks mitohondrija → ↓ FA u matriksu → ↓ β-oksidacija FA

Biosinteza IVFA. Struktura kompleksa palmitat sintaze. Kemija i regulacija procesa.

Sinteza palmitinske kiseline

Stvaranje malonil-CoA

Prva reakcija sinteze FA je konverzija acetil-CoA u malonil-CoA. Ovu regulatornu reakciju u sintezi FA katalizira acetil-CoA karboksilaza.

Acetil-CoA karboksilaza se sastoji od nekoliko podjedinica koje sadrže biotin.

Reakcija se odvija u 2 faze:

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

2) acetil-CoA + biotin-COOH → malonil-CoA + biotin

Acetil-CoA karboksilaza se regulira na nekoliko načina:

3) Udruživanje/disocijacija kompleksa podjedinica enzima. U svom neaktivnom obliku, acetil-CoA karboksilaza je kompleks koji se sastoji od 4 podjedinice. Citrat potiče spajanje kompleksa, zbog čega se povećava aktivnost enzima. Palmitoil-CoA uzrokuje disocijaciju kompleksa i smanjenje aktivnosti enzima;

2) Fosforilacija/defosforilacija acetil-CoA karboksilaze. Glukagon ili adrenalin preko sustava adenilat ciklaze potiče fosforilaciju podjedinica acetil-CoA karboksilaze, što dovodi do njezine inaktivacije. Inzulin aktivira fosfoprotein fosfatazu, acetil-CoA karboksilaza se defosforilira. Zatim, pod utjecajem citrata, dolazi do polimerizacije protomera enzima i on postaje aktivan;

3) Dugotrajna konzumacija hrane bogate ugljikohidratima, a siromašne lipidima dovodi do povećanja lučenja inzulina koji potiče sintezu acetil-CoA karboksilaze, palmitat sintaze, citrat liaze, izocitrat dehidrogenaze te ubrzava sintezu FA i TG. Post ili prehrana bogata mastima dovodi do smanjenja sinteze enzima i, sukladno tome, FA i TG.

Stvaranje palmitinske kiseline

Nakon stvaranja malonil-CoA, nastavlja se sinteza palmitinske kiseline u multienzimskom kompleksu - sintaza masnih kiselina (palmitoil sintetaza) .

Palmitoil sintaza je dimer koji se sastoji od dva identična polipeptidna lanca. Svaki lanac ima 7 aktivnih mjesta i acil prijenosni protein (ACP). Svaki lanac ima 2 SH grupe: jedna SH grupa pripada cisteinu, druga pripada ostatku fosfopantetinske kiseline. Cisteinska SH grupa jednog monomera nalazi se pored 4-fosfopanteteinatne SH grupe drugog protomera. Dakle, protomeri enzima su raspoređeni "glava do repa". Iako svaki monomer sadrži sva katalitička mjesta, kompleks od 2 protomera je funkcionalno aktivan. Stoga se 2 LC zapravo sintetiziraju istovremeno.

Ovaj kompleks sekvencijalno produžuje FA radikal za 2 C atoma, čiji je donor malonil-CoA.

Reakcije sinteze palmitinske kiseline

1) Prijenos acetila iz CoA u SH skupinu cisteina pomoću centra acetiltransacilaze;

2) Prijenos malonila iz CoA u SH skupinu ACP pomoću malonil transacilaznog centra;

3) U centru ketoacil sintaze, acetilna skupina kondenzira se s malonilnom skupinom kako bi se formirao ketoacil i otpustio CO 2 .

4) Ketoacil se reducira pomoću ketoacil reduktaze u hidroksiacil;

5) Oksiacil se dehidrira hidratazom u enoil;

6) Enoil se reducira enoil reduktazom u acil.

Kao rezultat prvog ciklusa reakcija nastaje acil s 4 C atoma (butiril). Zatim se butiril prenosi s položaja 2 na položaj 1 (gdje se acetil nalazio na početku prvog ciklusa reakcija). Butiril tada prolazi kroz iste transformacije i produžuje se za 2 C atoma (iz malonil-CoA).

Slični ciklusi reakcija se ponavljaju sve dok se ne formira radikal palmitinske kiseline, koji se pod djelovanjem tioesteraznog centra hidrolitički odvaja od enzimskog kompleksa, pretvarajući se u slobodnu palmitinsku kiselinu.

Ukupna jednadžba za sintezu palmitinske kiseline iz acetil-CoA i malonil-CoA je sljedeća:

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 +

Sinteza FA iz palmitinske i drugih FA

Elongacija FA u reakcijama elongaze

Produljenje masne kiseline naziva se elongacija. FA se mogu sintetizirati kao rezultat elongacije palmitinske kiseline i drugih duljih FA u ER. Za svaku LC duljinu postoje elongaze. Slijed reakcija sličan je sintezi palmitinske kiseline, ali u ovom slučaju sinteza se ne događa s ACP, već s CoA. Glavni produkt produljenja u jetri je stearinska kiselina. U živčanim tkivima nastaju dugolančane FA (C = 20-24) koje su neophodne za sintezu sfingolipida.

Sinteza nezasićenih masnih kiselina u reakcijama desaturaze

Ugradnja dvostrukih veza u FA radikale naziva se desaturacija. Desaturacija FA događa se u ER u reakcijama monooksigenaze kataliziranim desaturazama.

Stearoil-CoA desaturaza– integralni enzim, sadrži nehem željezo. Katalizira stvaranje 1 dvostruke veze između 9 i 10 atoma ugljika u FA. Stearoil-CoA desaturaza prenosi elektrone s citokroma b 5 na 1 atom kisika, uz sudjelovanje protona ovaj kisik tvori vodu. Drugi atom kisika ugrađen je u stearinsku kiselinu kako bi se formirao njen hidroksiacil, koji dehidrogenira u oleinsku kiselinu.

FA desaturaze prisutne u ljudskom tijelu ne mogu formirati dvostruke veze u FA distalno od devetog atoma ugljika, stoga se FA iz obitelji ω-3 i ω-6 ne sintetiziraju u tijelu, esencijalne su i moraju se unositi hranom, jer obavljaju važne regulatorne funkcije. Glavne FA nastale u ljudskom tijelu kao rezultat desaturacije su palmitoleinska i oleinska.

Sinteza α-hidroksi FA

Sinteza drugih FA, α-hidroksi kiselina, također se događa u živčanom tkivu. Oksidaze mješovite funkcije hidroksiliraju C22 i C24 kiseline u cerebronsku kiselinu, koja se nalazi samo u moždanim lipidima.

Ugljikohidrati čine najveći dio ljudske prehrane i osiguravaju značajan dio energetskih potreba organizma. Uravnoteženom prehranom dnevna količina ugljikohidrata u prosjeku je 4 puta veća od količine bjelančevina i masti.

Uloga ugljikohidrata u prehrani:

1. Ugljikohidrati mogu energetska funkcija. Kada se oksidira 1 g ugljikohidrata, oslobađa se 4,1 kcal energije. Glukoza, na koju se razgrađuje većina ugljikohidrata, glavni je energetski supstrat u tijelu.

2. Mišićna aktivnost praćeno značajnom potrošnjom glukoze. Tijekom fizičkog rada prvo se troše ugljikohidrati, a tek kada se potroše njihove rezerve (glikogen) u razmjenu se uključuju masti.

3. Ugljikohidrati su neophodni za normalno funkcioniranje središnji živčani sustav,čije su stanice vrlo osjetljive na nedostatak glukoze u krvi.

4. Ugljikohidrati mogu strukturna funkcija. Jednostavni ugljikohidrati služe kao izvor stvaranja glikoproteina, koji čine osnovu vezivnog tkiva.

5. Ugljikohidrati su uključeni u metabolizmu bjelančevina i masti. Masti mogu nastati iz ugljikohidrata.

6. Ugljikohidrati biljnog podrijetla (celuloza, pektinske tvari) stimuliraju pokretljivost crijeva i potiču eliminaciju toksičnih produkata koji se nakupljaju u njemu.

Izvori ugljikohidrati služe pretežno biljni proizvodi, osobito proizvodi od brašna, žitarice, slatkiši. U većini namirnica ugljikohidrati su prisutni u obliku škroba i manjim dijelom u obliku disaharida (mlijeko, šećerna repa, voće i bobičasto voće). Za bolju apsorpciju ugljikohidrata potrebno je da većina njih u organizam uđe u obliku škroba.

Škrob se u probavnom traktu postupno razgrađuje u glukozu, koja u malim obrocima ulazi u krv, čime se poboljšava njezina iskoristivost i održava konstantna razina šećera u krvi. Kada se odjednom unese velika količina šećera, koncentracija glukoze u krvi naglo raste i ona se počinje izlučivati ​​mokraćom. Najpovoljniji uvjeti smatraju se kada se 64% ugljikohidrata unosi u obliku škroba, a 36% u obliku šećera.

Stopa potrošnje ugljikohidrata ovisi o intenzitetu rada. Tijekom fizičkog rada ugljikohidrati su potrebni u većim količinama. U prosjeku je potrebno po 1 kg tjelesne težine 4-6-8 g ugljikohidrata dnevno, tj. otprilike 4 puta više od proteina i masti.

Pretjerani unos ugljikohidrata može dovesti do pretilosti i pretjeranog opterećenja gastrointestinalnog trakta, jer biljna hrana bogata ugljikohidratima obično je voluminoznija, izaziva osjećaj težine i pogoršava ukupnu probavljivost hrane.

Nedostatak ugljikohidrata u hrani je također nepoželjan zbog opasnosti od razvoja hipoglikemijskih stanja. Nedostatak ugljikohidrata, u pravilu, prati opća slabost, pospanost, smanjena memorija, mentalna i tjelesna sposobnost, glavobolja, smanjena probavljivost bjelančevina, vitamina, acidoza itd. U tom smislu, količina ugljikohidrata u dnevnoj prehrani ne bi trebala biti manji od 300 g

Usko povezane sa skupinom ugljikohidrata su tvari koje se nalaze u većini biljnih namirnica koje ljudski organizam slabo probavlja - pektinske tvari (neprobavljivi ugljikohidrati) i vlakna.

Pektinske tvari su biljne želirne tvari s visokom sorpcijskom (upijajućom) sposobnošću. Povoljno djeluju u liječenju bolesti probavnog sustava, opeklina i čireva, a imaju i sposobnost neutralizacije nekih otrovnih tvari (posebno su aktivni u uklanjanju soli teških metala, poput spojeva olova, iz organizma).

Mnogo je pektinskih tvari u narančama, jabukama, crnom ribizu i drugom voću i bobicama.

Celuloza(drugi nazivi - grubo povrće, ili neprobavljivo, ili hrana, ili dijetalna vlakna) je polisaharid koji je dio masivnih staničnih stijenki biljne hrane. Ima vlaknastu, prilično grubu strukturu.

Uobičajeni izvori prehrambenih vlakana su mekinje, kruh i žitarice (osobito heljda i zobena kaša). Velike količine nalaze se u mnogo povrća, voća, lišća i stabljika biljaka; ima ga osobito mnogo u ljuskama žitarica i u kožicama plodova. Prilikom konzerviranja povrća i voća dijetalna vlakna su u potpunosti sačuvana (osim sokova bez pulpe).

Bez visokog udjela kalorija, većina povrća i voća, međutim, zbog visokog udjela neprobavljivih ugljikohidrata pridonosi brzom i prilično dugotrajnom osjećaju sitosti: budući da prehrambena vlakna imaju sposobnost apsorbiranja puno tekućine, ona nabubre u želudac, ispuni dio njegovog volumena - i kao rezultat toga dolazi do bržeg zasićenja. Sama vlakna ne unose niti jednu kaloriju u tijelo.

Vrijednost vlakana leži u činjenici da ih ljudsko tijelo, budući da su prilično voluminozna komponenta dnevne prehrane, ne probavlja. Prisutnost velike količine vlakana donekle smanjuje ukupnu probavljivost hrane. Međutim, njegova potpuna odsutnost ima štetan učinak na rad gastrointestinalnog trakta.

Vlakna uzrokuju pravilnu peristaltiku (pokretanje stijenki) crijeva i time potiču kretanje hrane kroz probavni kanal i uklanjanje neprobavljenih hranjivih tvari iz tijela.

Potrebna količina vlakana u hrani osigurava se pravilnom kombinacijom životinjskih i biljnih proizvoda u svakodnevnoj prehrani.

Nakon razgradnje, vlakna se, kao i drugi polisaharidi, pretvaraju u šećere. Međutim, u ljudskom probavnom traktu nema enzima koji bi mogli izvesti takvu razgradnju. Samo mali dio može se probaviti pod utjecajem mikroorganizama u crijevima, ali glavnina se uklanja iz tijela bez promjena. Zahvaljujući ovoj vanjskoj beskorisnosti, vlakna i pektine nazivamo balastnim tvarima.

Balastne tvari također imaju važnu funkciju u procesu probave: vlakna fermentiraju crijevne bakterije i doslovno pomažu u mljevenju hrane; iritirajući živčane završetke stijenki crijeva, pojačavaju peristaltiku. Ako je hrana siromašna balastnim tvarima, motilitet crijeva je poremećen, stoga se, kako bi se izbjegli ovi poremećaji, preporuča koristiti grubu hranu bogatu vlaknima.

Osim toga, prehrambena vlakna imaju sposobnost poticanja metabolizma, budući da vlakna sprječavaju apsorpciju toksina koji dolaze s hranom ili nastaju tijekom njezine obrade, a služe i kao svojevrsne mutilice: krećući se probavnim traktom, sa sobom odnose sve što se zalijepio za zidove i uklonite s tijela.

Još jedna prednost dijetalnih vlakana je ta što imaju tendenciju smanjenja razine endogenog kolesterola (to je kolesterol koji ne dolazi do nas s hranom, već ga tijelo samo proizvodi u jetri iz žučnih kiselina koje u jetru ulaze iz crijeva) .

Hemiceluloza: poput vlakana ili celuloze, dio je staničnih stijenki proizvoda od žitarica, a male količine nalaze se u pulpi voća i povrća. Sposoban je zadržati vodu i vezati metale.

Oksidacija masnih kiselina (beta oksidacija). Uloga H.S. – Ko u ovom procesu. Energija potpune oksidacije steorne kiseline do CO 2 c H 2 O . Izračunajte broj molekula ATP-a koje nastaju tijekom oksidacije.

Aktivacija FA događa se u citoplazmi, a beta-oksidacija se događa u mitohondrijima.

Acyl-CoA ne može proći kroz membranu mitohondrija. Stoga postoji poseban mehanizam za transport FA iz citoplazme u mitohondrije uz sudjelovanje tvari "karnitin". U unutarnjoj membrani mitohondrija nalazi se poseban transportni protein koji osigurava prijenos. Zahvaljujući tome, acilkarnitin lako prodire kroz membranu mitohondrija.

Citoplazmatske i mitohondrijske karnitin aciltransferaze različite su strukture, a međusobno se razlikuju i po kinetičkim karakteristikama. Vmax citoplazmatske acilkarnitin transferaze niži je od Vmax mitohondrijskog enzima, a također niži od Vmax β-oksidacijskih enzima. Stoga je citoplazmatska acilkarnitin transferaza ključni enzim u razgradnji masnih kiselina.

Ako masna kiselina uđe u mitohondrije, nužno će proći kroz katabolizam do acetil-CoA.

Najkompaktnije “gorivo” koje zadovoljava energetske potrebe organizma su masne kiseline, što je određeno karakteristikama njihove kemijske strukture. Po 1 molu potpuna oksidacija masnih kiselina oslobađa nekoliko puta više iskoristive kemijske energije nego oksidacija ugljikohidrata; na primjer, oksidacijom 1 mola palmitinske kiseline nastaje 130 mola ATP-a, dok oksidacijom 1 mola glukoze nastaje 38 mola ATP-a. Po jedinici težine, izlaz energije također se razlikuje više od dva puta (9 kcal po 1 g masti u odnosu na 4 kcal po 1 g ugljikohidrata ili bjelančevina). Ovaj visoki energetski prinos temelji se na istom razlogu koji benzin, naftu i druge naftne proizvode čini tako učinkovitim gorivima za stvaranje toplinske i mehaničke energije, naime na visokom stupnju redukcije ugljika u dugim alkilnim lancima. Glavni dio molekule masne kiseline sastoji se od ponavljajućih jedinica (CH2)n, tj. strukture maksimalno obogaćene vodikom. Kao što smo vidjeli iz prethodne prezentacije, energija pohranjena tijekom bioloških oksidativnih procesa formira se uglavnom u vezi s kontroliranim prijenosom elektrona iz vodikovih atoma respiratornog lanca, zajedno s fosforilacijom ADP-a u ATP. Budući da se masne kiseline sastoje prvenstveno od ugljika i vodika i stoga sadrže značajno manje atoma kisika od ugljikohidrata, oksidaciju masnih kiselina prati apsorpcija proporcionalno više kisika i, prema tome, stvaranje više ATP-a tijekom oksidativne fosforilacije.

Utvrđeno je da se oksidacija masnih kiselina najintenzivnije odvija u jetri, bubrezima, skeletnim i srčanim mišićima te u masnom tkivu. U tkivu mozga brzina oksidacije masnih kiselina je vrlo niska, jer Glavni izvor energije u moždanom tkivu je glukoza.

β-Oksidacija je specifičan put katabolizma masne kiseline, u kojem se 2 atoma ugljika uzastopno odvajaju od karboksilnog kraja masne kiseline u obliku acetil-CoA. Metabolički put - β-oksidacija - nazvan je tako jer se reakcije oksidacije masnih kiselina odvijaju na β-ugljikovom atomu. Reakcije β-oksidacije i naknadne oksidacije acetil-CoA u TCA ciklusu služe kao jedan od glavnih izvora energije za sintezu ATP-a putem mehanizma oksidativne fosforilacije. β-oksidacija masnih kiselina događa se samo u aerobnim uvjetima.

Aktivacija masnih kiselina

Prije stupanja u razne reakcije, masne kiseline se moraju aktivirati, tj. povezani su makroergičkom vezom s koenzimom A:

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

Reakciju katalizira enzim acil-CoA sintetaza. Pirofosfat koji se oslobađa tijekom reakcije hidrolizira se enzimom pirofosfatazom: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2 H 3 PO 4.

Oslobađanje energije tijekom hidrolize visokoenergetske veze pirofosfata pomiče ravnotežu reakcije udesno i osigurava potpunost reakcije aktivacije.

Acil-CoA sintetaza nalaze se i u citosolu i u matriksu mitohondrija. Ovi se enzimi razlikuju po svojoj specifičnosti za masne kiseline s različitim duljinama lanca ugljikovodika. Masne kiseline s kratkim i srednjim lancem (od 4 do 12 atoma ugljika) mogu difuzijom prodrijeti u matriks mitohondrija. Aktivacija ovih masnih kiselina događa se u matrici mitohondrija. Dugolančane masne kiseline, koje prevladavaju u ljudskom tijelu (12 do 20 atoma ugljika), aktiviraju acil-CoA sintetaze smještene na vanjskoj membrani mitohondrija.

Razgradnja aktiviranih masnih kiselina odvija se u skladu s hipotezom b - oksidacija F. Knoop, predložio 1904. b - oksidacija se događa unutar mitohondrija

β- Oksidacija masnih kiselina- specifičan put katabolizma masnih kiselina, koji se odvija u matrici mitohondrija samo u aerobnim uvjetima i završava stvaranjem acetil-CoA. Vodik iz reakcija β-oksidacije ulazi u CPE, a acetil-CoA se oksidira u citratnom ciklusu, koji također dovodi vodik u CPE. Stoga je β-oksidacija masnih kiselina najvažniji metabolički put koji osigurava sintezu ATP-a u dišnom lancu.

β-Oksidacija počinje dehidrogenacijom acil-CoA pomoću FAD-ovisne acil-CoA dehidrogenaze, stvarajući dvostruku vezu između α i β atoma ugljika u proizvodu reakcije, enoil-CoA. Koenzim FADH 2, obnovljen u ovoj reakciji, prenosi atome vodika u CPE na koenzim Q. Kao rezultat, sintetiziraju se 2 molekule ATP (Sl. 8-27). U sljedećoj reakciji p-oksidacije, molekula vode se dodaje na mjesto dvostruke veze tako da se OH skupina nalazi na β-ugljikovom atomu acila, tvoreći β-hidroksiacil-CoA. β-hidroksiacil-CoA se zatim oksidira dehidrogenazom ovisnom o NAD+. Reducirani NADH, oksidiran u CPE, daje energiju za sintezu 3 ATP molekule. Nastali β-ketoacil-CoA podvrgava se tiolitičkom cijepanju pomoću enzima tiolaze, budući da se na mjestu cijepanja C-C veze, molekula koenzima A dodaje preko atoma sumpora Kao rezultat ovog niza od 4 reakcije, a ostatak s dva ugljika, acetil-CoA, odvaja se od acil-CoA. Masna kiselina skraćena za 2 ugljikova atoma ponovno prolazi reakcije dehidrogenacije, hidratacije, dehidrogenacije i eliminacije acetil-CoA. Ovaj slijed reakcija obično se naziva "β-oksidacijski ciklus", što znači da se iste reakcije ponavljaju s radikalom masne kiseline dok se sva kiselina ne pretvori u acetilne ostatke.

β -Oksidacija masnih kiselina.

Proces b-oksidacije je ciklički. Za svaki okretaj ciklusa, 2 atoma ugljika se odvajaju od masne kiseline u obliku acetilnog ostatka.

Nakon toga, acil-CoA, skraćen za 2 atoma ugljika, ponovno prolazi kroz oksidaciju (ulazi u novi ciklus b-oksidacijskih reakcija). Rezultirajući acetil-CoA može dalje ući u ciklus trikarboksilne kiseline. Morate moći izračunati prinos energije iz razgradnje masnih kiselina. Prikazana formula je istinita za bilo koju zasićenu masnu kiselinu koja sadrži n atoma ugljika. Svaka dvostruka veza u masnoj kiselini znači gubitak 2 molekule ATP-a. b-oksidacija se najintenzivnije odvija u mišićnom tkivu, bubrezima i jetri. Kao rezultat b-oksidacije FA nastaje acetil-CoA. Brzina oksidacije određena je brzinom procesa lipolize. Ubrzanje lipolize karakteristično je za stanje gladovanja ugljikohidratima i intenzivan rad mišića. Ubrzanje b-oksidacije opaženo je u mnogim tkivima, uključujući jetru. Jetra proizvodi više acetil-CoA nego što je potrebno. Jetra je "altruistički organ" i stoga jetra šalje glukozu drugim tkivima.

Jetra nastoji poslati vlastiti acetil-CoA drugim tkivima, ali ne može jer su stanične membrane nepropusne za acetil-CoA. Stoga se posebne tvari koje se nazivaju "ketonska tijela" sintetiziraju u jetri iz acetil-CoA. Ketonska tijela poseban su transportni oblik acetil-CoA.

Molekula masne kiseline se razgrađuje u mitohondrije postupnom eliminacijom fragmenata s dva ugljika u obliku acetil koenzima A (acetil-CoA).

C17H35COOH + 26 O2 = 18 CO2 + 18 H2O.

Kada se stearinska kiselina oksidira, stanica će primiti 146 molekula ATP-a.