Утворилися в результаті гідролізу триацилгліцеролів (див. Рис. 7) гліцерин і жирні кислоти залучаються до подальший шлях розпаду - окислення.
окислення гліцерину
Гліцерин втягується в цитоплазмі клітки у процес гліколізу.
Спочатку гліцерин за участю ферменту гліцерофосфаткінази (трансфераза) перетворюється в -гліцеролфосфат. Останній під дією НАД + -завісімой-гліцеролфосфатдегідрогенази (оксидоредуктаза) перетворюється в фосфодіоксиацетон:
Фосфодіоксиацетон, будучи звичайним метаболітом гліколізу, изомеризуется в 3-фосфогліцеріновий альдегід і включається в метаболічний шлях (гліколіз) до ПВК. Піровиноградна кислота, перетворюючись в ацетил-КоА, повністю окислюється в циклі Кребса до СО2. Н2 О і виділенням АТФ.
Окислення жирних кислот
Ф.Кнооп висловив припущення, що окислення молекули жирної кислоти в тканинах живих організмів відбувається в -положенні. В результаті від молекули жирної кислоти відщеплюються двууглеродного фрагменти з боку карбоксильної групи. Процесс-окислення жирних кислот складається з наступних етапів:
Активація жирних кислот. Подібно першій стадії гліколізу цукрів перед-окисленням жирні кислоти піддаються активації. Ця реакція протікає на зовнішній поверхні мембрани мітохондрій за участю АТФ, коензиму А (НS-КоА) і іоновMg 2+. Реакція каталізується ацил-КоА-синтетазой. В результаті реакції утворюється ацил-КоА, який є активною формою жирної кислоти, АМФ і РРi (Н4 Р2 О7).
Транспорт жирних кислот всередину мітохондрій. Коензімную форма жирної кислоти, в рівній мірі як і вільні жирні кислоти, не має здатності проникати всередину мітохондрій, де, власне, і протікає їх окислення, переносником активованих жирних кислот через внутрішню мітохондріальну мембрану служить карнітин (-триметиламіну--оксібуті-рат ):
Після проходження ацилкарнітину через мембрану мітохондрій відбувається зворотна реакція - розщеплення ацилкарнітину за участю НS-КоА і мітохондріальної карнітин-ацілтрансферази:
Далі ацил-КоА в мітохондрії піддається -окислення.
В результаті цього процесу відбувається послідовне відщеплення від карбоксильного кінця вуглецевого ланцюга жирної кислоти двууглеродних фрагментів в формі ацетил-КоА і відповідне укорочення ланцюга жирної кислоти:
Жирна кислота з парним числом атомів вуглецю
У матриксі мітохондрії -окислення ацил-КоА здійснюється в результаті повторюваної послідовності чотирьох реакцій (рис.8).
1) окислення за участю ацил-КоА-дегідрогенази (ФАД-залежної дегідрогенази);
2) гідратації, що каталізує еноіл-КоА-гідратазой;
3) другого окислення під дією 3-гідроксіаціл-КоА-дегідрогенази (НАД-залежної дегідрогенази);
4) тіолазной за участю ацетил-КоА-ацілтрансферази.
Сукупність цих чотирьох послідовностей реакцій становить один цикл -окислення жирних кислот (див. Рис. 8).
Утворився ацетил-КоА піддається окисленню в циклі Кребса, а ацил-КоА, вкоротити на два вуглецевих атома, знову багаторазово проходить весь шлях -окислення аж до утворення бутіріл-КоА (4-вуглецеве з'єднання), який на останньому етапі -окислення розпадається на дві молекули ацетил-КоА.
При окисленні жирної кислоти, що містить n вуглецевих атомів, відбувається n2-1 циклів -окислення (тобто на один цикл менше, ніж n2, так як при окисленні бутіріл-КоА відразу відбувається утворення двох молекул ацетил-КоА ) і всього вийде n2 молекул ацетил-КоА.
Наприклад, при окисленні пальмітинової кислоти (С16) повторюється 162-1 = 7 циклів -окислення і утворюється 162 = 8 молекул ацетил-КоА.
Баланс енергії. При кожному циклі -окислення утворюється одна молекула ФАДН2 (див. Рис. 8; реакція 1) і одна молекула НАДН + Н + (реакція 3). Останні в процесі окислення в дихальному ланцюгу і сполученого з ним фосфорилювання дають: ФАДН2 - 2 молекули АТФ і НАДН + Н + - 3 молекули АТФ, тобто в сумі за один цикл утворюється 5 молекул АТФ. При окисленні пальмітинової кислоти утворюється 57 = 35 молекул АТФ. В процесі -окислення пальмітинової кислоти утворюється 8 молекул ацетил-КоА, кожна з яких, «згораючи» в циклі Кребса, дає 12 молекул АТФ, а 8 молекул дадуть 128 = 96 молекул АТФ.
Таким чином, всього за повному окисленні пальмітинової кислоти утворюється 35 + 96 = 131 молекула АТФ. З урахуванням однієї молекули АТФ, витраченої на самому початку на активацію жирної кислоти, загальний енергетичний вихід при повному окисленні однієї молекули пальмітинової кислоти складе 131-1 = 130 молекул АТФ.
Однак утворився в результаті -окислення жирних кислот ацетил-КоА може не тільки окислюватися до СО2. Н2 О, АТФ, вступаючи в цикл Кребса, але використовуватися на синтез холестерину. а також вуглеводів в глиоксилатного циклі.
Малюнок 8 - Схема -окислення жирних кислот
Гліоксилатний цикл специфічний тільки для рослин і бактерій, у тваринних організмів він відсутній. Даний процес синтезу вуглеводів з жирів докладно описаний в методичному вказівці / 8 /.
Окислення ненасичених жирних кислот
Оленів, лінолева і ліноленова кислоти, які є найважливішими компонентами ацілгліцероли, також піддаються -окислення. Окислення цих ненасичених жирних кислот, в принципі, відбувається так само, як і окислення насичених жирних кислот, але з деякими особливостями.
При окисленні олеїнової кислоти (яка містить одну подвійну зв'язок) в результаті трьох циклів -окислення (рис. 8) утворюється 3 молекули ацетил-КоА і 12-вуглецева ненасичені жирні кислоти з цис-подвійним зв'язком між 3-м і 4-х атомами вуглецю .
Справа в тому, що утворилася 12-вуглецева ненасичені жирні кислоти повинна знову включитися в шлях -окислення, але подвійні зв'язку природних ненасичених жирних кислот мають цис-конфігурацію, а прі-окисленні насичених жирних кислот подвійні зв'язку мають транс-конфігурацію. Крім того, в результаті послідовного видалення трьох двууглеродних фрагментів (ацетил-КоА) до першої подвійного зв'язку дает 3,4 - ацил-КоА (розташування подвійного зв'язку між 3 і 4 атомами вуглецю), а не 2,3 - ацил-КоА , який є проміжним продуктом прі-окисленні насичених жирних кислот. Тому в тканинах існує фермент, який здійснює переміщення подвійного зв'язку зі становища 3-4 в положення 2-3, а також змінює конфігурацію подвійного зв'язку з цис- в транс-положення.
Цей фермент отримав назву: 3,4 -ціс → 2,3 -Транс-еноіл-КоА-ізомерази
Утворився 2,3 -Транс-еноіл-КоА включається в шлях -окислення (див рис.8) в стадію гідратації (2).
В результаті повного окислення олеїнової кислоти утворюється 9 (6 + 3) молекул ацетил-КоА, які включаються в цикл Кребса і «згорають» до СО2. Н2 О з утворенням енергії.
Окислення жирних кислот з непарним числом вуглецевих атомів
Основна маса природних ліпідів містить жирні кислоти з парним числом вуглецевих атомів, проте в ліпідах багатьох рослин і деяких морських організмів присутні жирні кислоти з непарним числом атомів вуглецю.
Встановлено, що жирні кислоти з непарним числом вуглецевих атомів окислюються таким же чином, як і жирні кислоти з парним числом вуглецевих атомів, з тією лише різницею, що на останньому етапі розщеплення (-окислення) утворюється одна молекула пропіоніл-КоА і одна молекула ацетил -КоА, а не 2 молекули ацетил-КоА (рис. 8)? як в случае-окислення жирних кислот з парним числом вуглецевих атомів:
Малюнок 9 - Схема -окислення жирних кислот з непарним числом
Пропіоніл-КоА, який є одним з кінцевих продуктів -окислення жирних кислот з непарним числом вуглецевих атомів, перетворюється в сукцинил-КоА шляхом двох послідовних реакцій.
Реакція карбоксилирования пропіоніл:
2. Реакція внутрімолекулярой перегрупування:
Сукцініл-КоА далі утилізується, вступаючи в цикл Кребса:
Але при проходженні всіх цих реакцій сукцинил-КоА до ЩУК по циклу Кребса не відбувається повного окислення до СО2 і Н2 О. Для цього утворився оксалоацетат через ряд послідовних реакцій перетворюється в ацетил-КоА, який, вступаючи в цикл Кребса, повністю «згоряє» до СО2. Н2 О і виділенням енергії.
Перетворення оксалоацетата в ацетил-КоА
1) Утворився оксалоацетат локалізована в мітохондрії. Мембрана мітохондрій непроникна для утворився оксалоацетата. Останній тут же в мітохондрії відновлюється в яблучну кислоту:
Реакція протікає за участю мітохондріальної НАД-залежної малатдегідрогенази. Новоутворена яблучна кислота легко виходить з мітохондрії в цитозоль клітини і знову окислюється в щавлевооцтову кислоту за участю цитоплазматичної НАД-залежної малатдегідрогенази:
2) Перетворення оксалоацетата в фосфоенолпіруват відбувається в цитоплазмі клітини:
3) Утворився фосфоенолпіруват (ФЕП) шляхом гліколізу перетворюється в ПВК, а піруват в результаті окислювального декарбоксилювання в ацетил-КоА, який вступаючи в цикл Кребса, повністю окислюється до СО2 і Н2 О, з виділенням енергії.
З урахуванням вищесказаного видно, що утворився пропіоніл, в кінцевому рахунку, повинен перетворитися в ацетил-КоА і окислюватися в циклі Кребса. Таким чином, всі жирні кислоти в результаті -окислення перетворюються в ацетил-КоА, який «згоряє» в циклі Кребса.