اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر اختلال اکسیداسیون اسیدهای چرب آنزیم های اکسیداسیون بتا اسید چرب

2.1. اکسیداسیون اسیدهای چرب در سلول ها

اسیدهای چرب بالاتر را می توان به سه طریق در سلول ها اکسید کرد:

الف) با اکسیداسیون،

ب) با اکسیداسیون ب،

ج) با اکسیداسیون w.

فرآیندهای اکسیداسیون a- و w- اسیدهای چرب بالاتر در میکروزوم های سلولی با مشارکت آنزیم های مونواکسیژناز رخ می دهد و یک عملکرد عمدتاً پلاستیکی ایفا می کند - در طی این فرآیندها، سنتز اسیدهای هیدروکسی، کتو اسیدها و اسیدها با تعداد فرد کربن انجام می شود. اتم های لازم برای سلول ها رخ می دهد. بنابراین، در طول اکسیداسیون a، یک اسید چرب را می توان با یک اتم کربن کوتاه کرد، بنابراین به اسیدی با تعداد فرد اتم C تبدیل می شود، مطابق با طرح داده شده:

2.1.1. b- اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر روش اصلی اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر، حداقل در رابطه با مقدار کل ترکیبات این کلاس اکسید شده در سلول، فرآیند اکسیداسیون b است که در سال 1904 توسط Knoop کشف شد. این فرآیند را می توان به عنوان فرآیند تجزیه گام به گام اکسیداتیو اسیدهای چرب بالاتر، اسیدهای چرب تعریف کرد، که طی آن یک برش متوالی قطعات دو کربنه به شکل استیل-CoA از گروه کربوکسیل مولکول اسید چرب بالاتر فعال شده وجود دارد. .

اسیدهای چرب بالاتری که وارد سلول می شوند فعال شده و به acyl-CoA (R-CO-SKoA) تبدیل می شوند و فعال شدن اسیدهای چرب در سیتوزول اتفاق می افتد. فرآیند b-اکسیداسیون اسیدهای چرب در ماتریکس میتوکندری رخ می دهد. در عین حال، غشای داخلی میتوکندری نسبت به acyl-CoA نفوذ ناپذیر است، که این سوال را در مورد مکانیسم انتقال باقی مانده‌های آسیل از سیتوزول به ماتریکس میتوکندری مطرح می‌کند.

بقایای آسیل با استفاده از یک حامل خاص که کارنیتین (CN) است، در سراسر غشای میتوکندری داخلی منتقل می شود:

در سیتوزول، با کمک آنزیم خارجی acylCoA:carnitine acyltransferase (E1 در نمودار زیر)، باقی مانده اسید چرب بالاتر از کوآنزیم A به کارنیتین برای تشکیل آسیل کارنیتین منتقل می شود:

آسیل کارنیتینین با مشارکت یک سیستم مخصوص کارنیتین-آسیل کارنیتین-ترانسلوکاز از طریق غشاء وارد میتوکندری می شود و در ماتریکس با کمک آنزیم داخلی acyl-CoA: کارنیتین آسیل ترانسفراز (E2)، باقیمانده آسیل از آن منتقل می شود. کارنیتین به کوآنزیم داخل میتوکندری A. در نتیجه، یک باقیمانده فعال در اسید چرب ماتریکس میتوکندری به شکل acyl-CoA ظاهر می شود. کارنیتین آزاد شده، با استفاده از همان ترانسلوکاز، از طریق غشای میتوکندری به داخل سیتوزول می گذرد، جایی که می تواند در یک چرخه انتقال جدید گنجانده شود. کارنیتین آسیل کارنیتین ترانسلوکاز، ساخته شده در غشای داخلی میتوکندری، یک مولکول آسیل کارنیتین را در ازای یک مولکول کارنیتین خارج شده از میتوکندری به میتوکندری منتقل می کند.

اسید چرب فعال در ماتریکس میتوکندری طبق طرح زیر تحت اکسیداسیون چرخه ای مرحله ای قرار می گیرد:

در نتیجه یک چرخه اکسیداسیون b، رادیکال اسید چرب با 2 اتم کربن کوتاه می شود و قطعه شکاف شده به صورت استیل-CoA آزاد می شود. معادله چرخه خلاصه:

در طی یک چرخه اکسیداسیون b، به عنوان مثال، در طی تبدیل استئاروئیل-CoA به پالمیتوئیل-CoA با تشکیل استیل-CoA، 91 کیلوکالری در مول انرژی آزاد آزاد می شود، اما بخش عمده ای از این انرژی به شکل انباشته می شود. انرژی حاصل از کاهش کوآنزیم ها و اتلاف انرژی به شکل گرما تنها حدود 8 کیلوکالری در مول است.

استیل کوآ حاصل می‌تواند وارد چرخه کربس شود، جایی که به محصولات نهایی اکسید می‌شود، یا می‌توان از آن برای سایر نیازهای سلولی، به عنوان مثال، برای سنتز کلسترول استفاده کرد. Acyl-CoA که توسط 2 اتم کربن کوتاه شده است، وارد یک چرخه اکسیداسیون b جدید می شود. در نتیجه چندین چرخه متوالی اکسیداسیون، کل زنجیره کربنی اسید چرب فعال شده به مولکول‌های استیل کوآ «n» تقسیم می‌شود، که مقدار «n» با تعداد اتم‌های کربن در اسید چرب اصلی تعیین می‌شود.

اثر انرژی یک چرخه اکسیداسیون b را می توان بر اساس این واقعیت ارزیابی کرد که در طول چرخه 1 مولکول FADH2 و 1 مولکول NADH + H تشکیل می شود. هنگامی که آنها وارد زنجیره آنزیم های تنفسی می شوند، 5 مولکول ATP (2 + 3) سنتز می شود. اگر استیل-CoA حاصل در چرخه کربس اکسید شود، سلول 12 مولکول ATP دیگر دریافت خواهد کرد.

برای اسید استئاریک، معادله کلی برای اکسیداسیون b آن به شکل زیر است:

محاسبات نشان می دهد که در طول اکسیداسیون اسید استئاریک در سلول، 148 مولکول ATP سنتز می شود. هنگام محاسبه تعادل انرژی اکسیداسیون، لازم است از این مقدار 2 معادل ماکروارژیک صرف شده در طول فعال سازی یک اسید چرب حذف شود (در طول فعال سازی، ATP به AMP و 2 H3PO4 تجزیه می شود). بنابراین، هنگامی که اسید استئاریک اکسید می شود، سلول 146 مولکول ATP دریافت می کند.

برای مقایسه: در طی اکسیداسیون 3 مولکول گلوکز، که حاوی 18 اتم کربن نیز هستند، سلول تنها 114 مولکول ATP دریافت می کند، یعنی. اسیدهای چرب بالاتر در مقایسه با مونوساکاریدها، سوخت انرژی مفیدتری برای سلول ها هستند. ظاهراً این شرایط یکی از دلایل اصلی است که ذخایر انرژی بدن عمدتاً به شکل تری گلیسرول به جای گلیکوژن ارائه می شود.

مقدار کل انرژی آزاد آزاد شده در طی اکسیداسیون 1 مول اسید استئاریک حدود 2632 کیلوکالری است که حدود 1100 کیلو کالری آن به صورت انرژی پیوندهای پرانرژی مولکول های سنتز شده ATP انباشته می شود.بنابراین تقریبا 40% از کل انرژی آزاد آزاد شده انباشته می شود.

سرعت b-اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر، اولاً با غلظت اسیدهای چرب در سلول و ثانیاً توسط فعالیت خارجی acyl-CoA: کارنیتین آسیل ترانسفراز تعیین می شود. فعالیت آنزیم توسط مالونیل کوآ مهار می شود. هنگامی که در مورد هماهنگی فرآیندهای اکسیداسیون و سنتز اسیدهای چرب در سلول بحث می کنیم، کمی بعد به معنای آخرین مکانیسم تنظیمی خواهیم پرداخت.

لوزه های نارنجی و تجمع استرهای کلسترول در سایر بافت های رتیکولواندوتلیال. آسیب شناسی با کاتابولیسم تسریع شده apo A-I همراه است. هضم و جذب لیپیدها. صفرا. معنی. در طلوع شکل گیری دکترین مدرن عملکرد برون ریز کبد، زمانی که دانشمندان علوم طبیعی تنها اولین ...

پویایی دگرگونی های شیمیایی رخ داده در سلول ها توسط شیمی بیولوژیکی مورد مطالعه قرار می گیرد. وظیفه فیزیولوژی تعیین کل مصرف مواد و انرژی توسط بدن و چگونگی پر کردن آنها با کمک تغذیه کافی است. متابولیسم انرژی به عنوان شاخصی از وضعیت عمومی و فعالیت فیزیولوژیکی بدن عمل می کند. واحد اندازه گیری انرژی که معمولا در زیست شناسی و...

اسیدهایی که به عنوان اسیدهای چرب ضروری (لینولئیک، لینولنیک، آراشیدونیک) طبقه بندی می شوند که در انسان و حیوان سنتز نمی شوند. با چربی ها، مجموعه ای از مواد فعال بیولوژیکی وارد بدن می شود: فسفولیپیدها، استرول ها. تری اسیل گلیسرول - عملکرد اصلی آنها ذخیره چربی است. آنها به شکل قطرات روغنی ریز امولسیون شده در سیتوزول یافت می شوند. چربی های پیچیده: ...

... α,d – glucose glucose – 6 – phosphate با تشکیل گلوکز – 6 – فسفات مسیرهای گلیکولیز و گلیکوژنولیز منطبق می شوند. گلوکز-6-فسفات جایگاه کلیدی در متابولیسم کربوهیدرات ها را اشغال می کند. وارد مسیرهای متابولیک زیر می شود: گلوکز - 6 - گلوکز فسفات + فروکتوز H3PO4 - 6 - مسیر تجزیه پنتوز فسفات (ورود به خون و غیره ...

و زنجیره تنفسی، برای تبدیل انرژی موجود در اسیدهای چرب به انرژی پیوندهای ATP.

اکسیداسیون اسیدهای چرب (بتا اکسیداسیون)

نمودار ابتدایی اکسیداسیون β.

این مسیر اکسیداسیون β نامیده می شود، زیرا سومین اتم کربن اسید چرب (موقعیت β) به یک گروه کربوکسیل اکسید می شود و در همان زمان گروه استیل شامل C 1 و C 2 اسید چرب اصلی است. از اسید جدا می شود.

واکنش های اکسیداسیون β در میتوکندری اکثر سلول های بدن (به جز سلول های عصبی) رخ می دهد. برای اکسیداسیون، از اسیدهای چرب استفاده می شود که از خون وارد سیتوزول می شوند یا در طی لیپولیز TAG درون سلولی خود ظاهر می شوند. معادله کلی برای اکسیداسیون اسید پالمیتیک به شرح زیر است:

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

مراحل اکسیداسیون اسیدهای چرب

واکنش فعال سازی اسیدهای چرب

1. قبل از نفوذ به ماتریکس میتوکندری و اکسید شدن، اسید چرب باید در سیتوزول فعال شود. این امر با افزودن کوآنزیم A به آن برای تشکیل acyl-S-CoA انجام می شود. Acyl-S-CoA یک ترکیب پر انرژی است. برگشت ناپذیری واکنش با هیدرولیز دی فسفات به دو مولکول اسید فسفریک حاصل می شود.

انتقال اسیدهای چرب وابسته به کارنیتین به داخل میتوکندری

2. Acyl-S-CoA قادر به عبور از غشای میتوکندری نیست، بنابراین راهی برای انتقال آن در ترکیب با ماده ویتامین مانند کارنیتین وجود دارد. غشای خارجی میتوکندری حاوی آنزیم کارنیتین آسیل ترانسفراز I است.

کارنیتین در کبد و کلیه ها سنتز می شود و سپس به اندام های دیگر منتقل می شود. در دوران قبل از تولد و در سال های اول زندگی، اهمیت کارنیتین برای بدن به شدت بالاست. تامین انرژی به سیستم عصبی بدن کودک و به ویژه مغز از طریق دو فرآیند موازی انجام می شود: اکسیداسیون اسیدهای چرب وابسته به کارنیتین و اکسیداسیون هوازی گلوکز. کارنیتین برای رشد مغز و نخاع، برای تعامل تمام بخش‌های سیستم عصبی مسئول حرکت و تعامل عضلات ضروری است. مطالعاتی وجود دارد که فلج مغزی و پدیده "مرگ در گهواره" را با کمبود کارنیتین مرتبط می کند.

3. پس از اتصال به کارنیتین، اسید چرب توسط ترانسلوکاز در سراسر غشاء منتقل می شود. در اینجا، در سمت داخلی غشاء، آنزیم کارنیتین آسیل ترانسفراز II دوباره acyl-S-CoA را تشکیل می دهد که وارد مسیر β-اکسیداسیون می شود.

دنباله ای از واکنش های بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب.

4. فرآیند β-اکسیداسیون خود شامل 4 واکنش است که به صورت چرخه ای تکرار می شود. آنها به طور متوالی تحت اکسیداسیون (آسیل-SCoA دهیدروژناز)، هیدراتاسیون (enoyl-SCoA هیدراتاز) و دوباره اکسیداسیون سومین اتم کربن (هیدروکسی سیسیل-SCoA دهیدروژناز) قرار می گیرند. در آخرین واکنش ترانسفراز، استیل-SCoA از اسید چرب جدا می شود. HS-CoA به اسید چرب باقی مانده (کوتاه شده توسط دو کربن) اضافه می شود و به اولین واکنش باز می گردد. این کار تا زمانی که آخرین چرخه دو استیل-SCoA تولید کند تکرار می شود.

محاسبه تعادل انرژی بتا اکسیداسیون

هنگام محاسبه مقدار ATP تشکیل شده در طی اکسیداسیون بتا اسیدهای چرب، باید در نظر گرفت:

• مقدار استیل-SCoA تشکیل شده با تقسیم معمول تعداد اتم های کربن در اسید چرب بر 2 تعیین می شود.
• تعداد چرخه های اکسیداسیون β تعداد چرخه های اکسیداسیون β بر اساس مفهوم اسید چرب به عنوان زنجیره ای از واحدهای دو کربنی به راحتی قابل تعیین است. تعداد شکست بین واحدها با تعداد چرخه های اکسیداسیون β مطابقت دارد. همان مقدار را می توان با استفاده از فرمول (n/2-1) محاسبه کرد، که در آن n تعداد اتم های کربن در اسید است.
• تعداد پیوندهای دوگانه در یک اسید چرب در اولین واکنش اکسیداسیون β، یک پیوند دوگانه با مشارکت FAD تشکیل می شود. اگر قبلاً پیوند دوگانه در اسید چرب وجود داشته باشد، نیازی به این واکنش نیست و FADN 2 تشکیل نمی شود. تعداد FADN 2 شکل نگرفته با تعداد پیوندهای دوگانه مطابقت دارد. واکنش های باقی مانده از چرخه بدون تغییر ادامه می یابد.
• مقدار انرژی ATP صرف شده برای فعال سازی (همیشه مربوط به دو پیوند پر انرژی است).

مثال. اکسیداسیون اسید پالمیتیک

• از آنجایی که 16 اتم کربن وجود دارد، اکسیداسیون بتا 8 مولکول استیل-SCoA تولید می کند. دومی وارد چرخه TCA می شود؛ وقتی در یک نوبت چرخه اکسید می شود، 3 مولکول NADH، 1 مولکول FADH 2 و 1 مولکول GTP تشکیل می شود که معادل 12 مولکول ATP است (همچنین به روش های بدست آوردن مراجعه کنید انرژی در سلول). بنابراین، 8 مولکول استیل-S-CoA تشکیل 8 × 12 = 96 مولکول ATP را فراهم می کند.
• برای اسید پالمیتیک، تعداد چرخه های اکسیداسیون β 7 است. در هر چرخه، 1 مولکول FADH 2 و 1 مولکول NADH تشکیل می شود. با ورود به زنجیره تنفسی، در مجموع 5 مولکول ATP "می دهند". بنابراین، در 7 چرخه 7 × 5 = 35 مولکول ATP تشکیل می شود.
• هیچ پیوند دوگانه ای در اسید پالمیتیک وجود ندارد.
• 1 مولکول ATP برای فعال کردن اسید چرب استفاده می شود که با این حال به AMP هیدرولیز می شود، یعنی 2 پیوند پرانرژی یا دو ATP صرف می شود.

بنابراین، با جمع بندی، 96 + 35-2 = 129 مولکول ATP در طی اکسیداسیون اسید پالمیتیک تشکیل می شود.

برای تبدیل انرژی موجود در اسیدهای چرب به انرژی پیوندهای ATP، یک مسیر متابولیکی برای اکسیداسیون اسیدهای چرب به CO 2 و آب وجود دارد که ارتباط نزدیکی با چرخه اسید تری کربوکسیلیک و زنجیره تنفسی دارد. این مسیر نامیده می شود بتا اکسیداسیون، زیرا اکسیداسیون سومین اتم کربن اسید چرب (موقعیت β) به یک گروه کربوکسیل رخ می دهد و در همان زمان گروه استیل شامل C 1 و C 2 اسید چرب اصلی از اسید جدا می شود.

نمودار ابتدایی اکسیداسیون β

واکنش های بتا اکسیداسیون رخ می دهد میتوکندریاکثر سلول های بدن (به جز سلول های عصبی). اسیدهای چرب که از خون وارد سیتوزول می شوند یا در طی لیپولیز TAGهای درون سلولی خود ظاهر می شوند برای اکسیداسیون استفاده می شوند. معادله کلی برای اکسیداسیون اسید پالمیتیک به شرح زیر است:

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

مراحل اکسیداسیون اسیدهای چرب

1. قبل از نفوذ به ماتریکس میتوکندری و اکسید شدن، اسید چرب باید فعال کردندر سیتوزول این کار با افزودن کوآنزیم A به آن برای تشکیل acyl-SCoA انجام می شود. Acyl-SCoA یک ترکیب پر انرژی است. برگشت ناپذیری واکنش با هیدرولیز دی فسفات به دو مولکول اسید فسفریک حاصل می شود.

آسیل-SCoA سنتتازها در شبکه آندوپلاسمی، در غشای خارجی میتوکندری و درون آنها یافت می شود. طیف وسیعی از سنتتازهای خاص برای اسیدهای چرب مختلف وجود دارد.

واکنش فعال سازی اسیدهای چرب

2. Acyl-SCoA قادر به عبور از غشای میتوکندری نیست، بنابراین راهی برای انتقال آن در ترکیب با یک ماده ویتامین مانند کارنیتین (ویتامین B11) وجود دارد. در غشای خارجی میتوکندری آنزیمی وجود دارد کارنیتین آسیل ترانسفراز I.

انتقال اسیدهای چرب وابسته به کارنیتین به داخل میتوکندری

کارنیتین در کبد و کلیه ها سنتز می شود و سپس به اندام های دیگر منتقل می شود. که در داخل رحمیدوره و در سال های اولدر زندگی، اهمیت کارنیتین برای بدن بسیار زیاد است. تامین انرژی برای سیستم عصبی کودکانبدن و به ویژه مغز به دلیل دو فرآیند موازی انجام می شود: اکسیداسیون اسیدهای چرب وابسته به کارنیتین و اکسیداسیون هوازی گلوکز. کارنیتین برای رشد مغز و نخاع، برای تعامل تمام بخش‌های سیستم عصبی مسئول حرکت و تعامل عضلات ضروری است. مطالعاتی وجود دارد که کمبود کارنیتین را مرتبط می کند فلج مغزیو پدیده" مرگ در گهواره".

نوزادان، نوزادان نارس و نوزادان کم وزن به ویژه به کمبود کارنیتین حساس هستند. ذخایر درون زا آنها تحت شرایط مختلف استرس زا (بیماری های عفونی، اختلالات گوارشی، اختلالات تغذیه) به سرعت تخلیه می شود. بیوسنتز کارنیتین کافی نیست و دریافت از غذاهای معمولی قادر به حفظ سطوح کافی در خون و بافت ها نیست.

3. پس از اتصال به کارنیتین، اسید چرب توسط ترانسلوکاز در سراسر غشاء منتقل می شود. در اینجا، در سمت داخلی غشاء، آنزیم کارنیتین آسیل ترانسفراز II دوباره acyl-SCoA را تشکیل می دهد که وارد مسیر β-اکسیداسیون می شود.

4. خود فرآیند بتا اکسیداسیونشامل 4 واکنش است که به صورت چرخه ای تکرار می شوند. آنها به صورت متوالی اتفاق می افتند اکسیداسیون(آسیل-SCoA دهیدروژناز)، هیدراتاسیون(enoyl-SCoA هیدراتاز) و دوباره اکسیداسیونسومین اتم کربن (هیدروکسی سیل-SCoA دهیدروژناز). در آخرین واکنش ترانسفراز، استیل-SCoA از اسید چرب جدا می شود. HS-CoA به اسید چرب باقی مانده (کوتاه شده توسط دو کربن) اضافه می شود و به اولین واکنش باز می گردد. این کار تا زمانی که آخرین چرخه دو استیل-SCoA تولید کند تکرار می شود.

دنباله ای از واکنش های بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب

محاسبه تعادل انرژی بتا اکسیداسیون

پیش از این، هنگام محاسبه بازده اکسیداسیون، ضریب P/O برای NADH برابر با 3.0 و برای FADH 2 - 2.0 در نظر گرفته می شد.

بر اساس داده های مدرن، مقدار ضریب P/O برای NADH برابر با 2.5، برای FADH 2 - 1.5 است.

هنگام محاسبه مقدار ATP تشکیل شده در طی اکسیداسیون بتا اسیدهای چرب، باید در نظر گرفت:

• مقدار استیل-SCoA تشکیل شده با تقسیم معمول تعداد اتم های کربن موجود در اسید چرب بر 2 تعیین می شود.
• عدد چرخه های اکسیداسیون β. تعداد چرخه های اکسیداسیون β بر اساس مفهوم اسید چرب به عنوان زنجیره ای از واحدهای دو کربنی به راحتی قابل تعیین است. تعداد شکست بین واحدها با تعداد چرخه های اکسیداسیون β مطابقت دارد. همین مقدار را می توان با استفاده از فرمول (n/2 -1) محاسبه کرد، که در آن n تعداد اتم های کربن موجود در اسید است.
• تعداد پیوندهای دوگانه در یک اسید چرب در اولین واکنش اکسیداسیون β، یک پیوند دوگانه با مشارکت FAD تشکیل می شود. اگر قبلاً پیوند دوگانه در اسید چرب وجود داشته باشد، نیازی به این واکنش نیست و FADN 2 تشکیل نمی شود. تعداد FADN 2 از دست رفته مطابق با تعداد پیوندهای دوگانه است. واکنش های باقی مانده از چرخه بدون تغییر ادامه می یابد.
• مقدار انرژی ATP صرف شده برای فعال سازی (همیشه مربوط به دو پیوند پر انرژی است).

مثال. اکسیداسیون اسید پالمیتیک

1. از آنجایی که 16 اتم کربن وجود دارد، اکسیداسیون β تولید می کند 8 مولکول استیل-SCoA. دومی وارد چرخه TCA می شود؛ وقتی در یک نوبت چرخه اکسید می شود، 3 مولکول NADH (7.5 ATP)، 1 مولکول FADH 2 (1.5 ATP) و 1 مولکول GTP تشکیل می شود که معادل 10 مولکول است. از ATP بنابراین، 8 مولکول استیل-SCoA تشکیل 8 × 10 = را فراهم می کند. 80 مولکول های ATP
2. برای اسید پالمیتیک تعداد چرخه های اکسیداسیون β 7 است. در هر چرخه، 1 مولکول FADH 2 (1.5 ATP) و 1 مولکول NADH (2.5 ATP) تولید می شود. با ورود به زنجیره تنفسی، در مجموع 4 مولکول ATP "می دهند". بنابراین، در 7 چرخه 7 × 4 = 28 مولکول ATP تشکیل می شود.
3. پیوندهای دوگانه در اسید پالمیتیک خیر.
4. 1 مولکول ATP برای فعال کردن اسید چرب استفاده می شود، اما به AMP هیدرولیز می شود، یعنی هدر می رود. 2 اتصال ماکروارژیکیا دو ATP.
5. بنابراین، با جمع بندی، به دست می آوریم 80+28-2 =106 مولکول های ATP در طی اکسیداسیون اسید پالمیتیک تشکیل می شوند.

Knoop در سال 1904 بر اساس آزمایش هایی در تغذیه خرگوش ها با اسیدهای چرب مختلف که در آن یک اتم هیدروژن در گروه متیل انتهایی (در اتم ω-کربن) با یک رادیکال فنیل جایگزین شده بود، فرضیه بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب را مطرح کرد (C6). H 5 -).

Knoop پیشنهاد کرد که اکسیداسیون مولکول اسید چرب در بافت های بدن در موقعیت β اتفاق می افتد. در نتیجه، برش متوالی قطعات دو کربنه از مولکول اسید چرب در سمت گروه کربوکسیل وجود دارد.

اسیدهای چرب که بخشی از چربی های طبیعی جانوران و گیاهان هستند، به مجموعه ای با تعداد زوج اتم کربن تعلق دارند. هر اسیدی با حذف یک جفت اتم کربن، در نهایت از مرحله اسید بوتیریک می گذرد، که پس از اکسیداسیون بتا، اسید استواستیک می دهد. سپس دومی به دو مولکول اسید استیک هیدرولیز می شود.

نظریه بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب که توسط Knoop ارائه شده است، اهمیت خود را تا به امروز از دست نداده است و تا حد زیادی اساس ایده های مدرن در مورد مکانیسم اکسیداسیون اسیدهای چرب است.

ایده های مدرن در مورد اکسیداسیون اسیدهای چرب

مشخص شده است که اکسیداسیون اسیدهای چرب در سلول ها در میتوکندری با مشارکت یک مجتمع چند آنزیمی رخ می دهد. همچنین مشخص شده است که اسیدهای چرب در ابتدا با مشارکت ATP و HS-KoA فعال می شوند. استرهای CoA این اسیدها به عنوان سوبسترا در تمام مراحل بعدی اکسیداسیون آنزیمی اسیدهای چرب عمل می کنند. نقش کارنیتین در انتقال اسیدهای چرب از سیتوپلاسم به میتوکندری نیز مشخص شده است.

فرآیند اکسیداسیون اسیدهای چرب شامل مراحل اصلی زیر است.

فعال شدن اسیدهای چرب و نفوذ آنها از سیتوپلاسم به داخل میتوکندری. تشکیل "شکل فعال" یک اسید چرب (acyl-CoA) از کوآنزیم A و یک اسید چرب یک فرآیند اندرگونیک است که از طریق استفاده از انرژی ATP رخ می دهد:

واکنش توسط آسیل کوآ سنتتاز کاتالیز می شود. چندین آنزیم وجود دارد: یکی از آنها فعال شدن اسیدهای چرب حاوی 2 تا 3 اتم کربن، دیگری - از 4 تا 12 اتم، سوم - از 12 یا بیشتر اتم کربن را کاتالیز می کند.

همانطور که قبلا ذکر شد، اکسیداسیون اسیدهای چرب (acyl-CoA) در میتوکندری اتفاق می افتد. در سالهای اخیر نشان داده شده است که توانایی آسیل-CoA برای نفوذ از سیتوپلاسم به میتوکندری در حضور یک پایه نیتروژن دار کارنیتین (γ-تری متیل آمینو-β-هیدروکسی بوتیرات) به شدت افزایش می یابد. Acyl-CoA، ترکیب با کارنیتین، با مشارکت یک آنزیم سیتوپلاسمی خاص (کارنیتین آسیل کوآ ترانسفراز)، آسیل کارنیتین (استر کارنیتین و اسید چرب) را تشکیل می دهد که توانایی نفوذ به میتوکندری را دارد:

پس از عبور آسیل کارنیتین از غشای میتوکندری، یک واکنش معکوس رخ می دهد - برش آسیل کارنیتین با مشارکت HS-CoA و میتوکندری کارنیتین آسیل-CoA ترانسفراز:

در این حالت کارنیتین به سیتوپلاسم سلولی باز می گردد و acyl-CoA در میتوکندری دچار اکسیداسیون می شود.

مرحله اول هیدروژن زدایی Acyl-CoA در میتوکندری در درجه اول در معرض هیدروژناسیون آنزیمی است.

در این حالت، acyl-CoA دو اتم هیدروژن را در موقعیت های α- و β از دست می دهد و به استر CoA یک اسید غیراشباع تبدیل می شود:

به نظر می رسد که چندین آسیل کوآ دهیدروژناز حاوی FAD وجود دارد که هر کدام دارای ویژگی برای acyl-CoA با طول زنجیره کربنی خاص هستند.

مرحله هیدراتاسیونآسیل-CoA غیراشباع (enoyl-CoA)، با مشارکت آنزیم enoyl-CoA هیدراتاز، یک مولکول آب را متصل می کند. در نتیجه، β-هیدروکسی سیل-CoA تشکیل می شود:

مرحله دوم هیدروژن زداییسپس β-هیدروکسی سیل-CoA به دست آمده هیدروژنه می شود. این واکنش توسط دهیدروژنازهای وابسته به NAD کاتالیز می شود. واکنش طبق رابطه زیر انجام می شود:

در این واکنش β-کتوآسیل-CoA با کوآنزیم A برهمکنش می کند. در نتیجه β-کتوآسیل-CoA شکاف می کند و یک آسیل-CoA با دو اتم کربن کوتاه می شود و یک قطعه دو کربنه به شکل استیل-CoA تشکیل می شود. . این واکنش توسط استیل کوآ آسیل ترانسفراز (یا تیولاز) کاتالیز می شود:

استیل-CoA حاصل در چرخه اسید تری کربوکسیلیک (چرخه کربس) تحت اکسیداسیون قرار می گیرد و acyl-CoA که توسط دو اتم کربن کوتاه شده است، دوباره به طور مکرر از کل مسیر اکسیداسیون β می گذرد تا زمانی که بوتیریل-CoA (ترکیب 4 کربنی) تشکیل شود. ) که به نوبه خود به دو مولکول استیل کوآ اکسید می شود (نمودار را ببینید).

به عنوان مثال، در مورد اسید پالمیتیک (C 16)، 7 چرخه اکسیداسیون تکرار می شود. به یاد داشته باشید که در طی اکسیداسیون یک اسید چرب حاوی n اتم کربن، n/2 - 1 چرخه اکسیداسیون بتا رخ می دهد (یعنی یک چرخه کمتر از n/2، زیرا اکسیداسیون بوتیریل-CoA بلافاصله دو مولکول استیل تولید می کند. -CoA) و در مجموع n/2 مولکول استیل-CoA به دست می آید.

بنابراین، معادله کلی برای p-اکسیداسیون اسید پالمیتیک را می توان به صورت زیر نوشت:

Palmitoyl-CoA + 7 FAD + 7 NAD + 7H 2 O + 7HS-KoA --> 8 Acetyl-CoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2 .

تعادل انرژی.با هر چرخه اکسیداسیون β، 1 مولکول FADH 2 و 1 مولکول NADH 2 تشکیل می شود. دومی، در فرآیند اکسیداسیون در زنجیره تنفسی و فسفوریلاسیون مرتبط، باعث می شود: FADH 2 - دو مولکول ATP و NADH 2 - سه مولکول ATP، یعنی در کل، 5 مولکول ATP در یک چرخه تشکیل می شود. در مورد اکسیداسیون اسید پالمیتیک، 7 چرخه اکسیداسیون β (16/2 - 1 = 7) رخ می دهد که منجر به تشکیل مولکول های 5X7 = 35 ATP می شود. در فرآیند بتا اکسیداسیون اسید پالمیتیک، مولکول‌های استیل کوآ تشکیل می‌شوند که هر کدام با سوختن در چرخه اسید تری کربوکسیلیک، 12 مولکول ATP تولید می‌کنند و 8 مولکول 96=12×8 مولکول ATP تولید می‌کنند.

بنابراین، در مجموع، با اکسیداسیون کامل اسید پالمیتیک، 35 + 96 = 131 مولکول ATP تشکیل می شود. با این حال، با در نظر گرفتن یک مولکول ATP که در همان ابتدا برای تشکیل شکل فعال اسید پالمیتیک (palmitoyl-CoA) صرف شده است، بازده انرژی کل برای اکسیداسیون کامل یک مولکول اسید پالمتیک در شرایط حیوانی 131-1 خواهد بود. = 130 مولکول ATP (توجه داشته باشید که با اکسیداسیون کامل یک مولکول گلوکز تنها 36 مولکول ATP تولید می کند).

محاسبه می شود که اگر تغییر در انرژی آزاد سیستم (ΔG) در هنگام احتراق کامل یک مولکول پالمتیک اسید 9797 کیلوژول باشد و پیوند فسفات پایانی غنی از انرژی ATP با مقدار حدود 34.5 کیلوژول مشخص شود، پس به نظر می رسد که تقریباً 45 درصد از کل انرژی پتانسیل پالمتیک اسید در هنگام اکسیداسیون آن در بدن می تواند برای سنتز مجدد ATP استفاده شود و قسمت باقی مانده ظاهراً به عنوان گرما از دست می رود.

اسید چرب- اسیدهای کربوکسیلیک آلیفاتیک که بسیاری از آنها در چربی های حیوانی و گیاهی یافت می شوند. در بدن حیوانات و گیاهان، اسیدهای چرب آزاد و اسیدهای چرب که بخشی از لیپیدها هستند عملکرد بسیار مهمی دارند - انرژی و پلاستیک. اسیدهای چرب غیراشباع در بیوسنتز گروه خاصی از مواد فعال بیولوژیکی - پروستاگلاندین ها در بدن انسان و حیوان شرکت می کنند (نگاه کنید به). محتوای اسیدهای چرب آزاد و متصل به استر در سرم خون به عنوان یک آزمایش تشخیصی اضافی برای تعدادی از بیماری ها عمل می کند. ترکیبات مایع به طور گسترده ای برای تهیه صابون های مختلف، در تولید لاستیک و محصولات لاستیکی، لاک ها، لعاب ها و روغن های خشک کن استفاده می شود.

بسته به تعداد گروه های کربوکسیل در مولکول، ترکیبات مایع یک، دو و چند بازیک را تشخیص می دهند و با توجه به درجه اشباع رادیکال هیدروکربنی، ترکیبات مایع اشباع (اشباع) و غیر اشباع (غیراشباع) را تشخیص می دهند. بر اساس تعداد اتم های کربن در زنجیره اسید مایع، آنها به پایین (C1-C3)، متوسط ​​(C4-C9) و بالاتر (C10-C26) تقسیم می شوند - اسیدهای چرب اشباع دارای فرمول مولکولی کلی C n H 2 n هستند. O 2. فرمول کلی اسیدهای چرب غیراشباع به تعداد پیوندهای دو یا سه گانه آنها بستگی دارد.

نامگذاری منطقی و سیستماتیک برای تعیین مسکن استفاده می شود. علاوه بر این، بسیاری از مجتمع های مسکونی دارای نام های تاریخی هستند. با توجه به نامگذاری منطقی، تمام ترکیبات مایع مشتقات اسید استیک در نظر گرفته می شوند که در آن اتم هیدروژن گروه متیل در مولکول با یک رادیکال هیدروکربنی جایگزین می شود. با توجه به نامگذاری سیستماتیک، نام مخلوط مایع از نام هیدروکربن گرفته شده است، مولکول آن از همان تعداد اتم کربن، از جمله کربن گروه کربوکسیل، به عنوان مولکول اسید مایع ساخته شده است (به عنوان مثال ، پروپان - اسید پروپان، اتان - اتان اسید، هگزان - هگزان اسید و غیره). نام ترکیبات مایع غیراشباع تعداد پیوندهای دوگانه (مونو، دی، سه و غیره) را نشان می دهد و پایان "ene" را اضافه می کند. شماره گذاری اتم های کربن مایع با کربن گروه کربوکسیل (COOH-) شروع می شود و با اعداد عربی نشان داده می شود. نزدیکترین اتم C به گروه COOH آلفا، اتم کنار آن بتا و اتم کربن نهایی در رادیکال هیدروکربن به عنوان امگا تعیین می شود. پیوند دوگانه در یک مولکول اسید مایع با نماد Δ مشخص می شود یا به سادگی با توجه به تعداد اتم کربنی که پیوند دوگانه روی آن قرار دارد، نشان دهنده پیکربندی سیس یا ترانس زنجیره است. برخی از متداول ترین مجتمع های مسکونی و نام های پیش پا افتاده، منطقی و سیستماتیک آنها در جدول 1 آورده شده است.

مشخصات فیزیکی

اسیدهای چرب پایین مایعات فرار با بوی تند، اسیدهای چرب متوسط ​​روغن هایی با بوی ناخوشایند ترشی و اسیدهای چرب بالاتر مواد کریستالی جامد هستند که عملاً بی بو هستند.

فقط اسید فرمیک (نگاه کنید به)، اسید استیک (نگاه کنید به) و اسید پروپیونیک از همه جهات با آب مخلوط می شوند. در اعضای بالاتر سری اسید مایع، حلالیت به سرعت کاهش می یابد و در نهایت برابر با صفر می شود. ترکیبات J. در الکل و اتر بسیار محلول هستند.

نقاط ذوب در سری همولوگ کریستال های مایع افزایش می یابد، اما به طور ناهموار. کریستال های مایع با تعداد زوج اتم C در دمای بالاتری نسبت به بلورهای مایع زیر که یک اتم C بیشتر دارند ذوب می شوند (جدول 2). در هر دوی این سری ها (با تعداد زوج و فرد اتم C)، اختلاف دمای ذوب دو عضو متوالی به تدریج کاهش می یابد.

این تفاوت عجیب بین ترکیبات مایع با تعداد زوج و فرد اتم C در مولکول نه تنها در نقاط ذوب، بلکه تا حدی در خواص شیمیایی آشکار می شود. و حتی در زیست آنها، خواص. بنابراین، اسیدهای دارای تعداد زوج اتم C، به گفته G. Embden، در طول خونریزی در کبد به استون متلاشی می شوند، اما اسیدهایی با تعداد فرد اتم C تجزیه نمی شوند.

کریستال های مایع به شدت مرتبط هستند و حتی در دماهایی که از نقطه جوش آنها بیشتر است، دو برابر مول نشان می دهند. وزنی که فرمول آنها نشان می دهد. این ارتباط با وقوع پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های مایع منفرد توضیح داده می شود.

خواص شیمیایی

خواص شیمیایی ترکیبات مایع با خواص گروه های COOH و رادیکال های هیدروکربنی آنها تعیین می شود. در گروه COOH، پیوند O-H به دلیل جابجایی در چگالی الکترون در پیوند دوگانه C=O به سمت اکسیژن ضعیف می شود و بنابراین پروتون را می توان به راحتی حذف کرد. این منجر به ظهور یک آنیون پایدار می شود:

میل ترکیبی الکترونی باقیمانده کربونیل را می توان تا حدی توسط گروه متیلن مجاور برآورده کرد؛ اتم های هیدروژن در مقایسه با سایرین فعال ترین هستند. ثابت تفکیک گروه COOH ترکیبات مایع 10-4-10-5 M است، یعنی مقدار آن بسیار کمتر از ترکیبات معدنی است. قوی ترین اسیدها اسید فرمیک است. گروه COOH اسید مایع توانایی واکنش در محلول های آبی با فلزات قلیایی خاکی را دارد. نمک های ترکیبات مایع بالاتر با این فلزات صابون نامیده می شوند (نگاه کنید به). صابون ها دارای خواص سورفکتانت ها هستند - مواد شوینده (نگاه کنید به). صابون های سدیم جامد و صابون های پتاسیم مایع هستند. گروه های هیدروکسیل COOH اسید مایع را می توان به راحتی با هالوژن جایگزین کرد و هالیدهای اسیدی را تشکیل داد که به طور گسترده در سنتزهای آلی استفاده می شود. هنگام جایگزینی هالوژن با باقیمانده اسید دیگر، انیدریدهای اسید مایع تشکیل می شوند؛ هنگام جایگزینی باقی مانده با الکل، استرهای آنها با آمونیاک - آمیدها و با هیدرازین - هیدرازیدها تشکیل می شود. رایج ترین آنها در طبیعت استرهای گلیسرول الکل سه پایه و اسیدهای چرب بالاتر - چربی ها هستند (نگاه کنید به). هیدروژن اتم آلفا کربن کریستال های مایع را می توان به راحتی با هالوژن جایگزین کرد و ترکیبات مایع حاوی هالوژن را تشکیل داد.ترکیبات مایع غیراشباع می توانند به شکل ایزومرهای سیس و ترانس وجود داشته باشند. اکثر اسیدهای چرب غیراشباع طبیعی دارای یک پیکربندی cis هستند (به ایزومریسم مراجعه کنید). درجه غیر اشباع مایع با تیتراسیون یدومتری پیوندهای دوگانه تعیین می شود. فرآیند تبدیل اسیدهای چرب غیراشباع به اسیدهای اشباع هیدروژناسیون نامیده می شود و فرآیند معکوس آن هیدروژناسیون است (به هیدروژناسیون مراجعه کنید).

اسیدهای چرب طبیعی از هیدرولیز چربی ها (صابون سازی آنها) و سپس تقطیر جزئی یا جداسازی کروماتوگرافی اسیدهای چرب آزاد شده به دست می آیند. واکنش از طریق مرحله تشکیل هیدروپراکسیدها و کتون ها ادامه می یابد.

اکسیداسیون اسیدهای چرب

به عنوان یک ماده انرژی، اسیدهای مایع در فرآیند اکسیداسیون بتا استفاده می شود. در سال 1904، F. Knoop فرضیه ای را مطرح کرد که مکانیسم اکسیداسیون اسیدهای چرب در بدن حیوانات را توضیح می داد.

این فرضیه بر اساس تعیین ماهیت محصولات متابولیک نهایی دفع شده در ادرار پس از تجویز اسیدهای چرب جایگزین کوفنیل به حیوانات ساخته شد. در آزمایشات F. Knoop، تجویز اسیدهای چرب جایگزین فنیل حاوی یک تعداد زوج اتم های C برای حیوانات همیشه با آزاد شدن اسید فنیل استیک در ادرار همراه بود و آنهایی که حاوی تعداد فرد اتم C بودند - آزادسازی اسید بنزوئیک. بر اساس این داده ها، F. Knoop پیشنهاد کرد که اکسیداسیون مولکول اسید مایع با جدا کردن متوالی قطعات دو کربنه از آن از گروه کربوکسیل اتفاق می افتد (شکل 1):

فرضیه F. Knoop که نظریه اکسیداسیون بتا نامیده می شود، اساس ایده های مدرن در مورد مکانیسم اکسیداسیون اسیدهای چرب است که روش ها و اکتشافات زیر نقش مهمی در توسعه این ایده ها داشتند: 1) معرفی یک برچسب رادیواکتیو (14 درجه سانتیگراد) در مولکول اسیدهای چرب برای مطالعه تبادل آنها. 2) توسط Munoz و L. F. Leloir این واقعیت که اکسیداسیون اسیدهای چرب توسط هموژنه های سلولی به همان کوفاکتورهایی نیاز دارد که اکسیداسیون پیرووات (فسفات معدنی، یون های Mg 2+، سیتوکروم c، ATP و چه سوبسترای از آن است. چرخه اسید تری کربوکسیلیک - سوکسینات، فومارات و غیره)؛ 3) اثبات این واقعیت که اکسیداسیون اسیدهای چرب و همچنین زیرلایه های چرخه اسید تری کربوکسیلیک (به چرخه اسید تری کربوکسیلیک مراجعه کنید) فقط در میتوکندری سلول رخ می دهد [Lehninger (A. L. Lehninger) و کندی (E. P. Kennedy)] ; 4) تعیین نقش کارنیتین در انتقال اسیدهای چرب از سیتوپلاسم به میتوکندری. 5) کشف کوآنزیم A توسط F. Lipmann و F. Linen. 6) جداسازی از بافت های حیوانی به شکل خالص شده یک کمپلکس چند آنزیمی که مسئول اکسیداسیون چربی است.

فرآیند اکسیداسیون اسید فریک به طور کلی شامل مراحل زیر است.

اسید چرب آزاد، صرف نظر از طول زنجیره هیدروکربنی، از نظر متابولیکی بی اثر است و تا زمانی که فعال نشود، نمی تواند تحت هیچ گونه تغییر شکلی از جمله اکسیداسیون قرار گیرد.

فعال شدن اسیدهای چرب در سیتوپلاسم سلول با مشارکت یون های ATP، CoA کاهش یافته (KoA-SH) و Mg 2+ رخ می دهد.

واکنش توسط آنزیم تیوکیناز کاتالیز می شود:

در نتیجه این واکنش، acyl-CoA تشکیل می شود که شکل فعال اسیدهای چرب است.چندین تیوکیناز جدا و مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از آنها فعال شدن اسیدهای چرب با طول زنجیره هیدروکربنی از C2 تا C3، دیگری از C4 تا C12 و سومی از C10 به C22 را کاتالیز می کند.

انتقال به میتوکندری شکل کوآنزیمی اسیدهای چرب، مانند اسیدهای چرب آزاد، توانایی نفوذ به داخل میتوکندری، جایی که اکسیداسیون آنها در واقع رخ می دهد، ندارد.

مشخص شده است که انتقال شکل فعال اسیدهای چرب به میتوکندری با مشارکت کارنیتین پایه نیتروژنی انجام می شود. کارنیتین با ترکیب با اسیدهای چرب با استفاده از آنزیم آسیل کارنیتین ترانسفراز، آسیل کارنیتین را تشکیل می دهد که توانایی نفوذ به غشای میتوکندری را دارد.

برای مثال، در مورد اسید پالمیتیک، تشکیل پالمیتیل کارنیتین به صورت زیر نشان داده می شود:

در داخل غشای میتوکندری، با مشارکت CoA و پالمیتیل کارنیتین ترانسفراز میتوکندری، یک واکنش معکوس رخ می دهد - برش پالمیتیل کارنیتین. در این حالت، کارنیتین به سیتوپلاسم سلول باز می گردد و شکل فعال پالمتیک اسید، پالمیتیل کوآ، وارد میتوکندری می شود.

مرحله اول اکسیداسیون. در داخل میتوکندری، با مشارکت دهیدروژنازهای اسید چرب (آنزیم های حاوی FAD)، اکسیداسیون شکل فعال اسیدهای چرب مطابق با تئوری اکسیداسیون بتا آغاز می شود.

در این حالت، acyl-CoA دو اتم هیدروژن را در موقعیت های آلفا و بتا از دست می دهد و به acyl-CoA غیر اشباع تبدیل می شود:

هیدراتاسیون. آسیل کوآ غیراشباع یک مولکول آب را با مشارکت آنزیم انویل هیدراتاز متصل می‌کند و در نتیجه بتا هیدروکسی‌اسیل کوآ را تشکیل می‌دهد:

مرحله دوم اکسیداسیون اسیدهای چرب مانند مرحله اول با هیدروژن زدایی اتفاق می افتد، اما در این حالت واکنش توسط دهیدروژنازهای حاوی NAD کاتالیز می شود. اکسیداسیون در محل اتم کربن بتا با تشکیل یک گروه کتو در این موقعیت رخ می دهد:

مرحله نهایی یک چرخه اکسیداسیون کامل، برش بتا-کتوآسیل-CoA توسط تیولیز است (و نه هیدرولیز، همانطور که F. Knoop فرض کرد). واکنش با مشارکت CoA و آنزیم تیولاز رخ می دهد. یک acyl-CoA که توسط دو اتم کربن کوتاه شده است تشکیل می شود و یک مولکول اسید استیک به شکل استیل-CoA آزاد می شود:

استیل کوآ در چرخه اسید تری کربوکسیلیک به CO 2 و H 2 O اکسیده می شود و acyl-CoA مجدداً کل مسیر بتا اکسیداسیون را طی می کند و این تا تجزیه آسیل-CoA ادامه می یابد که به طور فزاینده ای دو برابر می شود. اتم های کربن منجر به تشکیل آخرین ذره استیل کوآ خواهند شد (شکل 2).

در طول اکسیداسیون بتا، به عنوان مثال، اسید پالمیتیک، 7 چرخه اکسیداسیون تکرار می شود. بنابراین، نتیجه کلی اکسیداسیون آن را می توان با فرمول نشان داد:

C 15 H 31 COOH + ATP + 8KoA-SH + 7NAD + 7FAD + 7H 2 O -> 8CH 3 CO-SKoA + AMP + 7NAD-H 2 + 7FAD-H 2 + پیروفسفات

اکسیداسیون بعدی 7 مولکول NAD-H 2 باعث تشکیل 21 مولکول ATP، اکسیداسیون 7 مولکول FAD-H 2 - 14 مولکول ATP و اکسیداسیون 8 مولکول استیل-CoA در چرخه اسید تری کربوکسیلیک می شود. - 96 مولکول ATP. با در نظر گرفتن یک مولکول ATP که در همان ابتدا برای فعال سازی اسید پالمیتیک صرف می شود، انرژی کل برای اکسیداسیون کامل یک مولکول اسید پالمتیک در موجودات حیوانی 130 مولکول ATP (با اکسیداسیون کامل یک گلوکز) خواهد بود. مولکول، تنها 38 مولکول ATP تشکیل می شود). از آنجایی که تغییر انرژی آزاد در طی احتراق کامل یک مولکول پالمتیک اسید 2338 کیلوکالری است و پیوند فسفات غنی از انرژی ATP با مقدار 8 کیلو کالری مشخص می شود، به راحتی می توان محاسبه کرد که تقریباً 48٪ از پتانسیل کل انرژی پالمیتیک اسید در طول اکسیداسیون آن در بدن برای سنتز مجدد ATP استفاده می شود و باقیمانده ظاهراً به عنوان گرما از دست می رود.

مقدار کمی از اسیدهای چرب در بدن تحت اکسیداسیون امگا (اکسیداسیون در محل گروه متیل) و آلفا اکسیداسیون (در محل اتم دوم C) قرار می گیرد. در مورد اول، یک اسید دی کربوکسیلیک تشکیل می شود، در مورد دوم - یک اسید چرب کوتاه شده توسط یک اتم کربن. هر دو نوع اکسیداسیون در میکروزوم های سلول رخ می دهد.

سنتز اسیدهای چرب

از آنجایی که هر یک از واکنش های اکسیداسیون اسیدهای چرب به خودی خود برگشت پذیر است، پیشنهاد شده است که بیوسنتز اسیدهای چرب فرآیندی معکوس به اکسیداسیون آنها است. تا سال 1958 این باور وجود داشت، تا زمانی که مشخص شد در عصاره های کبد کبوتر، سنتز اسیدهای چرب از استات تنها در حضور ATP و بی کربنات می تواند رخ دهد. معلوم شد که بی کربنات یک جزء کاملا ضروری است، اگرچه خود در مولکول اسید چرب گنجانده نشده است.

با تشکر از تحقیقات S. F. Wakil، F. Linen و R. V. Vagelos در دهه 60-70. قرن 20 مشخص شد که واحد واقعی بیوسنتز اسیدهای چرب استیل-CoA نیست، بلکه مالونیل-CoA است. دومی با کربوکسیلاسیون استیل کوآ تشکیل می شود:

برای کربوکسیلاسیون استیل-CoA بود که یون های بی کربنات، ATP و Mg2+ مورد نیاز بود. آنزیمی که این واکنش را کاتالیز می کند، استیل کوآ کربوکسیلاز، حاوی بیوتین به عنوان یک گروه مصنوعی است (نگاه کنید به). آویدین، یک مهارکننده بیوتین، این واکنش و همچنین سنتز اسیدهای چرب را به طور کلی مهار می کند.

سنتز کل اسیدهای چرب، به عنوان مثال، اسید پالمیتیک، با مشارکت مالونیل-CoA را می توان با معادله زیر نشان داد:

همانطور که از این معادله بر می آید، برای تشکیل یک مولکول اسید پالمتیک به 7 مولکول مالونیل-CoA و تنها یک مولکول استیل-CoA نیاز است.

فرآیند سنتز چربی در E.coli و برخی میکروارگانیسم های دیگر به طور مفصل مورد مطالعه قرار گرفته است. سیستم آنزیمی به نام سنتتاز اسید چرب در E. coli از 7 آنزیم منفرد مرتبط با به اصطلاح تشکیل شده است. پروتئین انتقال آسیل (APP). AP B به شکل خالص آن جدا شد و ساختار اولیه آن مورد مطالعه قرار گرفت. مول. وزن این پروتئین 9750 است. حاوی پانتئین فسفریله با گروه SH آزاد است. AP B فعالیت آنزیمی ندارد. عملکرد آن فقط با انتقال رادیکال های آسیل همراه است. توالی واکنش ها برای سنتز اسیدهای چرب در E. coli را می توان به صورت زیر ارائه کرد:

در مرحله بعد، چرخه واکنش تکرار می شود، بتا-کتوکاپرونیل-S-ACP با مشارکت NADP-H2 به بتا-هیدروکسی کاپرونیل-S-ACP کاهش می یابد، دومی تحت آبگیری قرار می گیرد تا هگزنیل-S-ACP غیر اشباع را تشکیل دهد، که سپس تبدیل به کاپرونیل-S-ACP اشباع شده، داشتن یک زنجیره کربن دو اتم طولانی تر از بوتیریل-S-APB و غیره.

بنابراین، توالی و ماهیت واکنش‌ها در سنتز اسیدهای چرب، که با تشکیل بتا-کتواسیل-S-ACP شروع می‌شود و با تکمیل یک چرخه گسترش زنجیره توسط دو اتم C خاتمه می‌یابد، واکنش‌های معکوس اکسیداسیون هستند. اسیدهای چرب با این حال، مسیرهای سنتز و اکسیداسیون مایعات حتی تا حدی همدیگر را قطع نمی کنند.

تشخیص ACP در بافت های حیوانی ممکن نبود. یک کمپلکس چند آنزیمی حاوی تمام آنزیم‌های لازم برای سنتز اسیدهای چرب از کبد جدا شده است.آنزیم‌های این کمپلکس به قدری به یکدیگر متصل هستند که تمام تلاش‌ها برای جداسازی جداگانه آنها با شکست مواجه شده است. این کمپلکس شامل دو گروه SH آزاد است که یکی از آنها مانند ACP متعلق به پانتئین فسفریله و دیگری به سیستئین است. تمام واکنش های سنتز اسیدهای چرب در سطح یا داخل این مجموعه چند آنزیمی رخ می دهد. گروه‌های SH آزاد کمپلکس (و احتمالاً گروه هیدروکسیل سرین موجود در ترکیب آن) در اتصال استیل-CoA و مالونیل-CoA شرکت می‌کنند و در تمام واکنش‌های بعدی، گروه پانتئین SH کمپلکس همین نقش را ایفا می‌کند. به عنوان گروه SH ACP، به عنوان مثال، در اتصال و انتقال رادیکال آسیل شرکت می کند:

سیر بعدی واکنش ها در ارگانیسم حیوانی دقیقاً همان چیزی است که در بالا برای E. coli ارائه شد.

تا اواسط قرن بیستم. اعتقاد بر این بود که کبد تنها عضوی است که در آن سنتز اسیدهای چرب اتفاق می افتد سپس مشخص شد که سنتز اسیدهای چرب در دیواره روده، در بافت ریه، در بافت چربی، در مغز استخوان، در l فعال کننده غده پستانی و حتی در دیواره عروق. در مورد محلی سازی سلولی سنتز، دلیلی وجود دارد که باور کنیم در سیتوپلاسم سلول رخ می دهد. مشخصه این است که hl در سیتوپلاسم سلول های کبدی سنتز می شود. arr اسید پالمیتیک در مورد سایر اسیدهای چرب، راه اصلی تشکیل آنها در کبد طولانی کردن زنجیره بر اساس اسید پالمیتیک قبلاً سنتز شده یا اسیدهای چرب با منشاء اگزوژن دریافت شده از روده است. به این ترتیب برای مثال ترکیبات مایع حاوی 18، 20 و 22 اتم C تشکیل می شود. تشکیل اسیدهای چرب با طویل شدن زنجیره در میتوکندری و میکروزوم های سلول اتفاق می افتد.

بیوسنتز اسیدهای چرب در بافت های حیوانی تنظیم می شود. مدتهاست که مشخص شده است که کبد حیوانات گرسنه و حیوانات مبتلا به دیابت به آرامی 14C-استات را وارد معده می کند.همین مورد در حیواناتی که مقادیر اضافی چربی تزریق شده بودند مشاهده شد. مشخص است که در هموژنه های کبدی چنین حیواناتی استیل-CoA، اما نه مالونیل-CoA، به آرامی برای سنتز اسیدهای چرب استفاده شد. این منجر به این فرض شد که واکنش محدود کننده سرعت فرآیند به طور کلی با فعالیت استیل کوآ کربوکسیلاز مرتبط است. در واقع، F. Linen نشان داد که مشتقات آسیل با زنجیره بلند CoA در غلظت 7-10 مولار فعالیت این کربوکسیلاز را مهار می کند. بنابراین، تجمع اسیدهای چرب به خودی خود اثر مهاری بر بیوسنتز آنها از طریق مکانیسم بازخورد دارد.

یکی دیگر از عوامل تنظیم کننده در سنتز اسیدهای چرب ظاهراً اسید سیتریک (سیترات) است. مکانیسم اثر سیترات نیز با اثر آن بر استیل کوآ کربوکسیلاز مرتبط است. در غیاب سیترات، استیل کوآ - کربوکسیلاز کبد به شکل یک مونومر غیر فعال با یک مول است. با وزن 540000. در حضور سیترات، آنزیم به یک تریمر فعال با مول تبدیل می شود. وزن تقریبا 1800000 و افزایش 15-16 برابری در سرعت سنتز اسیدهای چرب را فراهم می کند.بنابراین می توان فرض کرد که محتوای سیترات در سیتوپلاسم سلول های کبدی اثر تنظیمی بر سرعت سنتز اسیدهای چرب دارد. برای سنتز غلظت اسیدهای چرب NADPH 2 در سلول مهم است.

متابولیسم اسیدهای چرب غیر اشباع

شواهد قانع کننده ای به دست آمده است که در کبد حیوانات، اسید استئاریک را می توان به اسید اولئیک و اسید پالمیتیک را به اسید پالمیتولئیک تبدیل کرد. این دگرگونی‌ها که در میکروزوم‌های سلولی رخ می‌دهند، به حضور اکسیژن مولکولی، سیستم کاهش‌یافته نوکلئوتیدهای پیریدین و سیتوکروم b5 نیاز دارند. میکروزوم‌ها همچنین می‌توانند ترکیبات تک غیراشباع را به ترکیبات غیراشباع تبدیل کنند، به عنوان مثال، اسید اولئیک به اسید 6،9-octadecadiene. همراه با اشباع نشدن اسیدهای چرب در میکروزوم ها، ازدیاد طول آنها نیز رخ می دهد و هر دوی این فرآیندها قابل ترکیب و تکرار هستند. به این ترتیب، به عنوان مثال، اسیدهای عصبی و 5، 8، 11-ایکوزاتترانوئیک از اسید اولئیک تشکیل می شوند.

در عین حال، بافت های انسانی و تعدادی از حیوانات توانایی سنتز برخی از ترکیبات غیراشباع چندگانه را از دست داده اند. این ترکیبات شامل ترکیبات لینولئیک (9،12-octadecadienic)، لینولنیک (6،9،12-octadecatrienic) و آراشیدونیک (5، 8، 11، 14-eicosatetraenoic) است. این ترکیبات به عنوان اسیدهای چرب ضروری طبقه بندی می شوند.با غیبت طولانی مدت آنها از غذا، حیوانات دچار تاخیر در رشد و ایجاد ضایعات مشخصه پوست و مو می شوند. مواردی از کمبود اسیدهای چرب ضروری در انسان شرح داده شده است. اسیدهای لینولئیک و لینولنیک به ترتیب حاوی دو و سه پیوند دوگانه و همچنین اسیدهای چرب چند غیراشباع مرتبط (اسید آراشیدونیک و غیره) به طور معمول در گروهی به نام "ویتامین F" ترکیب می شوند.

Biol، نقش اسیدهای چرب ضروری در ارتباط با کشف یک کلاس جدید از ترکیبات فعال فیزیولوژیکی - پروستاگلاندین ها واضح تر شد (نگاه کنید به). مشخص شده است که اسید آراشیدونیک و تا حدی اسید لینولئیک پیش ساز این ترکیبات هستند.

اسیدهای چرب بخشی از انواع لیپیدها هستند: گلیسریدها، فسفاتیدها (نگاه کنید به)، استرهای کلسترول (نگاه کنید به)، اسفنگولیپیدها (نگاه کنید به) و موم ها (نگاه کنید به).

عملکرد پلاستیک اصلی اسیدهای چرب به مشارکت آنها در ترکیب لیپیدها در ساخت بیول کاهش می یابد، غشاهایی که اسکلت سلول های حیوانی و گیاهی را تشکیل می دهند. در بیول، غشاهای hl یافت می شوند. arr استرهای اسیدهای چرب زیر: استئاریک، پالمیتیک، اولئیک، لینولئیک، لینولنیک، آراشیدونیک و دوکوزاهگزانوئیک. اسیدهای چرب غیر اشباع از لیپیدهای بیول، غشاها را می توان با تشکیل پراکسیدهای لیپیدی و هیدروپراکسیدها اکسید کرد - به اصطلاح. پراکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع

در بدن حیوانات و انسان ها فقط اسیدهای چرب غیراشباع با یک پیوند دوگانه (مثلاً اسید اولئیک) به راحتی تشکیل می شوند. اسیدهای چرب اشباع نشده بسیار کندتر تشکیل می شوند که بیشتر آنها با غذا (اسیدهای چرب ضروری) در اختیار بدن قرار می گیرند. انبارهای چربی خاصی وجود دارد که پس از هیدرولیز (لیپولیز) چربی ها می توان اسیدهای چرب را برای رفع نیازهای بدن بسیج کرد.

به طور تجربی نشان داده شده است که خوردن چربی های حاوی مقادیر زیادی اسیدهای چرب اشباع شده به ایجاد هیپرکلسترولمی کمک می کند. استفاده از روغن های گیاهی حاوی مقادیر زیادی اسیدهای چرب غیراشباع همراه با غذا به کاهش کلسترول خون کمک می کند (به متابولیسم چربی مراجعه کنید).

پزشکی بیشترین توجه را به اسیدهای چرب غیراشباع می‌کند. مشخص شده است که اکسیداسیون بیش از حد آنها توسط مکانیسم پراکسید می‌تواند نقش مهمی در ایجاد پاتول‌های مختلف، شرایطی مانند آسیب تشعشع، نئوپلاسم‌های بدخیم، کمبود ویتامین E، هایپراکسی و مسمومیت با تتراکلرید کربن. یکی از محصولات پراکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع، لیپوفوسین، در طول پیری در بافت ها تجمع می یابد. مخلوطی از اتیل اترهای اسیدهای چرب غیراشباع، متشکل از اسید اولئیک (تقریباً 15٪)، اسید لینولئیک (تقریباً 15٪) و اسید لینولنیک (تقریباً 57٪)، به اصطلاح. لینتول (نگاه کنید به)، در پیشگیری و درمان آترواسکلروز (نگاه کنید به) و به صورت خارجی برای سوختگی ها و آسیب های ناشی از تشعشع پوست استفاده می شود.

در کلینیک، روش‌هایی برای تعیین کمی اسیدهای چرب آزاد (غیر استری شده) و متصل به اتر به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در تعامل با یون های Fe 3+ نمک های پیچیده رنگی را تشکیل می دهند.

به طور معمول، پلاسمای خون حاوی 200 تا 450 میلی‌گرم درصد اسیدهای چرب استری و 8 تا 20 میلی‌گرم درصد اسیدهای چرب غیر استری‌شده است. افزایش محتوای دومی در دیابت، نفروز، پس از تجویز آدرنالین مشاهده می‌شود. ، در هنگام روزه داری و همچنین در هنگام استرس عاطفی. کاهش محتوای اسیدهای چرب غیر استری شده در کم کاری تیروئید، در طول درمان با گلوکوکورتیکوئیدها و همچنین پس از تزریق انسولین مشاهده می شود.

اسیدهای چرب منفرد - مقالات را با نام آنها ببینید (به عنوان مثال، اسید آراشیدونیک، اسید آراشینیک، اسید کاپروییک، اسید استئاریک و غیره). همچنین به متابولیسم چربی، لیپیدها، متابولیسم کلسترول مراجعه کنید.

جدول 1. نام ها و فرمول های برخی از رایج ترین اسیدهای چرب

Zinoviev A. A. Chemistry of Fats, M., 1952; Newholm E. و Start K. تنظیم متابولیسم، ترانس. از انگلیسی، م.، 1977; Perekalin V.V. و Sonne S.A. شیمی آلی، M.، 1973; بیوشیمی و روش شناسی لیپیدها، ویرایش. توسط A. R. Jonson a. J.B. Davenport، N.Y.، 1971; اسیدهای چرب، ویرایش. توسط K. S. Markley, pt 1-3, N. Y.-L., 1960-1964, bibliogr.; متابولیسم لیپید، ویرایش. توسط S. J. Wakil, N. Y.-L., 1970.

A. N. Klimov، A. I. Archakov.