„Acizi grași liberi” (FFA) se referă la acizii grași care sunt în formă neesterificată; uneori sunt denumiți acizi grași neesterificati (EFA). În plasma sanguină, FFA cu lanț lung formează un complex cu albumina, iar în celulă - cu o proteină care leagă acizii grași, care se numește proteina Z; de fapt nu sunt niciodată liberi. Acizii grași cu lanț scurt sunt mai solubili în apă și sunt fie sub formă de acid neionizat, fie ca anion al unui acid gras.

Activarea acizilor grași

Ca și în cazul metabolismului glucozei, acidul gras trebuie mai întâi transformat într-un derivat activ ca urmare a unei reacții mediate de ATP și abia apoi poate interacționa cu enzimele care catalizează conversia ulterioară. În procesul de oxidare acizi grași această etapă este singura care necesită energie sub formă de ATP. În prezența ATP și a coenzimei A, enzima acil-CoA sintetaza (tiokinaza) catalizează conversia acidului gras liber în „acid gras activ” sau acil-CoA, care se realizează prin scindarea unui singur fosfat bogat în energie. legătură.

Prezența unei pirofosfataze anorganice, care scindează legătura fosfat bogată în energie din pirofosfat, asigură completarea procesului de activare. Astfel, pentru a activa o moleculă de acid gras, sunt consumate în cele din urmă două legături de fosfat bogate în energie.

Acil-CoA sintetazele se găsesc în reticulul endoplasmatic, precum și în interiorul mitocondriilor și pe membrana lor exterioară. Un număr de acil-CoA sintetaze au fost descrise în literatură; sunt specifici acizilor grași cu o anumită lungime a lanțului.

Rolul carnitinei în oxidarea acizilor grași

Carnitina este un compus larg distribuit

mai ales mult în mușchi. Se formează din lizină și metionină în ficat și rinichi. Activarea acizilor grași inferiori și oxidarea acestora pot avea loc în mitocondrii independent de carnitină, dar derivații de acil-CoA cu lanț lung (sau FFA) nu pot pătrunde în mitocondrii și nu pot fi oxidați dacă nu formează mai întâi derivați de acilcarnitină. Pe partea exterioară a membranei interioare a mitocondriilor există o enzimă carnitin palmitoiltransferaza I, care transferă grupări acil cu lanț lung la carnitină cu formarea acilcarnitinei; acesta din urmă este capabil să pătrundă în mitocondrii, unde există enzime care catalizează procesul (-oxidare.

Un posibil mecanism care explică implicarea carnitinei în oxidarea acizilor grași în mitocondrii este prezentat în Fig. 23.1. În plus, mitocondriile conțin o altă enzimă, carnitina acetiltransferaza, care catalizează transferul grupărilor acil cu lanț scurt între CoA și carnitină. Funcția acestei enzime nu este încă clară.

Orez. 23.1. Rolul carnitinei în transportul acizilor grași cu lanț lung prin membrana mitocondrială internă. Acil-CoA cu lanț lung nu este capabil să treacă prin membrana mitocondrială interioară, în timp ce acilcarnitina, care se formează prin acțiunea carnitinei palmiton transferazei I, are această capacitate.Carnitina-acilcarnitina-fansloaza este un sistem de transport. efectuând transferul moleculei de acilcarnitină prin membrana mitocondrială interioară, cuplat cu eliberarea mopskula de carnitină liberă. Apoi, sub acțiunea carnitinei palmitoiltransferazei 11 localizată pe suprafața interioară a membranei mitocondriale interioare, acilcarnitina interacționează cu CoA. Ca rezultat, acil-CoA este re-format în matricea mitocondrială. iar carnitina este eliberată.

Pot fi,

facilitează transportul grupărilor acetil prin membrana mitocondrială.

b-Oxidarea acizilor grași

Ideea generală este dată în fig. 23.2. În timpul 13-oxidării acizilor grași, 2 atomi de carbon sunt separați simultan de capătul carboxil al moleculei de acil-CoA. Lanțul de carbon se rupe

Orez. 23.2. Schema de oxidare a acizilor grași.

între atomii de carbon în poziții , de unde și denumirea de -oxidare. Fragmentele cu două atomi de carbon rezultate sunt acetil-CoA. Deci, în cazul palmitoil-CoA, se formează 8 molecule de acetil-CoA.

Secvența reacțiilor

O serie de enzime, cunoscute colectiv sub numele de „oxidaze ale acizilor grași”, sunt localizate în matricea mitocondrială în imediata apropiere a lanțului respirator, localizat în membrana interioară a mitocondriilor. Acest sistem catalizează oxidarea acil-CoA la acetil-CoA, care este asociată cu fosforilarea ADP la ATP (Fig. 23.3).

După pătrunderea fragmentului acil prin membrana mitocondrială cu participarea sistemului de transport al carnitinei și transferul grupării acil de la carnitină la atomi de carbonîn poziţii catalizate de acil-CoA dehidrogenază. Produsul acestei reacții este . Enzima este o flavoproteină cu FAD ca grup protetic. Oxidarea acestuia din urmă în lanțul respirator al mitocondriilor are loc cu participarea unei alte flavoproteine. numită flavoproteină transportoare de electroni [vezi din. 123). Aceasta este urmată de hidratarea dublei legături, rezultând formarea de 3-hidroxiacil-CoA. Această reacție este catalizată de enzima A2-enoil-CoA-hidratază. Apoi 3-hidroxiacil-OoA este dehidrogenat la al 3-lea atom de carbon pentru a forma 3-cetoacil-CoA; această reacție este catalizată de 3-hidroxiacil-CoA dehidrogenază cu participarea NAD ca coenzimă. 3-Cetoacil-CoA este scindat între al doilea și al treilea atom de carbon de către 3-cetotiolaza sau acetil-CoA aciltransferaza pentru a forma derivați de acetil-CoA și acil-CoA care sunt cu 2 atomi de carbon mai scurti decât molecula originală de acil-CoA. Această scindare tiolitică necesită participarea unei alte molecule.Acil-CoA trunchiat rezultat intră din nou în ciclul de P-oxidare, începând cu reacția 2 (Fig. 23.3). În acest fel, acizii grași cu lanț lung pot fi complet scindați la acetil-CoA (fragmente C2); ultimul în ciclu acid citric, care are loc în mitocondrii, sunt oxidate la

Oxidarea acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon

b-Oxidarea acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon se termină în stadiul de formare a unui fragment cu trei atomi de carbon - propionil-CoA, care apoi se transformă într-un intermediar al ciclului acidului citric (vezi și Fig. 20.2).

Energetica procesului de oxidare a acizilor grași

Ca rezultat al transferului de electroni de-a lungul lanțului respirator de la flavoproteina redusă și NAD, sunt sintetizate 5 legături fosfat bogate în energie (vezi Capitolul 13) pentru fiecare 7 (din 8) molecule de acetil-CoA formate în timpul b-oxidării palmiticului. acid.Se formează în total 8 molecule de acetil.-CoA, iar fiecare dintre ele trecând prin ciclul acidului citric asigură sinteza a 12 legături bogate în energie. În total, per moleculă de palmitat, de-a lungul acestei căi sunt generate 8 x 12 = 96 de legături fosfat bogate în energie. Având în vedere cele două legături necesare pentru activare

(vezi scanare)

Orez. 23.3. P Oxidarea acizilor grași. CoA acit cu catenă lungă este scurtat succesiv, trecând ciclu după ciclu de reacții enzimatice 2-5; ca rezultat al fiecărui ciclu, acetil-CoA este scindat, catalizat de tiolază (reacția 5). Când rămâne radicalul acil cu patru atomi de carbon, ca rezultat al reacției 5, din acesta se formează două molecule de acetil-CoA.

acid gras, atunci în total obținem 129 de legături bogate în energie per 1 mol sau kJ. Deoarece energia liberă de ardere a acidului palmitic reprezintă aproximativ 40% din energia stocată sub formă de legături de fosfat în timpul oxidării acizilor grași.

Oxidarea acizilor grași în peroxizomi

În peroxizomi, oxidarea acizilor grași are loc într-o formă modificată. Produșii de oxidare în acest caz sunt acetil-CoA și , acesta din urmă se formează în stadiul catalizat de dehidrogenază legată de flavoproteină. Această cale de oxidare nu este direct asociată cu fosforilarea și formarea de ATP, dar asigură descompunerea acizilor grași cu un lanț foarte lung (de exemplu,); este inclus într-o dietă bogată în grăsimi sau atunci când luați medicamente hipolipemiante precum clofibratul. Enzimele peroxizomilor nu atacă acizii grași cu lanț scurt, iar procesul de P-oxidare este oprit prin formarea octanoil-CoA. Grupările octanoil și acetil sunt apoi îndepărtate din peroxizomi sub formă de octanoilcarnitină și acetilcarnitină și oxidate în mitocondrii.

a- și b-oxidarea acizilor grași

Oxidarea este calea principală pentru catabolismul acizilor grași. Cu toate acestea, s-a descoperit recent că α-oxidarea acizilor grași are loc în țesuturile creierului, adică scindarea secvenţială a fragmentelor cu un singur carbon de la capătul carboxil al moleculei. Intermediarii care îl conțin sunt implicați în acest proces și nu sunt însoțiți de formarea de legături fosfat bogate în energie.

Oxidarea acizilor grași este în mod normal foarte mică. Acest tip de oxidare catalizată de hidroxilaze cu participarea citocromului c. 123), se desfășoară în grupa endoplasmatică - se transformă într-o grupă -, care este apoi oxidată la -COOH; rezultatul este un acid dicarboxilic. Acesta din urmă este scindat prin P-oxidare, de obicei la acizi adipic și suberic, care sunt apoi excretați în urină.

Aspecte clinice

Cetoza se dezvoltă cu o rată ridicată de oxidare a acizilor grași în ficat, mai ales când apare pe fondul lipsei de carbohidrați (vezi p. 292). O afecțiune similară apare cu aportul de alimente bogate în grăsimi, înfometarea, diabetul zaharat, cetoza la vacile care alăptează și toxicoza gestației (cetoza) la oi. Următoarele sunt cauzele care provoacă o încălcare a procesului de oxidare a acizilor grași.

Lipsa carnitinei apare la nou-născuți, cel mai adesea la prematuri; este cauzată fie de o încălcare a biosintezei carnitinei; sau „scurgerea” acesteia în rinichi. Pierderile de carnitină pot apărea în timpul hemodializei; pacienții care suferă de acidurie organică pierd o cantitate mare de carnitină, care este excretată din organism sub formă de conjugați cu acizi organici. Pentru a compensa pierderea acestui compus, unii pacienți necesită o dietă specială care să includă alimente care conțin carnitină. Semnele și simptomele deficienței de carnitină sunt atacuri de hipoglicemie care apar din cauza scăderii gluconeogenezei ca urmare a unei încălcări a procesului - oxidarea acizilor grași, o scădere a formării corpilor cetonici, însoțită de o creștere a conținutului de FFA în plasma sanguină, slăbiciune musculară (miastenia gravis), precum și acumularea de lipide. În tratamentul din interior luați medicamentul carnitină. Simptomele deficitului de carnitină sunt foarte asemănătoare cu cele ale sindromului Reye, în care, totuși, conținutul de carnitină este normal. Cauza sindromului Reye nu este încă cunoscută.

O scădere a activității carnitine palmitoil transferazei hepatice duce la hipoglicemie și o scădere a conținutului de corpi cetonici din plasma sanguină, iar o scădere a activității carnitine palmitoil transferazei musculare duce la o întrerupere a procesului de oxidare a acizilor grași, rezultând periodic musculare. slăbiciune și mioglobinurie.

Boala de vărsături din Jamaica apare la oameni după consumul de fructe de Aca necoapte (Blighia sapida), care conține toxina hipoglicină, care inactivează acil-CoA dehidrogenaza, inhibând astfel procesul de β-oxidare.

În cazul aciduriei dicarboxilice, are loc excreția acidă și se dezvoltă hipoglicemia, care nu este asociată cu o creștere a conținutului de corpi cetonici. Cauza acestei boli este absența acil-CoA dehidrogenazei acizilor grași cu lanț mediu din mitocondrii. În același timp, β-oxidarea este perturbată și β-oxidarea acizilor grași cu lanț lung este îmbunătățită, care sunt scurtați la acizi dicarboxilici cu lanț mediu excretați din organism.

Boala lui Refsum este o boală neurologică rară care este cauzată de acumularea acidului fitanic în țesuturi, care se formează din fitol; acesta din urmă face parte din clorofila care intră în organism cu produse origine vegetală. Acidul fitanic conține o grupare metil la al treilea atom de carbon, care blochează oxidarea acestuia. În mod normal, această grupare metil

(vezi scanare)

Orez. 23.4. Secvența reacțiilor de oxidare a acizilor grași nesaturați pe exemplul acidului linoleic. -Acizii grași sau acizii grași care se formează intră pe această cale în stadiul indicat în diagramă.

este eliminat prin α-oxidare, dar la persoanele care suferă de boala Refsum, există o tulburare congenitală a sistemului de α-oxidare, care duce la acumularea acidului fitanic în țesuturi.

Sindromul Zellweger sau sindromul cerebrohepatorenal este o boală ereditară rară în care toate țesuturile sunt lipsite de peroxizomi. La pacienții cu sindrom Zellweger, acizii se acumulează în creier, deoarece, din cauza absenței peroxizomilor, aceștia nu au procesul de oxidare a acizilor grași cu lanț lung.

Oxidarea acizilor grași nesaturați

Peroxidarea acizilor grași polinesaturați în microzomi

Peroxidarea dependentă de NADPH a acizilor grași nesaturați este catalizată de enzime localizate în microzomi (vezi p. 124). Antioxidanții precum BHT (hidroxitoluen butilat) și α-tocoferol (vitamina E) inhibă peroxidarea lipidelor în microzomi.

Condiția principală pentru viața oricărui organism este furnizarea continuă de energie, care este cheltuită pe diferite procese celulare. În același timp, o anumită parte a compușilor nutritivi nu poate fi utilizată imediat, dar poate fi transformată în rezerve. Rolul unui astfel de rezervor este îndeplinit de grăsimi (lipide), constând din glicerol și acizi grași. Acestea din urmă sunt folosite de celulă drept combustibil. În acest caz, acizii grași sunt oxidați la CO2 și H2O.

Informații de bază despre acizii grași

Acizii grași sunt lanțuri de carbon de diferite lungimi (de la 4 la 36 de atomi), care natura chimica denumiți acizi carboxilici. Aceste lanțuri pot fi fie ramificate, fie neramificate și conțin un număr diferit de legături duble. Dacă aceștia din urmă sunt complet absenți, acizii grași sunt numiți saturați (caracteristic multor lipide de origine animală), iar în rest - nesaturați. Conform aranjamentului dublelor legături, acizii grași sunt împărțiți în mononesaturați și polinesaturați.

Majoritatea lanțurilor conțin un număr par de atomi de carbon, care este asociat cu particularitatea sintezei lor. Cu toate acestea, există conexiuni cu un număr impar de link-uri. Oxidarea acestor două tipuri de compuși este oarecum diferită.

caracteristici generale

Procesul de oxidare a acizilor grași este complex și în mai multe etape. Începe cu pătrunderea lor în celulă și se termină în În același timp, etapele finale repetă de fapt catabolismul carbohidraților (ciclul Krebs, conversia energiei gradientului transmembranar în produsele finale ale procesului sunt ATP, CO). 2 și apă.

Oxidarea acizilor grași într-o celulă eucariotă se realizează în mitocondrii (cel mai tipic loc de localizare), peroxizomi sau reticulul endoplasmatic.

Soiuri (tipuri) de oxidare

Există trei tipuri de oxidare a acizilor grași: α, β și ω. Cel mai adesea, acest proces are loc prin mecanismul β și este localizat în mitocondrii. Calea omega este o alternativă minoră la mecanismul β și este efectuată în reticulul endoplasmatic, în timp ce mecanismul alfa este caracteristic unui singur tip de acid gras (fitanic).

Biochimia oxidării acizilor grași în mitocondrii

Pentru comoditate, procesul de catabolism mitocondrial este împărțit condiționat în 3 etape:

• activare și transport la mitocondrii;
• oxidare;
• oxidarea acetil-coenzimei A formate prin ciclul Krebs și lanțul de electrotransport.

Activarea este un proces pregătitor care transformă acizii grași într-o formă disponibilă pentru transformări biochimice, deoarece aceste molecule în sine sunt inerte. În plus, fără activare, ele nu pot pătrunde în membranele mitocondriale. Această etapă are loc la nivelul membranei exterioare a mitocondriilor.

De fapt, oxidarea este un pas cheie în proces. Include patru etape, după care acidul gras este transformat în molecule de acetil-CoA. Același produs se formează în timpul utilizării carbohidraților, astfel încât etapele ulterioare sunt similare cu ultimele etape ale glicolizei aerobe. Formarea ATP are loc în lanțul de transport de electroni, unde energia potențialului electrochimic este folosită pentru a forma o legătură macroergică.

În procesul de oxidare a acizilor grași, pe lângă Acetil-CoA, se formează și molecule NADH și FADH 2, care intră și în lanțul respirator ca donatori de electroni. Ca rezultat, producția totală de energie a catabolismului lipidic este destul de mare. Deci, de exemplu, oxidarea acidului palmitic de către mecanismul β dă 106 molecule de ATP.

Activare și transfer în matricea mitocondrială

Acizii grași înșiși sunt inerți și nu pot fi oxidați. Activarea le aduce într-o formă disponibilă pentru transformări biochimice. În plus, aceste molecule nu pot intra neschimbate în mitocondrii.

Esența activării este conversia unui acid gras în tioesterul său Acyl-CoA, care ulterior este supus oxidării. Acest proces este realizat de enzime speciale - tiokinaze (Acyl-CoA sintetaze) atașate la membrana exterioară a mitocondriilor. Reacția se desfășoară în 2 etape, asociate cu consumul de energie a doi ATP.

Pentru activare sunt necesare trei componente:

• HS-CoA;
• Mg2+.

În primul rând, acidul gras reacționează cu ATP pentru a forma aciladenilat (un intermediar). Acesta, la rândul său, reacționează cu HS-CoA, a cărui grupare tiol înlocuiește AMP, formând o legătură tioeter cu gruparea carboxil. Ca rezultat, se formează substanța acil-CoA - un derivat de acid gras, care este transportat la mitocondrii.

Transport la mitocondrii

Acest pas se numește transesterificare cu carnitină. Transferul acil-CoA în matricea mitocondrială se realizează prin pori cu participarea carnitinei și a enzimelor speciale - carnitina aciltransferaze.

Pentru transportul prin membrane, CoA este înlocuit cu carnitină pentru a forma acil-carnitină. Această substanță este transportată în matrice prin difuzie facilitată de transportor acil-carnitină/carnitină.

În interiorul mitocondriilor are loc o reacție inversă, constând în desprinderea retinei, care intră din nou în membrane, și refacerea acil-CoA (în acest caz se folosește coenzima A „locală”, și nu cea cu care conexiunea s-a format în etapa de activare).

Principalele reacții de oxidare a acizilor grași prin mecanism β

Cel mai simplu tip de utilizare energetică a acizilor grași este β-oxidarea lanțurilor care nu au legături duble, în care numărul de unități de carbon este par. După cum sa menționat mai sus, acil coenzima A acționează ca un substrat pentru acest proces.

Procesul de β-oxidare a acizilor grași constă din 4 reacții:

1. Dehidrogenarea este eliminarea hidrogenului dintr-un atom de carbon β cu formarea unei duble legături între legăturile de lanț situate în pozițiile α și β (primul și al doilea atom). Ca rezultat, se formează enoil-CoA. Enzima de reacție este acil-CoA dehidrogenaza, care acționează în combinație cu coenzima FAD (cea din urmă este redusă la FADH2).
2. Hidratarea - adăugarea unei molecule de apă la enoil-CoA, având ca rezultat formarea L-β-hidroxiacil-CoA. Efectuat de enoil-CoA-hidratază.
3. Dehidrogenarea - oxidarea produsului reacției anterioare de către dehidrogenază dependentă de NAD cu formarea β-cetoacil-coenzimei A. În acest caz, NAD se reduce la NADH.
4. Scindarea β-cetoacil-CoA la acetil-CoA și un acil-CoA trunchiat cu 2 atomi de carbon. Reacția se realizează sub acțiunea tiolazei. O condiție prealabilă este prezența HS-CoA liber.

Apoi totul începe din nou cu prima reacție.

Repetarea ciclică a tuturor etapelor este efectuată până când întregul lanț de carbon al acidului gras este transformat în molecule de acetil coenzima A.

Formarea Acetil-CoA și ATP pe exemplul oxidării palmitoil-CoA

La sfârșitul fiecărui ciclu, moleculele acil-CoA, NADH și FADH2 se formează într-o singură cantitate, iar lanțul acil-CoA-tioeter devine mai scurt cu doi atomi. Prin transferul de electroni în lanțul de electrotransport, FADH2 dă o moleculă și jumătate de ATP, iar NADH două. Ca rezultat, se obțin 4 molecule de ATP dintr-un ciclu, fără a lua în calcul randamentul energetic al acetil-CoA.

Există 16 atomi de carbon în lanțul acidului palmitic. Aceasta înseamnă că ar trebui efectuate 7 cicluri în etapa de oxidare cu formarea a opt acetil-CoA, iar randamentul energetic din NADH și FADH 2 în acest caz va fi de 28 de molecule ATP (4 × 7). Oxidarea acetil-CoA duce, de asemenea, la formarea energiei, care este stocată ca urmare a intrării produselor ciclului Krebs în lanțul de transport electric.

Randamentul total al etapelor de oxidare și al ciclului Krebs

Ca urmare a oxidării acetil-CoA, se obțin 10 molecule de ATP. Deoarece catabolismul palmitoil-CoA produce 8 acetil-CoA, randamentul energetic va fi de 80 ATP (10×8). Dacă adăugați acest lucru la rezultatul oxidării NADH și FADH 2, obțineți 108 molecule (80 + 28). Din această cantitate ar trebui să se scadă 2 ATP, care au dus la activarea acidului gras.

Ecuația finală pentru oxidarea acidului palmitic va arăta astfel: palmitoil-CoA + 16 O 2 + 108 Pi + 80 ADP \u003d CoA + 108 ATP + 16 CO 2 + 16 H 2 O.

Calculul eliberării de energie

Producția de energie din catabolismul unui anumit acid gras depinde de numărul de unități de carbon din lanțul său. Numărul de molecule de ATP se calculează prin formula:

unde 4 este cantitatea de ATP formată în fiecare ciclu datorită NADH și FADH2, (n/2 - 1) este numărul de cicluri, n/2×10 este randamentul energetic din oxidarea acetil-CoA și 2 este costul de activare.

Caracteristici de reacție

Oxidarea are unele caracteristici. Astfel, dificultatea de oxidare a lanțurilor cu duble legături constă în faptul că acestea din urmă nu pot fi expuse la enoil-CoA-hidratază datorită faptului că se află în poziție cis. Această problemă este eliminată de izomeraza enoil-CoA, datorită căreia legătura capătă o configurație trans. Ca urmare, molecula devine complet identică cu produsul primei etape de beta-oxidare și poate suferi hidratare. Locurile care conțin doar legături simple sunt oxidate în același mod ca acizii saturați.

Uneori, enoil-CoA izomeraza nu este suficientă pentru a continua procesul. Acest lucru se aplică lanțurilor în care este prezentă configurația cis9-cis12 (legături duble la al 9-lea și al 12-lea atom de carbon). Aici, nu doar configurația este o piedică, ci și poziția dublelor legături în lanț. Acesta din urmă este corectat de enzima 2,4-dienoil-CoA reductază.

Catabolismul acizilor grași cu un număr impar de atomi

Acest tip de acizi este caracteristic majorității lipidelor de origine naturală (naturală). Acest lucru creează o anumită complexitate, deoarece fiecare ciclu implică scurtarea cu un număr par de legături. Din acest motiv, oxidarea ciclică a acizilor grași superiori ai acestui grup continuă până la apariția unui compus cu 5 atomi de carbon ca produs, care este scindat în acetil-CoA și propionil-coenzima A. Ambii compuși intră într-un alt ciclu de trei reacții. , în urma căruia se formează succinil-CoA . El este cel care intră în ciclul Krebs.

Caracteristicile oxidării în peroxizomi

În peroxizomi, oxidarea acizilor grași are loc printr-un mecanism beta care este similar, dar nu identic, cu cel mitocondrial. De asemenea, constă din 4 etape, culminând cu formarea produsului sub formă de acetil-CoA, dar are câteva diferențe cheie. Astfel, hidrogenul desprins în etapa de dehidrogenare nu restabilește FAD, ci trece la oxigen cu formarea de peroxid de hidrogen. Acesta din urmă suferă imediat clivaj sub acțiunea catalazei. Ca rezultat, energia care ar fi putut fi folosită pentru a sintetiza ATP în lanțul respirator este disipată sub formă de căldură.

A doua diferență importantă este că unele enzime peroxizomale sunt specifice anumitor acizi grași mai puțin abundenți și sunt absente din matricea mitocondrială.

Particularitatea peroxizomilor celulelor hepatice este că nu există un aparat enzimatic al ciclului Krebs. Prin urmare, ca urmare a beta-oxidării, se formează produse cu lanț scurt, care sunt transportate în mitocondrii pentru oxidare.

Pentru a converti energia conținută în acizii grași în energia legăturilor ATP, există o cale metabolică pentru oxidarea acizilor grași în CO 2 și apă, care este strâns legată de ciclul acidului tricarboxilic și de lanțul respirator. Această cale se numește β-oxidare, deoarece al 3-lea atom de carbon al acidului gras (poziția β) este oxidat la o grupare carboxil, în timp ce gruparea acetil, care include C1 și C2 din acidul gras original, este scindată din acid.

Schema elementară a β-oxidării

Reacțiile de β-oxidare apar în mitocondriile majoritatea celulelor corpului (cu excepția celulelor nervoase). Pentru oxidare se folosesc acizi grași care intră în citosol din sânge sau apar în timpul lipolizei propriilor TAG-uri intracelulare. Ecuație rezumată oxidarea acidului palmitic este după cum urmează:

Palmitoil-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Acetil-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH

Etapele oxidării acizilor grași

1. Înainte de a pătrunde în matricea mitocondrială și de a fi oxidat, acidul gras trebuie Activatiîn citosol. Acest lucru se face prin atașarea coenzimei A la aceasta pentru a forma acil-SCoA. Acyl-SCoA este un compus cu energie ridicată. Ireversibilitatea reacției se realizează prin hidroliza difosfatului în două molecule de acid fosforic.

Acil-SCoA sintetazele sunt localizate în reticulul endoplasmatic, pe membrana exterioară a mitocondriilor și în interiorul acestora. Există o gamă largă de sintetaze specifice diferiților acizi grași.

reacție de activare a acizilor grași

2. Acyl-SCoA nu este capabil să treacă prin membrana mitocondrială, așa că există o modalitate de a-l transfera în combinație cu o substanță asemănătoare vitaminei carnitina. Membrana exterioară a mitocondriilor conține o enzimă carnitina aciltransferaza I.

Transportul dependent de carnitină al acizilor grași în mitocondrii

Carnitina este sintetizată în ficat și rinichi și apoi transportată în alte organe. În intrauterin perioada si in primii ani Valoarea de viață a carnitinei pentru organism este extrem de mare. Alimentarea cu energie a sistemului nervos pentru copii organismul și, în special, creierul se desfășoară datorită a două procese paralele: oxidarea acizilor grași dependentă de carnitină și oxidarea aerobă a glucozei. Carnitina este necesară pentru creșterea creierului și a măduvei spinării, pentru interacțiunea tuturor părților sistemului nervos responsabile de mișcarea și interacțiunea mușchilor. Există studii care leagă lipsa de carnitină paralizie cerebrală si fenomenul moartea în leagăn".

Copiii mici, bebelușii prematuri și copiii cu greutate mică la naștere sunt deosebit de sensibili la deficitul de carnitină. Rezervele lor endogene se epuizează rapid în diverse situații stresante ( boli infecțioase, tulburări gastrointestinale, tulburări de hrănire). Biosinteza carnitinei este puternic limitată din cauza micului masa musculara iar aportul alimentar este incapabil să mențină niveluri adecvate de sânge și țesut.

3. După legarea de carnitină, acidul gras este transportat prin membrană printr-o translocază. Aici, pe partea interioară a membranei, enzima carnitin aciltransferaza II formează din nou acil-SCoA, care intră pe calea de β-oxidare.

4. Procesul în sine β-oxidare constă din 4 reacții, care se repetă ciclic. Ei succesiv oxidare(acil-SCoA dehidrogenază), hidratare(enoil-SCoA-hidratază) și din nou oxidare Al 3-lea atom de carbon (hidroxiacil-SCoA dehidrogenază). În ultima reacție, transferază, acetil-SCoA este scindat din acidul gras. HS-CoA este atașat de acidul gras rămas (scurtat cu doi atomi de carbon) și revine la prima reacție. Totul se repetă până când în ultimul ciclu se formează două acetil-SCoA.

Secvența reacțiilor de β-oxidare a acizilor grași

Calculul bilanţului energetic al β-oxidării

Anterior, la calcularea eficienței oxidării, coeficientul P/O pentru NADH a fost luat egal cu 3,0, pentru FADH 2 - 2,0.

Conform datelor moderne, valoarea coeficientului P/O pentru NADH corespunde cu 2,5, pentru FADH 2 - 1,5.

Când se calculează cantitatea de ATP formată în timpul β-oxidării acizilor grași, este necesar să se țină seama de:

• cantitatea de acetil-SCoA formată este determinată de împărțirea obișnuită a numărului de atomi de carbon din acidul gras cu 2.
• număr cicluri de β-oxidare. Numărul de cicluri de β-oxidare este ușor de determinat pe baza ideii unui acid gras ca un lanț de unități cu două atomi de carbon. Numărul de pauze dintre unități corespunde numărului de cicluri de β-oxidare. Aceeași valoare poate fi calculată folosind formula (n / 2 -1), unde n este numărul de atomi de carbon din acid.
• numărul de legături duble dintr-un acid gras. În prima reacție de β-oxidare, are loc formarea unei duble legături cu participarea FAD. Dacă există deja o legătură dublă în acidul gras, atunci necesitatea acestei reacții dispare și nu se formează FADH 2. Suma de FADH 2 neprimită corespunde numărului de duble obligațiuni. Reacțiile rămase ale ciclului merg fără modificări.
• cantitatea de energie ATP cheltuită pentru activare (corespunde întotdeauna la două legături macroergice).

Exemplu. Oxidarea acidului palmitic

• deoarece există 16 atomi de carbon, atunci în timpul β-oxidării, 8 molecule de acetil-SCoA. Acesta din urmă intră în TCA, în timpul oxidării sale într-o tură a ciclului, se formează 3 molecule NADH (7,5 ATP), 1 moleculă FADH 2 (1,5 ATP) și 1 moleculă GTP, ceea ce este echivalent cu 10 molecule ATP. Deci, 8 molecule de acetil-SCoA vor asigura formarea de 8 × 10 = 80 molecule de ATP.
• pentru acidul palmitic numărul de cicluri de β-oxidare este 7. În fiecare ciclu, se formează 1 moleculă FADH 2 (1,5 ATP) și 1 moleculă NADH (2,5 ATP). Intrând în lanțul respirator, în total vor „da” 4 molecule de ATP. Astfel, în 7 cicluri, se formează 7 × 4 = 28 de molecule de ATP.
• legături duble în acidul palmitic Nu.
• 1 moleculă de ATP activează un acid gras, care, totuși, este hidrolizat la AMP, adică este cheltuit 2 legături macroergice sau două ATP.

Astfel, în rezumat, obținem 80+28-2 =106 Moleculele de ATP se formează în timpul oxidării acidului palmitic.

Oxidarea biologică a acizilor grași poate fi comparată cu arderea hidrocarburilor: în ambele cazuri se observă cel mai mare randament de energie liberă. β-oxidarea biologică a părții de hidrocarbură a acizilor grași produce componente activate cu două atomi de carbon, care sunt oxidate în continuare în ciclul TCA și un număr mare de echivalenți reducători, care duc la sinteza ATP în lanțul respirator. Majoritatea celulelor aerobe sunt capabile de oxidarea completă a acizilor grași în dioxid de carbon și apă.

Sursa de acizi grași sunt lipidele exogene sau endogene. Acestea din urmă sunt reprezentate cel mai adesea de triacilgliceride, care se depun în celule ca sursă de rezervă de energie și carbon. În plus, celulele folosesc și lipide membranare polare, a căror reînnoire metabolică are loc constant. Lipidele sunt descompuse de enzime specifice (lipază) în glicerol și acizi grași liberi.

b-oxidarea acizilor grași. Acest proces principal de oxidare a acizilor grași este efectuat la eucariote din mitocondrii. Transportul acizilor grași prin membranele mitocondriale este facilitat de carnitina(g-trimetilamino-b-hidroxibutirat), care leagă într-un mod special molecula de acid gras, în urma căruia sarcinile pozitive (pe atomul de azot) și negative (pe atomul de oxigen al grupului carboxil) sunt reunite. și să se neutralizeze reciproc.

După ce au fost transportați în matricea mitocondrială, acizii grași sunt activați de CoA într-o reacție dependentă de ATP catalizată de acetat tiokinaza (Fig. 9.1). Apoi derivatul acil-CoA este oxidat cu participarea acil dehidrogenazei. Există mai multe acil dehidrogenaze diferite în celulă care sunt specifice pentru derivații de CoA ai acizilor grași cu lungimi diferite de lanț de hidrocarburi. Toate aceste enzime folosesc FAD ca grup protetic. FADH 2 format în reacție ca parte a acil dehidrogenazei este oxidat de o altă flavoproteină care transferă electroni în lanțul respirator ca parte a membranei mitocondriale.

Produsul de oxidare - enoil-CoA este hidratat sub acțiunea enoil-hidratazei cu formarea b-hidroxiacil-CoA (Fig. 9.1). Există enoil-CoA hidrazaze specifice formelor cis și trans ale derivaților enoil-CoA ai acizilor grași. În același timp, trans-enoil-CoA este hidratat stereospecific în L-b-hidroxiacil-CoA, iar izomerii cis în D-stereoizomeri ai -b-hidroxiacil-CoA-esteri.

Ultimul pas în reacțiile de b-oxidare a acizilor grași este dehidrogenarea L-b-hidroxiacil-CoA (Fig. 9.1). Atomul de carbon b al moleculei suferă oxidare, prin urmare întregul proces se numește b-oxidare. Reacția este catalizată de b-hidroxiacil-CoA dehidrogenază, care este specifică numai formelor L ale b-hidroxiacil-CoA. Această enzimă folosește NAD ca coenzimă. Dehidrogenarea izomerilor D ai b-hidroxiacilCoA se efectuează după o etapă suplimentară de izomerizare a acestora în L-b-hidroxiacil-CoA (enzima b-hidroxiacil-CoA epimeraza). Produsul acestei etape a reacțiilor este b-cetoacil-CoA, care este ușor scindat de tiolază în 2 derivați: acil-CoA, care este cu 2 atomi de carbon mai scurt decât substratul activat inițial și un acetil-CoA-două atomi de carbon componentă scindată din lanțul de acizi grași (Fig. 9.1) . Derivatul acil-CoA suferă următorul ciclu de reacții de b-oxidare, iar acetil-CoA poate intra în ciclul acidului tricarboxilic pentru oxidare ulterioară.

Astfel, fiecare ciclu de b-oxidare a acizilor grași este însoțit de scindarea unui fragment cu două atomi de carbon (acetil-CoA) și a două perechi de atomi de hidrogen din substrat, reducând 1 moleculă NAD + și o moleculă FAD. Procesul continuă până la clivajul complet al lanțului de acizi grași. Dacă acidul gras a constat dintr-un număr impar de atomi de carbon, atunci b-oxidarea se termină cu formarea propionil-CoA, care, în cursul mai multor reacții, se transformă în succinil-CoA și, în această formă, poate intra în TCA ciclu.

Majoritatea acizilor grași care alcătuiesc celulele animalelor, plantelor și microorganismelor conțin lanțuri de hidrocarburi neramificate. În același timp, lipidele unor microorganisme și ceara vegetală conțin acizi grași ai căror radicali hidrocarburi au puncte de ramificare (de obicei sub formă de grupări metil). Dacă există puține ramuri și toate se încadrează pe poziții egale (la atomii de carbon 2, 4 etc.), atunci procesul de b-oxidare are loc conform schemei obișnuite cu formarea de acetil- și propionil-CoA. Dacă grupările metil sunt situate la atomi de carbon impari, procesul de b-oxidare este blocat în etapa de hidratare. Acest lucru ar trebui să fie luat în considerare la producerea detergenților sintetici: pentru a asigura biodegradarea rapidă și completă a acestora în mediu inconjurator, este necesar să se permită consumul în masă doar opțiunile cu lanțuri de hidrocarburi neramificate.

Oxidarea acizilor grași nesaturați. Acest proces se desfășoară în conformitate cu toate legile b-oxidării. Cu toate acestea, majoritatea acizilor grași nesaturați naturali au duble legături la astfel de locuri din lanțul de hidrocarburi, în care îndepărtarea succesivă a fragmentelor cu două atomi de carbon de la capătul carboxil are ca rezultat un derivat acil-CoA a cărui legătură dublă este în poziția 3-4. În plus, legăturile duble ale acizilor grași naturali au o configurație cis. Pentru a putea efectua etapa de dehidrogenare cu participarea b-hidroxiacil-CoA dehidrogenazei, care este specifică pentru formele L ale b-hidroxiacil-CoA, este necesară o etapă suplimentară de izomerizare enzimatică, în timpul căreia dubla legătură în derivatul CoA al moleculei de acid gras se deplasează din poziţia 3-4 în poziţia 2-3 şi configuraţia dublei legături se schimbă de la cis la trans. Acest metabolit servește ca substrat pentru enoil-hidratază, care transformă trans-enoil-CoA în L-b-hidroxiacil-CoA.

În acele cazuri în care transferul și izomerizarea dublei legături este imposibil, o astfel de legătură este restabilită cu participarea NADPH. Degradarea ulterioară a acidului gras are loc prin mecanismul obișnuit de b-oxidare.

Căi minore de oxidare a acizilor grași. b-Oxidarea este calea principală, dar nu singura, pentru catabolismul acizilor grași. Deci, în celulele vegetale, a fost găsit procesul de a-oxidare a acizilor grași care conțin 15-18 atomi de carbon. Această cale implică atacul primar al acidului gras de către peroxidază în prezența peroxidului de hidrogen, prin care carbonul carboxilic este scindat ca CO2 și atomul de carbon a este oxidat la gruparea aldehidă. Apoi aldehida este oxidată cu participarea dehidrogenazei într-un acid gras mai mare și procesul se repetă din nou (Fig. 9.2). Cu toate acestea, această cale nu poate asigura oxidarea completă. Este folosit doar pentru a scurta lanțurile de acizi grași și, de asemenea, ca o soluție atunci când b-oxidarea este blocată din cauza prezenței grupărilor metil pendante. Procesul nu necesită participarea CoA și nu este însoțit de formarea de ATP.

Unii acizi grași pot suferi, de asemenea, oxidare la atomul de carbon w (oxidare w). În acest caz, gruparea CH3 - suferă hidroxilare sub acțiunea monooxigenazei, în timpul căreia se formează un w-hidroxi acid, care este apoi oxidat la un acid dicarboxilic. Acidul dicarboxilic poate fi scurtat la fiecare capăt prin reacții de b-oxidare.

În mod similar, în celulele microorganismelor și în unele țesuturi animale, are loc descompunerea hidrocarburilor saturate. În prima etapă, cu participarea oxigenului molecular, molecula este hidroxilată pentru a forma un alcool, care este oxidat secvențial la o aldehidă și un acid carboxilic, activat prin adăugarea de CoA și intră pe calea b-oxidării.

Franz Knoop a sugerat că oxidarea unei molecule de acid gras în țesuturile corpului are loc în poziția β. Ca rezultat, fragmentele cu două atomi de carbon sunt separate secvenţial din molecula de acid gras din partea grupării carboxil.

Teoria β-oxidării acizilor grași, propusă de F. Knoop, a servit în mare măsură drept bază pentru ideile moderne despre mecanismul oxidării acizilor grași.

procesele metabolice

β-oxidarea este o secvență de procese:

• Activarea acizilor grași care apar în citoplasma celulei cu formarea acil-CoA
• Transportul acil-CoA prin membrana dublă mitocondrială prin carnitină (transport transmembranar)
• β-oxidarea intramitocondrială (apare în matrice).

Activarea acizilor grași

Acizii grași care s-au format în celulă prin hidroliza triacilgliceridelor sau care au pătruns în ea din sânge trebuie activați, deoarece ei înșiși sunt substanțe inerte metabolice și, prin urmare, nu pot fi supuși reacțiilor biochimice, inclusiv oxidare. Procesul de activare a acestora are loc în citoplasmă cu participarea ionilor ATP, coenzimei A (HS-CoA) și Mg 2+. Reacția este catalizată de enzima acil-CoA sintetaza acizilor grași cu lanț lung ( CoA ligază de acizi grași cu lanț lung, KF ), procesul este endergonic , i.e. se realizează datorită utilizării energiei de hidroliză a moleculei de ATP:

Acil-CoA sintetazele se găsesc atât în ​​citoplasmă, cât și în matricea mitocondrială. Aceste enzime diferă prin specificitatea lor pentru acizii grași cu lungimi diferite de lanț de hidrocarburi. Acizii grași cu lanț scurt și mediu (de la 4 la 12 atomi de carbon) pot pătrunde în matricea mitocondrială prin difuzie. Activarea acestor acizi grași are loc în matricea mitocondrială.

Acizii grași cu lanț lung, care predomină în corpul uman (de la 12 la 20 de atomi de carbon), sunt activați de sintetazele acil-CoA situate în exteriorul membranei mitocondriale exterioare.

Pirofosfatul eliberat în timpul reacției este hidrolizat de enzima pirofosfatază (CP):

În acest caz, echilibrul reacției se deplasează spre formarea acil-CoA.

Deoarece procesul de activare a acizilor grași are loc în citoplasmă, este necesar un transport suplimentar de acil-CoA prin membrană în mitocondrii.

Transportul acizilor grași prin membrana mitocondrială

Transportul acizilor grași cu lanț lung prin membrana mitocondrială densă este mediat de carnitină. Membrana exterioară a mitocondriilor conține enzima carnitin aciltransferaza I (carnitin palmitoiltransferaza I, CPT1, CF), care catalizează reacția cu formarea acilcarnitinei (gruparea acil este transferată de la atomul de sulf CoA la gruparea hidroxil a carnitinei pentru a forma acilcarnitina). (carnitina-COR)), care difuzează prin membrana mitocondrială internă:

R-CO~SCoA + carnitină ↔ carnitină-COR + CoA-SH

Acilcarnitina rezultată trece prin spațiul intermembranar către partea exterioară a membranei interioare și este transportată de enzima carnitin acilcarnitin transloază (CACT).

După trecerea acilcarnitinei (carnitina-COR) prin membrana mitocondrială, are loc reacția inversă - descompunerea acilcarnitinei cu participarea CoA-SH și a enzimei mitocondriale carnitin acil-CoA transferaza sau carnitin aciltransferaza II (carnitin palmitoiltransferaza II, CPT2). , CF):

CoA-SH + carnitină-COR ↔ R-CO~SCoA + carnitină

Astfel, acil-CoA devine disponibil pentru enzimele de β-oxidare. Carnitina liberă este returnată în partea citoplasmatică a membranei interne mitocondriale prin aceeași translocază.

După aceea, acil-CoA este inclus în reacțiile de β-oxidare.

Procesul de transport transmembranar al acizilor grași poate fi inhibat de malonil-CoA.

Oxidarea acizilor grași intramitocondriali

În matricea mitocondrială, acizii grași sunt oxidați în ciclul Knoopp-Linen. Implica patru enzime care actioneaza secvential asupra acil-CoA. Metabolitul final al acestui ciclu este acetil-CoA. Procesul în sine constă din patru reacții.

Acetil-CoA rezultat suferă oxidare în ciclul Krebs, iar acil-CoA, scurtat cu doi atomi de carbon, parcurge din nou în mod repetat întreaga cale de β-oxidare până la formarea butiril-CoA (compus cu 4 atomi de carbon), care la rândul său este oxidat la 2 molecule de acetil-CoA. FADH 2 și NADH·H intră direct în lanțul respirator.

Pentru degradarea completă a unui acid gras cu lanț lung, ciclul trebuie repetat de mai multe ori, de exemplu, pentru stearil-CoA (C 17 H 35 CO ~ SCoA) sunt necesare opt cicluri.

Caracteristici ale oxidării acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon

Ca urmare a oxidării acizilor grași cu un număr impar de atomi de carbon, se formează nu numai acetil-CoA, FAD H 2 și NADH, ci și o moleculă de propionil-CoA (C 2 H 5 -CO~SCoA).

Oxidarea acizilor grași nesaturați

Când acizii grași cu două (-C=C-C-C=C-) sau mai multe legături nesaturate sunt oxidați, este necesară încă o enzimă suplimentară β-hidroxiacil-CoA-epimeraza (HF).

Viteza de oxidare a acizilor grași nesaturați este mult mai mare decât cea a celor saturați, datorită prezenței dublelor legături. De exemplu, dacă luăm rata de oxidare a acidului stearic saturat ca standard, atunci viteza de oxidare a acidului oleic este 11, linoleic este 114, linolenic este 170 și arahidonic este de aproape 200 de ori mai mare decât stearic.

Beta oxidarea la plante

Bilanțul energetic al procesului

Ca rezultat al transferului de electroni de-a lungul CPE din FAD H 2 și NADH, sunt sintetizate 5 molecule de ATP (2 din FADH 2 și 3 din NADH). În cazul oxidării acidului palmitic au loc 7 cicluri de β-oxidare (16/2-1=7), ceea ce duce la formarea a 5 7=35 molecule de ATP. În procesul de β-oxidare a acidului palmitic, n molecule de acetil-CoA, fiecare dintre acestea, atunci când este complet arse în ciclul acidului tricarboxilic, dă 12 molecule de ATP, iar 8 molecule vor da 12 8 = 96 molecule de ATP.

Astfel, în total, odată cu oxidarea completă a acidului palmitic, se formează 35 + 96 = 131 molecule de ATP. Totuși, ținând cont de o moleculă de ATP, care este hidrolizată la AMP, adică 2 legături macroergice sau două ATP sunt cheltuite, la început, randamentul total de energie pentru oxidarea completă a unei molecule de acid palmitic în condițiile a unui organism animal va fi 131 -2=129 molecule.

Ecuația generală pentru oxidarea acidului palmitic este următoarea:

Formula pentru calcularea cantității totale de ATP care este generată ca urmare a procesului de β-oxidare:

Unde n este numărul de atomi de carbon dintr-o moleculă de acid gras.

Calculul energetic al β-oxidării pentru unii acizi grași este prezentat sub forma unui tabel.

Oxidarea acizilor grași extramitocondriali

Pe lângă β-oxidarea acizilor grași, care are loc în mitocondrii, există și oxidarea extra-mitocondrială. Acizii grași cu o lungime a lanțului mai mare (de la C 20) nu pot fi oxidați în mitocondrii datorită prezenței unei membrane duble dense, care împiedică transferul lor prin spațiul intermembranar. Prin urmare, oxidarea acizilor grași cu lanț lung (C 20 -C 22 sau mai mult) are loc în peroxizomi. În peroxizomi, procesul de β-oxidare a acizilor grași se desfășoară într-o formă modificată. Produșii de oxidare în acest caz sunt acetil-CoA, octanoil-CoA și peroxid de hidrogen H 2 O 2 . Acetil-CoA se formează într-o etapă catalizată de dehidrogenază dependentă de FAD. Enzimele peroxizomale nu atacă acizii grași cu lanț scurt, iar procesul de β-oxidare este oprit prin formarea octanoil-CoA.

Acest proces nu este asociat cu fosforilarea oxidativă și generarea de ATP și, prin urmare, octanoil-CoA și acetil-CoA sunt transferate din CoA în carnitină și trimise la mitocondrii, unde sunt oxidate pentru a forma ATP.

Activarea β-oxidării peroxizomale are loc cu un conținut în exces de acizi grași începând de la C 20 în alimentele consumate, precum și la administrarea medicamentelor hipolipemiante.

Regulament

Rata de reglare a procesului de β-oxidare include mai mulți factori:

Viteza de β-oxidare depinde, de asemenea, de activitatea enzimei carnitin palmitoiltransferaza I (CPTI). În ficat, această enzimă este inhibată de malonil-CoA, o substanță produsă în timpul biosintezei acizilor grași.

În mușchi, carnitina palmitoiltransferaza I (CPTI) este de asemenea inhibată de malonil-CoA. Deși țesutul muscular nu sintetizează acizi grași, are o izoenzimă acetil-CoA carboxilază care sintetizează malonil-CoA pentru a regla β-oxidarea. Această izoenzimă este fosforilată de protein kinaza A, care este activată în celule sub acţiunea adrenalinei, şi de protein kinaza dependentă de AMP, şi astfel are loc inhibarea acesteia; concentrația de malonil-CoA scade. Ca rezultat, în timpul muncii fizice, când AMP apare în celulă, β-oxidarea este activată sub acțiunea adrenalinei, cu toate acestea, rata acesteia depinde și de disponibilitatea oxigenului. Prin urmare, β-oxidarea devine o sursă de energie pentru mușchi la numai 10-20 de minute de la începerea activității fizice (așa-numitul exercițiu aerobic), când aportul de oxigen către țesuturi crește.

Încălcări ale procesului

Defecte ale sistemului de transport al carnitinei

Defectele sistemului de transport al carnitinei se manifestă prin fermentopatii și stări deficitare ale carnitinei în organismul uman.

Stări de deficit de carnitină

Cele mai frecvente afecțiuni deficitare asociate cu pierderea carnitinei în anumite condiții ale corpului:

Semnele și simptomele deficienței de carnitină sunt atacuri de hipoglicemie care apar din cauza scăderii gluconeogenezei ca urmare a încălcării procesului de β-oxidare a acizilor grași, o scădere a formării corpilor cetonici, însoțită de o creștere a conținutul de acizi grași liberi (FFA) în plasma sanguină, slăbiciune musculară (miastenia gravis) și, de asemenea, acumularea de lipide.

Fermentopatii

Tulburări genetice ale dehidrogenazelor acil-CoA cu lanț mediu

În mitocondrii, există 3 tipuri de acil-CoA dehidrogenaze care oxidează acizii grași cu un radical cu lanț lung, mediu sau scurt. Acizii grași, deoarece radicalul este scurtat în timpul β-oxidării, pot fi oxidați secvenţial de către aceste enzime. Defect genetic al dehidrogenazei acizilor grași cu lungimea medie a radicalilor (CF) - MCADD(scurt pentru M edium- c hain A cil-CoA d hidrogenaza d eficiență) este cea mai frecventă în comparație cu alte boli ereditare - 1:15 000. Frecvența unei gene defecte ACADM, care codifică acil-CoA-dehidrogenaza acizilor grași cu lungime medie a lanțului, în rândul populației europene - 1:40. Aceasta este o boală autosomal recesivă rezultată din înlocuirea nucleotidului T (timină) cu A (adenină) în poziția 985 a genei. Se manifestă prin acumularea în sânge a acizilor grași cu lanț mediu (în special caprilici) și a derivaților acestora și o deficiență secundară de carnitină. simptome caracteristice sunt accese de vărsături, letargie, hipoglicemie severă non-cetotică cauzată de utilizarea abundentă a glucozei (mai ales periculoasă pentru nou-născuți), se poate dezvolta comă și este posibilă moartea. Boala prezintă un mare pericol la copii, deoarece printre aceștia se observă cea mai mare mortalitate (până la 60%).

Tulburări genetice ale dehidrogenazelor acil-CoA cu lanț foarte lung

Acidurie dicarboxilica

Aciduria dicarboxilică este o boală asociată cu excreția crescută a acizilor dicarboxilici C 6 -C 10 și hipoglicemie care apare pe acest fond, dar nu este asociată cu o creștere a conținutului de corpi cetonici. Cauza acestei boli este MCADD. În același timp, β-oxidarea este perturbată și ω-oxidarea acizilor grași cu lanț lung este îmbunătățită, care sunt scurtați la acizi dicarboxilici cu lanț mediu excretați din organism.

sindromul Zellweger

Sindromul Zellweger sau sindromul cerebrohepatorenal, o boală ereditară rară descrisă de medicul pediatru american Hans Zellweger ( H.U. Zellweger), care se manifestă prin absența peroxizomilor în toate țesuturile corpului. Ca urmare, acizii polienoici (C 26 -C 38), care sunt acizi grași cu lanț lung, se acumulează în organism, în special în creier. Incidența aproximativă a tulburărilor de biogeneză a peroxizomilor în spectrul sindromului Zellweger este de 1:50.000 de nou-născuți în Statele Unite și 1:500.000 de nou-născuți în Japonia. Sindromul se caracterizează prin: retard de creștere prenatală; hipotensiune musculară; dificultate la supt; areflexie; dolicocefalie; frunte inalta; fata rotunda plata; pleoape umflate; hipertelorism; incizia mongoloidă a ochilor; cataractă; retinopatie pigmentară sau displazie a nervului optic; colobom de iris; auriculare joase; micrognatie; despicătură de palat; curbura laterală sau medială a degetelor; leziuni hepatice (hepatomegalie (creșterea volumului hepatic), disgeneza ductului intrahepatic, ciroză hepatică); boala de rinichi cu chisturi multiple; adesea - severe, incompatibile cu anomalii de viață ale plămânilor și defecte cardiace; dezvoltarea psihomotorie întârziată; convulsii; icter persistent. Examenul patologic relevă mielinizarea întârziată a neuronilor; acumularea de lipide în astrocite; în ficat, rinichi și creier, conținutul de plasmogeni este redus; în celulele hepatice și în alte țesuturi ale corpului, numărul de peroxizomi este redus, majoritatea enzimelor peroxizomale sunt inactive. Activitatea transaminazelor este crescută în sânge și se observă hiperbilirubinemie persistentă. Tulburările de biogeneză a peroxizomilor sunt cauzate de mutații la una dintre cele 12 gene PEX care codifică peroxinele. Mutațiile acestor gene duc la anomalii în biogeneza peroxizomului. Toate variantele sindromului Zellweger sunt moștenite în mod autosomal recesiv.

Boala de vărsături din Jamaica

Se poate produce o boală specifică, caracterizată prin intoxicație severă, însoțită de vărsături, șoc hipovolemic, convulsii, hipoglicemie, în formă severă, comă și deces. Denumit atunci când mănânci fructe Aki necoapte sau crude sau blighia delicioasă ( Blighia sapida), care includ un derivat al acidului α-aminopropanoic, o toxină - hipoglicină. Ca urmare a metabolismului, hipoglicina inactivează acil-CoA dehidrogenaza, inhibând ulterior procesul de β-oxidare. În prezența hipoglicinei, se acumulează în principal butiril-CoA, care este hidrolizat în acid butiric liber (butirat). Acidul butiric în exces intră în sânge, provocând indirect hipoglicemie.

Scrieți o recenzie la articolul „Beta-oxidare”

Note

1. Stroev E. A. Chimie biologică: un manual pentru farmacie. in-tov și pharmac. fals. Miere. în-tovarăș. - M .: Şcoala superioară, 1986. - 479 p.
2. E.S. Severin. Biochimie. - M: GEOTAR-MED, 2004. - 779 p. - ISBN 5-9231-0254-4.
3. Berezov T.T., Korovkin B.F. Chimie biologică. - M .: Medicină, 1998. - 704 p. - ISBN 5-225-02709-1.
4. , p. 943.
5. Knoop, Franz (1904). „Der Abbau aromatischer Fettsäuren im Tierkörper”. Beitr Chem Physiol Pathol 6 : 150–162. Preluat la 2 martie 2015.
6. Houten S. M., Wanders R. J.(engleză) // Jurnalul bolilor metabolice moștenite. - 2010. - Vol. 33, nr. cinci . - P. 469-477. -DOI:. - PMID 20195903.
7. R. Murray, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell. Biochimia umană. - M .: Mir, 1993. - T. I. - 384 p. - ISBN 5-03-001774-7.
8. Nelson D., Cox M. Fundamentele biochimiei lui Lehninger. - M .: BIOM, 2011. - T. II.
9. Kolman. Da, Rem K. G. Biochimia vizuală. - M .: Mir, 2011. - 469 p. - ISBN 5-03-003304-1.
10. Singh I (februarie 1997). „Biochimia peroxizomilor în sănătate și boală”. Mol. celulă. Biochim. 167 (1-2): 1–29. DOI:. PMID 9059978.
11. Chimie biologică cu exerciții și sarcini / Ed. S.E. Severin. - M .: GEOTAR-Media, 2011. - 624 p. - ISBN 9785970417553.
12. Handig I și colab.: Moștenirea mutației S113L în cadrul unei familii consangvinizate cu deficit de enzimă carnitină palmitoiltransferază. Zumzet. Genet. 97: 291-293, 1996. PMID 8786066.
13. . - Moscova: SOCIETATEA RUSĂ DE GENETICĂ MEDICALĂ, 2013. - 18 p.
14. P. Bowen, C. S. N. Lee, H. U. Zellweger, R. Lindenburg. Un sindrom familial de defecte congenitale multiple. Buletinul Spitalului Johns Hopkins, 1964; 114:402.
15. OMIM

Literatură

• D. Metzler. Biochimie. - M .: Mir, 1980. - T. 2. - 609 p.

• Nelson D., Cox M. Fundamentele biochimiei lui Lehninger. - M .: Binom, 2014. - T. II. - 636 USD - 1700 de exemplare. - ISBN 978-5-94774-366-1.

Vezi si

Un fragment care caracterizează beta-oxidarea