Расходование жирных кислот
Поглощение жирных кислот и роль белка, связывающего жирные кислоты. Считается, что жирные кислоты проходят через клеточную мембрану путем диффузии по концентрационному градиенту, хотя вопрос о том, существует ли такой градиент для жирных кислот, остается спорным. В последнее десятилетие получено много сведений относительно структуры и функции семейства белков, связывающих жирные кислоты. Эти белки обладают тканевой специфичностью и составляют от 2% до 5% от общего количества цитозольного белка в сердечной и скелетной мышцах, молочной железе, надпочечниках и мозге. Их роль заключается в обеспечении поглощения и внутриклеточного транспорта жирных кислот, в регуляции клеточного содержания жирных кислот и ацил~КоА. Высокая концентрация таких белков позволяет клеткам поддерживать внутриклеточный фонд жирных кислот, сохранять на низком уровне концентрацию несвязанных жирных кислот. Последние обладают детергентным действием.
Бета – окисление жирных кислот
Начинается с реакции RCOOH + HS~KoA + ATF ------- RCOO~SKoA + AMF + дифосфат
Реакция эта протекает, главным образом, в цитоплазме, в то время как процесс окисления жирных кислот происходит в митохондриях. Ацил-КоА не может проникнуть в митохондрию без помощи карнитина. Карнитин является широко распространенным соединением, особенно много его в мышцах. Образуется он из аминокислот лизина и метионина в печени и почках. На наружной стороне внутренней мембраны митохондрий имеется фермент ацилкарнитин трансфераза, который катализирует взаимодействие ацил-КоА с карнитином:
Опосредованный карнитином перенос длинноцепочечного ацил-КоА в митохондриальный матрикс
КПТн катализирует образование ацилкарнитинового комплекса из ацил-КоА и карнитина на внутренней стороне наружной митохондриальной мембраны (НММ). Ацилкарнитиновый комплекс затем диффундирует через межмембранное пространство к внутренней митохондриальной мембране (ВММ). Там совместное последовательное действие карнитин:ацилкарнитин транслоказы (Т) и КПТв обеспечивает поступление ацил-КоА в митохондриальный матрикс для последующего окисления. Активность КПТн ингибируется малонил-КоА на наружной стороне наружной мембраны митохондрий. Наличие специального места связывания малонил-КоА пока четко не установлено.
Ацилкарнитин обладает способностью проходить через внутреннюю мембрану митохондрий. На внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий ацилкарнитин взаимодействует с митохондриальным КоА. В результате в митохондриальном матриксе вновь образуется ацил-КоА, а карнитин высвобожда
Далее митохондриальный ацил-КоА распадается в результате повторяющейся последовательности из четырех реакций окисления с участием флавинадениндинуклеотида (ФАД), гидратации, окисления с участием НАД и тиолиза с участием КоА.
Краткая характеристика ферментов, катализирующих эти реакции:
Ацил~КоА дегидрогеназа. Есть несколько форм этого фермента, каждый из которых специфичен к ацил-КоА с определенной длиной углеводородной цепи. В ходе реакции, катализируемой этим ферментом, отщепляются два атома водорода, в результате образуется еноил-КоА с двойнойсвязью в транс-положении между и - углеродными атомами (С2 и С3). Образующийся ФАДН2 впоследствии окисляется в цепи тканевого дыхания с выделением энергии, которая запасается в двух молекулах АТФ.
-Еноил~КоА гидратаза. Фермент катализирует последующую реакцию гидратации по месту двойной связи с образованием 3-L-гидроксиацил~КоА. Гидроксильная группа в составе этого соединения находится у -углеродного атома.
--оксиацил~КоА дегидрогеназа. Катализирует III этап - дегидрирование по месту -углеродного атома с образованием кетогруппы и НАДН. Последний, окисляясь в цепи тканевого дыхания, приводит к высвобождению энергии, которая запасается в трех молекулах АТФ.
-Тиолаза. Катализирует четвертый этап, в ходе которого от -кетоацил~КоА отщепляется двухуглеродный фрагмент в виде ацетил~КоА. Оставшийся ацил~КоА укорочен на 2 углеродных атома. Он опять включается в процесс (виток) -окисления. Образовавшийся ацетил~КоА может поступать в цикл трикарбоновых кислот и, окисляясь там, давать энергию.
Цепь жирной кислоты укорачивается при этом на два атома углерода. Одновременно происходит образование ФАДН2, НАДН и ацетил-КоА. Укороченный ацил-КоА вступает вновь в следующий цикл окисления, начиная с реакции, катализируемой ацил-КоА-дегидрогеназой. Большой вклад в изучение этой последовательности реакций внесли Дэвид Грин, Северо Очоа и Феодор Линен. Они и назвали этот процесс-окислением в соответствии с тем, что окислению всегда подвергается -углеродный атом остатка жирной кислоты (второй углеродный атом ацила).
Последовательность реакций -окисления жирных кислот: окисление, гидратация, окисление и тиолиз.