Катаболизм жирных кислот с нечетным числом атомов углерода

Природные липиды в подавляющем большинстве содержат жирные кислоты с четным числом углеродных атомов. Однако в липидах многих растений и некоторых морских организмов присутствуют жирные кислоты с нечетным числом атомов углерода. Кроме того, у жвачных животных при переваривании углеводов в рубце образуется большое количество пропионовой кислоты, которая содержит три углеродных атома.

Пропионат всасывается в кровь и окисляется в печени и других тканях. Установлено, что жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов окисляются таким же образом, как и жирные кислоты с четным числом углеродных атомов, с той лишь разницей, что на последнем этапе β-окисления образуется одна молекула пропионил-СоА и одна молекула ацетил-СоА, а не две молекулы ацетил-СоА. Далее пропионил-СоА подвергается биотин-зависимому карбоксилированию и В₁₂-зависимой внутримолекулярной перегруппировке, превращаясь в сукцинил-СоА, дальнейшее метаболическое превращение которого происходит в цикле лимонной кислоты (рис.22.5).

Рис. 22.5. Превращение пропионил-СоА в сукцинил-СоА

Образование кетоновых тел (кетогенез)

В некоторых случаях, например, при диабете, голодании, при диете, богатой липидами, в результате β-окисления происходит избыточное образование ацетил-СоА. Часть ацетил-СоА вступает в цикл лимонной кислоты и в дальнейшем используется в катаболизме и при производстве энергии. Избыток ацетил-СоА превращается в печени в соединение β-гидрокси-β-метилглутарил-СоА, являющийся предшественником в биосинтезе холестерина (рис.22.6).

Рис.22.6. Образование кетоновых тел в митохондриях печени

Кроме того, часть этого соединения превращается также в ацетоацетат (свободную кислоту) и ацетил-СоА. Ацетоацетат ферментативно восстанавливается до β-гидроксибутирата, а также неферментативным путем может декарбоксилироваться до ацетона. Если эти процессы идут достаточно интенсивно, то в крови появляются аномально высокие количества этих соединений, называемых кетоновыми телами.

ацетоацетат D-β-гидроксибутират ацетон

На ранних стадиях кетоновые тела вызывают состояние, называемое ацидозом, на поздних ‒ кетозом. Следствием является понижение рН крови под действием кислот, ацетоацетата и β-гидроксибутирата. Для кетоза характерно присутствие запаха ацетона в дыхании. Развитие этого состояния может перейти в кому и привести к смерти.

Синтез кетоновых тел (кетогенез) происходит в матриксе митохондрий печени. Жирные кислоты сначала расщепляются до ацетил-СоА в процессе β-окисления. Ацетил-СоА, прежде всего, используется как источник энергии для метаболических процессов, протекающих в печени. Часть ацетил-СоА может вовлекаться в кетогенез (рис.22.7).

Рис. 22.7. Образование и экспорт кетоновых тел из печени

Химизм процесса кетогенеза в клетках печени приведен на рис. 22.8.

• ‒ В реакции (1) осуществляется конденсация 2-х молекул ацетил-СоА при участии тиолазы. Образуется ацетоацетил-СоА и удаляется HSCoA.

• ‒ На второй стадии происходит включение третьей молекулы ацетил-СоА, но уже при участии другого фермента ‒ гидроксиметилглутарил-СоА-синтазы (ГМГ-СоА-синтазы) (2).

• ‒ Образующийся b-гидрокси-b-метилглутарил-CoA далее расщепляется под действием ГМГ-СоА-лиазы (3), регенерирующей ацетил-СоА и образующей продукт ‒ ацетоацетат.

Рис.22.8. Синтез кетоновых тел в гепатоцитах

Ацетоацетат может восстанавливаться до D-b-гидроксибутирата при участии D-b-гидроксибутиратдегидрогеназы.