От образовавшегося b-оксиацил-КоА-производного жирной кислоты отщепляется водород. Эту реакцию катализирует фермент 3-оксоацил-КоА-дегидрогеназа (1.1.1.35), содержащий в активном центре кофермент над:

R–CН–CН₂–С~S–КоА + НАД⁺ ¾® R–С–СН₂–С~S–КоА + НАД × Н + Н⁺

│ ‌ ║ ║ ║

ОН О О О

b-оксиацил-КоА β-оксоацил-КоА

b-оксоацил-КоА

Под действием 3-оксоацил-КоА-дегидрогеназы атомы водорода отщепляются от b-углеродного атома, в результате чего оксипроизводное жирной кислоты превращается в кетопроизводное – b-оксоацилкофермент А. На последнем этапе b-окисления b-оксоацил-КоА-поизводное жирной кислоты взаимодействует со свободной молекулой кофермента А, образуя два продукта – ацетил-КоА и ацил-КоА, углеродная цепь которого на два углеродных атома короче, чем у исходной жирной кислоты. Синтез этих продуктов катализирует фермент ацил-КоА-тиолаза (2.3.1.9):

R–C–CН₂–С~S–КоА + НS–КоА ¾® R–С~S–КоА + CН₃–С~S–КоА

║ ║ ║ ║

О О О О

β-оксоацил-КоА ацил-КоА ацетил-КоА

Поскольку конечный этап окисления КоА-производного жирной кислоты с образованием b-оксоацил-КоА происходит у b-углеродного атома, весь цикл представленных здесь реакций получил название b-окисления жирных кислот. Остаток жирной кислоты, укороченный на два углеродных атома, вновь вступает в реакции b-окисления, и от него отщепляется молекула ацетил-КоА. Затем цикл реакций b-окисления повторяется снова до тех пор, пока вся цепочка жирной кислоты, имеющая чётное число углеродных атомов, не будет полностью расщеплена на молекулы ацетил-КоА.

Если же b-окислению подвергается жирная кислота с нечётным числом углеродных атомов, то в результате каждого цикла реакций b-окис-ления будут отщепляться двууглеродные фрагменты ацетил-КоА, однако на последнем этапе b-окисления в результате отщепления ацетил-КоА остаётся конечный фрагмент молекулы жирной кислоты в виде пропионил-КоА. В матриксе митохондрий имеется набор ацил-КоА-тиолаз, специфичных к углеродным цепям жирных кислот разной длины.

Как указывалось ранее, в организмах встречаются жирные кислоты, имеющие боковые радикалы, как правило, в виде метильной группы. При этом такие ответвления обычно находятся у чётных углеродных атомов жирной кислоты. В опытах выяснено, что жирные кислоты с боковыми метильными радикалами у чётных углеродных атомов подвергаются b-окис-лению, но в результате тиолазной реакции от остатка жирной кислоты отщепляется не ацетил-КоА, а молекула пропионил-КоА:

СН₃

|

R–С–СН–С~S–КоА + НS–КоА ¾® R–С~S–КоА + СН₃–СН₂–С~S–КоА

|| || || ||

О О О О

b-оксоацил-КоА ацил-КоА пропионил-КоА

Если же боковые радикалы присоединены к нечётным углеродным атомам, то b-окисление жирной кислоты блокируется на стадии образования b-оксиацил-КоА-производного, так как возникающий на этой стадии b-окисления продукт не может окисляться ферментом b-оксоацил-КоА-дегидрогеназой:

СН₃

|

R–С–СН₂–С~S–КоА + НАД⁺ ¾® реакция не идёт

| ||

ОН О

Впервые отрицательные последствия блокирования b-окисления жир-

ных кислот наблюдали в сельскохозяйственной отрасли. В ряде развитых стран до 1966 г. для обработки растений в больших количествах применяли синтетические детергенты с беспорядочно расположенными метильными радикалами в их жирнокислотных цепях. В результате процесс их b-окисления при биодеградации почвенными микроорганизмами блокировался в точках, где метильные радикалы были присоединены к нечётным углеродным атомам. Последнее приводило к накоплению в почве пенис-тых образований, наносивших значительный ущерб урожайности сельскохозяйственных культур. После этого было принято решение производить детергенты только на основе жирных кислот с неразветвленными углеродными цепями.

У некоторых микроорганизмов при блокировании процесса b-окис-ления жирных кислот в качестве обходного пути используется механизм a-окисления, или процесс окисления начинается с противоположного по отношению к карбоксильной группе конца молекулы жирной кислоты. В этом случае вначале подвергается гидроксилированию первичный углеродный атом с образованием оксипроизводного жирной кислоты, которое затем окисляется в альдегид, а последний – в карбоновую кислоту, способную далее вступать в реакции a-окисления. Окисление жирной кислоты с противоположного от карбоксильной группы конца получил название w-окисления.

У растений и микроорганизмов большая часть жирных кислот в составе липидов относятся к представителям ненасыщенного ряда. Но они, как и насыщенные кислоты, подвергаются b-окислению, образуя в качестве конечного продукта ацетил-КоА. Если в процессе окисления после очередного отщепления ацетил-КоА двойная связь ненасыщенной кислоты оказывается в a,b-положении, то в этом случае нормально происходят последующие реакции b-окисления. Однако если двойная связь оказывается смещённой в b,g-положение, то для нормального осуществления реакций b-окисления требуется перемещение двойной связи в a,b-положение. Такую реакцию осуществляют специфические изомеразы ненасыщенных жирных кислот.

Основной продукт b-окисления жирных кислот ацетил-КоА может далее участвовать в двух видах превращений: окисляться в дыхательных реакциях до СО₂ и Н₂О или использоваться на синтез углеводов.

Значительная часть молекул ацетил-КоА, образующихся в ходе b-окисления жирных кислот, вступает в реакции цикла Кребса, которые локализованы во внутреннем матриксе митохондрий. В ходе реакций b-окисления жирных кислот синтезируются также восстановленные динуклеотиды ФАД × Н₂ и НАД × Н, которые, поступая в систему окислительного фосфорилирования, используются для синтеза АТФ. В каждом цикле β-окисления насыщенной жирной кислоты образуется по одной молекуле НАД × Н и ФАД × Н₂, что может обеспечить синтез пяти молекул АТФ. Однако при оценке общего выхода АТФ при β-окислении каждой молекулы жирной кислоты следует учитывать, что одна молекула АТФ затрачивается на активирование жирной кислоты путём её перевода в ацил-КоА-производное.