Методичка по биохимии. 1 курс - 3 модуль

Далее цикл повторяется до полного расщепления ацилКоА на двухуглеродные фрагменты.

Суммарное уравнение β-окисления, например пальмитоил-КоА может быть представлено таким образом:

С15Н31СО-КоА + 7ФАД + 7НАД+ + 7 HSKoA +7Н2О→

→8 CH3CОKoA + 7ФАДH2 + 7(НАДН + H+)

Далее восстановленные эквиваленты окисляются в цепи переноса электронов.

Биологическое значение окисления жирных кислот заключается в обеспечении организма энергией, теплом и водой.

Энергетический эффект окисления насыщенной жирной кислоты.

За один цикл β-окисления образуются:

1 моль ацетил-КоА, окисление которого в цитратном цикле обеспечивает синтез 12 моль АТФ.

1 моль FADH2 и 1 моль NADH, окисление которых в дыхательной цепи дает

2 и 3 моль АТФ соответственно.

При окислении пальмитиновой кислоты проходит 7 циклов и образуется 8 моль ацетил-КоА, 7 моль ФАДH2 и 7 моль АД + +. Следовательно, выход АТФ составляет

35 АТФ при β-окислении и 96 АТФ в результате цитратного цикла, что в сумме дает 131

моль АТФ. Поскольку активация ЖК требует затраты 1 АТФ, то из 131 следует вычесть 1

моль АТФ.

Общая формула для подсчета выхода АТФ при полном окислении насыщенных ВЖК записывается следующим образом:

где n — число С атомов в молекуле ВЖК;

n/2 — 1 — число циклов β-окисления;

5 — выход АТФ в одном цикле β-окисления;

n/2 — число ацетильных остатков;

12 — выход АТФ при полном окислении ацетил-КоА в цитратном цикле до СО2 и

2О.

-1АТФ – затрачена на активацию ацилКоА.

В пересчете на уточненные данные, согласно которым энергия, выделенная при окислении 1NADH и 1FADH2 достаточна для образования 2,5 и 1,5АТФ соответственно.

Энергетический эффект β-окисления пальмитиновой кислоты с учетом, что на активацию ВЖК требуется 2АТФ, составляет всего 106 молекул АТФ (пересчитайте самостоятельно).

Регуляция β -окисления

Регуляция окисления ВЖК устроена таким образом, что процесс окисления происходит только при недостатке энергии. Скорость окисления ВЖК зависит от скорости их транспорта из цитозоля в митохондрии, которой контролируется регуляторным ферментом – карнитинацилтрансферазой I и зависит от соотношения количества малонил-КоА/ацил-КоА. Чем выше в клетке концентрация малонил-КоА, тем ниже скорость переноса жирных кислот в матрикс митохондрий, так как малонил-КоА — аллостерический ингибитор карнитинацилтрансферазы I, а ацил-КоА —его активатор.

Ингибирование карнитинацилтрансферазы I малонил-КоА обеспечивает подавление окисления жирных кислот каждый раз, когда в печень поступает слишком много глюкозы,

из избытка которой активно синтезируются ТАГ.

Два фермента β-окисления: β-оксиацил-СоА дегидрогеназа и тиолаза ингибируются

по типу отрицательной обратной связи: избыток АД -ингибитор β-оксиацил-СоА дегидрогеназы, а высокие концентрации ацетил-КоА ингибируют тиолазу.

Катаболизм жирных кислот в мышцах регулируется соотношением АТФ/АДФ, т.е. при повышении АТФ в клетке активность карнитинацилтрансферазы I снижается. Жирные

кислоты не поступают в митохондрии и β-окисления не происходит.

Окисление ВЖК с нечетным числом атомов углерода в радикале

Процесс β-окисления предполагает распад высших жирных кислот с чётным числом углеродных атомов. Однако в клетках в определённых количествах содержатся и

Далее, в несколько стадий пропионил-СоА превращается сукцинил-СоА.

а первой стадии происходит карбоксилирование пропионил-СоА с образованием

может: поступать в цитратный цикл, расщепляться до АсСоА, участвовать в синтезе гема.

Окисление ненасыщенных ВЖК идет по пути β-окисления до получения жирной кислоты с – С=С - связью в положении С3. Эти связи находятся в цис-конфигурации,

изолированно (отсутствует эффект сопряжения и связи более стабильны), поэтому не могут подвергаться действию еноил-СоА гидратазы. Требуются дополнительные ферменты: еноил-КоА-изомераза и редуктаза, которые смещают двойную связь к β-С и переводят кислоту в транс-конфигурацию. Далее β-окисление продолжается с участием ферментов, описанных ранее. апример, олеил-СоА вступает в три последовательные цикла β-окисления с образованием АсСоА и ацильного радикала с двойной связью при С3. Далее происходит реакции изомеризации: смещение двойной связи к С2 и переход в транс-форму:

При расчете выхода АТФ за счет окисления ненасыщенных ВЖК можно пользоваться формулой для расчета выхода энергии при окислении насыщенных ВЖК,

вычитая 2АТФ на каждую двойную связь.

Окисление ВЖК в пероксисомах

Пероксисомы - это субклеточные органеллы, обнаруженные во всех ядросодержащих клетках. Они участвуют в окислении жирных кислот с очень длинной и разветвленной цепью. Пероксисомы имеют карнитиновый челнок и ВЖК подвергаются процессу β-окисления путем, сходным с митохондриальным путем, за исключением того,

что их ацил-КоА-дегидрогеназа представляет собой оксидазу, а не дегидрогеназу.

Образующийся ФАДH2 окисляется молекулярным кислородом с образованием H2O2.

Пероксисомальная система отличается от митохондиальной тем, что:

первоначальное образование двойной связи катализируется ФАД-зависимой ацил-

КоА-оксидазой и электроны переносятся непосредственно на О2, образуя 2О2,

минуя цепь транспорта электронов,

Врезультате каждая двухуглеродная единица, окисленная в пероксисомах,

продуцирует меньше АТФ.

АД , образованный на втором шаге окисления, не может быть вновь окислен в пероксисоме, поэтому восстановленные эквиваленты выводятся в цитозоль челночными механизмами, вновь проникая в митохондрии.

ВЖК с ацильными цепями из восьми атомов углерода или менее не окисляются ферментными системами пероксисом, поэтому перененосятся в цитозоль карнитиновым циклом для их дальнейшего расщепления в митохондриях.

Альтернативные пути окисления ВЖК

второстепенным процессом. Однако могут активироваться при дефиците карнитина,

ферментов -окисления.

первоначально до карбоксильной группы и далее высвобождает его в виде CO2.

дикарбоновые кислоты, которые хорошо

растворимы и выводятся с мочой.

Ситуационные задачи

Задание № 1

Сравните свойства панкреатической, тканевой гормончувствительной-липазы (ГЧ-липаза) и ЛП-липазы Для этого:

а) напишите реакцию, катализируемую липазой б) запишите в тетрадь и заполните следующую таблицу:

Локализация реакции

Активаторы реакции

Субстраты реакции

Основные продукты реакции

Судьба продуктов реакции

Задание № 2

«Жиры горят в пламени углеводов» — это высказывание биохимиков хорошо

подчеркивает неразрывную связь между окислением жиров и углеводов — главных источников энергии теплокровных животных. Включение ацетил-КоА в цикл Кребса

используется на образование ацетоацетата и 3-гидрокси-бутирата, т.е. кетоновых тел. Для ответа:

а) составьте схему взаимосвязи обмена углеводов и липидов, объяняющую

выражение "жиры сгорают в пламени углеводов".

б) напишите реакции окисления кетоновых тел до ацетил-КоА;

в) рассчитайте энергетический выход при окислении β-гидроксибутирата до СО2 и

2О.

Задание № 3

Перепишите в тетрадь таблицу и заполните ее.

4)ТАГ-липаза фосфорилированная

5)Аденилатциклаза неактивная

6) Аденилатциклаза активная

Обмен кетоновых тел. Кетонемия, кетонурия, причины их развития.

1.Синтез кетоновых тел, регуляция.

2.Использования кетоновых тел как источника энергии различными тканями.

3.Схема обмена кетоновых тел. Кетоацидоз.

Обмен кетоновых тел

Кетоновые тела (историческое название) являются важными метаболитами во многих периферических тканях, в частности в сердечных и скелетных мышцах.

Синтез кетоновых тел протекает в несколько стадий:

ГМГ-КоА-синтаза присоединяет еще

один ацетильный остаток к молекуле ацето-ацетил-КоА и образуется 3-

гидрокси-3-метилглутарил КоА (ГМГ КоА)

ГМГ-КоА-лиаза (есть только в митохондриальном матриксе) отрезает ацетильный остаток, включенный в молекулу ГМГ-КоА в 1-й реакции и образуется ацетоацетат, а ацетилКоА вновь используется в синтезе.

Мозг при нормальных условиях в качестве источника нергии использует только глюкозу (жирные кислоты не проходят через гемато нцефалический барьер), однако в период голодания водорастворимые кетоновые тела становятся его главным источником

нергии.

У здоровых нормально питающихся людей кетоновые тела синтезируются только в

митохондриях гепатоцитов в незначительном количестве из АсКоА, который может либо поступить в ЦТК, либо превратиться в кетоновые тела: ацетон, ацетоацетат, β-

гидроксибутират.

В клетках печени, при активном β-окислении, создаётся высокая концентрация НАДН, по тому большая часть ацетоацетата превращается в β-гидроксибутират. Эта реакция легко обратима и относительные количества образующихся ацетоацетата и β-

гидроксибутирата зависят от соотношения НАДН/ НАД+ в матриксе митохондрий.

При высокой концентрации ацетоацетата часть его неферментативно декарбоксилируется с образованием ацетона, который полностью удаляется из организма с потом, мочой и выдыхаемым воздухом:

Регуляторный фермент синтеза кетоновых тел – гидроксиметилглу-тарил-КоА

синтаза (ГМГ-КоА синтаза). Это индуцируемый фермент, синтез которого

увеличивается при повышении концентрации жирных кислот в крови. Это происходит при увеличении мобилизации жиров из жировой ткани под действием глюкагона,

Окисление кетоновых тел

Молекулы β-гидроксибутирата и ацетоацетата из печени с током крови транспортируются в другие органы и ткани, где являются топливными молекулами. β-

гидроксибутират вновь окисляется до ацетоацетата (рис. 2-9).

Метаболизм ацетоацетата начинается с превращения его в активную молекулу, в

основном, за счет переноса -S-КоА от молекулы сукцинил-КоА при участии фермента

сукцинил-КоА-ацетоацетат-трансферазы (β-кетоацил-СоАтрансфераза), который

отсутствует в печени, по тому кетоновые тела печенью не используются). Сукцинил-

СоА, используемый в качестве донора кофермента А, удаляется из цикла Кребса.

бразовавшийся ацетоацетил-СоА под действием тиолазы и участии НSСоА расцепляется на 2 молекулы ацетил-КоА, которые затем включаются в цикл Кребса: