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 rasvhappe 3. süsinikuaatom (β-asend) oksüdeeritakse karboksüülrühmaks, atsetüülrühm, mis sisaldab algse rasvhappe C1 ja C2, aga eraldub happest.
β-oksüdatsiooni elementaarne skeem
β-oksüdatsioonireaktsioonid toimuvad mitokondrid enamik keharakke (välja arvatud närvirakud). Oksüdatsiooniks 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. Selleks lisatakse sellele koensüüm A, moodustades atsüül-SCoA. Atsüül-SCoA on kõrge energiasisaldusega ühend. Reaktsiooni pöördumatus saavutatakse difosfaadi hüdrolüüsiga kaheks fosforhappe molekuliks.
Atsüül-SCoA süntetaasid paiknevad endoplasmaatilises retikulumis, mitokondrite välismembraanil ja nende sees. Erinevatele rasvhapetele spetsiifilisi süntetaase on lai valik.
rasvhapete aktiveerimise reaktsioon
2. Atsüül-SCoA ei suuda läbida mitokondriaalset membraani, mistõttu on olemas viis selle ülekandmiseks koos vitamiinitaolise ainega karnitiiniga (vitamiin B11). Mitokondrite välismembraan sisaldab ensüümi 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 karnitiini eluväärtus keha jaoks on äärmiselt kõrge. Närvisüsteemi energiavarustus laste omad organismis ja eriti ajus toimub kahe paralleelse protsessi tõttu: karnitiinist sõltuv rasvhapete oksüdatsioon ja glükoosi aeroobne oksüdatsioon. Karnitiin on vajalik aju ja seljaaju kasvuks, kõigi närvisüsteemi osade koostoimeks, mis vastutavad lihaste liikumise ja koostoime eest. On uuringuid, mis seovad karnitiini puudust ajuhalvatus ja nähtus surm hällis".
Imikud, enneaegsed imikud ja alakaalulised imikud on karnitiinipuuduse suhtes eriti vastuvõtlikud. Nende endogeensed varud ammenduvad kiiresti erinevates stressiolukordades (nakkushaigused, seedetrakti häired, toitumishäired). Karnitiini biosüntees on ebapiisav ja tavalisest toidust 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 reaktsioonist, mis korduvad tsükliliselt. Nad järjest oksüdatsioon(atsüül-SCoA dehüdrogenaas), hüdratatsioon(enoüül-SCoA-hüdrataas) ja uuesti oksüdatsioon 3. süsinikuaatom (hüdroksüatsüül-SCoA dehüdrogenaas). Viimases, transferaasi reaktsioonis, eraldatakse atsetüül-SCoA rasvhappest. HS-CoA kinnitub ülejäänud (kahe süsiniku võrra lühendatud) rasvhappe külge ja see naaseb esimese reaktsiooni juurde. Kõike korratakse, kuni viimases tsüklis moodustub kaks atsetüül-SCoA-d.
Rasvhapete β-oksüdatsiooni reaktsioonide jada
β-oksüdatsiooni energiabilansi arvutamine
Varem võeti oksüdatsiooni efektiivsuse arvutamisel NADH P/O koefitsiendiks 3,0, FADH 2 puhul 2,0.
Kaasaegsete 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 kindlaks määrata, lähtudes ideest rasvhappest kui kahe süsinikuühiku ahelast. 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. β-oksüdatsiooni esimeses reaktsioonis toimub kaksiksideme moodustumine FAD-i osalusel. Kui rasvhappes on juba kaksikside, siis kaob vajadus selle reaktsiooni järele ja FADH 2 ei teki. Saamata jäänud FADH 2 summa vastab topeltsidemete arvule. Tsükli ülejäänud reaktsioonid kulgevad muutusteta.
- aktiveerimisele kulunud ATP energia hulk (vastab alati kahele makroergilisele sidemele).
Näide. Palmitiinhappe oksüdatsioon
- Kuna seal on 16 süsinikuaatomit, siis β-oksüdatsiooni käigus 8 molekuli atsetüül-SCoA. Viimane siseneb TCA-sse, selle oksüdeerumisel tsükli ühes pöördes tekib 3 NADH molekuli (7,5 ATP), 1 FADH 2 molekuli (1,5 ATP) ja 1 GTP molekuli, mis võrdub 10 ATP molekuliga. Niisiis, 8 atsetüül-SCoA molekuli moodustavad 8 × 10 = 80 ATP molekulid.
- Palmitiinhappe jaoks β-oksüdatsioonitsüklite arv on 7. Igas tsüklis moodustub 1 FADH 2 molekul (1,5 ATP) ja 1 NADH molekul (2,5 ATP). Hingamisahelasse sisenedes annavad nad kokku 4 ATP molekuli. Seega moodustub 7 tsükli jooksul 7 × 4 = 28 ATP molekuli.
- Kaksiksidemed palmitiinhappes Ei.
- 1 molekul ATP läheb aktiveerima rasvhapet, mis aga hüdrolüüsitakse AMP-ks ehk kulub ära. 2 makroergilist sidet või kaks ATP-d.
- Seega kokkuvõttes saame 80+28-2 =106 ATP molekulid tekivad palmitiinhappe oksüdatsiooni käigus.
Rasvhapete oksüdeerumine toimub maksas, neerudes, skeleti- ja südamelihastes, rasvkoes.
F. Knoop pakkus välja, et rasvhappemolekuli oksüdatsioon kehakudedes toimub b-oksüdatsioonil. Selle tulemusena eralduvad kahe süsiniku fragmendid rasvhappemolekulist karboksüülrühma küljelt. Rasvhapete b-oksüdatsiooniprotsess koosneb järgmistest etappidest:
rasvhapete aktiveerimine. Sarnaselt suhkru glükolüüsi esimesele etapile aktiveeruvad rasvhapped enne b-oksüdatsiooni. See reaktsioon toimub mitokondriaalse membraani välispinnal ATP, koensüüm A (HS-CoA) ja Mg 2+ ioonide osalusel. Reaktsiooni katalüüsib atsüül-CoA süntetaas:
Reaktsiooni tulemusena moodustub atsüül-CoA, mis on rasvhappe aktiivne vorm.
Rasvhapete transport mitokondritesse. Rasvhapete koensümaatiline vorm, nagu ka vabad rasvhapped, ei suuda tungida mitokondritesse, kus tegelikult toimub nende oksüdatsioon; karnitiin (g-trimetüülamino-b-hüdroksübutüraat) toimib aktiveeritud rasvhapete kandjana. happed läbi sisemise mitokondriaalse membraani.):
Pärast atsüülkarnitiini läbimist mitokondriaalsest membraanist toimub pöördreaktsioon - atsüülkarnitiini lagunemine HS-CoA ja mitokondriaalse karnitiini atsüültransferaasi osalusel:
Atsüül-CoA mitokondrites läbib b-oksüdatsiooni protsessi.
See oksüdatsioonirada on seotud hapnikuaatomi lisamisega rasvhappe süsinikuaatomile, mis asub asendis b:
B-oksüdatsiooni käigus eraldatakse rasvhappe süsinikuahela karboksüülotsast järjestikku atsetüül-CoA kujul olevad kahe süsiniku fragmendid ja toimub rasvhappeahela vastav lühenemine:
Mitokondriaalses maatriksis laguneb atsüül-CoA neljast reaktsioonist koosneva korduva jada tulemusena (joonis 8).
1) oksüdeerimine atsüül-CoA dehüdrogenaasi (FAD-dest sõltuva dehüdrogenaasi) osalusel;
2) enoüül-CoA hüdrataasi poolt katalüüsitud hüdratatsioon;
3) teine oksüdatsioon 3-hüdroksüatsetüül-CoA dehüdrogenaasi (NAD-sõltuv dehüdrogenaas) toimel;
4) tiolüüs atsetüül-CoA atsüültransferaasi osalusel.
Nende nelja reaktsioonijada kombinatsioon on rasvhapete b-oksüdatsiooni üks pööre (vt joonis 8).
Saadud atsetüül-CoA oksüdeerub Krebsi tsüklis ja kahe süsinikuaatomi võrra lühenenud atsetüül-CoA läbib korduvalt kogu b-oksüdatsioonitee kuni butürüül-CoA (4-süsinikuühend) moodustumiseni. b-oksüdatsiooni viimases etapis laguneb see kaheks atsetüül-CoA molekuliks.
Kui n süsinikuaatomit sisaldav rasvhape oksüdeeritakse, toimub n/2-1 b-oksüdatsioonitsükkel (st üks tsükkel vähem kui n/2, kuna butürüül-CoA oksüdatsiooni käigus moodustub kohe kaks atsetüül-CoA molekuli ) ja saate kokku n/2 atsetüül-CoA molekuli.
Näiteks palmitiinhappe (C 16) oksüdeerimisel kordub 16/2-1=7 b-oksüdatsiooni tsüklit ja tekivad 16/2=8 atsetüül-CoA molekulid.
Joonis 8 - Rasvhapete b-oksüdatsiooni skeem
Energia tasakaal. Iga b-oksüdatsioonitsükliga moodustub üks FADH 2 molekul (vt joonis 8; reaktsioon 1) ja üks NADH + H + molekul (reaktsioon 3). Viimased annavad hingamisahela oksüdatsiooni ja sellega seotud fosforüülimise käigus: FADH 2 - 2 ATP molekuli ja NADH + H + - 3 ATP molekuli, s.o. kokku moodustub ühes tsüklis 5 ATP molekuli. Palmitiinhappe oksüdeerumisel moodustub 5 * 7 \u003d 35 ATP molekuli. Palmitiinhappe b-oksüdatsiooni käigus moodustub 8 atsetüül-CoA molekuli, millest igaüks Krebsi tsüklis "põledes" annab 12 ATP molekuli ja 8 molekuli 12 * 8 = 96 ATP molekuli.
Seega kokku moodustub palmitiinhappe täieliku b-oksüdatsiooniga 35 + 96 = 131 ATP molekuli. Arvestades ühte alguses rasvhapete aktiveerimise staadiumis kulutatud ATP molekuli, on kogu energiasaagis ühe palmitiinhappe molekuli täielikuks oksüdatsiooniks 131-1=130 ATP molekuli.
Kuid rasvhapete b-oksüdatsiooni tulemusena moodustunud atsetüül-CoA ei saa mitte ainult oksüdeeruda CO 2 , H 2 O, ATP-ks, sisenedes Krebsi tsüklisse, vaid seda saab kasutada ka kolesterooli, aga ka süsivesikute sünteesiks. glüoksülaadi tsükkel.
Glüoksülaadi rada on spetsiifiline ainult taimede ja bakterite jaoks, loomorganismides see puudub. Seda rasvadest süsivesikute sünteesi protsessi kirjeldatakse üksikasjalikult juhendis "Süsivesikute, rasvade ja valkude metabolismi protsesside seos" (vt punkt 2.1.1, lk 26).
Esmalt puutuvad kokku rasvhapped, mis tungivad verest rakku aktiveerimisreaktsioonid ensüümi atsüül-CoA süntetaasi toimel:
RCOOH+HSKoA+ATP® R-CO-SKoA+AMP+PP i
Rasvhapete B-oksüdatsioon on spetsiifiline rasvhapete lagunemise tee, mis lõpeb atsetüül-CoA moodustumisega. Rasvhapete b-oksüdatsiooni nimetatakse selliseks, kuna oksüdatsioonireaktsioon rasvhapperadikaalis toimub b-süsiniku aatomi juures. Rasvhapete b-oksüdatsioon ja sellele järgnev atsetüül-CoA oksüdatsioon TCA-s on sünteesi energiaallikaks. ATP-st.
Protsess b- oksüdatsioon toimub mitokondriaalses maatriksis ja ainult aeroobsed tingimused kuna see on seotud CPE-ga. |
Mitokondrite sisemembraan on atsüül-CoA-le mitteläbilaskev, seetõttu on olemas süsteem rasvhapete ülekandmiseks läbi membraani koos karnitiini molekuliga (joonis 9)
Mitokondrite välismembraan sisaldab ensüümi karnitiinatsüültransferaas I, mis katalüüsib atsüüli ülekannet CoA-st väikesele karnitiini molekulile. Seejärel transporditakse atsüülkarnitiin translokaasi abil läbi sisemise mitokondriaalse membraani, kus ensüüm karnitiini atsüültransferaas II kannab atsüüli üle mitokondriaalsesse HSKoA-sse.
Pärast atsüül-CoA sisenemist mitokondriaalsesse maatriksisse algab protsess b- oksüdatsioon, mis on 4 järjestikust reaktsiooni, mis lõpevad rasvhappe lühenemisega 2 süsinikuaatomi võrra, kuna atsetüüljääk eraldub (joonis 10).
Neid 4 järjestikust reaktsiooni korratakse seni, kuni kõik paarisarvulise süsinikuaatomite arvuga rasvhapped muudetakse teatud arvuks atsetüül-CoA molekulideks. Need 4 reaktsiooni b- oksüdatsiooni (dehüdrogeenimine, hüdratsioon, dehüdrogeenimine, atsetüül-CoA lõhustamine) nimetatakse tavaliselt tsükliks b--oksüdatsioon, kuna on arusaadav, et rasvhapperadikaaliga korratakse samu reaktsioone, kuni kogu hape muundatakse atsetüüljääkideks.
Rasvhappe oksüdatsiooni käigus tekkivate ATP molekulide arvu saab täpselt välja arvutada. Selleks peate teadma, et igas tsüklis:
a) tekib atsetüül-CoA, mis oksüdeerub TCA tsüklis CO 2 -ks ja veeks.
Joonis 9
atsetüül-CoA molekulide arv, mis tekib n aatomiga rasvhappe oksüdatsioonil FROM, saab arvutada järgmise valemi abil: n / 2, (n / 2) x 12 = ATP molekulide arv,
b) millal b--oksüdatsioon, toimub 2 dehüdrogeenimisreaktsiooni, milles redutseeritakse 1 ubikinooni molekul ja 1 NAD + molekul, seega iga tsükkel annab 5 ATP molekuli CPE osalusel;
d) ATP kogusaagis rasvhapete oksüdeerimisel numbriga P C-aatomeid saab arvutada järgmise valemi abil:
[((n / 2) x 12) + ((n / 2) - 1)) x 5] - 1 * = ATP moolide arv / rasvhappe moolide arv.
*1 ATP molekuli kasutatakse rasvhapete aktiveerimiseks.
Näiteks palmitiinhappe (C16) oksüdeerimisel toimub 7 tsüklit b- oksüdatsioon, mille tulemusena tekib 8 mol atsetüül-CoA, 7 mol FADH 2 ja 7 mol NADH + H +. Seetõttu on ATP saagis 35 ATP tulemusena b- oksüdatsioon ja 96 ATP tsitraaditsükli tulemusena, mis vastab kokku 131 mol ATP-le.
b-oksüdatsiooni reguleerimine. B-oksüdatsiooni kiirus, nagu ka teised metaboolsed rajad, sõltuvad atsüül-CoA substraadi kättesaadavusest, seetõttu b- rasvhapete oksüdatsioon aktiveerub imendumisjärgsel perioodil või pikaajalisel füüsilisel tööl, kui veres rasvkoes sisalduvate rasvade lagunemise tulemusena suureneb rasvhapete kontsentratsioon veres. Nendes tingimustes kasutavad lihased, müokard ja maks aktiivselt rasvhappeid energiaallikana. Aju ei kasuta rasvhappeid energiaallikana, kuna need ei tungi läbi hematoentsefaalbarjääri, olles hüdrofoobsed molekulid.
B-oksüdatsiooni reguleeriv ensüüm - karnitiinatsüültransferaas I. Selle ensüümi allosteeriline inhibiitor malonüül-CoA moodustub ainult rasvhapete biosünteesi käigus, seetõttu peatub postsorptiivsel perioodil, mil atsetüülijääkide vool mitokondritest tsütosooli lakkab, ka malonüül-Ko süntees ning b-oksüdatsioon aktiveeritakse inhibiitori puudumisel.
Olles kõige olulisem ATP-d tarniv marsruut, b- oksüdatsioon aktiveerub, kui raku energiavajadus suureneb. See on võimalik reaktsioonide otsese seose tõttu b- oksüdatsioon koensüümide kaudu NAD ja FAD elektronide transpordiahelaga. Mida intensiivsem on ATP lagunemine, seda kiiremini rasvhapped oksüdeeritakse, tagades uute ATP molekulide sünteesi.
Rasvhapete oksüdatsiooni võib patoloogiliselt suurendada või patoloogiliselt vähendada.
Suurendama rasvhapete oksüdatsioonikiirus, eriti süsivesikute puudumisega, toimub:
1. Rasvarikka toidu võtmisel.
2. Paastumisel.
3. Diabeediga.
Sel juhul moodustub maksas rasvhapete β-oksüdatsiooni käigus tekkivast atsetüül-CoA-st suur hulk ketokehasid. Ketoonkehade kuhjumine põhjustab atsidoosi ja seda nimetatakse ketoosiks.
langus rasvhapete oksüdatsiooni kiirust täheldatakse järgmiselt:
1. Karnitiini puudus. Seda täheldatakse vastsündinutel, sagedamini enneaegsetel imikutel. Selle põhjuseks on kas karnitiini biosünteesi rikkumine või selle "lekkimine" neerudes.
Sümptomid:
hüpoglükeemia rünnakud, mis tulenevad rasvhapete oksüdatsiooni rikkumisest tingitud glükoneogeneesi vähenemisest;
Ketoonkehade sünteesi vähenemine, millega kaasneb vabade rasvhapete sisalduse suurenemine vereplasmas;
myasthenia gravis (lihasnõrkus);
lipiidide kogunemine.
Ravi: karnitiini sissevõtmine sees.
2. Karnitiini palmitoüültransferaasi aktiivsuse vähenemine.
Maksas põhjustab see hüpoglükeemiat ja ketokehade sisalduse vähenemist vereplasmas.
Lihastes - rasvhapete oksüdatsiooniprotsessi rikkumine, mille tagajärjeks on lihasnõrkus ja müoglobinuuria areng.
3. Dikarboksüülatsiduuria.
Peamine sümptom on C 6-C 10 dikarboksüülhapete eritumine ja tekib hüpoglükeemia, mis ei ole seotud ketooni kehade arvu suurenemisega.
Etioloogia: Keskmise ahelaga rasvhapete atsetüül-CoA dehüdrogenaasi puudumine mitokondrites, mis on lühendatud keskmise ahelaga dikarboksüülhapeteks, mis erituvad kehast.
See esineb inimestel pärast küpsete ackee puuviljade söömist, mis sisaldavad toksiini hüpoglütsiini, mis inaktiveerib atsüül-CoA dehüdrogenaasi, mille tulemuseks on β-oksüdatsiooniprotsessi pärssimine.
5. Zellwegeri sündroom (tserebrohepatorenaalne sündroom).
See on haruldane pärilik haigus, mille puhul peroksisoomid puuduvad kõigis kudedes. Zellwegeri sündroomi põdevatel patsientidel kogunevad ajju C 26 -C 28 -polüeenhapped, tk. peroksisoomide puudumise tõttu ei läbi nad pika ahelaga rasvhapete oksüdatsiooni.
6. Refsumi haigused.
Harv neuroloogiline haigus. Seda seostatakse kaasasündinud α-oksüdatsioonisüsteemi häirega, mis viib fütaanhappe kuhjumiseni kudedesse, mis blokeerib β-oksüdatsioonisüsteemi.
Üldlipiidide taseme määramine vereplasmas (seerumis) värvusreaktsiooni abil sulfofosfovaniliini reagendiga
Üldlipiidid – üldistatud mõiste, mis hõlmab esterdamata rasvhappeid, triglütseriide, fosfolipiide, vaba ja esterdatud kolesterooli, sfingomüeliine.
Meetodi põhimõte: küllastumata lipiidide lagunemissaadused moodustavad reagendiga (koosneb väävel-, fosforhapetest ja vanilliinist) ühendi, mille värvuse intensiivsus on võrdeline üldlipiidide sisaldusega vereseerumis.
Reaktiivid:
1. Kontsentreeritud väävelhape;
2. Fosfovanilliini segu. 4 mahuosa kontsentreeritud fosforhapet segatakse ühe mahuosa 6 g/l vanilliinilahusega. Segu hoitakse pimedas klaasanumas toatemperatuuril.
3. Trioleiini võrdluslahus, 8 g/l.
Definitsiooni edenemine
0,02 ml vereseerumile lisada 1,5 ml kontsentreeritud väävelhapet. Sisu segatakse ja asetatakse 15 minutiks keevasse veevanni. Pärast hüdrolüsaadi jahutamist mõõdetakse 0,1 ml (kontrollproov 0,1 ml kontsentreeritud väävelhapet), mis viiakse teistesse katseklaasidesse, mis sisaldavad 1,5 ml fosforvanilliini reaktiivi. Pärast segamist inkubeeritakse proove 50 minutit pimedas kohas toatemperatuuril. Proovi (A 1) ja võrdluslahuse (A 2) optilist tihedust mõõdetakse fotokolorimeetril lainepikkusel 510–540 nm küvetis, mille kihi paksus on 10 mm kontrolllahuse suhtes. Arvutamine toimub järgmise valemi järgi: .
Normaalne sisaldus vereseerumis: 4 - 8 g / l.
Kliiniline ja diagnostiline väärtus. Selle indikaatori kvantitatiivsete ja kvalitatiivsete komponentide sisalduse muutusi veres täheldatakse paljude haiguste ja patoloogiliste seisundite puhul, mida selles juhendis ei käsitleta. Lihaste aktiivsuse osas on selle näitaja tõus pärast pikemaajalist füüsilist aktiivsust, mis näitab lipiidide metabolismi kaasamise astet lihastegevuse energiavarustuses. Samal ajal ei ületa selle indikaatori väärtus tavaliselt võrdluspiire. Informatiivsem on nihkete dünaamika määramine kehalise aktiivsuse ajal, selle näitaja komponendid.
LIPIIDIDE BIOSÜNTEES
Lipiidide biosüntees (lipogenees) on vajalik reservvormide loomiseks. Lipiidide biosüntees algab rasvhapete biosünteesiga.
Rasvhapete biosüntees
Rasvhapete sünteesisüsteem paikneb paljude elundite ja kudede, näiteks maksa, neerude, piimanäärmete ja rasvkoe lahustuvas tsütoplasmaatilises fraktsioonis.
Rasvhapete biosüntees toimub järgmiste ainete osalusel:
1. NADPH∙H+;
5. atsetüül-CoA substraadina ja palmitiinhape lõpp-produktina.
Rasvhapete biosünteesi tunnused
Rasvhapete süntees ei ole lihtne β-oksüdatsioonireaktsioonide tagasipööramine. Kõige olulisemad funktsioonid on järgmised:
1. Rasvhapete süntees toimub tsütoplasmas, vastupidiselt mitokondrites toimuvale lagunemisele.
2. Rasvhapete sünteesi vaheproduktid on kovalentselt seotud atsüüli kandva valgu (ACP) sulfhüdrüülrühmadega.
3. Paljud ensüümid rasvhapete sünteesiks kõrgemates organismides ja inimestel on organiseeritud mitme ensüümi kompleksiks, mida nimetatakse rasvhapete süntetaasiks.
4. Otseselt atsetüül-CoA-d kasutatakse ainult seemnena.
5. Kasvavat rasvhappeahelat pikendatakse atsetüül-CoA-st pärinevate kahesüsinikuliste komponentide otsesel kinnitumisel. Malonüül-CoA toimib pikenemise etapis kahesüsinikukomponentide aktiveeritud doonorina. Pikendusreaktsiooni käivitab CO 2 eraldumine.
6. Redutseerija rolli rasvhapete sünteesis täidab NADPH H + .
7. Rasvhapete süntees on tsükliline protsess, mis toimub rasvhapete süntetaasi pinnal.
8. Rasvhappe süntetaasi kompleksi toimel pikenemine peatub palmitaadi moodustumise staadiumis (C 16). Edasine pikenemine ja kaksiksidemete sisseviimine viiakse läbi teiste ensümaatiliste süsteemide abil.
Rasvhapete biosünteesi etapid
I etapp – atsetüül-CoA transport mitokondritest tsütoplasmasse
Tsütoplasmas sünteesitakse rasvhappeid ja mitokondrites moodustub püruvaadist atsetüül-CoA. Mitokondriaalne membraan on atsetüül-CoA-le mitteläbilaskev, seetõttu on atsetüül-CoA transport läbi membraani tagatud spetsiaalsete mehhanismide abil. Karnitiini roll atsetüül-CoA transportimisel ei ole suur, kuna see transpordib ainult pika ahelaga rasvhappeid. See probleem lahendatakse tsitraadi sünteesiga.
Mitokondrite tsütoplasma
Atsetüül-CoA + oksaloatsetaat atsetüül-CoA + oksaloatsetaat + ADP + P n
HO - C - COOH tsitraat + ATP + HSKoA
CH2 – COOH
Riis. 20. Atsetüül-CoA transpordi skeem läbi mitokondriaalse membraani
Tsitraat tekib mitokondriaalses maatriksis atsetüül-CoA ja oksaloatsetaadi kondenseerumisel. Seejärel difundeerub see tsütoplasmasse, kus see tsitraatlüaasi abil lõhustatakse. Seega kantakse atsetüül-CoA ja oksaloatsetaat mitokondritest ühe ATP molekuli abil tsütoplasmasse.
NADPH H+ allikad rasvhapete biosünteesiks
Oksaloatsetaat, mis moodustub atsetüül-CoA ülekandmisel tsütoplasmasse, tuleb tagasi viia mitokondritesse. See protsess on seotud NADPH·H+ tekkega. Reaktsioon toimub tsütoplasmas ja toimub kahes etapis:
1. Oksaloatsetaat + NADH H + malaat + NAD +
MDH (dekarboksüülimine)
2. Malaat + NADP + püruvaat + CO 2 + NADPH H +
Saadud püruvaat difundeerub kergesti mitokondritesse, kus see karboksüülitakse püruvaadi karboksülaasi toimel (ATP energia kuluga) oksaloatsetaadiks.
Püruvaat + HCO 3 - + ATP oksaloatsetaat + ADP + F n
Normaalne rasvade oksüdatsioon kehas on tihedalt seotud Krebsi tsükliga. Oksaloatsetaadi moodustumise peamine tee on PVC karboksüülimine. 1,5 g rasvhapete põletamiseks on vaja 1 g süsivesikuid. Seetõttu on biokeemikute seas ütlus, et "rasvad põlevad süsivesikute leegis".
Oksaloatsetaat, mis selles reaktsioonis sünteesiti, interakteerub seejärel atsetüül-CoA-ga, moodustades tsitraadi, mis oksüdeeritakse TCA-s.
Seega moodustub iga atsetüül-CoA molekuli kohta, mis läheb mitokondritest tsütoplasmasse, üks NADPH H + molekul. Seetõttu moodustub palmitiinhappe sünteesiks vajaliku atsetüül-CoA 8 molekuli üleminekul 8 NADPH·H + molekuli. Veel 6 selle protsessi jaoks vajalikku molekuli genereeritakse pentoosfosfaadi rajas.
II etapp - malonüül-CoA moodustumine.
See on rasvhapete biosünteesi esimene reaktsioon. Katalüüsib ensüüm atsetüül-CoA karboksülaas. Koensüümiks on biotiin. Reaktsioon seisneb atsetüül-CoA karboksüülimises, CO2 allikas on vesinikkarbonaat.
C \u003d O + HCO 3 - + ATP E - biotiin CH 2 + ADP + H 3 PO 4
atsetüül - KoA malonüül - KoA
Riis. 21. Atsetüül-CoA karboksüülimine (atsetüül-CoA karboksülaasi koensüüm on biotiin)
Malonüül-CoA on sisuliselt aktiveeritud atsetüül-CoA. Energia salvestatakse eelnevalt karboksüülrühma kujul ja vabaneb dekarboksüülimise käigus vahetult rasvhapete biosünteesi käigus. Edasises rasvhapete biosünteesis kasutatakse seemnena atsetüül-CoA-d ja süntees ise pärineb malonüül-CoA-st.
III etapp – rasvhapete biosüntees.
esineb maksas, neerudes, skeleti- ja südamelihastes, rasvkoes. Ajukoes on rasvhapete oksüdatsiooni kiirus väga madal; Glükoos on ajukoes peamine energiaallikas.
rasvhappemolekuli oksüdatsioon kehakudedes toimub β-asendis. Selle tulemusena eraldatakse karboksüülrühma küljelt rasvhappemolekulist järjestikku kahe süsiniku fragmendid.
Loomade ja taimede looduslike rasvade hulka kuuluvatel rasvhapetel on paarisarv süsinikuaatomeid. Iga selline hape, millest paar süsinikuaatomit eraldatakse, läbib lõpuks võihappe faasi. Pärast järgmist β-oksüdatsiooni muutub võihape atsetoäädikhappeks. Viimane hüdrolüüsitakse seejärel kaheks äädikhappe molekuliks.
Rasvhapete kohaletoimetamine nende oksüdatsioonikohta - mitokondritesse - toimub kompleksselt: albumiini osalusel transporditakse rasvhapped rakku; spetsiaalsete valkude (rasvhappeid siduvad valgud, FABP) osalusel - transport tsütosooli sees; karnitiini osalusel - rasvhapete transport tsütosoolist mitokondritesse.
Rasvhapete oksüdatsiooniprotsess koosneb järgmistest põhietappidest.
Aktiveeriminerasvhapped. Vaba rasvhape, olenemata süsivesinike ahela pikkusest, on metaboolselt inertne ja ei saa enne aktiveerimist läbida biokeemilisi muutusi, sealhulgas oksüdeerumist. Rasvhapete aktiveerimine toimub mitokondriaalse membraani välispinnal ATP, koensüüm A (HS-KoA) ja Mg 2+ ioonide osalusel. Reaktsiooni katalüüsib ensüüm atsüül-CoA süntetaas:
Reaktsiooni tulemusena moodustub atsüül-CoA, mis on rasvhappe aktiivne vorm.
Arvatakse, et rasvhapete aktiveerimine toimub kahes etapis. Esiteks, rasvhape reageerib ATP-ga, moodustades atsüladenülaadi, mis on rasvhappe ja AMP ester. Lisaks mõjutab CoA sulfhüdrüülrühm ensüümiga kindlalt seotud atsüüladenülaati, moodustades atsüül-CoA ja AMP.
Transportrasvhappedsees mitokondrid. Rasvhapete koensüümvormil, nagu ka vabadel rasvhapetel, ei ole võimet tungida mitokondritesse, kus tegelikult toimub nende oksüdatsioon. Aktiveeritud pika ahelaga rasvhapete kandja läbi sisemise mitokondriaalse membraani on karnitiin. Atsüülrühm viiakse CoA väävliaatomist karnitiini hüdroksüülrühma, moodustades atsüülkarnitiini, mis hajub läbi sisemise mitokondriaalse membraani:
Reaktsioon kulgeb spetsiifilise tsütoplasmaatilise ensüümi karnitiinatsüültransferaasi osalusel. Juba membraani maatriksi poole jääval küljel kantakse atsüülrühm tagasi CoA-sse, mis on termodünaamiliselt kasulik, kuna karnitiinis sisalduval O-atsüülsidemel on suur rühmaülekande potentsiaal. Teisisõnu, pärast atsüülkarnitiini läbimist mitokondriaalsest membraanist toimub pöördreaktsioon - atsüülkarnitiini lagunemine HS-KoA ja mitokondriaalse karnitiini atsüültransferaasi osalusel:
Intramitokondriaalnerasvhapete oksüdatsioon. Rasvhapete oksüdatsiooniprotsess raku mitokondrites hõlmab mitmeid järjestikuseid ensümaatilisi reaktsioone.
Dehüdrogeenimise esimene etapp. Atsüül-CoA mitokondrites läbib peamiselt ensümaatilise dehüdrogeenimise, samal ajal kui atsüül-CoA kaotab 2 vesinikuaatomit α- ja β-positsioonides, muutudes küllastumata happe CoA-estriks. Seega on esimene reaktsioon igas atsüül-CoA lagunemistsüklis selle oksüdeerimine atsüül-CoA dehüdrogenaasiga, mis viib enoüül-CoA moodustumiseni kaksiksidemega C-2 ja C-3 vahel:
On mitmeid FAD-d sisaldavaid atsüül-CoA dehüdrogenaase, millest igaühel on spetsiifilisus teatud süsinikuahela pikkusega atsüül-CoA suhtes.
Lavahüdratatsioon. Ensüümi enoüül-CoA hüdrataasi osalusel küllastumata atsüül-CoA (enoüül-CoA) seob veemolekuli. Selle tulemusena moodustub β-hüdroksüatsüül-CoA (või 3-hüdroksüatsüül-CoA):
Pange tähele, et enoüül-CoA hüdratatsioon on stereospetsiifiline, sarnane fumaraadi ja akonitaathüdraadiga (vt lk 348). Trans-A2-kaksiksideme hüdratatsiooni tulemusena moodustub ainult 3-hüdroksüatsüül-CoA L-isomeer.
Teine etappdehüdrogeenimine. Saadud β-hüdroksüatsüül-CoA (3-hüdroksüatsüül-CoA) dehüdrogeenitakse. Seda reaktsiooni katalüüsivad NAD + -sõltuvad dehüdrogenaasid:
Tiolaasreaktsioon. Eelmiste reaktsioonide käigus oksüdeeruti metüleenrühm C-3 juures oksorühmaks. Tiolaasi reaktsioon on 3-oksoatsüül-CoA lõhustamine teise CoA molekuli tioolrühma abil. Selle tulemusena moodustub kahe süsinikuaatomiga kärbitud atsüül-CoA ja kahe süsiniku fragment atsetüül-CoA kujul. Seda reaktsiooni katalüüsib atsetüül-CoA atsüültransferaas (β-ketotiolaas):
Saadud atsetüül-CoA oksüdeerub trikarboksüülhappe tsüklis ja kahe süsinikuaatomi võrra lühenenud atsüül-CoA läbib korduvalt kogu β-oksüdatsioonitee kuni butürüül-CoA (4-süsinikuühend) moodustumiseni. mis omakorda oksüdeeritakse kuni 2 atsetüül-CoA molekuliks
Ühes β-oksüdatsioonitsüklis moodustub 1 molekul atsetüül-CoA, mille oksüdeerimine tsitraaditsüklis tagab sünteesi. 12 mol ATP-d. Lisaks moodustub 1 mol FADH 2 ja 1 mol NADH+H, mille oksüdatsiooni käigus sünteesitakse vastavalt hingamisahelas 2 ja 3 mol ATP-d (kokku 5).
Seega näiteks palmitiinhappe (C16) oksüdeerimisel 7 β-oksüdatsiooni tsüklid, mille tulemusena moodustub 8 mol atsetüül-CoA, 7 mol FADH 2 ja 7 mol NADH + H. Seetõttu on ATP saagis 35 molekulid β-oksüdatsiooni tulemusena ja 96 ATP tsitraaditsükli tulemusena, mis vastab kokku 131 ATP molekulid.