Окисляване на мастни киселини с нечетен брой въглеродни атоми
Липидите на много растения и някои морски организми съдържат мастни киселини с нечетен брой въглеродни атоми. Те също претърпяват β-окисление. Крайният продукт от β-окислението на висши мастни киселини снечетен брой въглеродни атоми епропионил-КоА.
Пропионил-КоА се превръща в сукцинил-КоА чрез две последователни реакции - карбоксилиране и изомеризация:
Освен това, сукцинил-КоА е включен в цикъла на трикарбоксилната киселина.
Окисляване на ненаситени мастни киселини
Около половината от мастните киселини в човешкото тяло са ненаситени. β-окислението на тези киселини протича по обичайния начин, докато двойната връзка е между третия и четвъртия въглероден атом. След това ензимът еноил-КоА изомераза премества двойната връзка от позиция 3-4 в позиция 2-3 и променя двойната връзка от цис на транс, което е необходимо за β-окисление. В този цикъл на β-окисление не възниква първата реакция на дехидрогениране, тъй като двойната връзка в радикала на мастната киселина вече е налице. Освен това циклите на β-окисление продължават по обичайния път.
Нарушения на окислението на мастни киселини
При хора с наследствени дефекти вкарнитин ацилтрансфераза I илиензими за синтез на карнитин в скелетните мускули, скоростта на навлизане на мастни киселини в митохондриалната матрица и, съответно, скоростта на β-окисление е намалена. В тези случаи дълговерижните мастни киселини не се използват като енергийни източници. Тези хора имат намалена способност за упражнения; мазнините могат да се натрупват в клетките, образувайки вакуоли.
Има генетичен дефект в дехидрогеназата на мастни киселини със средна дължина на въглеводородна верига. При кърмачетата млечните мазнини са основният източник на енергия, а млечните триацилглицероли преобладаватсредноверижни мастни киселини. Невъзможността да се използват мастни киселини като енергийни източници води до увеличаване на скоростта на окисление на глюкозата. В резултат на това децата развиват хипогликемия - причина за внезапна детска смъртност (10% от общия брой починали новородени). Ако такива деца оцелеят, след гладуване 6-8 часа, те развиват хипогликемични атаки (слабост, замаяност, повръщане, загуба на съзнание).
Във всички случаи, когато β-окислението е нарушено, мастните киселини се натрупват в клетките и се разлагат по пътя наω-окисление. В резултат на това се образуват дикарбоксилни киселини, които се екскретират с урината. Определянето на тези киселини в урината може да служи като диагностичен признак за нарушение на β-окислението.
Метаболизъм на ацетил-КоА
Ацетил-КоА е универсален донор на ацетилови групи зареакции на ацетилиране, и също така е включен вцикъла на трикарбоксилната киселина чрезглиоксилния цикъл. Този процес е важен за синтеза на въглехидрати.
Включването на ацетил-КоА в цикъла на Кребс зависи от наличието на оксалоацетат. По време на глад или диабет оксалоацетатът се изразходва при образуването на глюкоза. При такива условия пътят на метаболизма на ацетил-КоА се отклонява към образуването накетонни тела. Основното място на образуване на кетонни тела е черният дроб.
Кетони тела - ацетооцетна киселина (ацетоацетат) CH3COCH2COOH, β-хидроксимаслена киселина (β-хидроксибутират) CH3CHOHCH2COOH и ацетон CH3COCH3.
В кръвта на здрав човек кетонните тела се съдържат в много ниски концентрации (в кръвния серум 0,03-0,2 mmol / l).При патологични състояния (при хора с тежък диабет, по време на глад) концентрацията на кетонни тела в кръвта може да достигне 16-20 mmol / l.Кетонемия обикновено придружена откетонурия.
Сърдечният мускул и кората на бъбреците използват за предпочитане ацетоацетат като гориво, а не глюкоза. За разлика от това, глюкозата е основното "гориво" за мозъка при индивиди, които получават балансирана диета. По време на гладуване и диабет мозъкът се адаптира към употребата на ацетоацетат. Черният дроб не използва кетонови тела за енергия.
В периферните тъкани кетоновите тела се окисляват до ацетил-КоА.
ЛИПОГЕНЕЗА
Липогенеза - de novo биосинтеза на мастни киселини. Липогенезата протича в цитозола на клетките на черния дроб, бъбреците, мозъка, белите дробове, млечната жлеза и мастната тъкан. Субстратът за синтеза е ацетил-КоА. Интрамитохондриалният ацетил-КоА взаимодейства с оксалоацетат. Полученият цитрат се пренася в цитозола с помощта на специална транспортна система.
1. Карбоксилиране на ацетил-КоА и образуване на малонил-КоА. Ензим -ацетил-КоА-карбоксилаза, съдържабиотин.
CO2 + ATP + биотин-ензим ® карбоксибиотин-ензим + ADP + FN
карбоксибиотин-ензим + CH3-CO-SCoA®
® HOOC-CH2-CO-S-CoA + биотин-ензим
Малонил-КоА
Този етап е ограничаващ. Следващите етапи протичат с участието на мултиензимен комплекс -синтетаза на мастни киселини (синтаза). Състои се от6 ензима, свързани сацил-носещ протеин (ACP), и има две свободни HS-групи.
2. Свързване на ацетил-КоА и малонил-КоА с АПБ.
3. Кондензация на два ацетилови остатъка.
4. Редукция на карбонилната група.
6. Хидрогениране. В резултат на това се образувабутирил-APB.
След това цикълът на реакциите се повтаря. На последния етап хидролиза и освобождаване на APB.
Донор на водородв синтеза на мастни киселини еNADP. NADPH доставя пентозофосфатния път за окисление на глюкозата и NADP-зависимата малат дехидрогеназа.
Палмитинова киселина служи като прекурсор на други мастни киселини в тялото. Удължаването на въглеродната верига става с участието на ензимаелонгаза. Ненаситените мастни киселини се образуват от наситени мастни киселини с участието на ензимитедесатурази (фиг. 4).
Фиг. 4. Регулиране на синтеза и разграждането на мастни киселини
Превключването на процесите на синтез на мастни киселини към тяхното окисление се случва, когато периодът на храносмилане се промени в постабсорбционно състояние и се извършва с помощта на регулаторни механизми.
Най-важната връзка в регулацията на синтеза на мастни киселини еацетил-КоА-карбоксилазата. По време на храносмилането се повишава концентрацията на цитрат в цитозола, който е носител на ацетилови остатъци от митохондриите.Цитрат -алостеричен активатор на ацетил-КоА карбоксилаза. Синтезът на малонил-КоА и следователно синтезът на мастни киселини се ускорява. Крайният продукт епалмитил-CoA,инхибитор на ацетил-CoA карбоксилаза.
Активността на ацетил-КоА карбоксилазата се регулира отглюкагон иадреналин чрез аденилатциклазната система. Фосфорилираната форма на ензима е неактивна, докато дефосфорилираната форма е активна. Тези хормони също чрез фосфорилиране превръщат липазата в мастната тъкан в активно състояние. Следователно синтезът на мастни киселини спира и започва мобилизирането на TAGs, окислението на мастните киселини и синтеза на кетонни тела.
Регулаторният ензимβ-оксидация еацилкарнитин трансфераза. Неговияталостеричен инхибитор емалонил-КоА. В постабсорбционния период, когато навлизането на ацетилови остатъци от митохондриите в цитозола спира, синтезътмалонил-CoA също се спира и β-окислението се активира. β-окислението също се активира с активното потребление на АТФ.
Скоростта на биосинтеза на мастни киселини до голяма степен се определя от скоростта на образуване на триглицериди и фосфолипиди, от които те са компонент.
ФОСФОЛИПИДЕН МЕТАБОЛИЗЪМ
Фосфолипидите не са основен енергиен материал. Те играят важна роля в организацията на клетъчните мембрани, в образуването на липопротеинови комплекси, коагулацията на кръвта, имунологичните реакции и в преноса на електрони в дихателната верига.
Фосфолипидите се разграждат до висши мастни киселини, фосфорна киселина, азотни основи и глицеролчрез хидролитични средства. Фосфолипазите принадлежат към подкласа на естеразите (клас на хидролазите).
Фосфолипаза A1 разцепва естерната връзка в позиция 1 и освобождава молекулата на мастната киселина.Фосфолипаза А2 катализира хидролизата на естерната връзка в позиция 2 за образуване на свободна мастна киселина и лизофосфолипид. Фосфолипаза А1 е локализирана в ЕПС, а А2 - в митохондриите.Фосфолипаза С разцепва естерната връзка в позиция 3, за да образува 1,2-диацилглицерол и фосфорилна база.Фосфолипаза D катализира разцепването на азотната основа от фосфолипида.
Най-подробно са изследвани фосфолипазите А2. Действието на фосфолипазите върху мембраните води до значителни промени в тяхната функционална активност. Фосфолипаза А2 е компонент на инозитол фосфатната информационна система.
Фосфолипаза А2 се намира в отровата на някои змии, което причинява масивна хемолиза при ухапване.
Допълнителен обмен на IVFA и глицерол беше описан по-рано.
Азотните основи, които са част от фосфолипидите, се метаболизират по специфични начини. Напримерхолин ацетилиран до образуване на ацетилхолин.
Ацетилхолинът участва в предаването на нервните импулси.
Биосинтезата на фосфолипиди се осъществява в EPS клетките на черния дроб, чревната стена, тестисите, яйчниците и млечната жлеза.
При синтеза нахолин- и етаноламин-съдържащи фосфолипиди с участието на CTP се образуват CDP-холин или CDP-етаноламин -реактивни азотни бази. След това те реагират с1,2-диглиацилглицероли.
Холин + ATP ® Фосфохолин + ADP
Фосфохолин + CTP ® CDP-холин + H2P2O7
CDP-холин + 1,2-дигацилглицерол ® фосфатидилхолин + CMP
Фосфатидилхолин (лецитин) може също да се образува от фосфатидилетаноламин. Донорът на метиловите групи е S-аденозилметионин.
При синтеза на инозитол-съдържащи фосфолипиди с участието на CTP се образува CDP-диглицерид -реактивна форма на диглицерид, който след това реагира с азотна основа.