Енергиен баланс на окисление на наситени мастни киселини с четен брой въглеродни атоми
Когато FA се активира, се изразходват 2 макроергични връзки на АТФ.
Окисляването на наситена мастна киселина с четен брой С атоми дава само FADH2, NADH2 и ацетил-КоА.
За 1 цикъл на β-окисление се образуват 1 FADH2, 1 NADH2 и 1 ацетил-КоА, които при окисление дават 2+3+12=17 АТФ.
Броят на циклите в β-окислението на мастни киселини = броят на С атомите в (LC/2)-1. Палмитинова киселина претърпява (16/2)-1 = 7 цикъла по време на β-окисление. За 7 цикъла се образува 17 * 7 \u003d 119 ATP.
Последният цикъл на β-окисление е придружен от образуването на допълнителен ацетил-КоА, който при окисляване дава 12 ATP.
Така при окисляването на палмитинова киселина се получава: -2 + 119 + 12 = 129 ATP.
Обобщено уравнение на β-окисление, палмитоил-CoA:
С15Н31СО-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 8 CH3-CO-KoA + 7 FADH2 + 7 NADH2
Енергиен баланс на окисление на наситени мастни киселини с нечетен брой въглеродни атоми
β-окислението на наситена FA с нечетен брой С атоми в началото протича по същия начин, както при четен. 2 макроергични връзки на АТФ се изразходват за активиране.
LC със 17 C атоми преминава по време на β-окисление 17/2-1 = 7 цикъла. За 1 цикъл се образува 2+3+12=17 ATP от 1 FADH2, 1 NADH2 и 1 Acetyl-CoA. За 7 цикъла се образува 17 * 7 \u003d 119 ATP.
Последният цикъл на β-окисление е придружен от образуването не на ацетил-КоА, а на пропионил-КоА с 3 С атома.
Пропионил-CoA се карбоксилира с изразходването на 1 ATP от пропионил-CoA карбоксилаза, за да образува D-метилмалонил-CoA, който след изомеризация първо се превръща в L-метилмалонил-CoA, а след това в сукцинил-CoA. Сукцинил-КоА е включен в CTC и при окисляване дава PHA и 6 ATP. Щуката може да влезе в глюконеогенезата за синтез на глюкоза. Дефицитът на витамин В12 води до натрупване в кръвта и екскреция на метилмалонил в урината. Приокисление на мастни киселини се образува: -2 + 119-1 + 6 = 122 ATP.
Общото уравнение за β-окисление на мастни киселини със 17 С атома:
С16Н33СО-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 7 CH3-CO-KoA + 1 C2H5-CO-KoA + 7 FADH2 + 7 NADH2
Енергиен баланс на окисление на ненаситени мастни киселини с четен брой въглеродни атоми
Около половината от мастните киселини в човешкото тяло са ненаситени. β-окислението на тези киселини протича по обичайния начин, докато двойната връзка е между 3 и 4 атома С. Ензимът еноил-КоА изомераза след това премества двойната връзка от позиция 3-4 в позиция 2-3 и променя цис-конформацията на двойната връзка на транс, което е необходимо за β-окисление. В този β-окислителен цикъл, тъй като FA вече има двойна връзка, първата реакция на дехидрогениране не се случва и FADH2 не се образува. Освен това циклите на β-окисление продължават, без да се различават от обичайния път.
Енергийният баланс се изчислява по същия начин, както при наситени мастни киселини с четен брой С атоми, само 1 FADH2 и съответно 2 ATP липсват за всяка двойна връзка.
Общото уравнение за β-окисление на палмитолейл-CoA е:
С15Н29СО-CoA + 6 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 8 CH3-CO-KoA + 6 FADH2 + 7 NADH2
Енергиен баланс на β-окисление на палмитолеиновата киселина: -2+8*12+6*2+7*3=127 ATP.
Глад, упражнения → ↑ глюкагон, ↑ адреналин → TG липолиза в адипоцитите → ↑ FA в кръвта → ↑ β-оксидация при аеробни условия в мускулите, черния дроб → 1) ↑ ATP; 2) ↑ATP, ↑NADH2, ↑Acetyl-CoA, (↑FA) → ↓гликолиза → ↑съхранение на глюкоза, необходима за нервната тъкан, еритроцитите и др.
Храна → ↑ инсулин → ↑ гликолиза → ↑ Ацетил-КоА → ↑ синтез на малонил-КоА и мастни киселини
↑ синтез на малонил-КоА → ↑ малонил-КоА → ↓ карнитин ацилтрансфераза I в черния дроб → ↓ транспорт на мастни киселини в митохондриалния матрикс → ↓ мастни киселини в матрикса → ↓ β-окисление на мастни киселини
Биосинтеза на HFA. Структурата на палмитат синтазния комплекс. Химия и регулиране на процеса.
Синтез на палмитинова киселина
Първата реакция на синтеза на FA е превръщането на ацетил-КоА в малонил-КоА. Тази регулаторна реакция в синтеза на FA се катализира от ацетил-СоА карбоксилаза.
Ацетил-КоА карбоксилазата е съставена от няколко биотин-съдържащи субединици.
Реакцията протича на 2 етапа:
1) CO2 + биотин + ATP → биотин-COOH + ADP + Fn
2) ацетил-КоА + биотин-СООН → малонил-КоА + биотин
Ацетил-КоА карбоксилазата се регулира по няколко начина:
3) Асоцииране/дисоциация на комплекси от ензимни субединици. В своята неактивна форма ацетил-КоА карбоксилазата е комплекс от 4 субединици. Цитратът стимулира свързването на комплекси, в резултат на което се повишава активността на ензима. Palmitoyl-CoA причинява дисоциация на комплексите и намаляване на ензимната активност;
2) Фосфорилиране/дефосфорилиране на ацетил-КоА карбоксилаза. Глюкагонът или адреналинът чрез аденилатциклазната система стимулират фосфорилирането на ацетил-КоА карбоксилазните субединици, което води до нейното инактивиране. Инсулинът активира фосфопротеин фосфатазата, ацетил-КоА карбоксилазата се дефосфорилира. След това под действието на цитрата настъпва полимеризация на протомерите на ензима и той става активен;
3) Продължителната консумация на богата на въглехидрати и бедна на липиди храна води до увеличаване на секрецията на инсулин, което индуцира синтеза на ацетил-КоА карбоксилаза, палмитат синтаза, цитрат лиаза, изоцитрат дехидрогеназа и ускорява синтеза на мастни киселини и TG. Гладуването или богатата на мазнини храна води до намаляване на синтеза на ензими и съответно на мастни киселини и триглицериди.
Образуване на палмитинова киселина
След образуването на синтез на малонил-КоАпалмитинова киселина продължава върху мултиензимен комплекс -синтаза на мастна киселина (палмитоил синтетаза).
Палмитоил синтазата е димер, състоящ се от две идентични полипептидни вериги. Всяка верига има 7 активни места и ацил трансферен протеин (ACP). Всяка верига има 2 SH-групи: едната SH-група принадлежи на цистеина, другата принадлежи на остатъка на фосфопантетеиновата киселина. Цистеиновата SH група на един мономер е разположена до 4-фосфопантетеинатната SH група на друг протомер. Така протомерите на ензима са подредени от главата до опашката. Въпреки че всеки мономер съдържа всички каталитични места, комплекс от 2 протомера е функционално активен. Следователно, 2 LC всъщност се синтезират едновременно.
Този комплекс последователно удължава FA радикала с 2 С атома, чийто донор е малонил-КоА.
Реакции за синтез на палмитинова киселина
1) Прехвърляне на ацетил от CoA към SH-групата на цистеин от ацетилтрансацилазния център;
2) Прехвърляне на малонил от CoA към SH-групата на APB от малонил трансацилазния център;
3) С кетоацил синтазния център ацетилната група кондензира с малонилната група, за да образува кетоацил и освобождаване на CO2.
4) Кетоацилът се редуцира от кетоацил редуктазата до хидроксиацил;
5) Оксиацилът се дехидратира от хидратаза до еноил;
6) Еноил се редуцира от еноил редуктаза до ацил.
В резултат на първия цикъл от реакции се образува ацил с 4 С атома (бутирил). След това бутирилът се прехвърля от позиция 2 в позиция 1 (където ацетилът се намира в началото на първия цикъл от реакции). След това бутирилът претърпява същите трансформации и се удължава с 2 С атома (от малонил-КоА).
Подобни цикли на реакции се повтарят, докато се образува радикал на палмитинова киселина, който под действието на тиоестеразния центърхидролитично отделен от ензимния комплекс, превръщайки се в свободна палмитинова киселина.
Общото уравнение за синтеза на палмитинова киселина от ацетил-КоА и малонил-КоА е както следва:
H2O + 8 HSKoA + 14 NADP +
Синтез на мастни киселини от палмитинова и други мастни киселини
LC удължаване в елонгазни реакции
Удължаването на ФА се нарича елонгация. FA могат да бъдат синтезирани в резултат на EPR удължаване на палмитинова киселина и други по-дълги FA. Всяка LC дължина има свои собствени елонгази. Последователността на реакциите е подобна на синтеза на палмитинова киселина, но в този случай синтезът не е за APB, а за CoA. Основният продукт на удължаване в черния дроб е стеаринова киселина. В нервните тъкани се образуват дълговерижни мастни киселини (С=20-24), необходими за синтеза на сфинголипиди.
Синтез на ненаситени мастни киселини в десатуразни реакции
Включването на двойни връзки в FA радикали се нарича десатурация. Десатурацията на мастни киселини възниква в ER в монооксигеназни реакции, катализирани от десатурази.
Стеароил-КоА-десатуразатае интегрален ензим, който съдържа нехем желязо. Катализира образуването на 1 двойна връзка между 9 и 10 въглеродни атома в FA. Стеароил-КоА десатуразата пренася електрони от цитохром b5 до 1 кислороден атом, с участието на протони, този кислород образува вода. Вторият кислороден атом се свързва със стеариновата киселина с образуването на нейния хидроксиацил, който се дехидрогенира до олеинова киселина.
FA десатуразите, налични в човешкото тяло, не могат да образуват двойни връзки в FA, дистално от деветия въглероден атом, следователно FA от семействата ω-3 и ω-6 не се синтезират в тялото, те са незаменими и трябва да бъдат доставяни с храна, тъй като изпълняват важни регулаторни функции. Основните ФА, формирани презчовешкото тяло в резултат на десатурация - палмитоолеинова и олеинова.
Синтез на α-хидрокси мастни киселини
Синтезът на други мастни киселини, α-хидрокси киселини, също се случва в нервната тъкан. Оксидазите със смесена функция хидроксилират C22 и C24 киселини, за да образуват церебронова киселина, открита само в мозъчните липиди.