5.8. Окиснення жирних кислот



Рис. 5.16. Транспорт ацил-КоА в

матрикс мітохондрій

-Окиснення відбувається в мітохондріях, оскільки там інтенсивно перебігає процес дихання, але починається цей процес у цитоплазмі, де здійснюється активування жирних кислот. Існує декілька ферментів, які забезпечують активування: одні прискорюють реакцію із жирними кислотами, які містять від 2 до 3 вуглецевих атомів у ланцюзі, інші – від 4 до 12 атомів, а треті – від 12 і більше атомів. Активована кислота не може сама проникати через мембрану. У цьому їй допомагає карнітин. (рис. 5.16). Ефір, утворений карнітином і жирною кислотою за участі ферменту карнітин-ацилтрансферази, має здатність проникати в середину мітохондрії, де проходить зворотний процес, тобто розщеплення і карнітин знову повертається у цитоплазму клітини, а ацильована жирна кислота піддається окисненню у мітохондрії.

П

Рис. 5.17. Схема окиснення жирних кислот

ерша стадія окиснення – дегідрування за допомогою фермента ацил-КоА-дегідрогенази, який містить ФАД як простетичну групу (Рис.5.17). Ацил-КоА відщеплює у- і  - положеннях два атоми водню і перетворюється на КоА-ефір ненасиченої жирної кислоти. Наступна стадія – гідратація еноїл-КоА (фермент еноїл-КоА-гідратаза). Далі - друга стадія дегідрування. Цю реакцію каталізує фермент, який має простетичною групою НАД і носить назву -оксіацил-КоА-дегідрогеназа. Четверта стадія – тіолазна реакція. Ця реакція каталізується ферментом ацил-КоА-трансферазою (тіолазою). Утворений ацетил-КоА, піддається обміну в циклі трикарбонових кислот, а вкорочений на два атоми вуглецю ацил-КоА піддається подальшому -окисненню. Процес повторюється до повного розпаду жирної кислоти на ацетил-КоА.

5.8.1. Енергетика β-окиснення жирних кислот. У кожному циклі β-окиснення вивільняється одна молекула ацетил-КоА, окиснення якої в циклі трикарбонових кислот супроводжується утворенням 12 молекул АТФ. β-Окиснення пальмітату призводить до утворення 8 молекул ацетил-КоА, повне окиснення яких до CO₂ та Н₂О дасть 96 (128) молекул АТФ.

У кожному циклі β-окиснення утворюються дві молекули відновлених коферментів — ФАДН₂ та НАДН, які можуть віддавати свої відновлювальні еквіваленти ланцюга електронного транспорту в мітохондріях, сприяючи генерації в результаті окисного фосфорилювання 2 (ФАДН₂) та 3(НАДН), тобто сумарно 5 молекул АТФ. У випадку повного окиснення пальмітату в 7 циклах β-окиснення за рахунок даного механізму утвориться 35 (5х7) молекул АТФ.

Враховуючи витрату 1 молекули АТФ на етапі активації жирної кислоти, загальна кількість молекул АТФ, що може синтезуватися в умовах повного окиснення до диоксиду вуглецю та води молекули пальмітату, дорівнює 130 (96+35-1). Виходячи з цього, можна подати сумарне рівняння окиснення пальмітинової кислоти в мітохондріях:

С₁₂Н₃₁СООН + 23 О₂ + 130 АДФ+130 Ф_Н 16 СО₂ + 16 Н₂О + 130 АТФ

При обчисленні виходу АТФ за рахунок окиснення ненасичених кислот можна скористатися формулою для розрахунку виходу енергії при окисненні насичених жирних кислот, мінус 2 АТФ на кожний подвійний зв'язок:

[(n/2-1)·5+n/2·12]-1,

де n – число атомів С (вуглецю) в молекулі жирних кислот;

n/2-1 – число циклів β–окиснення;

5-вихід АТФ в одному циклі β-окиснення;

n/2-число ацетильних залишків;

12-вихід АТФ при повному окисненні ацетил-КоА у цитратному циклі до СО₂ і Н₂О.

5.8.2. Порушення процесу β-окиснення. Зустрічаються патології, повязані зі зниженням транспорту вищих жирних кислот у матрикс мітохондрій. Вони можуть бути викликані:

- дефіцитом карнітину в результаті сповільнення його синтезу, втратою цієї речовини при гемодіалізі або за рахунок екскреції з кетоновими тілами;

- малою активністю карнітинацилтрансферази, пов'язаною з дефектом у структурі гена цього ферменту або його інгібування деякими лікарськими препаратами, наприклад сульфонілсечовиною, при лікуванні цукрового діабету:

- дефектом у структурі гена ацил-КоА-дегідрогенази, що окиснює жирні кислоти із середнім числом атомів С₄-С₁₂.

Встановлено, що причиною смерті кожного десятого новонародженого є недостатнсть цього ферменту. У жирах молока є багато середньоланцюгових жирних кислот, які не можуть окиснюватися в таких дітей. Єдиним джерелом енергії для них стають вуглеводи.