2.4. Катаболизм глицерола и вжк

2.4.1. Пути утилизации глицерола

В клетках печени, почек и тонкого кишечника глицерол подвергается окислению по следующей схеме (рис. 17):

Рис. 18. Катаболизм глицерола в клетках

Глицерол фосфорилируется и окисляется до дигидроксиацетонфосфата (ДГАФ), который вступает в гликолиз, повторяя судьбу глюкозо-6-фосфата. Избыток последнего заставляет последующие порции ГА-3-Ф отправляться в глюконеогенез (ГНГ).

2.4.2. Виды окисления жирных кислот

Источниками жирных кислот в клетке являются: кровь, где они находятся в комплексе с альбуминами, и собственные клеточные сложные липиды, высвобождающие ЖК путем гидролиза.

В цитозоле они активируются с помощью фермента ацил-S-КоА–синтетазы и глубокого гидролиза АТФ (рис. 19).

Рис.19. Активация жирных кислот

Β–Окисление жирных кислот

Независимо от особенностей строения эти однокомпонентные липиды начинают разрушаться с окисления атома углерода в β-положении, поэтому этот процесс получил название β-окисление. Он происходит в матриксе митохондрий, поэтому после активации жирные кислоты должны транспортироваться в митохондрии (рис. 20).

Рис. 20.Схема транспорта ацилов (ВЖК) через митохондриальную мембрану.

Под действием фермента карнитинацилтрансферазы I (КАТ I) ацил-КоА переносится на карнитин с образованием ацилкарнитина. Специфическая транслоказа проводит это вещество через внутреннюю мембрану митохондрий. На ее внутренней поверхности карнитинацилтрансферазы II (КАТ II) расщепляет ацилкарнитин с помощью митохондриального HSКоА (рис. 20).

Образовавшийся ацил-КоА включается вспецифический процесс распада, который состоит из четырех стадий, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит окисление (ацил-КоА-дегидрогеназа), гидратирование (еноил-КоА-гидратаза) и вновь окисление β-атома углерода (гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа). В последней, трансферазной реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-КоА. К оставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к началу преобразований (рис. 21).

Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются две молекулы ацетил-КоА, конечные продукты процесса, запускающие цикл трикарбоновых кислот, восстановительные эквиваленты которого индуцируют биологическое окисление и сопряженное с ним окислительное фосфорилирование.

ФАД ФАДН₂

R-СН=СН-С~SКоА

О

R-С-СН₂-С~SКоА

О

О

НSКоА

Тиолаза

+

R-С~SКоА

Ацил-КоА

НОН

R-СН₂-СН₂-С~SКоА

R-СН-СН₂-С~SКоА

Ацил-КоА-ДГ

О

Еноил-КоА-гидратаза

О

ОН

Ацил-КоА

Еноил-КоА

3-гидроксиацил-КоА

НАД⁺ НАДН+Н⁺

Н₃С-С~SКоА

3-гидрокси-ацил-КоА-ДГ

О

О

3-кетоацил-КоА

Ацетил-КоА

Рис. 21. Последовательность реакций β-окисления ацилов ВЖК

Энергетическая ценность β-окисления жирной кислоты

За один цикл β-окисления образуется по 1 молю восстановленных форм ФАД·Н₂ и НАДН+Н⁺. При их включении в дыхательную цепь и при сопряжении ее с окислительным фосфорилированием синтезируются, соответственно 2 и 3 молекулы АТФ. Таким образом, энергетическая ценность одного цикла равна 5 моль АТФ.

Количество подобных оборотов определяется по формуле (n/2)-1, где n –число атомов углерода в цепи, после чего проводится умножение на эту цифру с вычетом 1 молекулы АТФ, затраченной на активацию ВЖК.

Распад жирных кислот с нечетным числом атомов углерода

В организме человека присутствует небольшое количество данных ЖК. Они также подвергаются β-окислению до тех пор, пока не образуется трехуглеродный фрагмент – пропионил-КоА. Последний после специфических преобразований (рис. 22) становится сукцинил-КоА – метаболитом ЦТК или используется в синтезе гема.

АТФ АДФ+Р_i

Гем

ЦТК

СН₃

СО₂

СН₂

Пропионил-КоА-карбоксилаза (вит.Н, Мn²⁺ )

С~SКоА

О

СН₃

СООН

С~SКоА

О

Метилмалонил-

КоА-эпимераза

СН₃

СООН

С~SКоА

О

Метилмалонил-

КоА-мутаза (В₁₂)

СН₂

С~SКоА

О

СН₂

СООН

D-метилмалонил-КоА

Пропионил-КоА

L-метилмалонил-КоА

Сукцинил-КоА

Рис. 22. Цепь преобразований пропионил-КоА

Окисление ненасыщенных жирных кислот

Происходит подобным образом, что и насыщенных, но после решения двух проблем: двойные связи природных ЖК имеют цис-конформацию, тогда как линолеил-КоА-гидратаза способна атаковать только транс-формы; двойная связь после отщепления двууглеродного фрагмента от природной непредельной жирной кислоты располагается между 3 и 4 атомами углерода, тогда как фермент действует на двойную связь, локализованную между 2 и 3 атомами. Необходимые преобразования осуществляет линолеил-КоА-изомераза. Второй дополнительный энзим требуется для окисления полиненасыщенных ЖК – 3-гидроксиацил-КоА-эпимераза, который переводит D-3-гидроксиацил-КоА в L-изомер (в реакции дегидрирования могут вступать только L-формы).