Собственно β-окисление жирных кислот
Катаболизм липидов продолжение
β-Окисление жирных кислот.β-Окисление предельных и ненасыщенных жирных кислот с четным и нечетным числом атомов углерода. Биосинтез кетоновых тел. Энергетический баланс деградации жиров.
β-Окисление предельных жирных кислот с четным количеством атомов углерода.
β-Окислением жирных кислот называется прцесс деградации жирных кислот с образованием ацетил-КоА. Этот процесс включает в себя несколько стадий, часть которых происходит в цитоплазме клетки, а заключительная часть в матриксе митохондрий. Рассмотрим вначале деградацию жирных кислот с четным количеством атомов углерода.
1. Активация жирных кислот осуществляется в цитоплазме клеток с участием АТФ и КоА при этом образуются активированная форма жирной кислоты - ацил-SкоА
RСООН + АТФ + КоА-SH → RСОS-KoA + AMФ + РР
2. Проникновение RCO-S-КоА в матрикс митохондрии.
Проникновение RCO-S-КоА в матрикс митохондрии осуществляется с помощью карнитинового челнока.
Сущность действия карнитинового челнока состоит в следующем. RCO-S-КоА взаимодействует в цитоплазме с карнитином при катализе ферментом карнитин-О-пальмитоилтрансферазой, при этом обазуется ацилкарнитин:
Образовавшийся ацилкарнитин проникает по механизму антипорта с карнитином через карнитиновый канал в матрикс митохондрии, где взаимодействут с КоА-SH и снова образуется RCO-S-КоА.
Собственно β-окисление жирных кислот
Итак, β-окисление жирных кислот происходит в матриксе митохондрий путем окислительного цикла реакций, при котором последовательно отщепляются С2-звенья в виде ацетил-КоА. Последовательное отщепление ацетильных групп начинается с карбоксильного конца активированных жирных кислот каждый раз между С-2 и С-З (β- атомом). Поэтому цикл реакций деградации называется β-окислением.Пространственно и функционально β-окисление тесно связано сцитратным циклом и дыхательной цепью.
1. Первая стадия окисления - дегидрирование активированной жирной кислоты (ацил-КоА)с образованием α,β-ненасыщенной жирной кислоты с двойной связью в транс-конфигурации. При этом оба атома водорода с электронами переносятся от фермента ацил-КоА-дегидрогеназы (1) на электронпереносящий флавопротеин (ЕТР). ЕТР-дегидрогеназа (2) переносит восстановительные эквиваленты на убихинон (кофермент Q), который является составной частью дыхательной цепи.
2. Вторая стадия деградации жирной кислоты состоит в присоединении молекулы водык двойной связи ненасыщенной жирной кислоты – гидратирование.
Эта реакция катализируется ферментом еноилгидратазой (3) и является стереоспецифичной. При гидратации образуются L-β-оксиацильные соединения.
3. На третьей стадии происходит окисление гидроксильной группы при С-З в карбонильную группу – дегидрирование.Окислителем в этой реакцииявляется НАД+, который восстанавливается в НАДН, а фермент катализирующий эту реакцию называется β-оксиацил-S-KoA-дегидрогеназа (4).
Вследствие того, что эта реакция сопровождается выходом протона в среду, равновесии этой реакции сильно зависит от рН: при рН ? оно сильно сдвинуто в сторону образования гидроксисоединения, а в более щелочной среде – в сторону образования β-кетоацил-S-КоА.
4. На четвертой стадии активированная β-кетокислота расщепляется ацилтрансферазой -β-кетотиолазой (5) в присутствии кофермента А - тиолитическое расщепление.
Продуктами реакции являются ацетил-КоА и активированная жирная кислота, углеродная цепь которой короче на два углеродных атома по сравнению с длиной цепи исходной жирной кислоты.
На рисунке ниже представлена схема рассматриваемых реакций β-окисления жирных кислот.
β-Окисление ненасыщенных жирных кислот с четным количеством атомов углерода.
У ненасыщенных жирных кислот двойные связи в положении 9 или 12 обычно имеют цис-конфигурацию, как, например, в линолевой кислоте (18:2; 9,12). деградация таких кислот, как и насыщеннмх жирных кислот, протекает путем β-окисления до С9-цис- двойной связи. Поскольку в промежуточных продуктах (КоА-эфирах ненасыщенных кислот) двойная связь должна быть в транс- конфигурации, специфическая изомераза катализирует превращение 3,4-цис-изомера в 2,3-транс-изомер и деградация может быть продолжена путем β-окисления. В тех случаях, когда такое превращение невозможно, двойная связь восстанавливается с помощью НАДФН + Н+. Последующая деградация жирной кислоты происходит по обычному механизму β-окисления, сопровождающемуся перегруппировкой двойных связей.
На рисунке ниже представлена схема превращений 3,4-непредельных кислот, образующихся при β-окислении непредельных жирных кислот.
Еноил-КоА-изомераза (1) катализирует превращение 3,4-цис-изомера в 2,3-транс-изомер и деградация далее продолжается путем β-окисления. В том случае, когда такая изомеризация невозможна при образовании системы из двух сопряженных двойных связей (2,4 диеновая группа), то эта сопряженная система восстанавливается с помощью НАДФН + Н+ до 3,4 еновой группы, которая далее перегруппировывается в 2,3-транс-непредельное соединение, которое далее метаболизируется по обычному механизму β-окисления.