11.2. Окисление жирных кислот

Основным путем катаболизма жирных кислот является -окисление. Окисление жирных кислот протекает в митохондриях при участии мультиферментного комплекса и является важным биоэнергетическим процессом. -Окисление жирных кислот складывается из следующих этапов:

1. Активация жирных кислот и их проникновение из цитоплазмы в митохондрии:

R–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СООН + НS–КоА + АТФ ⇄

⇄ R–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СОS–КоА + АМФ + Н₄Р₂О₇.

ацил-КоА

(фермент ацил-КоА-синтетаза)

Далее происходит гидролиз пирофосфата, обеспечивающий смещение равновесия активации «вправо»: Н₄Р₂О₇ + Н₂О → 2Н₃РО₄ (фермент неорганическая пирофосфатаза).

Активация жирных кислот происходит в цитоплазме. Затем ацил-КоА проникает через мембрану митохондрий с участием карнитина (витамин В_Т).

2. Первая стадия дегидрирования (окисление ацил-КоА). Фермент ацил-КоА-дегидрогеназа.

R–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СОS–КоА + ФАД 

 R–СН₂–СН₂–СН₂–СН=СН–СОS–КоА + ФАДН₂ → 2АТФ

транс-еноил-КоА

3. Гидратация двойной связи. Фермент 2-еноил-КоА-гидратаза.

R–СН₂–СН₂–СН₂–СН=СН–СОS–КоА + Н₂О ⇄

⇄ R–СН₂–СН₂–СН₂–СН(ОН)–СН₂–СОS–КоА

-гидроксиацил-КоА

4. Вторая стадия дегидрирования (новое окисление). Ферменты НАД-зависимые 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы.

R–СН₂–СН₂–СН₂–СН(ОН)–СН₂–СОS–КоА + НАД ⇄

⇄ R–СН₂–СН₂–СН₂–СО–СН₂–СОS–КоА + НАДН₂ → 3АТФ

-кетоацил-КоА

5. Тиолазная реакция (тиолиз) – перенос новой ацильной группы на КоА). Фермент ацетил-КоА-ацилтрансфераза (3-кетоацил-КоА-тиолаза).

R–СН₂–СН₂–СН₂–СО–СН₂–СОS–КоА + НSКоА →

→ R–СН₂–СН₂–СН₂–СОS–КоА + СН₃–СОS–КоА

ацил-КоА ацетил-КоА

Итак, молекула жирной кислоты укорачивается на 2 атома С. Образовавшийся ацетил-КоА подвергается окислению в цикле Кребса, а новый ацил-КоА многократно проходит весь путь -окисления до образования бутирил-КоА, молекула которого окисляется до 2-х молекул ацетил-КоА.

Энергетический баланс -окисления. Пусть жирная кислота содержит в молекуле 2n атомов С, тогда образуется n молекул ацетил-КоА, (n–1) молекул ФАДН₂ и (n–1) молекул НАДН₂. В результате в дыхательной цепи образуется 2·(n–1) + 3·(n–1) = 5(n–1) молекул АТФ. В результате окисления 1 молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и дыхательной цепи образуется 12 молекул АТФ, а при окислении n молекул – 12n молекул АТФ. 1 молекула АТФ идет на активирование кислоты. Таким образом, энергетический баланс:

5(n–1) + 12n – 1 = (17n – 6) молекул АТФ.

Например, для пальмитиновой кислоты (С₁₆): (17·8 – 6) = 130 молекул АТФ (при окислении 1 молекулы глюкозы – 36 молекул АТФ).

G при полном сгорании пальмитиновой кислоты составляет 9797 кДж/моль. Расщепление 1 концевой макроэргической связи АТФ дает примерно 32,5 кДж/моль, а 130 связей – 4225 кДж. Таким образом, лишь около 43% всей потенциальной энергии пальмитиновой кислоты при ее окислении в организме может быть использовано для ресинтеза АТФ, а оставшаяся часть, по-видимому, теряется в виде тепла.

11.3. Распад глицерина

Глицерин прежде всего фосфорилируется. Фермент глицеролкиназа.

-Глицерофосфат идет на синтез новых молекул триглицеридов, но часть его окисляется до диоксиацетонфосфата (ДОАФ) (фермент глицерол-3-фосфатдегидрогеназа).

ДОАФ изомеризуется в 3-фосфоглицериновый альдегид, который затем вступает в окислительную стадию гликолиза, где в аэробных условиях превращается в пировиноградную кислоту, а при недостатке кислорода – в молочную кислоту.

Таким образом, 1 молекула глицерина в анаэробных условиях при окислении до молочной кислоты дает (2–1) = 1 молекулу АТФ (2 молекулы АТФ синтезируются в гликолизе), а в аэробных условиях:

Фосфорилирование: – АТФ

НАДН₂ + 3АТФ

ДОАФ → ПВК: НАДН₂ + 3АТФ

Субстратное фосфорилирование + 2АТФ

ПВК → ацетил-КоА: НАДН₂ + 3АТФ

Цикл Кребса: 3НАДН₂ + 9АТФ

ФАДН₂ + 2АТФ

Субстратное фосфорилирование + АТФ

Итого: + 22АТФ