"กรดไขมันอิสระ" (FFA) หมายถึงกรดไขมันที่อยู่ในรูปแบบที่ไม่ผ่านการฆ่าเชื้อ บางครั้งเรียกว่ากรดไขมันไม่เอสเทอริไฟด์ (EFAs) ในพลาสมาในเลือด FFAs แบบสายโซ่ยาวจะสร้างสารเชิงซ้อนที่มีอัลบูมิน และในเซลล์ซึ่งมีโปรตีนที่จับกับกรดไขมันซึ่งเรียกว่า Z-protein อันที่จริงพวกเขาไม่เคยเป็นอิสระ กรดไขมันสายสั้นสามารถละลายได้ในน้ำมากกว่าและพบได้ทั้งในรูปกรดที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนหรือเป็นประจุลบของกรดไขมัน

การกระตุ้นกรดไขมัน

ในกรณีของเมแทบอลิซึมของกลูโคส กรดไขมันต้องถูกแปลงเป็นอนุพันธ์ที่ออกฤทธิ์ก่อนเป็นอย่างแรกอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับเอทีพี และหลังจากนั้นจะสามารถโต้ตอบกับเอ็นไซม์ที่กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงต่อไปได้ ในระหว่างการออกซิเดชัน กรดไขมันขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนเดียวที่ต้องการพลังงานในรูปของ ATP ในการปรากฏตัวของ ATP และโคเอ็นไซม์ A เอนไซม์ acyl-CoA synthetase (thiokinase) จะเร่งการเปลี่ยนกรดไขมันอิสระไปเป็น "กรดไขมันที่ออกฤทธิ์" หรือ acyl-CoA ซึ่งทำได้โดยการแตกแยกของฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงานหนึ่งตัว พันธบัตร

การปรากฏตัวของไพโรฟอสฟาเตสอนินทรีย์ซึ่งแยกพันธะฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงานในไพโรฟอสเฟตทำให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของกระบวนการกระตุ้น ดังนั้นในที่สุดพันธะฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงานสองพันธะจึงถูกใช้เพื่อกระตุ้นโมเลกุลกรดไขมันหนึ่งตัว

การสังเคราะห์ Acyl-CoA พบได้ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม เช่นเดียวกับไมโตคอนเดรียภายในและบนเยื่อหุ้มชั้นนอก มีการอธิบายการสังเคราะห์ acyl-CoA จำนวนหนึ่งไว้ในวรรณกรรม มีความเฉพาะเจาะจงสำหรับกรดไขมันที่มีความยาวสายโซ่จำเพาะ

บทบาทของคาร์นิทีนในการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน

คาร์นิทีนเป็นสารประกอบที่แพร่หลาย

โดยเฉพาะมากในกล้ามเนื้อ เกิดจากไลซีนและเมไทโอนีนในตับและไต การกระตุ้นของกรดไขมันที่ต่ำกว่าและการเกิดออกซิเดชันของพวกมันสามารถเกิดขึ้นได้ในไมโตคอนเดรียโดยไม่ขึ้นกับคาร์นิทีน อย่างไรก็ตาม อนุพันธ์ของ acyl-CoA แบบสายยาว (หรือ FFA) ไม่สามารถเจาะเข้าไปในไมโตคอนเดรียและออกซิไดซ์ได้ เว้นแต่ว่าพวกมันจะก่อตัวเป็นอนุพันธ์ของอะซิลคาร์นิทีน ที่ด้านนอกของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในคือเอ็นไซม์คาร์นิทีน-พาลมิโตอิลทรานสเฟอเรส I ซึ่งถ่ายโอนหมู่อะซิลที่มีสายโซ่ยาวไปเป็นคาร์นิทีนด้วยการก่อตัวของอะซิลคาร์นิทีน หลังสามารถเจาะเข้าไปในไมโตคอนเดรียซึ่งมีเอนไซม์ที่กระตุ้นกระบวนการ (-ออกซิเดชัน.

กลไกที่เป็นไปได้ที่อธิบายการมีส่วนร่วมของคาร์นิทีนในการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันในไมโตคอนเดรียแสดงไว้ในรูปที่ 23.1. นอกจากนี้ ไมโทคอนเดรียยังมีเอ็นไซม์อีกชนิดหนึ่งคือคาร์นิทีน อะซิติลทรานสเฟอเรส ซึ่งกระตุ้นการถ่ายโอนกลุ่มอะซิลสายสั้นระหว่าง CoA และคาร์นิทีน การทำงานของเอนไซม์นี้ยังไม่ชัดเจน

ข้าว. 23.1. บทบาทของคาร์นิทีนในการขนส่งกรดไขมันสายยาวผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน acyl-CoA ที่มีสายโซ่ยาวไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในได้ ในขณะที่ acylcarnitine ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของ carnitine palmitone transferase I สามารถผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในได้ Carnitine acylcarnitine fanlocase เป็นระบบขนส่ง ดำเนินการถ่ายโอนโมเลกุลอะซิลคาร์นิทีนผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ควบคู่ไปกับการปล่อยคาร์นิทีน mopscule อิสระ จากนั้น ภายใต้การกระทำของคาร์นิทีน พาลมิโตอิลทรานสเฟอเรส 11 ซึ่งแปลเป็นภาษาท้องถิ่นบนผิวด้านในของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน อะซิลคาร์นิทีนจะทำปฏิกิริยากับ CoA เป็นผลให้เกิด acyl-CoA ขึ้นอีกครั้งในเมทริกซ์ยล และคาร์นิทีนจะถูกปลดปล่อยออกมา

อาจจะ,

มันอำนวยความสะดวกในการขนส่งกลุ่มอะเซทิลข้ามเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย

b-ออกซิเดชันของกรดไขมัน

แนวคิดทั่วไปแสดงไว้ในรูปที่ 23.2. ในระหว่างการออกซิเดชันของกรดไขมัน 13 อะตอม คาร์บอน 2 อะตอมจะถูกแยกออกจากส่วนปลายคาร์บอกซิลของโมเลกุล acyl-CoA โซ่คาร์บอนขาด

ข้าว. 23.2. โครงการออกซิเดชันของกรดไขมัน

ระหว่างอะตอมของคาร์บอนในตำแหน่งที่ชื่อเกิดขึ้น - ออกซิเดชัน เศษคาร์บอนสองส่วนที่เป็นผลลัพธ์คืออะซีติล-CoA ดังนั้นในกรณีของ palmitoyl-CoA จะเกิดโมเลกุล acetyl-CoA 8 ตัวขึ้น

ลำดับของปฏิกิริยา

เอ็นไซม์จำนวนหนึ่งซึ่งเรียกรวมกันว่ากรดไขมันออกซิเดสนั้นพบได้ในเมทริกซ์ของยลในบริเวณใกล้เคียงของห่วงโซ่ทางเดินหายใจที่อยู่ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ระบบนี้เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของ acyl-CoA ไปเป็น acetyl-CoA ซึ่งควบคู่ไปกับ phosphorylation ของ ADP ถึง ATP (รูปที่ 23.3)

หลังจากที่ชิ้นส่วน acyl แทรกซึมเยื่อหุ้ม mitochondrial โดยมีส่วนร่วมของระบบการขนส่ง carnitine และการถ่ายโอนกลุ่ม acyl จาก carnitine อะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมจะถูกแยกออกจากกัน อะตอมของคาร์บอนในตำแหน่งที่เร่งปฏิกิริยาโดย acyl-CoA-dehydrogenase ผลคูณของปฏิกิริยานี้คือ เอ็นไซม์คือฟลาโวโปรตีน กลุ่มเทียมคือ FAD การเกิดออกซิเดชันของไมโตคอนเดรียในระบบทางเดินหายใจเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของฟลาโวโปรตีนอื่น เรียกว่าฟลาโวโปรตีนที่ถ่ายเทอิเล็กตรอน [ดู กับ. 123). นอกจากนี้ พันธะคู่ยังถูกไฮเดรท ซึ่งทำให้เกิด 3-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA ปฏิกิริยานี้เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ A2-enoyl-CoA-hydratase จากนั้น 3-hydroxyacyl-OoA จะถูกดีไฮโดรจิเนตที่อะตอมของคาร์บอนที่ 3 เพื่อสร้าง 3-ketoacyl-CoA; ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดย 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase โดยมีส่วนร่วมของ NAD เป็นโคเอ็นไซม์ 3-Ketoacyl-CoA ถูกแยกออกระหว่างอะตอมของคาร์บอนที่สองและที่สามโดย 3-ketothiolase หรือ acetyl-CoA-acetyl transferase เพื่อสร้าง acetyl-CoA- และ acyl-CoA-derivative ซึ่งเป็นอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอมที่สั้นกว่า acyl- ดั้งเดิม โมเลกุลของ CoA ความแตกแยกของ thiolytic นี้ต้องการการมีส่วนร่วมของอีกหนึ่งโมเลกุล acyl-CoA ที่ถูกตัดทอนผลลัพธ์จะกลับเข้าสู่วงจร P-oxidation อีกครั้ง โดยเริ่มจากปฏิกิริยา 2 (รูปที่ 23.3) ด้วยวิธีนี้ กรดไขมันสายยาวสามารถย่อยสลายเป็นชิ้นส่วนอะซิติล-CoA (ชิ้นส่วน C2) ได้อย่างสมบูรณ์ สุดท้ายในรอบ กรดมะนาวซึ่งเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียจะถูกออกซิไดซ์เป็น

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันที่มีอะตอมของคาร์บอนเป็นเลขคี่

b-การออกซิเดชันของกรดไขมันที่มีอะตอมของคาร์บอนเป็นเลขคี่จะสิ้นสุดลงที่ขั้นตอนของการก่อตัวของชิ้นส่วนคาร์บอนสามชิ้น - โพรพิโอนิล-CoA ซึ่งจะกลายเป็นตัวกลางของวัฏจักรกรดซิตริก (ดูรูปที่ 20.2)

พลังงานของกระบวนการออกซิเดชันของกรดไขมัน

เป็นผลมาจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปตามห่วงโซ่ทางเดินหายใจจากฟลาโวโปรตีนและ NAD ที่ลดลง พันธะฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงาน 5 ชนิดจึงถูกสังเคราะห์ขึ้น (ดูบทที่ 13) สำหรับทุกๆ 7 (จาก 8) โมเลกุลของอะเซทิล-โคเอที่เกิดขึ้นระหว่างบี-ออกซิเดชันของ กรดปาลมิติก มีโมเลกุลอะเซทิลทั้งหมด 8 โมเลกุลเกิดขึ้น -CoA และแต่ละโมเลกุลผ่านวงจรกรดซิตริก ทำให้เกิดการสังเคราะห์พันธะที่อุดมด้วยพลังงาน 12 พันธะ โดยรวมต่อโมเลกุลของปาล์มเมท พันธะฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงาน 8 x 12 = 96 ถูกสร้างขึ้นตามเส้นทางนี้ พิจารณาสองลิงก์ที่จำเป็นในการเปิดใช้งาน

(ดูการสแกน)

ข้าว. 23.3. P ออกซิเดชันของกรดไขมัน Long-chain acyte CoA ถูกทำให้สั้นลงอย่างต่อเนื่อง โดยผ่านเซลล์หลังจากวัฏจักรของปฏิกิริยาเอนไซม์ 2-5; อันเป็นผลมาจากแต่ละรอบ การกำจัด acetyl-CoA ที่เร่งปฏิกิริยาโดยไธโอเลสเกิดขึ้น (ปฏิกิริยา 5) เมื่ออนุมูล acyl สี่คาร์บอนยังคงอยู่ จากปฏิกิริยา 5 โมเลกุลอะซิติล-CoA สองโมเลกุลจะถูกสร้างขึ้นจากมัน

กรดไขมัน เราได้รับพันธะที่อุดมด้วยพลังงานทั้งหมด 129 พันธะต่อโมลหรือ kJ เนื่องจากพลังงานอิสระจากการเผาไหม้ของกรดปาลมิติกประมาณ 40% ของพลังงานที่เก็บอยู่ในรูปของพันธะฟอสเฟตในระหว่างการออกซิเดชันของกรดไขมัน

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันในเปอร์รอกซิโซม

ในเปอร์รอกซิโซม β-ออกซิเดชันของกรดไขมันเกิดขึ้นในรูปแบบดัดแปลง ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันในกรณีนี้คืออะซิติล-CoA และสารหลังถูกสร้างขึ้นในระยะเร่งปฏิกิริยาโดยดีไฮโดรจีเนสที่เกี่ยวข้องกับฟลาโวโปรตีน เส้นทางออกซิเดชันนี้ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับฟอสโฟรีเลชันและการก่อตัวของ ATP แต่ยอมให้กรดไขมันสายโซ่ยาวมากย่อยสลายได้ (เช่น); มันถูกเปิดใช้งานโดยอาหารที่มีไขมันสูงหรือโดยการใช้ยาลดไขมันเช่น clofibrate เอนไซม์เปอร์รอกซิโซมไม่โจมตีกรดไขมันสายสั้น และกระบวนการออกซิเดชัน P จะหยุดลงเมื่อออกตาโนอิล-CoA หมู่ออกทาโนอิลและอะเซทิลจะถูกลบออกจากเปอร์รอกซิโซมในรูปของออกตาโนอิลคาร์นิทีนและอะซิติลคาร์นิทีนและถูกออกซิไดซ์ในไมโตคอนเดรีย

a- และ b-Oxidation ของกรดไขมัน

การเกิดออกซิเดชันเป็นเส้นทางหลักสำหรับแคแทบอลิซึมของกรดไขมัน อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการค้นพบว่า β-ออกซิเดชันของกรดไขมันเกิดขึ้นในเนื้อเยื่อสมอง กล่าวคือ ความแตกแยกตามลำดับของชิ้นส่วนคาร์บอนเดียวจากปลายคาร์บอกซิลของโมเลกุล กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับตัวกลางที่ประกอบด้วยมัน ไม่ได้มาพร้อมกับการก่อตัวของพันธะฟอสเฟตที่อุดมด้วยพลังงาน

การออกซิเดชันของกรดไขมันโดยปกติไม่มีนัยสำคัญมากนัก การเกิดออกซิเดชันประเภทนี้ถูกเร่งโดยไฮดรอกซีเลสโดยมีส่วนร่วมของไซโตโครมค 123) ดำเนินการในเอนโดพลาสมิก -กลุ่มกลายเป็น -กลุ่ม ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็น -COOH; ผลที่ได้คือกรดไดคาร์บอกซิลิก หลังถูกทำลายโดย P-oxidation มักจะเป็นกรด adipic และ suberic ซึ่งจะถูกลบออกในปัสสาวะ

ลักษณะทางคลินิก

คีโตซีสพัฒนาในอัตราที่สูงของการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันในตับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันเกิดขึ้นกับพื้นหลังของการขาดคาร์โบไฮเดรต (ดูหน้า 292) อาการคล้ายคลึงกันเกิดขึ้นเมื่อรับประทานอาหารที่มีไขมันสูง อดอาหาร เบาหวาน คีโตซีสในโคที่ให้นมบุตร และภาวะครรภ์เป็นพิษ (คีโตซีส) ในแกะ ต่อไปนี้เป็นสาเหตุของการหยุดชะงักของการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน

การขาดคาร์นิทีนเกิดขึ้นในทารกแรกเกิด ส่วนใหญ่มักเป็นทารกที่คลอดก่อนกำหนด มันเกิดจากการละเมิดการสังเคราะห์ทางชีวภาพของคาร์นิทีน หรือ "รั่ว" ในไต การสูญเสียคาร์นิทีนอาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างการฟอกไต ผู้ป่วยที่เป็นโรคกรดในปัสสาวะจะสูญเสียคาร์นิทีนจำนวนมากซึ่งถูกขับออกจากร่างกายในรูปของคอนจูเกตที่มีกรดอินทรีย์ เพื่อเติมเต็มการสูญเสียของสารประกอบนี้ ผู้ป่วยบางรายต้องการอาหารพิเศษที่มีอาหารที่มีคาร์นิทีน สัญญาณและอาการของการขาดคาร์นิทีนคือการโจมตีของภาวะน้ำตาลในเลือดที่เกิดจากการลดลงของ gluconeogenesis อันเป็นผลมาจากการละเมิดกระบวนการ - การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน, การก่อตัวของคีโตนลดลงพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ FFA ใน พลาสม่าในเลือด กล้ามเนื้ออ่อนแรง (myasthenia gravis) เช่นเดียวกับการสะสมของไขมัน เมื่อรักษาภายในให้ทานยาคาร์นิทีน อาการของภาวะขาดคาร์นิทีนมีความคล้ายคลึงกับอาการของเรย์มาก ซึ่งเนื้อหาคาร์นิทีนก็เป็นปกติ ยังไม่ทราบสาเหตุของโรค Reye

การลดลงของกิจกรรมของตับ carnitine palmitoyltransferase นำไปสู่ภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำและการลดลงของเนื้อหาของคีโตนในร่างกายในเลือดและการลดลงของกิจกรรมของกล้ามเนื้อ carnitine palmitoyltransferase นำไปสู่การหยุดชะงักของการออกซิเดชันของกรดไขมันเป็นผล ซึ่งกล้ามเนื้ออ่อนแรงเกิดขึ้นเป็นระยะและ myoglobinuria พัฒนา

โรคอาเจียนจาเมกาเกิดขึ้นในคนหลังจากกินผลไม้สุกของ aki (Blig-hia sapida) ซึ่งมีสารพิษ hypoglycine ซึ่งยับยั้ง acyl-CoA dehydrogenase อันเป็นผลมาจากการยับยั้งกระบวนการ β-oxidation

ด้วย dicarboxylic aciduria กรดจะถูกขับออกมาและภาวะน้ำตาลในเลือดลดลงซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาในร่างกายของคีโตน สาเหตุของโรคนี้คือการขาด acyl-CoA dehydrogenase ของกรดไขมันสายโซ่กลางในไมโตคอนเดรีย ในกรณีนี้ β-ออกซิเดชันจะถูกรบกวนและ β-ออกซิเดชันของกรดไขมันสายยาวจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะถูกทำให้สั้นลงจนถึงกรดไดคาร์บอกซิลิกสายกลางซึ่งถูกขับออกจากร่างกาย

โรค Refsum เป็นโรคทางระบบประสาทที่หายากซึ่งเกิดจากการสะสมของกรดไฟทานิกในเนื้อเยื่อซึ่งเกิดจากไฟทอล ส่วนหลังเป็นส่วนหนึ่งของคลอโรฟิลล์ที่เข้าสู่ร่างกายด้วยอาหาร ต้นกำเนิดผัก... กรดไฟทานิกประกอบด้วยหมู่เมทิลที่อะตอมของคาร์บอนที่สาม ซึ่งขัดขวางการออกซิเดชันของβ โดยปกติหมู่เมทิลนี้

(ดูการสแกน)

ข้าว. 23.4. ลำดับปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดไขมันไม่อิ่มตัว เช่น กรดไลโนเลอิก -กรดไขมันหรือกรดไขมันที่ก่อตัวเข้าสู่เส้นทางนี้ในระยะที่ระบุในแผนภาพ

กำจัดออกโดย a-oxidation แต่ในคนที่เป็นโรค Refsum มีความผิดปกติ แต่กำเนิดของระบบ a-oxidation ซึ่งนำไปสู่การสะสมของกรด phytanic ในเนื้อเยื่อ

Zellweger's syndrome หรือ cerebrohepatorenal syndrome เป็นโรคที่สืบทอดมาซึ่งพบได้ยากซึ่งไม่มีเปอร์รอกซิโซมในเนื้อเยื่อทั้งหมด ในผู้ป่วยที่เป็นโรคเซลเวเกอร์ กรดจะสะสมในสมอง เนื่องจากกรดไขมันสายยาวไม่เกิดออกซิเดชันเนื่องจากไม่มีเปอร์รอกซิโซม

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันไม่อิ่มตัว

เปอร์ออกซิเดชันของกรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อนในไมโครโซม

เปอร์ออกซิเดชันที่ขึ้นกับ NADPH ของกรดไขมันไม่อิ่มตัวถูกเร่งโดยเอนไซม์ที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นในไมโครโซม (ดูหน้า 124) สารต้านอนุมูลอิสระ เช่น BHT (butylated hydroxytoluene) และ a-tocopherol (vitamin E) ยับยั้งการเกิด lipid peroxidation ในไมโครโซม

เงื่อนไขหลักสำหรับชีวิตของสิ่งมีชีวิตใด ๆ คือการจัดหาพลังงานอย่างต่อเนื่องซึ่งใช้ไปในกระบวนการของเซลล์ต่างๆ ในเวลาเดียวกันบางส่วนของสารอาหารไม่สามารถใช้งานได้ทันที แต่เปลี่ยนเป็นสำรอง บทบาทของอ่างเก็บน้ำเล่นโดยไขมัน (ไขมัน) ซึ่งประกอบด้วยกลีเซอรอลและกรดไขมัน เซลล์หลังถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง ในกรณีนี้จะทำปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดไขมันเป็น СО 2 และ Н 2 О

ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับกรดไขมัน

กรดไขมันเป็นโซ่คาร์บอนที่มีความยาวต่างกัน (ตั้งแต่ 4 ถึง 36 อะตอม) ซึ่งก็คือ ลักษณะทางเคมีอยู่ในกรดคาร์บอกซิลิก โซ่เหล่านี้สามารถแตกแขนงหรือแยกออกได้ และมีจำนวนพันธะคู่ต่างกัน หากขาดไปอย่างสมบูรณ์กรดไขมันจะเรียกว่าอิ่มตัว (โดยทั่วไปสำหรับไขมันหลายชนิดที่มาจากสัตว์) และอย่างอื่น - ไม่อิ่มตัว ตามการจัดเรียงของพันธะคู่ กรดไขมันจะถูกแบ่งออกเป็นไม่อิ่มตัวเชิงเดี่ยวและไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน

โซ่ส่วนใหญ่มีอะตอมของคาร์บอนเป็นจำนวนเท่ากันซึ่งเกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของการสังเคราะห์ อย่างไรก็ตาม มีการเชื่อมต่อกับลิงค์จำนวนคี่ การเกิดออกซิเดชันของสารประกอบทั้งสองชนิดนี้แตกต่างกันเล็กน้อย

ลักษณะทั่วไป

กระบวนการออกซิเดชันของกรดไขมันนั้นซับซ้อนและมีหลายขั้นตอน มันเริ่มต้นด้วยการแทรกซึมเข้าไปในเซลล์และสิ้นสุดที่ส่วนท้ายของกระบวนการ ในกรณีนี้ ขั้นตอนสุดท้ายจริง ๆ แล้ว catabolism ของคาร์โบไฮเดรตซ้ำ (วงจร Krebs การเปลี่ยนแปลงของพลังงานของการไล่ระดับของเมมเบรนเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของ กระบวนการคือ ATP, CO 2 และน้ำ

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันในเซลล์ยูคาริโอตจะดำเนินการในไมโตคอนเดรีย (ตำแหน่งที่มีลักษณะเฉพาะมากที่สุดของการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น) เปอร์รอกซิโซมหรือเอนโดพลาสมิกเรติเคิล

พันธุ์ (ประเภท) ของการเกิดออกซิเดชัน

การออกซิเดชันของกรดไขมันมีสามประเภท: α, β และ ω บ่อยที่สุด กระบวนการนี้ดำเนินไปตามกลไก β และแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในไมโตคอนเดรีย ทางเดินโอเมก้าเป็นทางเลือกเล็กน้อยสำหรับกลไก β และดำเนินการในเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม และกลไกอัลฟาเป็นลักษณะของกรดไขมันชนิดเดียวเท่านั้น (ไฟทานิค)

ชีวเคมีของการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันในไมโตคอนเดรีย

เพื่อความสะดวก กระบวนการ catabolism ของไมโตคอนเดรียแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนตามอัตภาพ:

• การกระตุ้นและการขนส่งไปยังไมโตคอนเดรีย
• ออกซิเดชัน;
• การเกิดออกซิเดชันของอะเซทิลโคเอ็นไซม์ A ที่เกิดขึ้นผ่านวงจร Krebs และห่วงโซ่การขนส่งทางไฟฟ้า

การกระตุ้นเป็นกระบวนการเตรียมการที่เปลี่ยนกรดไขมันให้อยู่ในรูปแบบที่พร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี เนื่องจากโมเลกุลเหล่านี้เองเฉื่อย นอกจากนี้ หากไม่มีการกระตุ้น พวกมันจะไม่สามารถทะลุผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียได้ ระยะนี้เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นนอก

อันที่จริง การเกิดออกซิเดชันเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการนี้ ประกอบด้วยสี่ขั้นตอนในตอนท้ายซึ่งกรดไขมันจะถูกแปลงเป็นโมเลกุลของ Acetyl-CoA ผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างการใช้คาร์โบไฮเดรต ดังนั้นขั้นตอนต่อไปจะคล้ายกับขั้นตอนสุดท้ายของไกลโคไลซิสแบบแอโรบิก การก่อตัวของ ATP เกิดขึ้นในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งพลังงานของศักย์ไฟฟ้าเคมีถูกใช้เพื่อสร้างพันธะพลังงานสูง

ในกระบวนการออกซิเดชันของกรดไขมัน นอกจากโมเลกุลอะซิติล-CoA, NADH และ FADH 2 ยังก่อตัวขึ้นอีกด้วย ซึ่งยังเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจในฐานะผู้บริจาคอิเล็กตรอน เป็นผลให้ผลผลิตพลังงานทั้งหมดของแคแทบอลิซึมของไขมันค่อนข้างสูง ตัวอย่างเช่น การเกิดออกซิเดชันของกรดปาลมิติกโดยกลไก β ให้โมเลกุลเอทีพี 106 โมเลกุล

การกระตุ้นและถ่ายโอนไปยัง mitochondrial matrix

กรดไขมันเฉื่อยในตัวเองและไม่สามารถเกิดออกซิเดชันได้ การกระตุ้นทำให้พวกเขาอยู่ในรูปแบบที่พร้อมใช้งานสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี นอกจากนี้ ไม่เปลี่ยนแปลง โมเลกุลเหล่านี้ไม่สามารถเจาะเข้าไปในไมโตคอนเดรีย

สาระสำคัญของการกระตุ้นคือการเปลี่ยนกรดไขมันเป็น Acyl-CoA-thioester ซึ่งต่อมาได้ผ่านการเกิดออกซิเดชัน กระบวนการนี้ดำเนินการโดยเอ็นไซม์พิเศษ - ไทโอคิเนส (Acyl-CoA synthetases) ซึ่งติดอยู่กับเยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรีย ปฏิกิริยาดำเนินไปใน 2 ขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานของสอง ATP

จำเป็นต้องมีสามองค์ประกอบสำหรับการเปิดใช้งาน:

• HS-CoA;
• มก. 2+

อย่างแรก กรดไขมันทำปฏิกิริยากับ ATP เพื่อสร้างอะซิลาดีนิเลต (ระดับกลาง) ในทางกลับกัน ทำปฏิกิริยากับ HS-CoA ซึ่งเป็นกลุ่ม thiol ซึ่งแทนที่ AMP ทำให้เกิดพันธะไทโออีเทอร์กับกลุ่มคาร์บอกซิล เป็นผลให้เกิดสาร acyl-CoA ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของกรดไขมันซึ่งถูกส่งไปยังไมโตคอนเดรีย

การขนส่งไปยังไมโตคอนเดรีย

ขั้นตอนนี้เรียกว่าการเปลี่ยนสภาพด้วยคาร์นิทีน การถ่ายโอน acyl-CoA ไปยัง miticondrial matrix จะดำเนินการผ่านรูขุมขนโดยมีส่วนร่วมของ carnitine และเอนไซม์พิเศษ - carnitine acyltransferases

สำหรับการขนส่งข้ามเมมเบรน CoA จะถูกแทนที่ด้วยคาร์นิทีนเพื่อสร้างเอซิล-คาร์นิทีน สารนี้ถูกถ่ายโอนไปยังเมทริกซ์โดยวิธีการแพร่กระจายที่สะดวกโดยมีส่วนร่วมของตัวพา acyl-carnitine / carnitine

ภายในไมโตคอนเดรียเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับซึ่งประกอบด้วยการหลุดออกของเรตินซึ่งกลับเข้าสู่เยื่อหุ้มเซลล์อีกครั้งและการลดลงของ acyl-CoA (ในกรณีนี้จะใช้โคเอ็นไซม์ A "เฉพาะที่" ไม่ใช่แบบที่ เกิดพันธะขึ้นในขั้นตอนการเปิดใช้งาน)

ปฏิกิริยาพื้นฐานของการออกซิเดชันของกรดไขมันโดยกลไก β-

การใช้พลังงานอย่างง่ายที่สุดของกรดไขมันคือ β-ออกซิเดชันของโซ่ที่ไม่มีพันธะคู่ ซึ่งจำนวนหน่วยคาร์บอนจะเท่ากัน ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น acyl coenzyme A ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับกระบวนการนี้

กระบวนการออกซิเดชันของกรดไขมันประกอบด้วย 4 ปฏิกิริยา:

1. ดีไฮโดรจีเนชันคือการกำจัดไฮโดรเจนออกจากอะตอม β-คาร์บอนด้วยการก่อตัวของพันธะคู่ระหว่างการเชื่อมโยงลูกโซ่ที่อยู่ในตำแหน่ง α และ β (อะตอมที่หนึ่งและที่สอง) ผลที่ได้คืออีโนอิล-โคเอ เอ็นไซม์ของปฏิกิริยาคือ acyl-CoA dehydrogenase ซึ่งทำหน้าที่ร่วมกับโคเอ็นไซม์ FAD (ตัวหลังจะลดลงเหลือ FADH2)
2. ไฮเดรชั่นคือการเกาะของโมเลกุลน้ำกับอีโนอิล-CoA ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของ L-β-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA ดำเนินการโดยอีโนอิล-โคเอ-ไฮเดรต
3. ดีไฮโดรจีเนชัน - ออกซิเดชันของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาก่อนหน้าโดยดีไฮโดรจีเนสที่ขึ้นกับ NAD ด้วยการก่อตัวของ β-ketoacyl-coenzyme A ซึ่งนำไปสู่การลดลงของ NAD เป็น NADH
4. ความแตกแยกของ β-ketoacyl-CoA ต่อ acetyl-CoA และ acyl-CoA ถูกทำให้สั้นลงโดยอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอม ปฏิกิริยาจะดำเนินการโดยไธโอเลส ข้อกำหนดเบื้องต้นคือการมี HS-CoA ฟรี

จากนั้นทุกอย่างก็เริ่มต้นใหม่อีกครั้งด้วยปฏิกิริยาแรก

วงจรซ้ำของทุกขั้นตอนจะดำเนินการจนกว่าห่วงโซ่คาร์บอนทั้งหมดของกรดไขมันจะถูกแปลงเป็นโมเลกุลอะซิติล-โคเอ็นไซม์ A

การก่อตัวของ Acetyl-CoA และ ATP โดยตัวอย่างการออกซิเดชันของ Palmitoyl-CoA

ที่ส่วนท้ายของแต่ละรอบ โมเลกุล acyl-CoA, NADH และ FADH2 ถูกสร้างในปริมาณเดียว และสาย acyl-CoA-thioether จะสั้นลงโดยสองอะตอม โดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังห่วงโซ่การขนส่งทางไฟฟ้า FADH2 ให้โมเลกุล ATP หนึ่งและครึ่งและ NADH - สอง เป็นผลให้ได้โมเลกุล ATP 4 ตัวจากรอบเดียว โดยไม่นับผลผลิตพลังงานของ acetyl-CoA

ห่วงโซ่กรดปาลมิติกประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 16 อะตอม ซึ่งหมายความว่าในระยะออกซิเดชัน 7 รอบควรเกิดขึ้นกับการก่อตัวของอะเซทิล-CoA แปดตัว และผลผลิตพลังงานจาก NADH และ FADH 2 ในกรณีนี้จะเป็น 28 โมเลกุล ATP (4 × 7) การเกิดออกซิเดชันของ acetyl-CoA ยังไปสู่การก่อตัวของพลังงานซึ่งถูกเก็บไว้เป็นผลมาจากผลิตภัณฑ์ของวงจร Krebs ที่เข้าสู่ห่วงโซ่การขนส่งทางไฟฟ้า

ผลผลิตรวมของระยะออกซิเดชันและวัฏจักรเครบส์

อันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของ acetyl-CoA จะได้รับ 10 โมเลกุล ATP เนื่องจาก catabolism ของ Palmitoyl-CoA ให้ผล 8 acetyl-CoA พลังงานที่ได้จะเท่ากับ 80 ATP (10 × 8) หากคุณเพิ่มสิ่งนี้ในการเกิดออกซิเดชันของ NADH และ FADH 2 คุณจะได้ 108 โมเลกุล (80 + 28) จากจำนวนนี้ควรลบ 2 ATP ซึ่งใช้ในการกระตุ้นกรดไขมัน

สมการสุดท้ายสำหรับการเกิดออกซิเดชันของกรดปาลมิติกจะเป็น: palmitoyl-CoA + 16 O 2 + 108 Pi + 80 ADP = CoA + 108 ATP + 16 CO 2 + 16 H 2 O

การคำนวณการปล่อยพลังงาน

พลังงานที่ปล่อยออกมาจากกระบวนการแคแทบอลิซึมของกรดไขมันบางชนิดขึ้นอยู่กับจำนวนหน่วยคาร์บอนในสายโซ่ จำนวนโมเลกุล ATP คำนวณโดยสูตร:

โดยที่ 4 คือปริมาณของ ATP ที่เกิดขึ้นในแต่ละรอบเนื่องจาก NADH และ FADH2 (n / 2 - 1) คือจำนวนรอบ n / 2 × 10 คือผลผลิตพลังงานจากการเกิดออกซิเดชันของ acetyl-CoA และ 2 คือ ค่าใช้จ่ายในการเปิดใช้งาน

คุณสมบัติของปฏิกิริยา

ออกซิเดชันมีลักษณะเฉพาะบางอย่าง ดังนั้น ความซับซ้อนของการเกิดออกซิเดชันของสายโซ่ที่มีพันธะคู่จึงอยู่ในความจริงที่ว่าหลังไม่สามารถได้รับผลกระทบจากอีโนอิล-โคเอไฮเดรตเนื่องจากความจริงที่ว่าพวกมันอยู่ในตำแหน่งซิสเต็ม ปัญหานี้จะหมดไปโดยอีโนอิล-CoA ไอโซเมอเรส เนื่องจากพันธะได้รับการกำหนดค่าทรานส์ เป็นผลให้โมเลกุลกลายเป็นเหมือนผลิตภัณฑ์ของระยะเบต้าออกซิเดชันแรกอย่างสมบูรณ์และสามารถได้รับความชุ่มชื้น พื้นที่ที่มีพันธะเดี่ยวจะถูกออกซิไดซ์ในลักษณะเดียวกับกรดอิ่มตัว

บางครั้งไอโซเมอเรสของ enoyl-CoA ไม่เพียงพอที่จะดำเนินการตามกระบวนการต่อไป สิ่งนี้ใช้กับโซ่ที่มีการกำหนดค่า cis9-cis12 (พันธะคู่ที่อะตอมของคาร์บอนที่ 9 และ 12) ที่นี่ สิ่งกีดขวางไม่ได้เป็นเพียงโครงร่างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตำแหน่งของพันธะคู่ในห่วงโซ่ด้วย หลังได้รับการแก้ไขโดยเอนไซม์ 2,4-dienoyl-CoA reductase

แคแทบอลิซึมของกรดไขมันที่มีจำนวนอะตอมเป็นเลขคี่

กรดชนิดนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับไขมันส่วนใหญ่ที่มีแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ (โดยธรรมชาติ) สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหา เนื่องจากแต่ละรอบเกี่ยวข้องกับการย่อลิงก์จำนวนคู่ให้สั้นลง ด้วยเหตุนี้ การเกิดออกซิเดชันแบบวัฏจักรของกรดไขมันในกลุ่มนี้จึงดำเนินต่อไปจนกระทั่งสารประกอบ 5-carbon ปรากฏขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งแยกออกเป็น acetyl-CoA และ propionyl-coenzyme A สารประกอบทั้งสองเข้าสู่วงจรอีกสามปฏิกิริยาเป็น ผลลัพธ์ที่ได้คือ succinyl-CoA ... เป็นผู้ที่เข้าสู่วัฏจักรเครบส์

คุณสมบัติของการเกิดออกซิเดชันในเปอร์รอกซิโซม

ในเปอร์รอกซิโซม การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันเกิดขึ้นจากกลไกเบต้าที่คล้ายคลึงกันแต่ไม่เหมือนกันกับไมโตคอนเดรีย นอกจากนี้ยังประกอบด้วย 4 ขั้นตอนซึ่งทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ acetyl-CoA แต่มีข้อแตกต่างที่สำคัญหลายประการ ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนที่แยกออกในขั้นตอนดีไฮโดรจีเนชันไม่ได้ลด FAD แต่ส่งผ่านไปยังออกซิเจนด้วยการก่อตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ หลังถูกย่อยสลายโดย catalase ทันที เป็นผลให้พลังงานที่สามารถใช้ในการสังเคราะห์ ATP ในห่วงโซ่ทางเดินหายใจจะกระจายไปเป็นความร้อน

ความแตกต่างที่สำคัญประการที่สองคือเอนไซม์เปอร์รอกซิโซมบางชนิดมีความเฉพาะเจาะจงสำหรับกรดไขมันบางชนิดที่มีปริมาณน้อยและไม่มีอยู่ในเมทริกซ์ของยล

ลักษณะเฉพาะของเปอร์รอกซิโซมของเซลล์ตับคือไม่มีเครื่องมือของเอ็นไซม์ของวงจรเครบส์อยู่ที่นั่น ดังนั้นจากผลของเบต้าออกซิเดชันจึงเกิดผลิตภัณฑ์สายสั้นซึ่งถูกส่งไปยังไมโตคอนเดรียเพื่อออกซิเดชัน

ในการเปลี่ยนพลังงานที่มีอยู่ในกรดไขมันให้เป็นพลังงานของพันธะ ATP มีวิถีการเผาผลาญสำหรับการออกซิเดชันของกรดไขมันไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิกและสายโซ่ทางเดินหายใจ เส้นทางนี้เรียกว่า β-ออกซิเดชันตั้งแต่ การเกิดออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนที่ 3 ของกรดไขมัน (ตำแหน่ง β) ไปเป็นหมู่คาร์บอกซิลเกิดขึ้น ในขณะที่กลุ่มอะเซทิล รวมทั้ง C 1 และ C 2 ของกรดไขมันดั้งเดิม แยกออกจากกรด

รูปแบบเบื้องต้นของ β-ออกซิเดชัน

Β-ปฏิกิริยาออกซิเดชันเกิดขึ้นใน ไมโตคอนเดรียเซลล์ส่วนใหญ่ของร่างกาย (ยกเว้นเซลล์ประสาท) สำหรับการเกิดออกซิเดชัน จะใช้กรดไขมันที่เข้าสู่ไซโตซอลจากเลือดหรือปรากฏขึ้นในระหว่างการสลายไขมันของ TAG ภายในเซลล์ของพวกมัน สมการรวมการเกิดออกซิเดชันของกรดปาล์มิติกมีดังนี้:

Palmitoyl-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Acetyl-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH

ขั้นตอนการออกซิเดชันของกรดไขมัน

1. ก่อนเจาะเข้าสู่ไมโทคอนเดรียเมทริกซ์และถูกออกซิไดซ์ กรดไขมันต้อง เปิดใช้งานในไซโตซอล ทำได้โดยการติดโคเอ็นไซม์ A เพื่อสร้าง acyl-SCoA Acyl-SCoA เป็นสารประกอบที่ให้พลังงานสูง ปฏิกิริยากลับไม่ได้เกิดขึ้นจากการไฮโดรไลซิสของไดฟอสเฟตเป็นกรดฟอสฟอริกสองโมเลกุล

การสังเคราะห์ Acyl-SCoA พบได้ในเอนโดพลาสมิกเรติเคิลบนเยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรียและภายใน มีสารสังเคราะห์หลายชนิดที่จำเพาะต่อกรดไขมันชนิดต่างๆ

ปฏิกิริยากระตุ้นกรดไขมัน

2. Acyl-SCoA ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย ดังนั้นจึงมีวิธีการถ่ายโอนร่วมกับคาร์นิทีนที่มีลักษณะคล้ายวิตามิน มีเอนไซม์ที่เยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรีย คาร์นิทีน อะซิลทรานสเฟอเรส I.

การขนส่งกรดไขมันขึ้นกับคาร์นิทีนไปยังไมโตคอนเดรีย

คาร์นิทีนถูกสังเคราะห์ในตับและไต จากนั้นจึงส่งผ่านไปยังอวัยวะอื่นๆ ใน มดลูกระยะเวลาและใน ปีแรกคุณค่าของคาร์นิทีนต่อร่างกายสูงมาก แหล่งพลังงานของระบบประสาท เด็กร่างกายและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง สมองดำเนินการผ่านกระบวนการคู่ขนานสองกระบวนการ: การออกซิเดชันที่ขึ้นกับคาร์นิทีนของกรดไขมันและแอโรบิกออกซิเดชันของกลูโคส คาร์นิทีนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของสมองและไขสันหลัง สำหรับการทำงานร่วมกันของทุกส่วนของระบบประสาทที่รับผิดชอบในการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของกล้ามเนื้อ มีการศึกษาที่เชื่อมโยงกับภาวะขาดคาร์นิทีน สมองพิการและปรากฏการณ์" ความตายในเปล".

เด็กเล็ก ทารกคลอดก่อนกำหนด และทารกน้ำหนักแรกเกิดต่ำมีความเสี่ยงต่อภาวะขาดคาร์นิทีนเป็นพิเศษ ปริมาณสำรองภายในร่างกายจะหมดลงอย่างรวดเร็วภายใต้สถานการณ์ตึงเครียดต่างๆ ( โรคติดเชื้อ, ความผิดปกติของระบบทางเดินอาหาร, ความผิดปกติของการให้อาหาร). การสังเคราะห์ทางชีวภาพของคาร์นิทีนถูกจำกัดอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีขนาดเล็ก มวลกล้ามเนื้อและการรับประทานอาหารธรรมดาไม่สามารถรักษาระดับเลือดและเนื้อเยื่อให้เพียงพอได้

3. หลังจากจับกับคาร์นิทีนแล้ว กรดไขมันจะถูกส่งผ่านเมมเบรนโดยทรานส์โลเคส ที่ด้านในของเมมเบรน เอ็นไซม์คาร์นิทีน อะซิลทรานสเฟอเรส II ก่อตัวอีกครั้งเป็น acyl-SCoA ซึ่งเข้าสู่วิถี β-ออกซิเดชัน

4. กระบวนการเอง β-ออกซิเดชันประกอบด้วย 4 ปฏิกิริยา ทำซ้ำเป็นรอบ เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ออกซิเดชัน(เอซิล-SCoA ดีไฮโดรจีเนส), การให้ความชุ่มชื้น(อีโนอิล-SCoA-ไฮเดรต) และอีกครั้ง ออกซิเดชันอะตอมของคาร์บอนตัวที่ 3 (ไฮดรอกซีเอซิล-SCoA-ดีไฮโดรจีเนส) ในที่สุด ปฏิกิริยาทรานส์เฟอเรส อะซิติล-SCoA จะถูกแยกออกจากกรดไขมัน HS-CoA ถูกเติมลงในกรดไขมันที่เหลืออยู่ (สั้นลงสองคาร์บอน) และกลับสู่ปฏิกิริยาแรก ทุกอย่างถูกทำซ้ำจนกระทั่งในรอบสุดท้าย acetyl-SCoA สองอันเกิดขึ้น

ลำดับการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดไขมัน

การคำนวณสมดุลพลังงานของ β-ออกซิเดชัน

ก่อนหน้านี้ เมื่อคำนวณประสิทธิภาพการเกิดออกซิเดชัน อัตราส่วน P / O สำหรับ NADH จะเท่ากับ 3.0 สำหรับ FADH 2 - 2.0

จากข้อมูลสมัยใหม่ ค่าสัมประสิทธิ์ P / O สำหรับ NADH เท่ากับ 2.5 สำหรับ FADH 2 - 1.5

เมื่อคำนวณปริมาณ ATP ที่เกิดขึ้นระหว่างการออกซิเดชั่นของกรดไขมัน จำเป็นต้องคำนึงถึง:

• ปริมาณของ acetyl-SCoA ที่เกิดขึ้นนั้นพิจารณาจากการแบ่งปกติของจำนวนอะตอมของคาร์บอนในกรดไขมัน 2
• ตัวเลข β-รอบการเกิดออกซิเดชัน... จำนวนของรอบการออกซิเดชัน β สามารถกำหนดได้ง่ายโดยอาศัยแนวคิดของกรดไขมันเป็นสายโซ่ของหน่วยคาร์บอนสองหน่วย จำนวนตัวแบ่งระหว่างหน่วยสอดคล้องกับจำนวนรอบ β-ออกซิเดชัน ค่าเดียวกันสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร (n / 2 -1) โดยที่ n คือจำนวนอะตอมของคาร์บอนในกรด
• จำนวนพันธะคู่ในกรดไขมัน ในปฏิกิริยา β-ออกซิเดชันครั้งแรก พันธะคู่จะเกิดขึ้นโดยมีส่วนร่วมของ FAD หากมีพันธะคู่ในกรดไขมันอยู่แล้ว ก็ไม่มีความจำเป็นสำหรับปฏิกิริยานี้ และไม่เกิด FADH 2 จำนวนของ FADH 2 ที่หายไปนั้นสอดคล้องกับจำนวนของพันธะคู่ ปฏิกิริยารอบที่เหลือจะไม่เปลี่ยนแปลง
• ปริมาณพลังงาน ATP ที่ใช้ในการกระตุ้น (สอดคล้องกับพันธะพลังงานสูงสองพันธะเสมอ)

ตัวอย่าง. ออกซิเดชันของกรด Palmitic

• เนื่องจากมีคาร์บอนอะตอมถึง 16 อะตอม จึงเกิด β-ออกซิเดชันรูปแบบ 8 โมเลกุลของอะเซทิล-SCoA... หลังเข้าสู่ CTX เมื่อมันถูกออกซิไดซ์ในหนึ่งรอบของวัฏจักร โมเลกุล NADH 3 ตัว (7.5 ATP), 1 FADH 2 โมเลกุล (1.5 ATP) และ 1 GTP โมเลกุลจะก่อตัวขึ้น ซึ่งเทียบเท่ากับ 10 โมเลกุล ATP ดังนั้น 8 โมเลกุลของ acetyl-SCoA จะให้การก่อตัวของ 8 × 10 = 80 โมเลกุลเอทีพี
• สำหรับกรดปาลมิติก จำนวนรอบ β-ออกซิเดชันคือ 7... ในแต่ละรอบ จะเกิด 1 โมเลกุลของ FADH 2 (1.5 ATP) และ 1 โมเลกุลของ NADH (2.5 ATP) เข้าสู่ห่วงโซ่ทางเดินหายใจโดยรวมแล้วพวกเขาจะ "ให้" 4 โมเลกุล ATP ดังนั้นใน 7 รอบจะเกิดโมเลกุล ATP 7 × 4 = 28 ATP
• พันธะคู่ในกรดปาลมิติก ไม่.
• 1 โมเลกุล ATP ใช้เพื่อกระตุ้นกรดไขมันซึ่งถูกไฮโดรไลซ์เป็น AMP นั่นคือ 2 การเชื่อมต่อในระดับมหภาคหรือ สอง ATP.

สรุปได้ว่าเราได้รับ 80+28-2 =106 โมเลกุล ATP เกิดขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันของกรดปาลมิติก

การเกิดออกซิเดชันทางชีวภาพของกรดไขมันสามารถเปรียบเทียบได้กับการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอน: ทั้งในกรณีหนึ่งและในกรณีอื่น ๆ พบว่าให้พลังงานอิสระสูงสุด การเกิดออกซิเดชัน b ทางชีวภาพของส่วนไฮโดรคาร์บอนของกรดไขมันจะทำให้เกิดส่วนประกอบที่กระตุ้นด้วยไบคาร์บอน ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เพิ่มเติมใน CTC และมีค่าเทียบเท่ารีดิวซ์จำนวนมาก ซึ่งนำไปสู่การสังเคราะห์ ATP ในระบบทางเดินหายใจ เซลล์แอโรบิกส่วนใหญ่สามารถออกซิเดชันของกรดไขมันเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำได้อย่างสมบูรณ์

ไขมันภายนอกหรือภายในเป็นแหล่งของกรดไขมัน หลังส่วนใหญ่มักจะแสดงโดย triacylglycerides ซึ่งสะสมอยู่ในเซลล์เป็นแหล่งพลังงานสำรองและคาร์บอน นอกจากนี้ เซลล์ยังใช้ลิพิดเมมเบรนขั้วซึ่งมีการต่ออายุการเผาผลาญเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ไขมันถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์เฉพาะ (ไลเปส) ไปจนถึงกลีเซอรอลและกรดไขมันอิสระ

b-ออกซิเดชันของกรดไขมัน... กระบวนการพื้นฐานของการออกซิเดชันของกรดไขมันนี้เกิดขึ้นในยูคาริโอตในไมโตคอนเดรีย การถ่ายโอนกรดไขมันข้ามเยื่อหุ้มยลส่งเสริม คาร์นิทีน(g-trimethylamino-b-hydroxybutyrate) ซึ่งจับโมเลกุลกรดไขมันในลักษณะพิเศษอันเป็นผลมาจากการที่ประจุบวก (บนอะตอมไนโตรเจน) และประจุลบ (บนอะตอมออกซิเจนของกลุ่มคาร์บอกซิล) ใกล้เคียงกันและ ทำให้เป็นกลางซึ่งกันและกัน

หลังจากถูกส่งไปยังไมโทคอนเดรียเมทริกซ์ กรดไขมันจะถูกกระตุ้นโดย CoA ในปฏิกิริยาที่ขึ้นกับ ATP ที่เร่งปฏิกิริยาโดยอะซิเตทไทโอคิเนส (รูปที่ 9.1) จากนั้นอนุพันธ์ของ acyl-CoA จะถูกออกซิไดซ์ด้วยการมีส่วนร่วมของ acyl dehydrogenase มี acyl dehydrogenases หลายชนิดในเซลล์ที่จำเพาะต่ออนุพันธ์ CoA ของกรดไขมันที่มีความยาวสายไฮโดรคาร์บอนต่างกัน เอนไซม์ทั้งหมดเหล่านี้ใช้ FAD เป็นกลุ่มเทียม FADH 2 เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาโดยเป็นส่วนหนึ่งของ acyl dehydrogenase ถูกออกซิไดซ์โดย flavoprotein อีกตัวหนึ่ง ซึ่งจะถ่ายเทอิเล็กตรอนไปยังสายโซ่ทางเดินหายใจในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย

ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน อีโนอิล-CoA ถูกไฮเดรทโดยการกระทำของอีโนอิลไฮเดรตเพื่อสร้าง b-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA (รูปที่ 9.1) มีอีโนอิล CoA ไฮเดรตที่จำเพาะต่อรูปแบบซิสและทรานส์ของอนุพันธ์อีโนอิล CoA ของกรดไขมัน ในกรณีนี้ ทรานส์-อีโนอิล-โคเอไฮเดรตสเตอริโอจำเพาะเป็น L-b-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA และซิส-ไอโซเมอร์ - เป็น D-สเตอริโอไอโซเมอร์ของ -b-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA-เอสเทอร์

ขั้นตอนสุดท้ายของปฏิกิริยาบี-ออกซิเดชันของกรดไขมันคือดีไฮโดรจีเนชันของ L-b-hydroxyacyl-CoA (รูปที่ 9.1) อะตอมบีคาร์บอนของโมเลกุลผ่านกระบวนการออกซิเดชัน ดังนั้นกระบวนการทั้งหมดจึงเรียกว่าบี-ออกซิเดชัน เร่งปฏิกิริยา b-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase จำเพาะเฉพาะกับรูปแบบ L ของ b-hydroxyacyl-CoA เอนไซม์นี้ใช้ NAD เป็นโคเอ็นไซม์ ดีไฮโดรจีเนชันของ D-isomers ของ b-hydroxyacylCoA เกิดขึ้นหลังจากขั้นตอนเพิ่มเติมของไอโซเมอไรเซชันใน L-b-hydroxyacyl-CoA (เอนไซม์ b-hydroxyacyl-CoA-epimerase) ผลคูณของปฏิกิริยาระยะนี้คือ b-ketoacyl-CoA ซึ่งถูกแยกออกโดยง่ายโดย thiolase เป็นอนุพันธ์ 2 ชนิดคือ acyl-CoA ซึ่งสั้นกว่าสารตั้งต้นที่กระตุ้นโดยอะตอมของคาร์บอน 2 อะตอม และส่วนประกอบ acetyl-CoA-bicarbon จากห่วงโซ่กรดไขมัน (ภาพที่.9.1) ... อนุพันธ์ของ acyl-CoA ผ่านรอบถัดไปของปฏิกิริยา b-oxidation และ acetyl-CoA สามารถเข้าสู่วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิกสำหรับการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม

ดังนั้นแต่ละรอบของ b-ออกซิเดชันของกรดไขมันจะมาพร้อมกับความแตกแยกของชิ้นส่วนคาร์บอนสองชิ้น (acetyl-CoA) และอะตอมไฮโดรเจนสองคู่จากซับสเตรต ซึ่งลดหนึ่ง NAD + โมเลกุลและหนึ่งโมเลกุล FAD กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปจนกระทั่งห่วงโซ่กรดไขมันถูกแยกออกอย่างสมบูรณ์ หากกรดไขมันประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเป็นจำนวนคี่ การเกิดออกซิเดชัน b จะเสร็จสมบูรณ์ด้วยการก่อตัวของโพรพิโอนิล-CoA ซึ่งในปฏิกิริยาต่างๆ จะถูกแปลงเป็น ซัคซินิล-CoA และในรูปแบบนี้สามารถเข้าสู่ CTC ได้

กรดไขมันส่วนใหญ่ที่ประกอบกันเป็นเซลล์ของสัตว์ พืช และจุลินทรีย์มีสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่แตกแขนง ในเวลาเดียวกัน ไขมันของจุลินทรีย์และไขพืชบางชนิดมีกรดไขมัน ซึ่งอนุมูลไฮโดรคาร์บอนมีจุดแตกแขนง (ปกติจะอยู่ในรูปของกลุ่มเมทิล) หากมีกิ่งน้อยและทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งคู่ (ที่อะตอมของคาร์บอน 2, 4, ฯลฯ ) กระบวนการออกซิเดชัน b จะดำเนินการตามรูปแบบปกติด้วยการก่อตัวของ acetyl- และ propionyl-CoA หากกลุ่มเมทิลอยู่ที่อะตอมของคาร์บอนที่แปลก กระบวนการออกซิเดชัน b จะถูกบล็อกที่ระยะไฮเดรชั่น สิ่งนี้ควรนำมาพิจารณาในการผลิตผงซักฟอกสังเคราะห์: เพื่อให้แน่ใจว่าการย่อยสลายทางชีวภาพอย่างรวดเร็วและสมบูรณ์ใน สิ่งแวดล้อมจำเป็นต้องยอมรับการบริโภคจำนวนมาก เฉพาะตัวแปรที่มีสายไฮโดรคาร์บอนที่ไม่มีการแยกย่อย

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันไม่อิ่มตัว... กระบวนการนี้ดำเนินการตามกฎของ b-ออกซิเดชันทั้งหมด อย่างไรก็ตาม กรดไขมันไม่อิ่มตัวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติส่วนใหญ่มีพันธะคู่ที่ตำแหน่งดังกล่าวในสายโซ่ไฮโดรคาร์บอน ซึ่งการกำจัดชิ้นส่วนคาร์บอนสองชิ้นตามลำดับจากปลายคาร์บอกซิลทำให้เกิดอนุพันธ์ของ acyl-CoA ที่มีพันธะคู่ที่ตำแหน่ง 3-4 นอกจากนี้ พันธะคู่ของกรดไขมันธรรมชาติยังมีโครงสร้างที่เป็น cis เพื่อให้สามารถดำเนินการขั้นตอนดีไฮโดรจีเนชันด้วยการมีส่วนร่วมของ b-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA ดีไฮโดรจีเนส ซึ่งจำเพาะกับรูปแบบ L ของ b-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA จำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมของไอโซเมอไรเซชันของเอนไซม์ ในระหว่างนั้นพันธะคู่ใน โมเลกุล COA ของอนุพันธ์ของกรดไขมันจะเคลื่อนที่จากตำแหน่ง 3-4 ไปยังตำแหน่ง 2-3 และการกำหนดค่าของพันธะคู่จะเปลี่ยนจาก cis เป็นทรานส์ เมแทบอไลต์นี้ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับอีโนอิลไฮเดรต ซึ่งเปลี่ยนทรานส์-อีโนอิล-CoA เป็น L-b-ไฮดรอกซีเอซิล-CoA

ในกรณีเหล่านั้นเมื่อการถ่ายโอนและไอโซเมอไรเซชันของพันธะคู่เป็นไปไม่ได้ พันธะดังกล่าวจะได้รับการกู้คืนด้วยการมีส่วนร่วมของ NADPH การสลายตัวของกรดไขมันที่ตามมาจะเกิดขึ้นผ่านกลไกการเกิดออกซิเดชันแบบปกติ

เส้นทางเล็ก ๆ ของการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน... b-ออกซิเดชันเป็นเส้นทางหลักแต่ไม่ใช่ทางเดียวสำหรับแคแทบอลิซึมของกรดไขมัน ดังนั้นกระบวนการออกซิเดชันของกรดไขมันที่มีอะตอมคาร์บอน 15-18 อะตอมจึงพบได้ในเซลล์พืช วิถีนี้เกี่ยวข้องกับการโจมตีขั้นต้นของกรดไขมันโดยเปอร์ออกซิเดสเมื่อมีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่คาร์บอนคาร์บอกซิลถูกแยกออกเป็น CO 2 และอะตอมของคาร์บอนในตำแหน่ง a จะถูกออกซิไดซ์ไปยังกลุ่มอัลดีไฮด์ จากนั้นอัลดีไฮด์จะถูกออกซิไดซ์ด้วยการมีส่วนร่วมของดีไฮโดรจีเนสกับกรดไขมันที่สูงขึ้นและกระบวนการนี้จะทำซ้ำอีกครั้ง (รูปที่ 9.2) อย่างไรก็ตาม เส้นทางนี้ไม่สามารถให้การเกิดออกซิเดชันได้อย่างสมบูรณ์ ใช้สำหรับตัดสายโซ่กรดไขมันให้สั้นลงเท่านั้น และยังเป็นวิธีแก้ปัญหาเมื่อบี-ออกซิเดชันถูกบล็อกเนื่องจากการมีอยู่ของกลุ่มเมทิลจี้ กระบวนการนี้ไม่ต้องการการมีส่วนร่วมของ CoA และไม่ได้มาพร้อมกับการก่อตัวของ APR

กรดไขมันบางชนิดสามารถเกิดออกซิเดชันที่อะตอม w-carbon (w-oxidation) ในกรณีนี้ CH 3 - กลุ่มผ่านไฮดรอกซิเลชันภายใต้การกระทำของ monooxygenase ซึ่งในระหว่างนั้นจะสร้างกรด w-hydroxy ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็นกรดไดคาร์บอกซิลิก กรดไดคาร์บอกซิลิกสามารถทำให้สั้นลงที่ปลายทั้งสองข้างได้โดยผ่านปฏิกิริยาบี-ออกซิเดชัน

ในทำนองเดียวกัน ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวจะสลายตัวในเซลล์ของจุลินทรีย์และเนื้อเยื่อสัตว์บางชนิด ในขั้นตอนแรกด้วยการมีส่วนร่วมของโมเลกุลออกซิเจนโมเลกุลจะถูกไฮดรอกซีด้วยการก่อตัวของแอลกอฮอล์ซึ่งต่อมาถูกออกซิไดซ์เป็นอัลดีไฮด์และกรดคาร์บอกซิลิกซึ่งถูกกระตุ้นโดยการเพิ่ม CoA และเข้าสู่เส้นทาง b-ออกซิเดชัน

Franz Knoop เสนอว่าการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลกรดไขมันในเนื้อเยื่อของร่างกายเกิดขึ้นที่ตำแหน่ง β เป็นผลให้ชิ้นส่วนของไบคาร์บอนที่ด้านข้างของกลุ่มคาร์บอกซิลถูกแยกออกจากโมเลกุลของกรดไขมันตามลำดับ

ทฤษฎีการออกซิเดชันของกรดไขมันที่เสนอโดย F. Knoop ส่วนใหญ่เป็นพื้นฐานสำหรับแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับกลไกการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน

กระบวนการเผาผลาญ

β-ออกซิเดชันเป็นลำดับของกระบวนการ:

• การกระตุ้นกรดไขมันในไซโตพลาสซึมของเซลล์ด้วยการก่อตัวของ acyl-CoA
• การขนส่ง acyl-CoA ผ่านเยื่อคู่ไมโตคอนเดรียผ่านคาร์นิทีน (การถ่ายโอนเมมเบรน)
• Intramitochondrial β-ออกซิเดชัน (เกิดขึ้นในเมทริกซ์)

การกระตุ้นกรดไขมัน

กรดไขมันที่ก่อตัวในเซลล์โดยการไฮโดรไลซิสของไตรเอซิลกลีเซอไรด์หรือที่ป้อนจากเลือดจะต้องถูกกระตุ้น เนื่องจากพวกมันเองเป็นสารเฉื่อยเมแทบอลิซึม และเป็นผลให้ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมี รวมทั้งออกซิเดชัน กระบวนการกระตุ้นเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมโดยมีส่วนร่วมของ ATP, โคเอ็นไซม์ A (HS-CoA) และ Mg 2+ ไอออน ปฏิกิริยาถูกเร่งโดยเอนไซม์สังเคราะห์ acyl-CoA synthetase ของกรดไขมันสายยาว ( สายโซ่ยาว-ไขมัน-กรด-CoA ligase, KF) กระบวนการนี้เป็นกระบวนการ endergonic เช่น ดำเนินการเนื่องจากการใช้พลังงานของการไฮโดรไลซิสของโมเลกุล ATP:

การสังเคราะห์ Acyl-CoA พบได้ทั้งในไซโตพลาสซึมและในเมทริกซ์ยล เอนไซม์เหล่านี้มีความจำเพาะสำหรับกรดไขมันที่มีความยาวสายไฮโดรคาร์บอนต่างกัน กรดไขมันสายสั้นและขนาดกลาง (อะตอมของคาร์บอน 4 ถึง 12 อะตอม) สามารถแพร่กระจายไปยังเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย การกระตุ้นของกรดไขมันเหล่านี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียเมทริกซ์

กรดไขมันสายยาว ซึ่งมีอยู่ในร่างกายมนุษย์ (อะตอมของคาร์บอน 12 ถึง 20 อะตอม) ถูกกระตุ้นโดยการสังเคราะห์ acyl-CoA ซึ่งอยู่ด้านนอกของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นนอก

ไพโรฟอสเฟตที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาถูกไฮโดรไลซ์โดยเอนไซม์ไพโรฟอสฟาเตส (CP):

สิ่งนี้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในสมดุลของปฏิกิริยาที่มีต่อการก่อตัวของ acyl-CoA

เนื่องจากกระบวนการกระตุ้นกรดไขมันเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม จึงจำเป็นต้องมีการขนส่ง acyl-CoA เพิ่มเติมผ่านเมมเบรนไปยังไมโทคอนเดรีย

การขนส่งกรดไขมันผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย

การขนส่งกรดไขมันสายยาวผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียที่มีความหนาแน่นสูงจะทำผ่านคาร์นิทีน ในเยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรียมีเอนไซม์คาร์นิทีน acyltransferase I (carnitine palmitoyltransferase I, CPT1, CF) ซึ่งเร่งปฏิกิริยาด้วยการก่อตัวของ acylcarnitine (กลุ่ม acyl ถูกถ่ายโอนจากอะตอมของ CoA ซัลเฟอร์ไปยังกลุ่มไฮดรอกซิลของคาร์นิทีนเป็น แบบฟอร์ม acylcarnitine (carnitine-COR)) เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย:

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

อะซิลคาร์นิทีนที่เป็นผลลัพธ์จะส่งผ่านช่องว่างระหว่างเมมเบรนไปยังด้านนอกของเยื่อหุ้มชั้นใน และขนส่งโดยเอนไซม์คาร์นิทีน อะซิลคาร์นิทีน ทรานสโลเคส (CACT)

หลังจากผ่าน acylcarnitine (carnitine-COR) ผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียจะเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ - ความแตกแยกของ acylcarnitine ด้วยการมีส่วนร่วมของ CoA-SH และเอนไซม์ mitochondrial carnitinacyl-CoA-transferase หรือ carnitinacyltransferase II (carnitine-palmitoyltransferase II): CPT2

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

ดังนั้น acyl-CoA จึงพร้อมใช้งานสำหรับเอนไซม์ β-ออกซิเดชัน คาร์นิทีนอิสระจะถูกส่งกลับไปยังด้านไซโตพลาสซึมของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในโดยทรานสโลเคสเดียวกัน

หลังจากนั้น acyl-CoA จะรวมอยู่ในปฏิกิริยา β-oxidation

กระบวนการถ่ายโอนกรดไขมันผ่านเมมเบรนสามารถยับยั้งได้โดย malonyl-CoA

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันภายในเซลล์

ในเมทริกซ์ยล กรดไขมันจะถูกออกซิไดซ์ในวัฏจักร Knopp-Linen มันเกี่ยวข้องกับเอ็นไซม์สี่ตัวที่ทำหน้าที่ตามลำดับบน acyl-CoA เมแทบอไลต์สุดท้ายของวัฏจักรนี้คือ acetyl-CoA กระบวนการนี้ประกอบด้วยปฏิกิริยาสี่อย่าง

อะซิติล-CoA ที่ก่อตัวขึ้นจะผ่านออกซิเดชันในวัฏจักรเครบส์ และ acyl-CoA ซึ่งสั้นลงโดยอะตอมของคาร์บอนสองอะตอม อีกครั้งจะผ่านเส้นทางออกซิเดชันของ β ทั้งหมดอีกหลายครั้งจนกระทั่งเกิดการก่อตัวของบิวไทริล-CoA (สารประกอบ 4 คาร์บอน) ซึ่งใน เทิร์นถูกออกซิไดซ์เป็น 2 โมเลกุล acetyl-CoA FADH 2 และ NADH · H ไปที่ทางเดินหายใจโดยตรง

สำหรับการย่อยสลายกรดไขมันสายยาวอย่างสมบูรณ์ วัฏจักรต้องทำซ้ำหลายครั้ง ตัวอย่างเช่น สำหรับ stearyl-CoA (C 17 H 35 CO ~ SCoA) จำเป็นต้องมีแปดรอบ

คุณสมบัติของการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันที่มีอะตอมคาร์บอนเป็นจำนวนคี่

อันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันที่มีอะตอมคาร์บอนเป็นจำนวนคี่ ไม่เพียงแต่ acetyl-CoA, FAD H 2 และ NADH เท่านั้นที่ก่อตัวขึ้น แต่ยังสร้างโมเลกุลโพรพิโอนิล-CoA หนึ่งโมเลกุลด้วย (C 2 H 5 -CO ~ SCoA)

การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันไม่อิ่มตัว

ในการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันที่มีพันธะสองตัว (-C = C-C-C = C-) และพันธะที่ไม่อิ่มตัวมากกว่านั้น จำเป็นต้องมีเอนไซม์ β-hydroxyacyl-CoA-epimerase (CF) เพิ่มเติมอีกหนึ่งตัว

อัตราการออกซิเดชันของกรดไขมันไม่อิ่มตัวนั้นสูงกว่าของกรดไขมันอิ่มตัวมาก ซึ่งเกิดจากการมีพันธะคู่ ตัวอย่างเช่น หากเราใช้อัตราการออกซิเดชันของกรดสเตียริกอิ่มตัวเป็นมาตรฐาน อัตราการออกซิเดชันของกรดโอเลอิกที่ 11, ไลโนเลอิกที่ 114, ไลโนเลนิกที่ 170 และกรดอาราคิโดนิกจะสูงกว่ากรดสเตียริกเกือบ 200 เท่า

การเกิดออกซิเดชันของเบต้าในพืช

สมดุลพลังงานของกระบวนการ

จากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปตาม CPE จาก FAD H 2 และ NADH โมเลกุล ATP 5 ตัวจึงถูกสังเคราะห์ (2 จาก FADH 2 และ 3 จาก NADH) ในกรณีของการเกิดออกซิเดชันของกรดปาลมิติกจะมีรอบ 7 β-ออกซิเดชัน (16 / 2-1 = 7) ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของ 5 7 = 35 โมเลกุล ATP ในกระบวนการออกซิเดชันของกรดปาลมิติก นโมเลกุลอะซิติล-CoA ซึ่งเมื่อเผาไหม้สมบูรณ์ในวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก จะให้โมเลกุลเอทีพี 12 ตัว และโมเลกุล 8 ตัวจะให้โมเลกุลเอทีพี 12 8 = 96 โมเลกุล

ดังนั้นโดยรวมแล้วด้วยการเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของกรดปาลมิติก 35 + 96 = 131 ATP โมเลกุลจะเกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาโมเลกุล ATP หนึ่งโมเลกุลซึ่งถูกไฮโดรไลซ์เป็น AMP นั่นคือใช้พันธะพลังงานสูง 2 พันธะหรือ ATP สองอันที่จุดเริ่มต้นสำหรับกระบวนการกระตุ้น (การก่อตัวของ palmitoyl-CoA) พลังงานทั้งหมดที่มี การเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลกรดปาลมิติกหนึ่งโมเลกุลภายใต้สภาวะของร่างกายสัตว์จะเป็น 131 -2 = 129 โมเลกุล

สมการโดยรวมสำหรับการเกิดออกซิเดชันของกรดปาลมิติกมีดังนี้:

สูตรคำนวณจำนวน ATP ทั้งหมดที่เกิดจากกระบวนการออกซิเดชัน β-ออกซิเดชัน คือ

ที่ไหน น- จำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลกรดไขมัน

การคำนวณพลังงานของ β-ออกซิเดชันสำหรับกรดไขมันบางชนิดแสดงในรูปของตาราง

การออกซิเดชันของกรดไขมันเอ็กซ์ตร้าไมโทคอนเดรีย

นอกจาก β-ออกซิเดชันของกรดไขมัน ซึ่งเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียแล้ว ยังมีการออกซิเดชัน กรดไขมันที่มีความยาวสายโซ่ยาวกว่า (จาก C 20) ไม่สามารถออกซิไดซ์ในไมโตคอนเดรียได้เนื่องจากมีเมมเบรนสองชั้นหนาแน่น ซึ่งจะป้องกันกระบวนการถ่ายโอนผ่านช่องว่างระหว่างเมมเบรน ดังนั้นการเกิดออกซิเดชันของกรดไขมันสายยาว (C 20 -C 22 และอื่นๆ) จึงเกิดขึ้นในเปอร์รอกซิโซม ในเปอร์รอกซิโซม β-ออกซิเดชันของกรดไขมันเกิดขึ้นในรูปแบบดัดแปลง ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันในกรณีนี้คือ acetyl-CoA, octanoyl-CoA และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H 2 O 2 อะซีติล-CoA ถูกก่อรูปขึ้นในขั้นตอนที่เร่งปฏิกิริยาโดยดีไฮโดรจีเนสที่ขึ้นกับ FAD เอนไซม์เปอร์รอกซิโซมไม่โจมตีกรดไขมันสายสั้น และกระบวนการออกซิเดชัน β จะหยุดลงเมื่อออกตาโนอิล-CoA

กระบวนการนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชันและการสร้าง ATP ดังนั้น octanoyl-CoA และ acetyl-CoA จึงส่งต่อจาก CoA ไปยังคาร์นิทีนและถูกส่งไปยังไมโตคอนเดรีย โดยที่พวกมันจะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้าง ATP

การเปิดใช้งานของ peroxisomal β-oxidation เกิดขึ้นเมื่อมีปริมาณกรดไขมันส่วนเกินในอาหารที่บริโภคโดยเริ่มจาก C 20 เช่นเดียวกับเมื่อทานยาลดไขมันในเลือด

ระเบียบข้อบังคับ

อัตราการควบคุมกระบวนการออกซิเดชัน β-ออกซิเดชันประกอบด้วยปัจจัยหลายประการ:

อัตราการออกซิเดชัน β ยังขึ้นอยู่กับกิจกรรมของเอนไซม์ carnitine palmitoyl transferase I (CPTI) ในตับ เอนไซม์นี้ถูกยับยั้งโดย malonyl-CoA ซึ่งเป็นสารที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์กรดไขมัน

ในกล้ามเนื้อ carnitine palmitoyl transferase I (CPTI) ยังถูกยับยั้งโดย malonyl CoA แม้ว่าเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อจะไม่สังเคราะห์กรดไขมัน แต่ก็มี isoenzyme acetyl CoA คาร์บอกซิเลส ซึ่งสังเคราะห์ malonyl CoA เพื่อควบคุม β-ออกซิเดชัน ไอโซเอนไซม์นี้ถูกฟอสโฟรีเลตโดยโปรตีนไคเนส A ซึ่งกระตุ้นในเซลล์โดยอะดรีนาลีนและโดยไคเนสโปรตีนที่ขึ้นกับ AMP และด้วยเหตุนี้จึงยับยั้ง ความเข้มข้นของ malonyl-CoA ลดลง เป็นผลให้ในระหว่างการทำงานทางกายภาพ เมื่อ AMP ปรากฏในเซลล์ β-ออกซิเดชันจะทำงานภายใต้การกระทำของอะดรีนาลีน อย่างไรก็ตาม อัตราของมันยังขึ้นอยู่กับความพร้อมของออกซิเจน ดังนั้น β-ออกซิเดชันจึงกลายเป็นแหล่งพลังงานสำหรับกล้ามเนื้อเพียง 10-20 นาทีหลังจากเริ่มออกกำลังกาย (ที่เรียกว่าการออกกำลังกายแบบแอโรบิก) เมื่อออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อเพิ่มขึ้น

รบกวนกระบวนการ

ข้อบกพร่องในระบบขนส่งคาร์นิทีน

ข้อบกพร่องในระบบการขนส่งคาร์นิทีนเป็นที่ประจักษ์ใน fermentopathies และภาวะขาดคาร์นิทีนในร่างกายมนุษย์

ภาวะขาดคาร์นิทีน

ภาวะขาดสารอาหารที่พบบ่อยที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียคาร์นิทีนระหว่างสภาวะทางร่างกายบางประการ ได้แก่

สัญญาณและอาการของการขาดคาร์นิทีนคือการโจมตีของภาวะน้ำตาลในเลือดที่เกิดจากการลดลงของ gluconeogenesis อันเป็นผลมาจากการละเมิด β-ออกซิเดชันของกรดไขมัน การลดลงของการก่อตัวของคีโตนพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของไขมันอิสระ กรด (FFA) ในเลือด กล้ามเนื้ออ่อนแรง (myasthenia gravis) และการสะสมของไขมันด้วย

หมักหมม

ความผิดปกติทางพันธุกรรมของกรดไขมันสายกลาง Acyl-CoA Dehydrogenases

ในไมโตคอนเดรีย มี acyl-CoA dehydrogenases 3 ชนิดที่ออกซิไดซ์กรดไขมันที่มีสายอนุมูลอิสระที่มีความยาว ปานกลาง หรือสั้น กรดไขมันสามารถออกซิไดซ์ตามลำดับโดยเอนไซม์เหล่านี้เนื่องจากอนุมูลจะสั้นลงระหว่าง β-ออกซิเดชัน ข้อบกพร่องทางพันธุกรรมในดีไฮโดรจีเนสของกรดไขมันที่มีความยาวอนุมูลเฉลี่ย (CF) - MCADD(ย่อมาจาก เอ็ม edium- คไห่ เอ cyl-CoA d ehydrogenase dประสิทธิภาพ) เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับโรคทางพันธุกรรมอื่น ๆ - 1:15 000 ความถี่ของยีนที่บกพร่อง ACADM, การเข้ารหัสสำหรับ acyl-CoA dehydrogenases ของกรดไขมันสายกลางในหมู่ประชากรยุโรป - 1:40 เป็นโรค autosomal recessive ที่เกิดจากการแทนที่นิวคลีโอไทด์ T (thymine) ด้วย A (adenine) ที่ตำแหน่ง 985 ของยีน มันแสดงออกในการสะสมของกรดไขมันสายกลาง (โดยเฉพาะคาปริลิก) และอนุพันธ์ในเลือดและการขาดคาร์นิทีนทุติยภูมิ อาการทั่วไปมีอาการอาเจียน ง่วงซึม ภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำอย่างรุนแรงที่เกิดจากการใช้กลูโคสในปริมาณมาก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งอันตรายสำหรับทารกแรกเกิด) อาการโคม่าอาจพัฒนาและอาจถึงแก่ชีวิตได้ โรคนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งในเด็กเนื่องจากมีการตายมากที่สุด (มากถึง 60%)

ความผิดปกติทางพันธุกรรมของ acyl-CoA dehydrogenases ของกรดไขมันสายโซ่คาร์บอนที่ยาวมาก

Dicarboxylic aciduria

Dicarboxylic aciduria เป็นโรคที่เกี่ยวข้องกับการขับกรด C 6 -C 10 -dicarboxylic ที่เพิ่มขึ้นและภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำที่เกิดขึ้นกับพื้นหลังนี้ อย่างไรก็ตาม ไม่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาในร่างกายของคีโตน สาเหตุของโรคนี้คือ MCADD สิ่งนี้ขัดขวาง β-ออกซิเดชัน และเพิ่ม ω-ออกซิเดชันของกรดไขมันสายยาว ซึ่งถูกทำให้สั้นลงจนถึงกรดไดคาร์บอกซิลิกสายกลางที่ขับออกจากร่างกาย

เซลเวเกอร์ซินโดรม

Zellweger's syndrome หรือ cerebrohepatorenal syndrome ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรมที่หายากซึ่งอธิบายโดย Hans Zellweger กุมารแพทย์ชาวอเมริกัน ( เอช.ยู. เซลเวเกอร์) ซึ่งแสดงออกโดยไม่มีเปอร์รอกซิโซมในเนื้อเยื่อทั้งหมดของร่างกาย ส่งผลให้กรดโพลิอีโนอิก (C 26 -C 38) ซึ่งเป็นกรดไขมันสายยาวสะสมในร่างกายโดยเฉพาะในสมอง อุบัติการณ์ของการเกิด biogenesis ผิดปกติของเปอร์รอกซิโซมในสเปกตรัมของกลุ่มอาการเซลล์เวเกอร์คือ 1: 50,000 ทารกแรกเกิดในสหรัฐอเมริกาและ 1: 500,000 ทารกแรกเกิดในญี่ปุ่น ดาวน์ซินโดรมมีลักษณะดังนี้: การชะลอการเจริญเติบโตก่อนคลอด; ความดันเลือดต่ำของกล้ามเนื้อ ความยากลำบากในการดูด; areflexia; dolichocephaly; หน้าผากสูง ใบหน้าแบนกลม เปลือกตาบวม; hypertelorism; ส่วนตามองโกลอยด์; ต้อกระจก; retinopathy pigmentosa หรือ dysplasia ของเส้นประสาทตา; coloboma ของม่านตา; หูชั้นต่ำ; ไมโครกนาเธีย; เพดานปากแหว่ง; ความโค้งด้านข้างหรือตรงกลางของนิ้ว ความเสียหายของตับ (ตับ (ตับเพิ่มขึ้น), dysginesia ของท่อ intrahepatic, โรคตับแข็งของตับ); โรคไต polycystic; บ่อยครั้ง - รุนแรง, เข้ากันไม่ได้กับความผิดปกติของชีวิตของปอดและหัวใจบกพร่อง; การพัฒนาจิตล่าช้า อาการชัก; โรคดีซ่านถาวร การตรวจทางพยาธิวิทยาเผยให้เห็นความล่าช้าในการทำลายเซลล์ประสาท การสะสมของไขมันใน astrocytes; ในตับ, ไตและสมอง, เนื้อหาของ plasmagens จะลดลง; ในเซลล์ของตับและเนื้อเยื่ออื่น ๆ ของร่างกาย จำนวนเปอร์รอกซิโซมจะลดลง เอ็นไซม์เปอร์รอกซิโซมส่วนใหญ่ไม่ทำงาน ในเลือดกิจกรรมของ transaminases เพิ่มขึ้นและมีภาวะบิลิรูบินในเลือดสูงอย่างต่อเนื่อง Peroxisome biogenesis เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนหนึ่งใน 12 ยีน PEXการเข้ารหัสเปอร์ออกไซด์ การกลายพันธุ์ในยีนเหล่านี้ทำให้เกิดความผิดปกติในการสร้างเปอร์รอกซิโซมไบโอเจเนซิส ทุกรูปแบบของโรคเซลล์เวเกอร์นั้นสืบทอดมาจากลักษณะด้อยแบบออโตโซม

โรคอาเจียนจาเมกา

โรคเฉพาะที่มีอาการมึนเมารุนแรง ร่วมกับอาเจียน ช็อกจากภาวะ hypovolemic ชัก ภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ อาจมีอาการโคม่าและเสียชีวิตได้ในรูปแบบรุนแรง เรียกว่ากินผลอากิดิบหรือดิบหรือบลิจิอร่อยๆ ( บลีเกีย สาปิดา) ซึ่งรวมถึงอนุพันธ์ของกรด α-aminopropanoic ทอกซินคือไฮโปไกลซีน อันเป็นผลมาจากการเผาผลาญอาหาร hypoglycine จะยับยั้ง acyl-CoA dehydrogenase ซึ่งต่อมายับยั้งกระบวนการของ β-oxidation เมื่อมี hypoglycine อยู่ ส่วนใหญ่จะสะสม butyryl-CoA ซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์เป็นกรดบิวทิริกอิสระ (บิวทิเรต) กรดบิวทิริกเข้าสู่กระแสเลือดมากเกินไปทำให้เกิดภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ

เขียนรีวิวเกี่ยวกับ Beta Oxidation

หมายเหตุ (แก้ไข)

1. Stroyev E.A.เคมีชีวภาพ: ตำราสำหรับเภสัชกร. in-tov และร้านขายยา ข้อเท็จจริง น้ำผึ้ง. ใน-tov - ม.: ม.ต้น, 2529 .-- 479 น.
2. อี.เอส. เซเวริน.ชีวเคมี. - M: GEOTAR-MED, 2547 .-- 779 น. - ไอเอสบีเอ็น 5-9231-0254-4
3. T. T. Berezov, B. F. Korovkinเคมีชีวภาพ - M.: Medicine, 1998 .-- 704 p. - ไอเอสบีเอ็น 5-225-02709-1
4. , พี. 943.
5. คนูป, ฟรานซ์ (1904). Der Abbau aromatischer Fettsäuren im Tirkörper. Beitr Chem Physiol Pathol 6 : 150-162. สืบค้นเมื่อ 2 มีนาคม 2558.
6. Houten S. M. , Wanders R. J.(ภาษาอังกฤษ) // วารสารโรคเมตาบอลิที่สืบทอดมา. - 2553. - ฉบับที่. 33 หมายเลข 5 . - ป. 469-477. - ดอย:. - PMID 20195903
7. R. Marry, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell.ชีวเคมีของมนุษย์ - M.: Mir, 1993 .-- T. I. - 384 p. - ISBN 5-03-001774-7
8. เนลสัน ดี. ค็อกซ์ เอ็ม.พื้นฐานของชีวเคมีของเลห์นิงเงอร์ - ม.: BINOM, 2011 .-- ต. II.
9. โคห์ลมัน ย่า, โรห์ม เค.จี.ชีวเคมีภาพ - M.: Mir, 2011 .-- 469 น. - ไอเอสบีเอ็น 5-03-003304-1
10. ซิงห์ที่ 1 (กุมภาพันธ์ 1997) ชีวเคมีของเปอร์รอกซิโซมในสุขภาพและโรค มล. เซลล์. ไบโอเคมี. 167 (1-2): 1-29. ดอย:. PMID 9059978
11. เคมีชีวภาพกับแบบฝึกหัดและภารกิจ / เอ็ด. ส.อ. เซเวริน. - ม.: GEOTAR-Media, 2554 .-- 624 น. - ไอ 9785970417553
12. Handig I et al: การสืบทอดของการกลายพันธุ์ S113L ภายในครอบครัวผสมที่มีการขาดเอนไซม์ carnitine palmitoyltransferase ฮึ่ม ยีนต์. 97: 291-293,1996 PMID 8786066.
13. ... - มอสโก: สมาคมพันธุศาสตร์การแพทย์รัสเซีย 2013 .-- 18 หน้า
14. พี. โบเวน, ซี. เอส. เอ็น. ลี, เอช. ยู. เซลล์เวเกอร์, อาร์. ลินเดนเบิร์ก กลุ่มอาการครอบครัวที่มีข้อบกพร่องแต่กำเนิดหลายตัว แถลงการณ์ของโรงพยาบาล Johns Hopkins, 1964; 114: 402.
15. ออมมิ

วรรณกรรม

• ดี. เมตซ์เลอร์.ชีวเคมี. - M.: Mir, 1980. - T. 2. - 609 p.

• เนลสัน ดี. ค็อกซ์ เอ็ม.พื้นฐานของชีวเคมีของเลห์นิงเงอร์ - M.: Binom, 2014 .-- T. II. - 636 น. - 1700 เล่ม - ไอ 978-5-94774-366-1

ดูสิ่งนี้ด้วย

เบต้าออกซิเดชันข้อความที่ตัดตอนมา