Энергетический баланс окисления насыщенных ЖК

С четным количеством атомов углерода

При активации ЖК затрачивается 2 макроэргической связи АТФ.

При окислении насыщенной ЖК с четным количеством атомов С образуются только ФАДН₂, НАДН₂ и Ацетил-КоА.

За 1 цикл β -окисления образуется 1 ФАДН₂, 1 НАДН₂ и 1 Ацетил-КоА, которые при окислении дают 2+3+12=17 АТФ.

Количество циклов при β -окислении ЖК = количество атомов С в (ЖК/2)-1. Пальмитиновая кислота при β -окислении проходит (16/2)-1 = 7 циклов. За 7 циклов образуется 17*7=119 АТФ.

Последний цикл β -окисления сопровождается образованием дополнительной Ацетил-КоА, которая при окислении дает 12 АТФ.

Таким образом, при окислении пальмитиновой кислоты образуется: -2+119+12=129 АТФ.

Суммарное уравнение β -окисления, пальмитоил-КоА:

С₁₅Н₃₁СО-КоА + 7 ФАД + 7 НАД⁺ + 7 HSKoA → 8 CH₃-CO-KoA + 7 ФАДН₂ + 7 НАДН₂

 

Энергетический баланс окисления насыщенных ЖК

С нечетным количеством атомов углерода

β -окисление насыщенной ЖК с нечетным количеством атомов С в начале идет также как и с четным. На активацию затрачивается 2 макроэргической связи АТФ.

ЖК с 17 атомами С проходит при β -окислении 17/2-1 = 7 циклов. За 1 цикл из 1 ФАДН₂, 1 НАДН₂ и 1 Ацетил-КоА образуется 2+3+12=17 АТФ. За 7 циклов образуется 17*7=119 АТФ.

Последний цикл β -окисления сопровождается образованием не Ацетил-КоА, а Пропионил-КоА с 3 атомами С.

Пропионил-КоА карбоксилируется с затратой 1 АТФ пропионил-КоА-карбоксилазой с образованием D-метилмалонил-КоА, который после изомеризации, превращается сначала в L-метилмалонил-КоА, а затем в Сукцинил-КоА. Сукцинил-КоА включается в ЦТК и при окислении дает ЩУК и 6 АТФ. ЩУК может поступать в глюконеогенез для синтеза глюкозы. Дефицит витамина В₁₂ приводит к накоплению в крови и выделению с мочой метилмалонила.

Таким образом, при окислении ЖК образуется: -2+119-1+6=122 АТФ.

Суммарное уравнение β -окисления ЖК с 17 атомами С:

С₁₆Н₃₃СО-КоА + 7 ФАД + 7 НАД⁺ + 7 HSKoA → 7 CH₃-CO-KoA + 1 C₂H₅-CO-KoA + 7 ФАДН₂ + 7 НАДН₂

Энергетический баланс окисления ненасыщенных ЖК

С четным количеством атомов углерода

Около половины ЖК в организме человека ненасыщенные. β -окисление этих кислот идёт обычным путём до тех пор, пока двойная связь не окажется между 3 и 4 атомами С. Затем фермент еноил-КоА изомераза перемещает двойную связь из положения 3-4 в положение 2-3 и изменяет цис-конформацию двойной связи на транс-, которая необходима для β -окисления. В этом цикле β -окисления, так как двойная связь в ЖК уже имеется, первая реакция дегидрирования не происходит и ФАДН₂ не образуется. Далее циклы β -окисления продолжаются, не отличаясь от обычного пути.

Энергетический баланс рассчитывается также как и для насыщенных ЖК с четным количеством атомов С, только на каждую двойную связь недосчитывают 1 ФАДН₂ и соответственно 2 АТФ.

Суммарное уравнение β -окисления пальмитолеил-КоА:

С₁₅Н₂₉СО-КоА + 6 ФАД + 7 НАД⁺ + 7 HSKoA → 8 CH₃-CO-KoA + 6 ФАДН₂ + 7 НАДН₂

Энергетический баланс β -окисления пальмитолеиновой кислоты: -2+8*12+6*2+7*3=127 АТФ.

Регуляция скорости β -окисления ЖК

β -окисление активируют: НАД⁺, АДФ (энергодефицит), ЖК, глюкагон, адреналин.

β -окисление ингибируют: НАДH₂, АТФ, инсулин.

Голод, физическая нагрузка → ↑ глюкагон, ↑ адреналин → липолиз ТГ в адипоцитах → ↑ ЖК в крови → ↑ β -окисление в аэробных условиях в мышцах, печени → 1) ↑ АТФ; 2) ↑ АТФ, ↑ НАДH₂, ↑ Ацетил-КоА, (↑ ЖК) → ↓ гликолиз → ↑ экономию глюкозы, необходимую для нервной ткани, эритроцитов и т.д.

Пища → ↑ инсулин → ↑ гликолиз → ↑ Ацетил-КоА → ↑ синтез малонил-КоА и ЖК

↑ синтез малонил-КоА → ↑ малонил-КоА → ↓ карнитинацилтрансферазы I в печени → ↓ транспорт ЖК в матрикс митохондрий → ↓ ЖК в матриксе → ↓ β -окисление ЖК

Окисление ЖК в пероксисомах

В пероксисомах β -окисления ЖК протекает в модифицированной форме. Этот путь обеспечивает катаболизм в печени длинноцепочечных ЖК (С=20, 22). Продуктами окисления является актоноил-КоА, Ацетил-КоА и Н₂О₂. Н₂О₂ синтезируется аэробной дегидрогеназой при взаимодействии ФАДН₂ и О₂. Актоноил и Ацетил переходят с КоА на карнитин и направляются в митохондрии, где окисляются с образованием АТФ.

α -окисление ЖК

α -окисление — специфический путь катаболизма ЖК с длинной (более 20 атомов С) и разветвленной углеводородной цепью. α -окисления протекает в нервной ткани, где преобладают ЖК с длинной цепью и в печени, куда поступают разветвленные ЖК растительной пищи (например, фитановая кислота).

При α -окислении синтез АТФ не происходит, от ЖК отщепляется по одному атому С, в виде СО₂.

Фитановая кислота, ЖК с разветвлённой углеводородной цепью, образуется из фитола, который входит в состав хлорофилла. В этой кислоте у каждого третьего атома С находится метильная группа, что делает невозможным β -окисление данной кислоты. При α -окислении фитановой кислоты вначале удаляется метильная группа, а затем происходит цикл β -окисления.

ω -Окисление ЖК

ω -Окисление протекает в ЭПР, начинается с гидроксилирования ω -углеродного атома ЖК монооксигеназой (Р₄₅₀) и в результате окисления приводит к образованию ЖК с двумя карбоксильными группами, которые разрушаются β -окислением с обеих сторон до дикарбоновых кислот: адипиновой (С₆) и субериновой кислоты (С₈), которые, выводятся с мочой.

Нарушения окисления ЖК

1) Нарушение β -окисления возникает при снижении транспорта ЖК в митохондрии.

Скорость переноса ЖК внутрь митохондрий зависит от доступности карнитина и активности карнитинацилтрансферазы I. Снижение концентрации карнитина происходит при: 1). длительном гемодиализе; 2). длительной ацидурии (карнитин выводится как основание с органическими кислотами); 3). нарушении синтеза карнитина. Карнитинацилтрансфераза I ингибируется препаратами сульфонилмочевины (лечение больных сахарным диабетом), существуют наследственные дефекты карнитинацилтрансферазы I.

В этих случаях ЖК с длинной цепью не используются как источники энергии. У таких людей снижена способность к физической активности; в мышечных клетках могут накапливаться ТГ в виде липидных капель.

2) Генетический дефект дегидрогеназы ЖК со средней длиной углеводородной цепи.

В митохондриях имеется 3 вида ацил-КоА-дегидрогеназ, окисляющих ЖК с длинной, средней или короткой цепью радикала. ЖК по мере укорочения радикала в процессе β -окисления последовательно окисляются этими ферментами.

Генетический дефект дегидрогеназы ЖК со средней длиной радикала - распространенное аутосомно-рецессивное заболевание (1: 15 000). Частота дефектного гена в европейской популяции — 1: 40.

Активность этой дегидрогеназы особенно важна для грудных детей, т.к. у них основным источником энергии служат ЖК со средней длиной цепи, входящие в состав ТГ молока.

Невозможность использовать ЖК как источники энергии приводит к увеличению скорости окисления глюкозы. В результате у детей развивается гипогликемия, которая является причиной внезапной смерти (10% от общего числа умерших новорождённых). Если такие дети выживают, то после голодания в течение 6—8 ч у них развиваются гипогликемические приступы (слабость, головокружение, рвота, потеря сознания). Введение глюкозы приводит к исчезновению симптомов.

Во всех случаях, когда нарушается β -окисление, ЖК накапливаются в клетках и распадаются по пути ω -окисления, которое в норме идёт с очень низкой скоростью. Окисление происходит по метильному сжатому углерода, и в результате образуются дикарбоновые кислоты, выделяющиеся с мочой. Определение этих кислот в моче может служить диагностическим признаком нарушения β -окисления.

3) Нарушение α -окисления

Болезнь Рефсума - редкое наследственное заболевание развивающейся вследствие генетических дефектов ферментов α -окисления. Фитановая кислота, поступающая с пищей, не окисляется и накапливается в организме, в основном в нервной ткани.

Это приводит у взрослых к нарушению структуры нервной ткани и развитию многих неврологических симптомов (полиневропатии, мозжечковой атаксии), нарушению зрения (пигментная дистрофия сетчатки), костным деформациям, изменениям кожи по типу ихтиоза и поражениям сердца с развитием кардиомиопатий.

У детей развиваются выраженные черепно-лицевые аномалии, мышечная гипотония, пигментный ретинит, нейросенсорная глухота, грубая задержка психомоторного развития, судороги, гепатомегалия с нарушением функции печени.

4) Нарушение деградации ЖК в пероксисомах

Из-за дефекта пероксисом нарушена деградация длинноцепочечных жирных кислот, что проявляется в синдроме Целльвегера. В клетках отмечается повышение количества жирных кислот с длинной углеводной цепью.

Синдром Целльвегера - заболевание раннего детского возраста, наследующееся по аутосомно-рецессивному типу и проявляющееся мышечной гипотонией, нарушением моторики, арефлексией, кардиомиопатией, задержкой психического развития, судорогами, фиброзом печени и кистозом почек. Характерны черепно-лицевые дизморфии, атрофии зрительных нервов, помутнение хрусталика и роговицы, глаукома. С первых месяцев жизни выявляется выраженная задержка психомоторного развития.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: