Енергетичний баланс окислення насичених РК з парною кількістю атомів вуглецю
При активації ЖК витрачається 2 макроергічні зв'язки АТФ.
При окисленні насиченої РК з парною кількістю атомів С утворюються лише ФАДН2, НАДН2 та Ацетил-КоА.
За 1 цикл -окислення утворюється 1 ФАДН2, 1 НАДН2 і 1 Ацетил-КоА, які при окисленні дають 2+3+12=17 АТФ.
Кількість циклів при β-окисленні РК = кількість атомів С (ЖК/2)-1. Пальмітінова кислота при β-окисленні проходить (16/2)-1 = 7 циклів. За 7 циклів утворюється 17*7=119 АТФ.
Останній цикл -окислення супроводжується утворенням додаткової Ацетил-КоА, яка при окисленні дає 12 АТФ.
Таким чином, при окисненні пальмітинової кислоти утворюється: -2+119+12=129 АТФ.
Сумарне рівняння β-окислення, пальмітоїл-КоА:
С15Н31СО-КоА + 7 ФАД + 7 НАД + + 7 HSKoA → 8 CH3-CO-KoA + 7 ФАДН2 + 7 НАДН2
Енергетичний баланс окислення насичених РК з непарною кількістю атомів вуглецю
β-окислення насиченої РК з непарною кількістю атомів С спочатку йде так само як і з парним. На активацію витрачається 2 макроергічні зв'язки АТФ.
РК з 17 атомами проходить при β-окисленні 17/2-1 = 7 циклів. За 1 цикл з 1 ФАДН2, 1 НАДН2 та 1 Ацетил-КоА утворюється 2+3+12=17 АТФ. За 7 циклів утворюється 17*7=119 АТФ.
Останній цикл -окислення супроводжується утворенням не Ацетил-КоА, а Пропіоніл-КоА з 3 атомами С.
Пропіоніл-КоА карбоксилюється з витратою 1 АТФ пропіоніл-КоА-карбоксилазою з утворенням D-метилмалоніл-КоА, який після ізомеризації, перетворюється спочатку на L-метилмалоніл-КоА, а потім на Сукциніл-КоА. Сукциніл-КоА включається в ЦТК і при окисленні дає ЩУК та 6 АТФ. ЩУК може надходити в глюконеогенез для синтезу глюкози. Дефіцит вітаміну В12 призводить до накопичення в крові та виділення із сечею метилмалонілу. Приокисненні ЖК утворюється: -2+119-1+6=122 АТФ.
Сумарне рівняння β-окислення РК з 17 атомами С:
С16Н33СО-КоА + 7 ФАД + 7 НАД + + 7 HSKoA → 7 CH3-CO-KoA + 1 C2H5-CO-KoA + 7 ФАДН2 + 7 НАДН2
Енергетичний баланс окислення ненасичених РК з парною кількістю атомів вуглецю
Близько половини РК в організмі людини ненасичені. β-окислення цих кислот йде звичайним шляхом до тих пір, поки подвійний зв'язок не виявиться між 3 і 4 атомами С. Потім фермент еноил-КоА ізомеразу переміщає подвійний зв'язок з положення 3-4 в положення 2-3 і змінює цис-конформацію подвійного зв'язку на транс-, яка необхідна для β-окислення. У цьому циклі β-окислення, оскільки подвійний зв'язок у РК вже є, перша реакція дегідрування не відбувається і ФАДН2 не утворюється. Далі цикли β-окислення продовжуються, не відрізняючись від звичайного шляху.
Енергетичний баланс розраховується так само як і для насичених РК з парною кількістю атомів С, тільки на кожний подвійний зв'язок недораховують 1 ФАДН2 і відповідно 2 АТФ.
Сумарне рівняння β-окислення пальмітолеїл-КоА:
С15Н29СО-КоА + 6 ФАД + 7 НАД + + 7 HSKoA → 8 CH3-CO-KoA + 6 ФАДН2 + 7 НАДН2
Енергетичний баланс β-окислення пальмітолеїнової кислоти: -2+8*12+6*2+7*3=127 АТФ.
Голод, фізичне навантаження → ↑ глюкагон, ↑ адреналін → ліполіз ТГ в адипоцитах → ↑ ЖК у крові → ↑ β-окислення в аеробних умовах у м'язах, печінки → 1) ↑АТФ; 2) ↑АТФ, ↑НАДH2, ↑Ацетил-КоА, (↑ЖК) → ↓ гліколіз → ↑ економію глюкози, необхідну для нервової тканини, еритроцитів і т.д.
Їжа → ↑ інсулін → ↑ гліколіз → ↑ Ацетил-КоА → ↑ синтез малоніл-КоА та ЖК
↑ синтез малоніл-КоА → ↑ малоніл-КоА → ↓ карнітінацилтрансферази I у печінці → ↓ транспорт ЖК у матрикс мітохондрій → ↓ ЖК у матриксі → ↓ β-окислення ЖК
Біосинтез ВЖК. Будова пальмітатсинтазного комплексу. Хімізм та регуляція процесу.
Синтез пальмітинової кислоти
Перша реакція синтезу ЖК - перетворення ацетил-КоА на малоніл-КоА. Це регуляторна реакція у синтезі РК каталізується ацетил-КоА-карбоксилазою.
Ацетил-КоА-карбоксилаза складається з декількох субодиниць, що містять біотин.
Реакція протікає у 2 стадії:
1) СО2 + біотин + АТФ → біотин-СООН + АДФ + Фн
2) ацетил-КоА + біотин-СООН → малоніл-КоА + біотин
Ацетил-КоА-карбоксилаза регулюється декількома способами:
3) Асоціація/дисоціація комплексів субодиниць ферменту. У неактивній формі ацетил-КоА-карбоксилаза є комплексами, що складаються з 4 субодиниць. Цитрат стимулює об'єднання комплексів, у результаті активність ферменту збільшується. Пальмітоїл-КоА викликає дисоціацію комплексів та зниження активності ферменту;
2) Фосфорилювання/дефосфорилювання ацетил-КоА-карбоксилази. Глюкагон або адреналін через аденілатциклазну систему стимулюють фосфорилювання субодиниць ацетил-КоА карбоксилази, що призводить до її інактивації. Інсулін активує фосфопротеїнфосфатазу, ацетил-КоА карбоксилазу дефосфорилюється. Потім під дією цитрату відбувається полімеризація протомерів ферменту, і він стає активним;
3) Тривале споживання багатої вуглеводами та бідної ліпідами їжі призводить до збільшення секреції інсуліну, який індукує синтез ацетил-КоА-карбоксилази, пальмітатсинтази, цитратліази, ізоцитратдегідрогенази та прискорює синтез РК і ТГ. Голодування або багата на жири їжа призводить до зниження синтезу ферментів і, відповідно, ЖК і ТГ.
Утворення пальмітинової кислоти
Після утворення малоніл-КоА синтезпальмітинової кислоти триває на мультиферментному комплексі -синтазі жирних кислот (пальмітоїлсинтетазі).
Пальмітоїлсинтаза - це димер, що складається з двох ідентичних поліпептидних ланцюгів. Кожен ланцюг має 7 активних центрів та ацилпереносний білок (АПБ). У кожному ланцюгу є 2 SH-групи: одна SH-група належить цистеїну, інша - залишку фосфопантетеїнової кислоти. SH-група цистеїну одного мономеру розташована поруч із SH-групою 4-фосфопантетеїнату іншого протомера. Таким чином, протоміри ферменту розташовані «голова до хвоста». Хоча кожен мономер містить усі каталітичні центри, функціонально активний комплекс із 2 протомірів. Тому реально синтезуються одночасно 2 РК.
Цей комплекс послідовно подовжує радикал РК на 2 атоми, донором яких служить малоніл-КоА.
Реакції синтезу пальмітинової кислоти
1) Перенесення ацетилу з КоА на SH-групу цистеїну ацетилтрансацилазним центром;
2) Перенесення малонілу з КоА на SH-групу АПБ малонілтрансацилазним центром;
3) Кетоацилсинтазним центром ацетильна група конденсується з малонільною з утворенням кетоацилу та виділенням СО2.
4) Кетоацил відновлюється кетоацил-редуктазою до оксиацилу;
5) Оксіацил дегідратується гідратазою в єніл;
6) Еноіл відновлюється еноілредуктазою до ацилу.
В результаті першого циклу реакцій утворюється ацил із 4 атомами С (бутирил). Далі бутирил переноситься з позиції 2 до позиції 1 (де знаходився ацетил на початку першого циклу реакцій). Потім бутирил піддається тим самим перетворенням і подовжується на 2 атоми З (від малоніл-КоА).
Аналогічні цикли реакцій повторюються до тих пір, поки не утворюється радикал пальмітинової кислоти, який під дією тіоестеразного центругідролітично відокремлюється від ферментного комплексу, перетворюючись на вільну пальмітинову кислоту.
Сумарне рівняння синтезу пальмітинової кислоти з ацетил-КоА та малоніл-КоА має такий вигляд:
Н2О + 8 HSKoA + 14 НАДФ +
Синтез ЖК з пальмітинової та інших ЖК
Подовження ЖК в елонгазних реакціях
Подовження РК називається елонгацією. РК можуть синтезуватися в результаті подовження в ЕПР пальмітинової кислоти та інших довших РК. Для кожної довжини ЖК є свої елонгази. Послідовність реакцій аналогічна синтезу пальмітинової кислоти, проте у разі синтез йде не так на АПБ, але в КоА. Основний продукт елонгації у печінці – стеаринова кислота. У нервових тканинах утворюються РК з довгим ланцюгом (С=20-24), необхідні синтезу сфінголіпідів.
Синтез ненасичених ЖК у десатуразних реакціях
Включення подвійних зв'язків у радикали РК називається десатурацією. Десатурація РК відбувається в ЕПР у монооксигеназних реакціях, що каталізуються десатуразами.
Стеароіл-КоА-десатураза- інтегральний фермент, що містить негемінове залізо. Каталізує утворення 1 подвійного зв'язку між 9 та 10 атомами вуглецю в ЖК. Стеароїл-КоА-десатураза переносить електрони з цитохрому b5 на 1 атом кисень, за участю протонів цей кисень утворює воду. Другий атом кисню включається стеаринову кислоту з утворенням оксиацилу, який дегідрується до олеїнової кислоти.
Десатурази ЖК, що є в організмі людини, не можуть утворювати подвійні зв'язки в ЖК дистальніше дев'ятого атома вуглецю, тому ЖК сімейства ω-3 і ω-6 не синтезуються в організмі, є незамінними і обов'язково повинні надходити з їжею, тому що виконують важливі регуляторні функції . Основні ЖК, що утворюються ворганізм людини в результаті десатурації - пальмітоолеїнова і олеїнова.
Синтез α-гідрокси ЖК
У нервовій тканині відбувається синтез та інших РК - α-гідроксикислот. Оксидази зі змішаними функціями гідроксилюють С22 і С24 кислоти з утворенням церебронової кислоти, що виявляється тільки в ліпідах мозку.