2.1. ออกซิเดชัน กรดไขมันในเซลล์

กรดไขมันที่สูงขึ้นสามารถออกซิไดซ์ในเซลล์ได้สามวิธี:

ก) โดยเอ-ออกซิเดชัน

b) โดย b-ออกซิเดชัน

c) โดย w-ออกซิเดชัน

กระบวนการ a- และ w-oxidation ของกรดไขมันที่สูงขึ้นเกิดขึ้นในไมโครโซมของเซลล์โดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ monooxygenase และเล่นเป็นหน้าที่ของพลาสติกเป็นหลัก - ในระหว่างกระบวนการเหล่านี้กรดไฮดรอกซีกรดคีโตและกรดที่มีอะตอมคาร์บอนจำนวนคี่ถูกสังเคราะห์ ซึ่งมีความจำเป็นต่อเซลล์ ดังนั้น ในระหว่างการออกซิเดชัน กรดไขมันสามารถถูกทำให้สั้นลงโดยอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม จึงกลายเป็นกรดที่มีอะตอม "C" เป็นเลขคี่ ตามรูปแบบต่อไปนี้:

2.1.1. b-ออกซิเดชันของกรดไขมันสูง วิธีการหลักในการออกซิเดชันของกรดไขมันที่สูงกว่า อย่างน้อยก็สัมพันธ์กับปริมาณสารประกอบในคลาสนี้ที่ถูกออกซิไดซ์ในเซลล์เป็นกระบวนการของ b-oxidation ที่ค้นพบโดย Knoop เร็วที่สุดเท่าที่ 1904 กระบวนการนี้สามารถกำหนดได้ว่าเป็นกระบวนการของการแตกออกซิเดชันแบบขั้นตอนของกรดไขมันที่สูงขึ้น กรดไขมัน ซึ่งในระหว่างนั้นมีความแตกแยกตามลำดับของชิ้นส่วนคาร์บอนสองชิ้นในรูปของ acetyl-CoA จากกลุ่มคาร์บอกซิลของกรดไขมันที่กระตุ้นการทำงานที่สูงขึ้น โมเลกุล

กรดไขมันที่เข้าสู่เซลล์สูงขึ้นจะถูกกระตุ้นและเปลี่ยนเป็น acyl-CoA (R-CO-SKoA) และการกระตุ้นของกรดไขมันเกิดขึ้นในไซโตซอล กระบวนการของการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันจะเกิดขึ้นในเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย ในเวลาเดียวกัน เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในนั้นไม่สามารถซึมผ่านไปยัง acyl-CoA ได้ ซึ่งทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับกลไกของการขนส่งสารตกค้างของ acyl จากไซโตซอลไปยังเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย

สารตกค้างของ Acyl ถูกลำเลียงผ่านเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรียโดยใช้ตัวพาพิเศษ ซึ่งก็คือคาร์นิทีน (CN):

ในไซโตซอล การใช้เอนไซม์ภายนอก acylCoA:carnitine acyltransferase (E1 ในแผนภาพด้านล่าง) กรดไขมันตกค้างที่สูงขึ้นจะถูกถ่ายโอนจากโคเอ็นไซม์ A ไปยังคาร์นิทีนด้วยการก่อตัวของ acylcarnitine:

Acylcarnitinine โดยมีส่วนร่วมของระบบ carnitine-acylcarnitine-translocase พิเศษผ่านเมมเบรนไปยัง mitochondria และในเมทริกซ์ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ภายใน acyl-CoA:carnitine acyltransferase (E2) สารตกค้างของ acyl จะถูกถ่ายโอนจาก carnitine ถึงโคเอ็นไซม์ A ในอินทราไมโตคอนเดรีย ผลก็คือ สารตกค้างที่ถูกกระตุ้นปรากฏในกรดไขมันเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรียในรูปของ acyl-CoA; คาร์นิทีนที่ปล่อยออกมาโดยใช้ทรานส์โลเคสเดียวกัน ผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียเข้าไปในไซโตซอล ซึ่งสามารถรวมเข้ากับวัฏจักรการถ่ายโอนใหม่ได้ Carnitine-acylcarnitine-translocase ซึ่งสร้างขึ้นในเยื่อหุ้มชั้นในของ mitochondria ดำเนินการถ่ายโอนโมเลกุล acylcarnitine ไปยัง mitochondria เพื่อแลกกับโมเลกุลของ carnitine ที่ถูกกำจัดออกจาก mitochondria

กรดไขมันที่เปิดใช้งานในไมโตคอนเดรียเมทริกซ์ได้รับการออกซิเดชันแบบวัฏจักรเป็นขั้นตอนตามรูปแบบ:

จากผลของ b-oxidation หนึ่งรอบ อนุมูลของกรดไขมันจะถูกทำให้สั้นลงโดยอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอม และส่วนที่แยกออกจากกันจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของ acetyl-CoA สมการวงจรรวม:

ในระหว่างรอบหนึ่งของการเกิดออกซิเดชัน b เช่น เมื่อ stearoyl-CoA ถูกแปลงเป็น palmitoyl-CoA ด้วยการก่อตัวของ acetyl-CoA พลังงานอิสระ 91 kcal / mol จะถูกปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม ส่วนหลักของพลังงานนี้จะสะสมอยู่ใน ในรูปของพลังงานของโคเอ็นไซม์ที่ลดลง ในขณะที่การสูญเสียพลังงานในรูปความร้อนจะอยู่ที่ประมาณ 8 กิโลแคลอรีต่อโมล

ผลลัพธ์ที่ได้คือ acetyl-CoA สามารถเข้าสู่วงจร Krebs ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย หรือสามารถใช้สำหรับความต้องการอื่นๆ ของเซลล์ เช่น สำหรับการสังเคราะห์คอเลสเตอรอล Acyl-CoA ที่อะตอมของคาร์บอน 2 ตัวสั้นลงเข้าสู่วัฏจักรใหม่ของ b-oxidation อันเป็นผลมาจากรอบการเกิดออกซิเดชันที่ต่อเนื่องกันหลายรอบ สายคาร์บอนทั้งหมดของกรดไขมันที่เปิดใช้งานจะถูกแยกออกเป็นโมเลกุล "n" ของอะซิติล-โคเอ และค่าของ "n" จะถูกกำหนดโดยจำนวนอะตอมของคาร์บอนในกรดไขมันดั้งเดิม .

ผลกระทบด้านพลังงานของวัฏจักร b-ออกซิเดชันหนึ่งรอบสามารถประมาณได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในระหว่างรอบ 1 โมเลกุล FADH2 และ 1 NADH+H โมเลกุลจะก่อตัวขึ้น เมื่อเข้าสู่ห่วงโซ่ของเอ็นไซม์ระบบทางเดินหายใจ จะมีการสังเคราะห์โมเลกุล ATP 5 ตัว (2 + 3) ถ้า acetyl-CoA ที่เป็นผลลัพธ์ถูกออกซิไดซ์ในวงจร Krebs เซลล์จะได้รับโมเลกุล ATP อีก 12 โมเลกุล

สำหรับกรดสเตียริก สมการสรุป b-ออกซิเดชันของมันมีรูปแบบ:

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าในระหว่างการออกซิเดชันของกรดสเตียริก โมเลกุล ATP 148 ตัวจะถูกสังเคราะห์ในเซลล์ เมื่อคำนวณสมดุลพลังงานของการเกิดออกซิเดชัน จะต้องไม่รวมค่าเทียบเท่ามาโคร 2 รายการจากจำนวนนี้ ซึ่งใช้ไปในระหว่างการกระตุ้นกรดไขมัน (ระหว่างการเปิดใช้งาน ATP จะถูกแบ่งออกเป็น AMP และ 2 H3PO4) ดังนั้น เมื่อกรดสเตียริกถูกออกซิไดซ์ เซลล์จะได้รับโมเลกุลเอทีพี 146 โมเลกุล

สำหรับการเปรียบเทียบ: เมื่อโมเลกุลกลูโคส 3 โมเลกุลซึ่งมีคาร์บอน 18 อะตอมถูกออกซิไดซ์ด้วย เซลล์จะได้รับโมเลกุลเอทีพีเพียง 114 โมเลกุล กล่าวคือ กรดไขมันที่สูงกว่าเป็นเชื้อเพลิงพลังงานที่เป็นประโยชน์ต่อเซลล์มากกว่าเมื่อเทียบกับโมโนแซ็กคาไรด์ เห็นได้ชัดว่าเหตุการณ์นี้เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้พลังงานสำรองของร่างกายถูกนำเสนอเป็นส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบของไตรเอซิลกลีเซอรอล ไม่ใช่ไกลโคเจน

ปริมาณพลังงานอิสระทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในระหว่างการออกซิเดชันของกรดสเตียริก 1 โมลคือประมาณ 2632 กิโลแคลอรี ซึ่งประมาณ 1100 กิโลแคลอรีจะสะสมในรูปของพันธะมหภาคของโมเลกุล ATP ที่สังเคราะห์ขึ้น ดังนั้น ประมาณ 40% ของพลังงานอิสระที่ปล่อยออกมาทั้งหมด ถูกสะสม

อัตราการออกซิเดชัน b ของกรดไขมันที่สูงขึ้นนั้น ประการแรก โดยความเข้มข้นของกรดไขมันในเซลล์ และประการที่สอง โดยกิจกรรมของ acyl-CoA:carnitine acyltransferase ภายนอก การทำงานของเอนไซม์ถูกยับยั้งโดย malonyl-CoA เราจะพูดถึงความหมายของกลไกการกำกับดูแลสุดท้ายในภายหลัง เมื่อเราพูดถึงการประสานงานของกระบวนการออกซิเดชันและการสังเคราะห์กรดไขมันในเซลล์

ต่อมทอนซิลสีส้มและการสะสมของคอเลสเตอรอลเอสเทอร์ในเนื้อเยื่อเรติคูโลเอนโดทีเลียลอื่นๆ พยาธิวิทยามีความเกี่ยวข้องกับ catabolism แบบเร่งของ apo A-I การย่อยและการดูดซึมไขมัน น้ำดี ความหมาย. ในช่วงเริ่มต้นของการก่อตัวของหลักคำสอนสมัยใหม่เกี่ยวกับการทำงานของตับต่อมไร้ท่อเมื่อนักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติมีเพียงคนแรกเท่านั้น ...

พลวัตของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์ได้รับการศึกษาโดยเคมีชีวภาพ งานของสรีรวิทยาคือการกำหนดค่าใช้จ่ายทั้งหมดของสารและพลังงานโดยร่างกายและวิธีที่ควรเติมด้วยสารอาหารที่ดี เมแทบอลิซึมของพลังงานทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้สถานะทั่วไปและกิจกรรมทางสรีรวิทยาของร่างกาย หน่วยของพลังงานที่ใช้กันทั่วไปในชีววิทยาและ...

กรดที่จัดเป็นกรดไขมันจำเป็น (linoleic, linolenic, arachidonic) ซึ่งไม่ได้สังเคราะห์ในมนุษย์และสัตว์ ด้วยไขมัน สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ซับซ้อนจะเข้าสู่ร่างกาย: ฟอสโฟลิปิด, สเตอรอล Triacylglycerols - หน้าที่หลักของพวกเขาคือการจัดเก็บไขมัน พวกมันถูกพบในไซโตซอลในรูปของหยดน้ำมันที่ผสมอิมัลชันละเอียด ไขมันเชิงซ้อน: ...

... α,d - กลูโคส กลูโคส - 6 - ฟอสเฟต ด้วยการก่อตัวของกลูโคส - 6 - ฟอสเฟต เส้นทางของไกลโคไลซิสและไกลโคเจโนไลซิสเกิดขึ้นพร้อมกัน กลูโคส - 6 - ฟอสเฟตตรงบริเวณหลักในการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต มันเข้าสู่เส้นทางการเผาผลาญต่อไปนี้: กลูโคส - 6 - กลูโคสฟอสเฟต + ฟรุกโตส H3PO4 - 6 - วิถีการสลายตัวของฟอสเฟตเพนโตส (เข้าสู่กระแสเลือด ฯลฯ ...

เนื้อเยื่อไขมันประกอบด้วย adipocytes มีบทบาทเฉพาะในการเผาผลาญไขมัน ประมาณ 65% ของมวลเนื้อเยื่อไขมันคิดเป็นไตรเอซิลกลีเซอรอล (TAG) ที่สะสมอยู่ในนั้น ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการจัดเก็บพลังงานและทำหน้าที่เดียวกันในการเผาผลาญไขมันเช่นเดียวกับไกลโคเจนในตับในการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต ไขมันที่สะสมอยู่ในเนื้อเยื่อไขมันเป็นแหล่งน้ำภายในร่างกายและเป็นพลังงานสำรองสำหรับร่างกายมนุษย์ TAG ใช้ในร่างกายหลังจากการสลายเบื้องต้น (lipolysis) ในระหว่างที่มีการปล่อยกลีเซอรอลและกรดไขมันอิสระ

ในเซลล์เนื้อเยื่อไขมันร่วมกับไลเปส TAG จะลดลง ไลเปสอยู่ในรูปแบบที่ไม่ใช้งาน มันถูกกระตุ้นโดยฮอร์โมน (อะดรีนาลีน, นอร์เอพิเนฟริน, กลูคากอน, ไทรอกซิน, กลูโคคอร์ติคอยด์, ฮอร์โมนการเจริญเติบโต, ACTH) เพื่อตอบสนองต่อความเครียด ความอดอยาก ความเย็น ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาคือโมโนเอซิลกลีเซอรอลและ VFA

IVFAs ถูกลำเลียงโดยเลือดไปยังเซลล์ของเนื้อเยื่อและอวัยวะโดยใช้อัลบูมินซึ่งจะถูกออกซิไดซ์

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันที่สูงขึ้น

แหล่งที่มาของ FFA:

ไขมันเนื้อเยื่อไขมัน

ไลโปโปรตีน

ไตรเอซิลกลีเซอรอล

ฟอสโฟลิปิดของไบโอแมมเบรนของเซลล์

การเกิดออกซิเดชันของ HFAs เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์และเรียกว่าออกซิเดชันเบต้า การส่งไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของอัลบูมินและการขนส่งจากไซโตพลาสซึมไปยังไมโตคอนเดรียด้วยการมีส่วนร่วมของคาร์นิทีน

กระบวนการเบตาออกซิเดชันของ HFA ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

การกระตุ้น IVFA บนพื้นผิวด้านนอกของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียโดยมีส่วนร่วมของ ATP, conzyme A และแมกนีเซียมไอออนด้วยการก่อตัวของ IVFA (acyl-CoA)

การขนส่งกรดไขมันเข้าสู่ไมโตคอนเดรียเป็นไปได้เมื่อรูปแบบแอคทีฟของกรดไขมันติดอยู่กับกักกันที่อยู่บนพื้นผิวด้านนอกของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน Acyl-carnitine ถูกสร้างขึ้นซึ่งมีความสามารถในการผ่านเมมเบรน บนพื้นผิวด้านใน สารที่ซับซ้อนจะสลายตัวและคาร์นิทีนจะกลับคืนสู่ผิวด้านนอกของเมมเบรน

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันภายในเซลล์ประกอบด้วยปฏิกิริยาของเอนไซม์ตามลำดับ อันเป็นผลมาจากหนึ่งรอบการเกิดออกซิเดชันที่เสร็จสมบูรณ์ โมเลกุลอะซิติล-CoA หนึ่งตัวถูกแยกออกจากกรดไขมัน กล่าวคือ การทำให้สายโซ่กรดไขมันสั้นลงด้วยอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอม จากผลของปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนส 2 ปฏิกิริยา FAD จะลดลงเหลือ FADH 2 และ NAD + เป็น NADH 2

ข้าว. การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันที่สูงขึ้น

ที่. เสร็จสิ้นการวิ่ง 1 รอบ - ออกซิเดชันของ HFA อันเป็นผลมาจากการที่ HFA ถูกทำให้สั้นลงด้วย 2 หน่วยคาร์บอน ในระหว่างการออกซิเดชันของเบต้าออกซิเดชัน 5ATP ถูกปล่อยออกมาและ 12ATP ถูกปล่อยออกมาในระหว่างการออกซิเดชันของ ACETYL-COA ใน TCA และเอ็นไซม์ของระบบทางเดินหายใจที่เกี่ยวข้อง การเกิดออกซิเดชันของ HFA จะเกิดขึ้นแบบวัฏจักรในลักษณะเดียวกัน แต่จนถึงขั้นตอนสุดท้าย - ระยะของการแปลงกรดบิวทิริก (BUTYRYL-KOA) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะของตัวเองที่จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณผลกระทบพลังงานทั้งหมดของ HFA การเกิดออกซิเดชัน เมื่อ 2 โมเลกุลของ ACETYL-KOA เกิดขึ้นจากวัฏจักรหนึ่ง หนึ่งในนั้นได้รับ beta-oxidation ด้วยการปลดปล่อย 5ATP และอีกอันไม่ได้เกิดขึ้น

ข้าว. ขั้นตอนสุดท้ายในการออกซิเดชั่นของกรดไขมันที่สูงขึ้น

การเกิดออกซิเดชันของ HFA ด้วยจำนวนหน่วยคาร์บอนในห่วงโซ่

กรดไขมันดังกล่าวเข้าสู่ร่างกายมนุษย์โดยเป็นส่วนหนึ่งของอาหารที่มีเนื้อสัตว์เคี้ยวเอื้อง พืช และสิ่งมีชีวิตในทะเล การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันสูงดังกล่าวเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกับกรดไขมันสูงที่มีหน่วยคาร์บอนเป็นจำนวนเท่ากันในสายโซ่ แต่จนถึงขั้นตอนสุดท้ายเท่านั้น - ขั้นตอนของการแปลง PROPIONIL-COA ซึ่งมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง

ที่. SUCCINIL-KOA ก่อตัวขึ้นซึ่งถูกออกซิไดซ์เพิ่มเติมใน MITOCHONDRIA โดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ KREBS TCA และเอ็นไซม์ระบบทางเดินหายใจที่เกี่ยวข้อง

ไตรกลีเซอไรด์ในรูปของไคโลไมครอนจากเซลล์เยื่อบุผิวของลำไส้เล็กเข้าสู่ตับ ปอด หัวใจ กล้ามเนื้อ และอวัยวะอื่น ๆ ซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์เป็นกลีเซอรอลและกรดไขมัน หลังสามารถออกซิไดซ์ในวิถีเมแทบอลิซึมที่เรียกว่า exergonic สูง)