Mint már említettük, az oxidáció során kinyert energia jelentős részét az állati szervezet zsírsavakból kapja, amelyek a β-szénatomnál oxidációval hasadnak fel.

A zsírsavak β-oxidációját először 19004-ben F. Knoop tanulmányozta. Ezt követően azt találták, hogy a β-oxidáció csak a mitokondriumokban fordul elő. F. Linen és munkatársai (1954-1958) munkájának köszönhetően a zsírsav-oxidáció főbb enzimatikus folyamatait sikerült feltárni. A zsírsav-oxidáció ezen útját felfedező tudósok tiszteletére a β-oxidáció folyamatát elnevezték. Knoop-Linen ciklus.

β-oxidáció - konkrét módon zsírsavkatabolizmus, amelyben 2 szénatom szekvenciálisan elválik a zsírsav karboxilvégétől acetil-CoA formájában. A metabolikus útvonalat, a β-oxidációt azért nevezték így, mert a zsírsav-oxidációs reakciók a β-szénatomon mennek végbe. A β-oxidáció és az acetil-CoA ezt követő oxidációja a TCA ciklusban (trikarbonsav ciklus) az oxidatív foszforiláció mechanizmusa révén az ATP szintézis egyik fő energiaforrásaként szolgál. A zsírsavak β-oxidációja csak aerob körülmények között megy végbe.

Minden többlépcsős oxidációs reakciót specifikus enzimek gyorsítanak. A magasabb zsírsavak β-oxidációja egy univerzális biokémiai folyamat, amely minden élő szervezetben előfordul. Emlősökben ez a folyamat számos szövetben, elsősorban a májban, a vesében és a szívben játszódik le. A zsírsav-oxidáció a mitokondriumokban megy végbe. A telítetlen magasabb zsírsavak (olajsav, linolsav, linolén stb.) előzetesen telített savakká redukálódnak.

A zsírsavak behatolását a mitokondriális mátrixba megelőzik azok aktiválás kapcsolat kialakításával koenzim A(HS ~ CoA), amely nagy energiájú kötést tartalmaz. Ez utóbbi láthatóan hozzájárul a keletkező vegyület oxidációs reakcióinak simább lefolyásához, amelyet ún. acil koenzim A(acil-CoA).

A magasabb zsírsavak CoA-val való kölcsönhatását specifikus ligázok gyorsítják - acil-CoA szintetázok három típus, amelyek a rövid, közepes és hosszú szénhidrogéngyököket tartalmazó savakra specifikusak. Az endoplazmatikus retikulum membránjában és a mitokondriumok külső membránjában lokalizálódnak. Nyilvánvalóan minden acil-CoA szintetáz multimer; Így a máj mikroszómáiból származó enzim molekulatömege 168 kDa, és 6 azonos alegységből áll. A zsírsavak aktiválási reakciója 2 szakaszban megy végbe:

a) először a zsírsav reakcióba lép az ATP-vel, és aciladenilátot képez:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) ezután jön létre az acil-CoA aktivált formája:

RCO~AMP + HS~CoA → RCO~SKoA + AMP

A pirofoszfátot (PP) a pirofoszfatáz gyorsan hidrolizálja, aminek következtében az egész reakció visszafordíthatatlan: PP + H 2 O → 2P

Összefoglaló egyenlet:

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

A rövid és közepes lánchosszúságú (4-12 szénatomos) zsírsavak diffúzió útján behatolhatnak a mitokondriális mátrixba, ahol aktiválódnak. Az emberi szervezetben túlsúlyban lévő (12-20 szénatomos) hosszú szénláncú zsírsavakat a mitokondriumok külső membránján található acil-CoA szintetázok aktiválják.

A mitokondriumok belső membránja áthatolhatatlan a citoplazmában képződő hosszú láncú acil-CoA számára. Az aktivált zsírsavak hordozója az karnitin (Bt-vitamin), amely élelmiszerből származik, vagy a lizin és a metionin esszenciális aminosavakból szintetizálódik.

A mitokondriumok külső membránja tartalmaz karnitin-aciltranszferáz I enzim(karnitin palmitoiltranszferáz I), katalizálja az acilkarnitin képződésével járó reakciót:

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 (Wt) Acilkarnitin koenzim A

Ez az enzim szabályozó, szabályozza az acilcsoportok bejutását a mitokondriumokba, és ennek következtében a zsírsav-oxidáció sebességét.

A keletkező acilkarnitin a membránközi téren keresztül a belső membrán külső oldalára jut, és a karnitin-acilkarnitin transzlokáz a belső mitokondriális membrán belső felületére szállítja, ahol az enzim karnitin-aciltranszferáz II katalizálja az acil átvitelét az intramitokondriális CoA-ba, vagyis a fordított reakciót (9. ábra).

9. ábra. Zsírsavak átvitele hosszú szénhidrogéngyökkel a mitokondriális membránokon keresztül

Így az acil-CoA elérhetővé válik a β-oxidációs enzimek számára. A szabad karnitint ugyanaz a transzlokáz juttatja vissza a belső mitokondriális membrán citoszolos oldalára. Ezt követően az acil-CoA bekerül a β-oxidációs reakciókba.

A mitokondriális mátrixban az acil-CoA katabolizmusa (bomlása) egy ismétlődő szekvencia eredményeként megy végbe. négy reakció.

1) Minden ciklus első reakciója az enzim általi oxidáció acil-CoA dehidrogenáz, melynek koenzimje a FAD. A β - és α - szénatomok között dehidrogénezés megy végbe, melynek eredményeként a szénláncban kettős kötés jön létre, és ennek a reakciónak a terméke az enoil-CoA:

R-CH2-CH2CO~SKoA + FAD → R-CH=CHCO~SKoA + FADH2

Acil-CoA Enoil-CoA

2) A zsírsav-oxidációs ciklus második lépésében az enoil-CoA kettős kötést hidratálják, így β-hidroxi-acil-CoA keletkezik. A reakciót egy enzim katalizálja enoil-CoA hidratáz:

R-CH \u003d CHCO ~ ​​SKoA + H 2 O → R-CH-CH 2 CO ~ SKoA

Enoil-CoA β-hidroxi-acil-CoA

3) A ciklus harmadik szakaszában a β-hidroxi-acil-CoA dehidrogénezésen (második oxidáción) megy keresztül az enzim részvételével β-hidroxiacil-CoA dehidrogenázok, melynek koenzimje NAD + . Ennek a reakciónak a terméke a β-ketoacil-CoA:

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

β-hidroxi-acil-CoA β-ketoacil-CoA

4) A zsírsav-oxidációs ciklus utolsó reakcióját katalizálja acetil-CoA aciltranszferáz (tioláz). Ebben a szakaszban a β-ketoacil-CoA kölcsönhatásba lép a szabad CoA-val, és felhasad, és egyrészt egy kétszénből álló fragmenst képez, amely az eredeti zsírsav két terminális szénatomját tartalmazza acetil-CoA formájában, másodsorban pedig egy CoA-t. két szénatommal rövidített zsírsav-észter. A hidrolízissel analóg módon ezt a reakciót nevezzük tiolízis:

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

β-ketoacil-CoA Acetil-CoA Acil-CoA,

által lerövidítve

2 szénatom

A csonka acil-CoA ezután a következő oxidációs cikluson megy keresztül, amely egy acil-CoA dehidrogenázzal katalizált reakcióval kezdődik (oxidáció), majd egy hidratációs reakció, egy második oxidációs reakció, egy tioláz reakció, vagyis ez a folyamat sokszor megismétlődik. (10. ábra).

A magasabb zsírsavak β-oxidációja a mitokondriumokban megy végbe. A légzési ciklus enzimjei is lokalizálódnak bennük, ami az ADP oxidatív foszforilációjának körülményei között hidrogénatomok és elektronok oxigénbe való átviteléhez vezet, ezért a magasabb zsírsavak β-oxidációja az ATP szintézisének energiaforrása.

10. ábra. Zsírsav oxidáció

A magasabb zsírsavak β-oxidációjának végterméke a páros számú szénatom van acetil-CoA, A páratlannal- propionil-CoA.

Ha acetil-CoA felhalmozódik a szervezetben, akkor a HS~KoA hamar kimerül, és a magasabb zsírsavak oxidációja leáll. De ez nem történik meg, mivel a CoA gyorsan felszabadul az acetil-CoA összetételéből. Számos folyamat vezet idáig: az acetil-CoA a trikarbonsavak és a dikarbonsavak körforgásában vagy az ahhoz nagyon közeli glioxilciklusban szerepel, vagy az acetil-CoA-t szterolok és izoprenoid csoportokat tartalmazó vegyületek szintézisére használják stb.

propionil-CoA, amely a páratlan szénatomszámú magasabb zsírsavak β-oxidációjának végterméke, szukcinil-CoA-vá alakul, amely a trikarbonsavak és a dikarbonsavak körforgásán keresztül hasznosul.

Az emberi szervezetben található zsírsavak körülbelül fele telítetlen .

Ezeknek a savaknak a β-oxidációja a szokásos módon megy végbe, amíg a kettős kötés a harmadik és negyedik szénatom közé nem kerül. Aztán az enzim enoil-CoA izomeráz a kettős kötést a 3-4 pozícióból a 2-3 pozícióba mozgatja és a kettős kötés cisz konformációját transz-ra változtatja, ami a β-oxidációhoz szükséges. Ebben a β-oxidációs ciklusban az első dehidrogénezési reakció nem megy végbe, mivel a zsírsavgyökben már jelen van a kettős kötés. Továbbá a β-oxidációs ciklusok folytatódnak, nem térnek el a szokásostól. A 11. ábra a zsírsav-anyagcsere fő útjait mutatja be.

11. ábra A zsírsav-anyagcsere főbb útvonalai

A közelmúltban azt találták, hogy a β-oxidáció mellett a zsírsav-katabolizmus fő útja, zsírsavak α-oxidációja a szénatomok számával (C 13 -C 18), vagyis a molekula karboxilvégéről az egyszénből álló fragmensek szekvenciális eliminációja.

Ez a fajta oxidáció leginkább a növényi szövetekre jellemző, de előfordulhat egyes állati szövetekben is. Az α-oxidáció ciklikus jellegű, és a ciklus két reakcióból áll.

Az első reakció egy zsírsav hidrogén-peroxiddal történő oxidációjából áll a megfelelő aldehiddé és CO 2 -dá egy specifikus vegyület részvételével. peroxidáz:

A reakció eredményeként a szénhidrogénlánc egy szénatommal lerövidül.

A második reakció lényege a kapott aldehid hidratálása és oxidációja a megfelelő karbonsavvá aldehid-dehidrogenáz a NAD koenzim oxidált formáját tartalmazza:

Ezután az α-oxidációs ciklus ismét megismétlődik. A β-oxidációhoz képest ez a fajta oxidáció energetikailag kevésbé kedvező.

ω-Zsírsavak oxidációja. Az állatok és egyes mikroorganizmusok májában van egy enzimrendszer, amely biztosítja a zsírsavak ω-oxidációját, vagyis a terminális CH 3 csoport oxidációját, amelyet ω betűvel jelölünk. Először befolyás alatt monooxigenázok A hidroxilezés ω-hidroxisav képződésével megy végbe:

Az ω-hidroxisavat ezután ω-dikarbonsavvá oxidálják a megfelelő vegyület hatására. dehidrogenázok:

Az így kapott ω-dikarbonsav mindkét végén β-oxidációs reakciókkal lerövidül.

2.1. Zsírsav oxidáció a sejtekben

A magasabb zsírsavak háromféleképpen oxidálhatók a sejtekben:

a) a-oxidációval,

b) b-oxidációval,

c) w-oxidációval.

A magasabb zsírsavak a- és w-oxidációs folyamatai a sejt mikroszómáiban monooxigenáz enzimek részvételével zajlanak, és főleg képlékeny funkciót töltenek be - ezek során hidroxisavak, ketosavak és páratlan szénatomszámú savak szintetizálódnak. , amelyek a sejtekhez szükségesek. Tehát az a-oxidáció során egy zsírsav egy szénatommal lerövidül, így páratlan számú "C" atomos savvá alakul, az alábbi séma szerint:

2.1.1. b-A magasabb zsírsavak oxidációja A magasabb zsírsavak oxidációjának fő módszere, legalábbis a sejtben oxidált ebbe az osztályba tartozó vegyületek teljes mennyiségéhez viszonyítva, a b-oxidáció folyamata, amelyet Knoop fedezett fel már 1904-ben. Ezt a folyamatot úgy definiálhatjuk, mint a magasabb zsírsavak fokozatos oxidatív lehasításának folyamatát, amelynek során az aktivált magasabb zsírsav karboxilcsoportjából acetil-CoA formájában egymás után két szénből álló fragmensek hasadnak le. molekula.

A sejtbe belépő magasabb zsírsavak aktiválódnak és acil-CoA-vá (R-CO-SKoA) alakulnak, a zsírsavak aktiválódása pedig a citoszolban történik. A zsírsavak b-oxidációjának folyamata a mitokondriális mátrixban megy végbe. Ugyanakkor a belső mitokondriális membrán impermeábilis az acil-CoA-val szemben, ami felveti az acilmaradékok citoszolból a mitokondriális mátrixba történő transzportjának mechanizmusát.

Az acilmaradékok a mitokondriumok belső membránján keresztül egy speciális hordozóanyag, a karnitin (CN) segítségével kerülnek szállításra:

A citoszolban a külső acilCoA:karnitin-aciltranszferáz enzim (E1 az alábbi ábrán) segítségével a magasabb zsírsavmaradék a koenzim-A-ból karnitinbe kerül, acilkarnitin képződésével:

Az acilkarnitinin egy speciális karnitin-acilkarnitin-transzlokáz rendszer közreműködésével a membránon keresztül a mitokondriumokba jut, a mátrixban pedig a belső acil-CoA:karnitin-aciltranszferáz (E2) enzim segítségével az acilmaradék átkerül a karnitinből. Az intramitokondriális koenzim A-hoz. Ennek eredményeként egy aktivált maradék jelenik meg a mitokondriális mátrix zsírsavában acil-CoA formájában; A felszabaduló karnitin ugyanazon transzlokáz segítségével a mitokondriális membránon keresztül a citoszolba jut, ahol egy új transzfer ciklusba kerülhet. A mitokondriumok belső membránjába épített karnitin-acilkarnitin-transzlokáz az acilkarnitin molekulát a mitokondriumokba juttatja cserébe a mitokondriumból eltávolított karnitin molekuláért.

A mitokondriális mátrixban lévő aktivált zsírsav fokozatos ciklikus oxidáción megy keresztül a következő séma szerint:

A b-oxidáció egy ciklusának eredményeként a zsírsav gyök 2 szénatommal rövidül, és a lehasadt fragmentum acetil-CoA formájában szabadul fel. A teljes ciklusegyenlet:

A b-oxidáció egyik ciklusa során, amikor például a sztearoil-CoA palmitoil-CoA-vá alakul acetil-CoA képződésével, 91 kcal/mol szabad energia szabadul fel, azonban ennek az energia nagy része felhalmozódik redukált koenzimek energiaformája, míg az energiaveszteség a formahőkben mindössze 8 kcal/mol.

A keletkező acetil-CoA bejuthat a Krebs-ciklusba, ahol végtermékekké oxidálódik, vagy felhasználható a sejt egyéb szükségleteire, például koleszterin szintézisére. A 2 szénatommal lerövidült acil-CoA új b-oxidációs ciklusba lép. Több egymást követő oxidációs ciklus eredményeként az aktivált zsírsav teljes szénlánca "n" acetil-CoA molekulára hasad, az "n" értékét pedig az eredeti zsírsavban lévő szénatomok száma határozza meg. .

Egy b-oxidációs ciklus energiahatását az alapján becsülhetjük meg, hogy a ciklus során 1 FADH2 molekula és 1 NADH+H molekula keletkezik. Amikor belépnek a légzési enzimek láncába, 5 ATP molekula (2 + 3) szintetizálódik. Ha a keletkező acetil-CoA a Krebs-ciklusban oxidálódik, a sejt további 12 ATP-molekulát kap.

A sztearinsav esetében a b-oxidáció általános egyenlete a következő:

A számítások azt mutatják, hogy a sztearinsav oxidációja során 148 ATP molekula szintetizálódik a sejtben. Az oxidáció energiamérlegének számításakor ebből a mennyiségből 2 makroerg egyenértéket ki kell zárni, ami a zsírsavak aktiválása során költ el (az aktiválás során az ATP AMP-ra és 2 H3PO4-re bomlik le). Így, amikor a sztearinsav oxidálódik, a sejt 146 ATP-molekulát kap.

Összehasonlításképpen: 3, szintén 18 szénatomot tartalmazó glükózmolekula oxidálásakor a sejt csak 114 ATP-molekulát kap, i.e. a magasabb zsírsavak a monoszacharidokhoz képest előnyösebb energiahordozók a sejtek számára. Nyilvánvalóan ez a körülmény az egyik fő oka annak, hogy a szervezet energiatartalékai elsősorban triacilglicerolok formájában jelennek meg, nem pedig glikogén formájában.

1 mól sztearinsav oxidációja során felszabaduló szabad energia teljes mennyisége kb. 2632 kcal, amelyből kb. 1100 kcal halmozódik fel a szintetizált ATP molekulák makroerg kötései formájában, így az összes felszabaduló szabad energia kb. 40%-a. felhalmozódik.

A magasabb zsírsavak b-oxidációjának sebességét egyrészt a zsírsavak sejtbeli koncentrációja, másrészt a külső acil-CoA:karnitin-aciltranszferáz aktivitása határozza meg. Az enzim aktivitását a malonil-CoA gátolja. Az utolsó szabályozó mechanizmus jelentésére kicsit később térünk ki, amikor a zsírsavak oxidációs és szintézise folyamatainak koordinációjáról lesz szó a sejtben.

Narancssárga mandulák és koleszterin-észterek felhalmozódása más retikuloendoteliális szövetekben. A patológia az apo A-I felgyorsult katabolizmusához kapcsolódik. A lipidek emésztése és felszívódása. Epe. Jelentése. A kialakulás hajnalán modern tanítás a máj exokrin funkciójáról, amikor a természettudósok csak az első ...

A sejtekben végbemenő kémiai átalakulások dinamikáját a biológiai kémia vizsgálja. Az élettan feladata, hogy meghatározza a szervezet összes anyag- és energiafelhasználását, és azt, hogy ezeket a helyes táplálkozás segítségével hogyan kell pótolni. Az energia-anyagcsere a szervezet általános állapotának és élettani aktivitásának mutatója. A biológiában és a...

Esszenciális zsírsavak közé sorolt ​​savak (linolénsav, linolénsav, arachidonsav), amelyek emberben és állatban nem szintetizálódnak. A zsírokkal a komplex biológiailag bejut a szervezetbe hatóanyagok: foszfolipidek, szterinek. Triacilglicerinek – fő funkciójuk a lipidek tárolása. A citoszolban finom emulgeált olajos cseppek formájában találhatók meg. Összetett zsírok:...

... α,d - glükóz glükóz - 6 - foszfát A glükóz - 6 - foszfát képződésével a glikolízis és a glikogenolízis útjai egybeesnek. A glükóz-6-foszfát kulcsszerepet játszik a szénhidrát-anyagcserében. A következő anyagcsere utakon lép be: glükóz - 6 - foszfát glükóz + H3PO4 fruktóz - 6 - foszfát pentóz bomlási útvonal (bejut a vérbe stb. ...

előfordul a májban, a vesében, a váz- és szívizmokban, a zsírszövetben. Az agyszövetben a zsírsav-oxidáció sebessége nagyon alacsony; A glükóz az agyszövet fő energiaforrása.

a testszövetekben egy zsírsavmolekula oxidációja a β-helyzetben történik. Ennek eredményeként a karboxilcsoport oldaláról a zsírsavmolekuláról szekvenciálisan hasadnak le a két szénatomos fragmensek.

A zsírsavak, amelyek az állatok és növények természetes zsírjainak részét képezik, páros számú szénatomot tartalmaznak. Bármely ilyen sav, amelyről néhány szénatom leszakad, végül átmegy a vajsav szakaszon. A következő β-oxidáció után a vajsav acetoecetsavvá válik. Ez utóbbit ezután két molekula ecetsavvá hidrolizálják.

A zsírsavak oxidációjuk helyére - a mitokondriumokba - komplex módon jutnak el: az albumin részvételével a zsírsavak a sejtbe szállítódnak; speciális fehérjék (zsírsavkötő fehérjék, FABP) részvételével - a citoszolon belüli transzport; karnitin részvételével - a zsírsavak szállítása a citoszolból a mitokondriumokba.

A zsírsav-oxidáció folyamata a következő fő lépésekből áll.

Aktiválászsírsavak. A szabad zsírsav, függetlenül a szénhidrogénlánc hosszától, metabolikusan inert, és nem megy keresztül semmilyen biokémiai átalakuláson, beleértve az oxidációt sem, amíg aktiválódik. A zsírsavak aktivációja a mitokondriális membrán külső felületén történik ATP, koenzim A (HS-KoA) és Mg 2+ ionok részvételével. A reakciót az acil-CoA szintetáz enzim katalizálja:

A reakció eredményeként acil-CoA képződik, amely a zsírsav aktív formája.

Úgy gondolják, hogy a zsírsavak aktiválása 2 szakaszban megy végbe. Először is, a zsírsav reagál az ATP-vel, és aciladenilátot képez, amely a zsírsav és az AMP észtere. Ezenkívül a CoA szulfhidrilcsoportja az enzimhez szilárdan kötődő aciladenilátra hat, és acil-CoA-t és AMP-t képez.

Szállítászsírsavakbelül mitokondriumok. A zsírsavak koenzimformája, akárcsak a szabad zsírsavak, nem képes behatolni a mitokondriumokba, ahol valójában az oxidációjuk megy végbe. Az aktivált hosszú szénláncú zsírsavak hordozója a belső mitokondriális membránon keresztül a karnitin. Az acilcsoport a CoA kénatomjáról a karnitin hidroxilcsoportjába kerül, így acilkarnitin keletkezik, amely a belső mitokondriális membránon keresztül diffundál:

A reakció egy specifikus citoplazmatikus enzim, a karnitin-aciltranszferáz részvételével megy végbe. Már a membrán mátrix felőli oldalán az acilcsoport visszakerül CoA-ba, ami termodinamikailag előnyös, mivel a karnitinben lévő O-acil kötés nagy csoporttranszfer potenciállal rendelkezik. Más szóval, miután az acilkarnitin áthaladt a mitokondriális membránon, fordított reakció következik be - az acilkarnitin lebomlása a HS-KoA és a mitokondriális karnitin-aciltranszferáz részvételével:

Intramitokondriáliszsírsav oxidáció. A zsírsav-oxidáció folyamata a sejt mitokondriumában több egymást követő enzimreakciót foglal magában.

A dehidrogénezés első szakasza. A mitokondriumokban lévő acil-CoA elsősorban enzimatikus dehidrogénezésen megy keresztül, míg az acil-CoA 2 hidrogénatomot veszít az α- és β-helyzetben, és egy telítetlen sav CoA-észterévé alakul. Így az első reakció az acil-CoA lebontásának minden egyes ciklusában az acil-CoA dehidrogenázzal történő oxidációja, ami enoil-CoA képződéséhez vezet kettős kötéssel a C-2 és C-3 között:

Számos FAD-tartalmú acil-CoA dehidrogenáz létezik, amelyek mindegyike meghatározott szénlánchosszúságú acil-CoA-ra specifikus.

Színpadhidratáció. A telítetlen acil-CoA (enoil-CoA) az enoil-CoA-hidratáz enzim részvételével vízmolekulát köt. Ennek eredményeként β-hidroxiacil-CoA (vagy 3-hidroxiacil-CoA) képződik:

Megjegyzendő, hogy az enoil-CoA hidratálása sztereospecifikus, hasonlóan a fumarát és akonitát hidratációhoz (lásd 348. oldal). A transz-Δ2-kettős kötés hidratálása következtében csak a 3-hidroxi-acil-CoA L-izomerje képződik.

Második szakaszdehidrogénezés. A kapott β-hidroxi-acil-CoA-t (3-hidroxi-acil-CoA) ezután dehidrogénezzük. Ezt a reakciót a NAD + -függő dehidrogenázok katalizálják:

Tiolázreakció. Az előző reakciók során a metiléncsoport C-3-on oxidálódott oxocsoporttá. A tioláz reakció a 3-oxoacil-CoA hasítása a második CoA molekula tiolcsoportja segítségével. Ennek eredményeként egy két szénatommal csonkolt acil-CoA és egy kétszénből álló fragmentum acetil-CoA formájában képződik. Ezt a reakciót az acetil-CoA aciltranszferáz (β-ketotioláz) katalizálja:

A keletkező acetil-CoA a trikarbonsavciklusban oxidáción megy keresztül, és a két szénatommal lerövidült acil-CoA ismételten végigmegy a teljes β-oxidációs úton, egészen a butiril-CoA (4 szénatomos vegyület) képződéséig. ami viszont 2 molekula acetil-CoA-ig oxidálódik

A β-oxidáció egyik ciklusában 1 molekula acetil-CoA képződik, amelynek a citrát ciklusban történő oxidációja biztosítja a szintézist. 12 mol ATP. Ráadásul formál 1 mol FADH 2 és 1 mol NADH+H, melynek oxidációja során a légzési láncban szintetizálódik, ill 2 és 3 mol ATP (összesen 5).

Így például a palmitinsav (C16) oxidációja során 7 β-oxidációs ciklusok, amelyek eredményeként 8 mol acetil-CoA, 7 mol FADH 2 és 7 mol NADH + H képződik. Ezért az ATP-hozam az 35 molekulák a β-oxidáció eredményeként és 96 Az ATP a citrát ciklus eredményeként, ami összesen megfelel 131 ATP molekulák.

A triacilglicerolokat a szöveti lipázok fokozatosan hasítják.

A lipolízis kulcsenzime a hormonfüggő TAG lipáz. A zsírok lebontásának ebben a szakaszában keletkező glicerin és zsírsavak a szövetekben energiaképződéssel oxidálódnak.

A zsírsav-oxidációnak több változata létezik: α - oxidáció, β - oxidáció, ω - oxidáció. A zsírsav-oxidáció fő változata a β-oxidáció. Legaktívabb a zsírszövetben, a májban, a vesében és a szívizomban.

Β - oxidáció két szénatom fokozatos lehasadásából áll a zsírsavból acetil-CoA formájában, energia felszabadulásával. A zsírsavkészlet a citoszolban koncentrálódik, ahol a zsírsavak aktiválódása acil-CoA képződésével történik.

A zsírsavak béta-oxidációjának energiahatékonysága a Krebs-ciklusban fellépő acetil-CoA oxidáció energiájának és magában a béta-ciklusban felszabaduló energiának az összege. Minél nagyobb egy zsírsav oxidációs energiája, annál hosszabb a szénlánca. Az adott zsírsavból származó acetil-CoA molekulák számát és a belőlük képződött ATP molekulák számát a következő képletek határozzák meg:

n=N/2, ahol n az acetil-CoA molekulák száma, N a szénatomok száma a zsírsavban.

Az ATP-molekulák száma az acetil-CoA molekulák oxidációja miatt \u003d (N / 2) * 12

A β-oxidációs ciklusok száma eggyel kevesebb, mint a képződött acetil-CoA molekulák száma, mivel az utolsó ciklusban a vajsav egy ciklusban két acetil-CoA molekulává alakul, és a következő képlettel számítjuk ki.

β - ciklusok száma = (N/2)-1

A β-ciklusban lévő ATP molekulák számát a benne képződő NADH 2 (3 ATP) és FADH 2 (2 ATP) utólagos oxidációja alapján számítjuk ki a képlet szerint.

A béta-ciklusokban előállított ATP-molekulák száma = ((N/2)-1)*5

Az ATP 2 makroerg kötése a zsírsavak aktiválására fordítódik

A telített zsírsav oxidációja során az ATP-hozam kiszámításának általános képlete a következő: 17(N/2)-7.

A páratlan szénatomszámú zsírsavak oxidációja során szukcinil-CoA képződik, amely belép a Krebs-ciklusba.

Telítetlen zsírsavak oxidációja a kezdeti szakaszban a szokásos béta-oxidációt jelenti a kettős kötés helyére. Ha ez a kettős kötés béta helyzetben van, akkor a zsírsav-oxidáció a második szakasztól folytatódik (a FAD → FADH 2 redukció szakaszának megkerülésével). Ha a kettős kötés nincs béta-helyzetben, akkor a kötést az enoiltranszferáz enzimek a béta-helyzetbe mozgatják. Így a telítetlen zsírsavak oxidációja során kevesebb energia keletkezik a képlet szerint (a FADH2 képződése elvész):

7(N/2)-7-2m, ahol m a kettős kötések száma.

A zsírsavak energiájának ATP-kötések energiájává történő átalakításához a zsírsavak CO 2 -dá és vízzé történő oxidációjának metabolikus útvonala van, amely szorosan összefügg a trikarbonsavciklussal és a légzési lánccal. Ezt az utat hívják β-oxidáció, mert a zsírsav 3. szénatomja (β-helyzet) karboxilcsoporttá oxidálódik, míg az acetilcsoport, amely az eredeti zsírsav C 1 és C 2 részét tartalmazza, lehasad a savról.

A β-oxidáció elemi sémája

β-oxidációs reakciók mennek végbe mitokondriumok a legtöbb sejt a szervezetben (kivéve idegsejtek). Az oxidációhoz olyan zsírsavakat használnak, amelyek a vérből jutnak be a citoszolba, vagy saját intracelluláris TAG-jaik lipolízise során jelennek meg. A palmitinsav oxidációjának általános egyenlete a következő:

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

A zsírsav-oxidáció szakaszai

1. Mielőtt behatolna a mitokondriális mátrixba és oxidálódik, a zsírsavnak kell aktiválja a citoszolban. Ez úgy történik, hogy a koenzim-A-t kötik hozzá, és így acil-SCoA-t képeznek. Az acil-SCoA egy nagy energiájú vegyület. A reakció visszafordíthatatlanságát a difoszfát két foszforsavmolekulává történő hidrolízisével érik el.

Az acil-SCoA szintetázok az endoplazmatikus retikulumban, a mitokondriumok külső membránján és azok belsejében találhatók. A különböző zsírsavakra specifikus szintetázok széles skálája létezik.

zsírsav aktiválási reakció

2. Az Acyl-SCoA nem képes átjutni a mitokondriális membránon, így egy vitaminszerű anyaggal, karnitinnel (B11-vitamin) kombinálva van mód annak átvitelére. A mitokondriumok külső membránja enzimet tartalmaz karnitin-aciltranszferáz I.

A zsírsavak karnitinfüggő szállítása a mitokondriumokba

A karnitint a májban és a vesében szintetizálják, majd más szervekbe szállítják. Ban ben méhen belüli időszakban és in korai évek A karnitin életértéke a szervezet számára rendkívül magas. Energiaellátás idegrendszer gyerekeknek A szervezetben és különösen az agyban két párhuzamos folyamat: a zsírsavak karnitinfüggő oxidációja és a glükóz aerob oxidációja. A karnitin szükséges az agy növekedéséhez és gerincvelő, az idegrendszer minden, az izmok mozgásáért és interakciójáért felelős részének kölcsönhatásáért. Vannak tanulmányok, amelyek összefüggésbe hozzák a karnitin hiányát agyi bénulásés a jelenség halál a bölcsőben".

Gyermekek fiatalon, a koraszülött és a kisgyermekek különösen érzékenyek a karnitin hiányára. Endogén készleteik gyorsan kimerülnek különféle stresszhelyzetekben (fertőző betegségek, gyomor-bélrendszeri rendellenességek, táplálkozási zavarok). A karnitin bioszintézise nem elegendő, és a szokásos élelmiszerekből történő bevitel nem képes megfelelő szintet fenntartani a vérben és a szövetekben.

3. A karnitinhez való kötődés után a zsírsavat egy transzlokáz szállítja át a membránon. Itt, a membrán belső oldalán a karnitin-aciltranszferáz II enzim ismét acil-SCoA-t képez, amely belép a β-oxidációs útvonalba.

4. Maga a folyamat β-oxidáció 4 reakcióból áll, amelyek ciklikusan ismétlődnek. Ők egymás után oxidáció(acil-SCoA dehidrogenáz), hidratáció(enoil-SCoA-hidratáz) és újra oxidáció 3. szénatom (hidroxiacil-SCoA dehidrogenáz). Az utolsó transzferáz reakcióban az acetil-SCoA lehasad a zsírsavról. A HS-CoA a maradék (két szénnel rövidített) zsírsavhoz kötődik, és visszatér az első reakcióhoz. Minden addig ismétlődik, amíg az utolsó ciklusban két acetil-SCoA képződik.

A zsírsavak β-oxidációjának reakciósorozata

A β-oxidáció energiamérlegének kiszámítása

Korábban az oxidáció hatásfokának számításakor a NADH P/O együtthatóját 3,0-nak vettük, a FADH 2 esetében pedig 2,0-nak.

A modern adatok szerint a P / O együttható értéke NADH esetében 2,5, FADH 2 esetén 1,5.

A zsírsavak β-oxidációja során képződött ATP mennyiségének kiszámításakor figyelembe kell venni:

• a képződött acetil-SCoA mennyiségét a zsírsavban lévő szénatomok számának szokásos 2-vel való osztása határozza meg.
• szám β-oxidációs ciklusok. A β-oxidációs ciklusok számát könnyű meghatározni a zsírsavak két szénatomos egységek láncaként való elképzelése alapján. Az egységek közötti szünetek száma megfelel a β-oxidációs ciklusok számának. Ugyanez az érték kiszámítható az (n / 2 -1) képlettel, ahol n a szénatomok száma a savban.
• a kettős kötések száma egy zsírsavban. A β-oxidáció első reakciójában kettős kötés képződik a FAD részvételével. Ha már van kettős kötés a zsírsavban, akkor ennek a reakciónak az igénye megszűnik, és nem képződik FADH 2. A meg nem kapott FADH 2 mennyisége megfelel a kettős kötések számának. A ciklus többi reakciója változás nélkül megy végbe.
• az aktiválásra fordított ATP energia mennyisége (mindig két makroerg kötésnek felel meg).

Példa. A palmitinsav oxidációja

1. Mivel 16 szénatom van, a β-oxidáció során 8 molekula acetil-SCoA. Ez utóbbi belép a TCA-ba, oxidációja során a ciklus egy fordulójában 3 NADH molekula (7,5 ATP), 1 FADH 2 molekula (1,5 ATP) és 1 GTP molekula keletkezik, ami 10 ATP molekulának felel meg. Tehát 8 molekula acetil-SCoA biztosítja a 8 × 10 = képződést 80 ATP molekulák.
2. A palmitinsavhoz a β-oxidációs ciklusok száma 7. Minden ciklusban 1 FADH 2 molekula (1,5 ATP) és 1 NADH molekula (2,5 ATP) képződik. Belépés légzőlánc, összesen 4 ATP molekulát fognak "adni". Így 7 ciklus alatt 7 × 4 = 28 ATP molekula keletkezik.
3. Kettős kötések a palmitinsavban Nem.
4. 1 molekula ATP aktiválja a zsírsavat, ami azonban AMP-vé hidrolizálódik, azaz elhasználódik. 2 makroerg kötés vagy két ATP.
5. Így összegezve azt kapjuk 80+28-2 =106 Az ATP-molekulák a palmitinsav oxidációja során keletkeznek.