Дисиміляція жирів у тканинах: β-окислення вищих жирних кислот і гліцерину, енергетичний ефект

Обмін ліпідів у тканинах є біологічно найбільш важливим ета­пом їх перетворення. При цьому відбувається асиміляція лі­пі­дів у вигляді пластичного матеріалу і розщеплення їх із звіль­ненням енергії. Головним ендогенним джерелом ліпідів, які ві­ді­грають роль метаболічного палива, є резервний жир, що міс­тить­ся в протоплазмі клітин у вигляді крапель. Для цього вико­ристовуються також фосфоліпіди мембран. У «жирових депо» за участю тканинних ліпаз відбувається гідроліз простих жирів на гліцерол і вільні жирні кислоти. У комплексі з альбумінами жир­­ні кислоти з кров’ю попадають в органи і тканини. Там комп­лекс розпадається, а жирні кислоти або піддаються β–окис­ненню, або використовуються для синтезу триацилгліцеролів, холестеролу, гліцерофосфоліпідів, сфінголіпідів та ін. Теорія окис­лення вищих жирних кислот була висунута в 1904 році уче­ним А. Кноопом. Згідно з нею окислення молекул жирної кис­ло­ти в тканинах організму відбувається у β–положенні шляхом по­слі­довного відщеплення від молекули кислоти з боку карбо­ксиль­ної групи двох вуглецевих фрагментів (β–окислення). Так як будь-яка жирна кислота, що входить до складу природних жирів, має парне число вуглецевих атомів, то відщеплення кож­но­го разу пари вуглецевих атомів призводить обов’язково до ут­ворення масляної кислоти. Ця кислота після чергового β–окис­лен­ня перетворюється в ацетооцтову кислоту, яка гідролізується до двох молекул оцтової кислоти. Ця теорія і до цього часу є ос­новою сучасних уявлень про механізм окислення вищих жирних кислот. β-окислення вищих жирних кислот відбувається у міто­хондріях клітин за участю мультиферментного комплексу (кіна­за, дегідрогенази, гідратаза, β–кетотіолаза). Початковим етапом β-окислення є активація молекул вищих жирних кислот за учас­тю АТФ і НS КоА:

R-CH2-CH2-CH2-COOH
ацил–КоА (активована жирна кислота)

Наступний етап – дегідрування жирних кислот за участю де­гідро­геназ, коферментом яких є ФАД. При цьому відщеплю­ють­ся два атома водню в α- і β–положеннях, утворюється КоА–ефір ненасиченої кислоти (еноіл–КоА):

ненасичений еноїл-КоА

На наступній стадії гідратації еноіл–КоА взаємодіє з молеку­­лою води і перетворюється в β–оксикислоту (β–оксиацил–КоА):

β–оксиацил–КоА

Далі відбувається дегідрування за участю дегідрогенази, ко­ферментом якої є НАД, з утворенням β–кетокислоти (β–кето­а­цил–КоА):

β–кетоацил–КоА

На наступній стадії відбувається розщеплення кетокислоти (β–кетоацил–КоА) за участю НS–КоА і ферменту β–кетотіолази:

ацил–КоА (активована вища жирна кислота)	ацетил–КоА (активована оцтова кислота)

У результаті цього перетворення утворюється скорочена на два вуглецевих атоми активована вища жирна кислота і двовуглецевий фрагмент у вигляді ацетил–КоА (активована оцтова кислота). Ацетил–КоА окислюється в циклі Кребса, а активована вища жирна кислота багаторазово проходить увесь шлях β–окислення аж до утворення чотирьохвуглецевої сполуки бутирил–КоА, яка у свою чергу окислюється до двох молекул ацетил–КоА.

Енергетичний ефект β–окислення. Число циклів окислення кис­лот залежить від кількості вуглецевих атомів у її молекулі. При окисленні однієї молекули вищої жирної кислоти утворю­ється n/2 молекул ацетил–КоА, де n – кількість атомів вуглецю у кислоті. Цикл повториться (n/2-1) раз. У кожному циклі з’явля­ють­ся молекули ФАДН₂ і НАДН₂, які дають при окисленні у ди­­хальному ланцюгу і нерозривно зв’язаному з ним окислю­валь­ному фосфорилюванні відповідно дві і три молекули АТФ, тобто за один цикл утворюються п’ять молекул цієї макро­ергічної сполуки. Кожна молекула ацетил–КоА включається в цикл Кребса і поступово розщеплюється до СО₂ і Н₂О з виді­ленням 12 молекул АТФ. Цей енергетичний баланс можна розглянути на прикладі β–окислення стеаринової кислоти (С₁₇Н₃₅СООН). При її окисленні відбувається вісім циклів β–окислення (18/2-1), що веде до утворення 40 молекул АТФ (85). У результаті β–окислення стеаринової кислоти утворю­ється 9 молекул ацетил–КоА (18/2). Кожна молекула ацетил–КоА окислюється в циклі Кребса, що дає 12 молекул АТФ, а всього 108 молекул АТФ (912). Таким чином, сумарний вихід енергії при окисленні однієї молекули стеаринової кислоти складає: 40+108=148 молекул АТФ. Одна з них витрачається на актива­цію вищої жирної кислоти на початку процесу. Тому чистий ви­хід енергії складає 147 молекул АТФ. Близько 45 % цієї потен­ці­альної енергії жирної кислоти може бути використано для ресинтезу АТФ, інша розсіюється у вигляді теплоти. Процес β–окислення вищих жирних кислот за участю НS–КоА активні­ше протікає у печінці, жировій тканині, серцевих і скелетних м’язах, слабкіше – в нирках, підшлунковій залозі і інших органах.

28