Utlenianie wyższych kwasów tłuszczowych. Zaburzenie utleniania kwasów tłuszczowych Enzymy beta-oksydacyjne kwasów tłuszczowych

2.1. Utlenianie kwasów tłuszczowych w komórkach

Wyższe kwasy tłuszczowe mogą być utleniane w komórkach na trzy sposoby:

a) przez a-oksydację,

b) poprzez b-oksydację,

c) przez w-utlenianie.

Procesy a- i w-oksydacji wyższych kwasów tłuszczowych zachodzą w mikrosomach komórkowych przy udziale enzymów monooksygenazy i pełnią głównie funkcję plastyczną - podczas tych procesów synteza hydroksykwasów, ketokwasów i kwasów o nieparzystej liczbie atomów węgla powstają atomy niezbędne komórkom. Zatem podczas a-oksydacji kwas tłuszczowy można skrócić o jeden atom węgla, zamieniając się w kwas o nieparzystej liczbie atomów „C”, zgodnie z podanym schematem:

2.1.1. b-Utlenianie wyższych kwasów tłuszczowych Główną metodą utleniania wyższych kwasów tłuszczowych, przynajmniej w odniesieniu do całkowitej ilości związków tej klasy utlenianych w komórce, jest proces b-utleniania, odkryty przez Knoopa już w 1904 roku. Proces ten można zdefiniować jako proces stopniowego oksydacyjnego rozkładu wyższych kwasów tłuszczowych, podczas którego następuje sekwencyjne odszczepienie fragmentów dwuwęglowych w postaci acetylo-CoA z grupy karboksylowej aktywowanej cząsteczki wyższych kwasów tłuszczowych. .

Wyższe kwasy tłuszczowe dostające się do komórki są aktywowane i przekształcane w acylo-CoA (R-CO-SKoA), a aktywacja kwasów tłuszczowych następuje w cytozolu. Proces b-oksydacji kwasów tłuszczowych zachodzi w matrix mitochondrialnej. Jednocześnie wewnętrzna błona mitochondriów jest nieprzepuszczalna dla acylo-CoA, co rodzi pytanie o mechanizm transportu reszt acylowych z cytozolu do matrix mitochondrialnej.

Reszty acylowe są transportowane przez wewnętrzną błonę mitochondrialną za pomocą specjalnego nośnika, jakim jest karnityna (CN):

W cytozolu za pomocą enzymu zewnętrznej acylotransferazy acyloCoA:karnityny (E1 na schemacie poniżej) reszta wyższych kwasów tłuszczowych jest przenoszona z koenzymu A do karnityny, tworząc acylokarnitynę:

Acylokarnitynina, przy udziale specjalnego układu karnityna-acylokarnityna-translokaza, przechodzi przez błonę do mitochondrium i w matrix za pomocą enzymu wewnętrznego acylo-CoA: acylotransferazy karnityny (E2), reszta acylowa jest przenoszona z karnitynę do wewnątrzmitochondrialnego koenzymu A. W rezultacie aktywowana reszta pojawia się w kwasie tłuszczowym macierzy mitochondrialnej w postaci acylo-CoA; uwolniona karnityna, wykorzystując tę ​​samą translokazę, przechodzi przez błonę mitochondrialną do cytozolu, gdzie może zostać włączona do nowego cyklu transportowego. Translokaza acylokarnityny karnityny, wbudowana w wewnętrzną błonę mitochondriów, przenosi cząsteczkę acylokarnityny do mitochondrium w zamian za cząsteczkę karnityny usuniętą z mitochondrium.

Aktywowane kwasy tłuszczowe w matrix mitochondrialnej ulegają stopniowemu, cyklicznemu utlenianiu według następującego schematu:

W wyniku jednego cyklu b-oksydacji rodnik kwasu tłuszczowego ulega skróceniu o 2 atomy węgla, a odszczepiony fragment zostaje uwolniony w postaci acetylo-CoA. Podsumowanie równania cyklu:

Podczas jednego cyklu b-utleniania, na przykład podczas konwersji stearoilo-CoA do palmitoilo-CoA z utworzeniem acetylo-CoA, uwalniane jest 91 kcal/mol wolnej energii, ale większość tej energii gromadzi się w postaci energii ze zredukowanych koenzymów, a straty energii w postaci ciepła wynoszą zaledwie około 8 kcal/mol.

Powstały acetylo-CoA może wejść do cyklu Krebsa, gdzie zostanie utleniony do produktów końcowych, lub może zostać wykorzystany na inne potrzeby komórki, np. do syntezy cholesterolu. Acylo-CoA skrócony o 2 atomy węgla wchodzi w nowy cykl b-utleniania. W wyniku kilku kolejnych cykli utleniania cały łańcuch węglowy aktywowanego kwasu tłuszczowego zostaje rozszczepiony na cząsteczki „n” acetylo-CoA, przy czym wartość „n” jest określona przez liczbę atomów węgla w pierwotnym kwasie tłuszczowym.

Efekt energetyczny jednego cyklu b-oksydacji można ocenić na podstawie faktu, że podczas cyklu powstaje 1 cząsteczka FADH2 i 1 cząsteczka NADH + H. Gdy dostaną się do łańcucha enzymów oddechowych, nastąpi synteza 5 cząsteczek ATP (2+3). Jeśli powstały acetylo-CoA zostanie utleniony w cyklu Krebsa, komórka otrzyma 12 dodatkowych cząsteczek ATP.

W przypadku kwasu stearynowego ogólne równanie jego b-utleniania ma postać:

Obliczenia pokazują, że podczas utleniania kwasu stearynowego w komórce zsyntetyzowanych zostanie 148 cząsteczek ATP. Obliczając bilans energetyczny utleniania, należy wyłączyć z tej ilości 2 makroergiczne równoważniki wydane podczas aktywacji kwasu tłuszczowego (podczas aktywacji ATP rozkłada się na AMP i 2 H3PO4). Zatem po utlenieniu kwasu stearynowego komórka otrzyma 146 cząsteczek ATP.

Dla porównania: podczas utleniania 3 cząsteczek glukozy, które również zawierają 18 atomów węgla, komórka otrzymuje jedynie 114 cząsteczek ATP, czyli: Wyższe kwasy tłuszczowe są korzystniejszym paliwem energetycznym dla komórek w porównaniu do monosacharydów. Najwyraźniej ta okoliczność jest jednym z głównych powodów, dla których rezerwy energetyczne organizmu występują głównie w postaci triacylogliceroli, a nie glikogenu.

Całkowita ilość wolnej energii uwolnionej podczas utleniania 1 mola kwasu stearynowego wynosi około 2632 kcal, z czego około 1100 kcal jest akumulowane w postaci energii wysokoenergetycznych wiązań syntetyzowanych cząsteczek ATP. Zatem około 40%. akumulowana jest całkowita uwolniona energia bezpłatna.

Szybkość b-oksydacji wyższych kwasów tłuszczowych zależy po pierwsze od stężenia kwasów tłuszczowych w komórce, a po drugie od aktywności zewnętrznej acylotransferazy acylo-CoA:karnitynowej. Aktywność enzymu jest hamowana przez malonylo-CoA. O znaczeniu tego ostatniego mechanizmu regulacyjnego zastanowimy się nieco później, gdy będziemy omawiać koordynację procesów utleniania i syntezy kwasów tłuszczowych w komórce.

Pomarańczowe migdałki i akumulacja estrów cholesterolu w innych tkankach siateczkowo-śródbłonkowych. Patologia jest związana z przyspieszonym katabolizmem apo AI. Trawienie i wchłanianie lipidów. Żółć. Oznaczający. U zarania kształtowania się współczesnej doktryny o zewnątrzwydzielniczej funkcji wątroby, kiedy przyrodnicy mieli dopiero pierwsze...

Dynamikę przemian chemicznych zachodzących w komórkach bada chemia biologiczna. Zadaniem fizjologii jest określenie całkowitego wydatku substancji i energii przez organizm oraz sposobu ich uzupełniania poprzez odpowiednie odżywianie. Metabolizm energetyczny służy jako wskaźnik ogólnego stanu i aktywności fizjologicznej organizmu. Jednostka miary energii powszechnie stosowana w biologii i...

Kwasy zaliczane do niezbędnych kwasów tłuszczowych (linolowy, linolenowy, arachidonowy), które nie są syntetyzowane u ludzi i zwierząt. Wraz z tłuszczami do organizmu dostaje się kompleks substancji biologicznie czynnych: fosfolipidy, sterole. Triacyloglicerole – ich główną funkcją jest magazynowanie lipidów. Występują w cytozolu w postaci drobno zdyspergowanych zemulgowanych oleistych kropelek. Tłuszcze złożone:...

... α,d – glukoza, glukoza – 6 – fosforan. Wraz z powstawaniem glukozy – 6 – fosforanu ścieżki glikolizy i glikogenolizy pokrywają się. Glukozo-6-fosforan zajmuje kluczowe miejsce w metabolizmie węglowodanów. Wchodzi w następujące szlaki metaboliczne: glukoza - 6 - fosforan glukoza + H3PO4 fruktoza - 6 - fosforan pentoza szlak rozkładu (wchodzi do krwi itp. ...

Oraz łańcuch oddechowy, który przekształca energię zawartą w kwasach tłuszczowych w energię wiązań ATP.

Utlenianie kwasów tłuszczowych (β-oksydacja)

Elementarny schemat β-oksydacji.

Ścieżkę tę nazywa się β-oksydacją, ponieważ trzeci atom węgla kwasu tłuszczowego (pozycja β) ulega utlenieniu do grupy karboksylowej, a jednocześnie grupy acetylowej, w tym C 1 i C 2 pierwotnego kwasu tłuszczowego, jest odszczepiany od kwasu.

Reakcje β-oksydacji zachodzą w mitochondriach większości komórek organizmu (z wyjątkiem komórek nerwowych). Do utleniania wykorzystywane są kwasy tłuszczowe, które dostają się do cytozolu z krwi lub pojawiają się podczas lipolizy własnych wewnątrzkomórkowych TAG. Ogólne równanie utleniania kwasu palmitynowego jest następujące:

Palmitoilo-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Acetylo-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH

Etapy utleniania kwasów tłuszczowych

Reakcja aktywacji kwasów tłuszczowych.

1. Przed penetracją macierzy mitochondrialnej i utlenieniem kwas tłuszczowy musi zostać aktywowany w cytozolu. Osiąga się to poprzez dodanie do niego koenzymu A w celu utworzenia acylo-S-CoA. Acylo-S-CoA jest związkiem wysokoenergetycznym. Nieodwracalność reakcji uzyskuje się poprzez hydrolizę difosforanu na dwie cząsteczki kwasu fosforowego.

Zależny od karnityny transport kwasów tłuszczowych do mitochondrium.

2. Acylo-S-CoA nie jest w stanie przejść przez błonę mitochondrialną, dlatego istnieje sposób na jego transport w połączeniu z substancją witaminopodobną – karnityną. Zewnętrzna błona mitochondriów zawiera enzym acylotransferazę karnitynową I.

Karnityna jest syntetyzowana w wątrobie i nerkach, a następnie transportowana do innych narządów. W okresie prenatalnym i w pierwszych latach życia znaczenie karnityny dla organizmu jest niezwykle duże. Dostarczenie energii do układu nerwowego organizmu dziecka, a w szczególności mózgu dziecka, odbywa się poprzez dwa równoległe procesy: zależne od karnityny utlenianie kwasów tłuszczowych oraz tlenowe utlenianie glukozy. Karnityna jest niezbędna do wzrostu mózgu i rdzenia kręgowego, do interakcji wszystkich części układu nerwowego odpowiedzialnych za ruch i interakcję mięśni. Istnieją badania łączące porażenie mózgowe i zjawisko „śmierci w kołysce” z niedoborem karnityny.

3. Po związaniu się z karnityną kwas tłuszczowy jest transportowany przez błonę za pomocą translokazy. Tutaj, po wewnętrznej stronie membrany, enzym acylotransferaza karnitynowa II ponownie tworzy acylo-S-CoA, który wchodzi na szlak β-oksydacji.

Sekwencja reakcji β-oksydacji kwasów tłuszczowych.

4. Sam proces β-oksydacji składa się z 4 reakcji, powtarzanych cyklicznie. Ulegają one kolejno utlenianiu (dehydrogenaza acylo-SCoA), hydratacji (hydrataza enoilo-SCoA) i ponownemu utlenianiu trzeciego atomu węgla (dehydrogenaza hydroksyacylo-SCoA). W ostatniej reakcji transferazy acetylo-SCoA zostaje odszczepiony od kwasu tłuszczowego. Do pozostałego (skróconego o dwa atomy węgla) kwasu tłuszczowego dodaje się HS-CoA i wraca do pierwszej reakcji. Powtarza się to, aż w ostatnim cyklu wytworzone zostaną dwa acetylo-SCoA.

Obliczanie bilansu energetycznego β-oksydacji

Obliczając ilość ATP powstającego podczas β-oksydacji kwasów tłuszczowych należy wziąć pod uwagę:

• ilość utworzonego acetylo-SCoA określa się poprzez zwykły podział liczby atomów węgla w kwasie tłuszczowym przez 2;
• liczba cykli β-oksydacji. Liczbę cykli β-oksydacji można łatwo określić w oparciu o koncepcję kwasu tłuszczowego jako łańcucha jednostek dwuwęglowych. Liczba przerw pomiędzy jednostkami odpowiada liczbie cykli β-oksydacji. Tę samą wartość można obliczyć ze wzoru (n/2 −1), gdzie n jest liczbą atomów węgla w kwasie;
• liczba wiązań podwójnych w kwasie tłuszczowym. W pierwszej reakcji β-utleniania powstaje wiązanie podwójne z udziałem FAD. Jeżeli w kwasie tłuszczowym występuje już wiązanie podwójne, wówczas nie ma potrzeby przeprowadzania tej reakcji i FADN 2 nie powstaje. Liczba nieuformowanych FADN 2 odpowiada liczbie podwójnych wiązań. Pozostałe reakcje cyklu przebiegają bez zmian;
• ilość energii ATP zużytej na aktywację (zawsze odpowiada dwóm wiązaniom wysokoenergetycznym).

Przykład. Utlenianie kwasu palmitynowego

• Ponieważ istnieje 16 atomów węgla, w wyniku β-utleniania powstaje 8 cząsteczek acetylo-SCoA. Ten ostatni wchodzi do cyklu TCA; po utlenieniu w jednym cyklu cyklu powstają 3 cząsteczki NADH, 1 cząsteczka FADH 2 i 1 cząsteczka GTP, co odpowiada 12 cząsteczkom ATP (patrz także Metody otrzymywania energia w komórce). Zatem 8 cząsteczek acetylo-S-CoA zapewni utworzenie 8×12 = 96 cząsteczek ATP.
• dla kwasu palmitynowego liczba cykli β-oksydacji wynosi 7. W każdym cyklu powstaje 1 cząsteczka FADH 2 i 1 cząsteczka NADH. Wchodząc do łańcucha oddechowego, łącznie „oddają” 5 cząsteczek ATP. Zatem w 7 cyklach powstaje 7 × 5 = 35 cząsteczek ATP.
• W kwasie palmitynowym nie ma podwójnych wiązań.
• 1 cząsteczka ATP służy do aktywacji kwasu tłuszczowego, który jednak ulega hydrolizie do AMP, czyli wydawane są 2 wiązania wysokoenergetyczne lub dwa ATP.

Podsumowując, otrzymujemy 96 + 35-2 = 129 cząsteczek ATP powstających podczas utleniania kwasu palmitynowego.

Aby przekształcić energię zawartą w kwasach tłuszczowych w energię wiązań ATP, istnieje szlak metaboliczny utleniania kwasów tłuszczowych do CO 2 i wody, który jest ściśle powiązany z cyklem kwasów trikarboksylowych i łańcuchem oddechowym. Ta ścieżka nazywa się β-oksydacja, ponieważ następuje utlenianie trzeciego atomu węgla kwasu tłuszczowego (pozycja β) do grupy karboksylowej i jednocześnie grupa acetylowa, w tym C1 i C2 pierwotnego kwasu tłuszczowego, jest odszczepiana od kwasu.

Elementarny schemat β-oksydacji

Reakcje β-oksydacji zachodzą w mitochondria większość komórek organizmu (z wyjątkiem komórek nerwowych). Do utleniania wykorzystywane są kwasy tłuszczowe, które dostają się do cytozolu z krwi lub pojawiają się podczas lipolizy własnych wewnątrzkomórkowych TAG. Ogólne równanie utleniania kwasu palmitynowego jest następujące:

Palmitoilo-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Acetylo-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH

Etapy utleniania kwasów tłuszczowych

1. Przed wniknięciem do macierzy mitochondrialnej i utlenieniem kwas tłuszczowy musi Aktywuj w cytozolu. Osiąga się to poprzez dodanie do niego koenzymu A w celu utworzenia acylo-SCoA. Acylo-SCoA jest związkiem wysokoenergetycznym. Nieodwracalność reakcji uzyskuje się poprzez hydrolizę difosforanu na dwie cząsteczki kwasu fosforowego.

Syntetazy acylo-SCoA znajdują się w retikulum endoplazmatycznym, na zewnętrznej błonie mitochondriów i w ich obrębie. Istnieje szeroka gama syntetaz specyficznych dla różnych kwasów tłuszczowych.

Reakcja aktywacji kwasów tłuszczowych

2. Acylo-SCoA nie jest w stanie przejść przez błonę mitochondrialną, dlatego istnieje sposób na jego przeniesienie w połączeniu z substancją witaminopodobną – karnityną (witaminą B11). Na zewnętrznej błonie mitochondriów znajduje się enzym acylotransferaza karnitynowa I.

Zależny od karnityny transport kwasów tłuszczowych do mitochondrium

Karnityna jest syntetyzowana w wątrobie i nerkach, a następnie transportowana do innych narządów. W wewnątrzmaciczny okres i w wczesne lata W życiu znaczenie karnityny dla organizmu jest niezwykle duże. Dopływ energii do układu nerwowego dziecięce w organizmie, a w szczególności w mózgu, zachodzi w wyniku dwóch równoległych procesów: zależnego od karnityny utleniania kwasów tłuszczowych i tlenowego utleniania glukozy. Karnityna jest niezbędna do wzrostu mózgu i rdzenia kręgowego, do interakcji wszystkich części układu nerwowego odpowiedzialnych za ruch i interakcję mięśni. Istnieją badania łączące niedobór karnityny porażenie mózgowe i zjawisko” śmierć w kołysce".

Niemowlęta, wcześniaki i niemowlęta z niską masą urodzeniową są szczególnie wrażliwe na niedobór karnityny. Ich endogenne rezerwy szybko się wyczerpują pod wpływem różnorodnych sytuacji stresowych (choroby zakaźne, zaburzenia żołądkowo-jelitowe, zaburzenia karmienia). Biosynteza karnityny jest niewystarczająca, a jej spożycie ze zwykłej żywności nie jest w stanie utrzymać wystarczającego jej poziomu we krwi i tkankach.

3. Po związaniu się z karnityną kwas tłuszczowy jest transportowany przez błonę za pomocą translokazy. Tutaj, po wewnętrznej stronie membrany, enzym acylotransferaza karnitynowa II ponownie tworzy acylo-SCoA, który wchodzi na szlak β-oksydacji.

4. Sam proces β-oksydacja składa się z 4 reakcji powtarzanych cyklicznie. Następują one sekwencyjnie utlenianie(dehydrogenaza acylo-SCoA), uwodnienie(hydrataza enoilo-SCoA) i ponownie utlenianie Trzeci atom węgla (dehydrogenaza hydroksyacylo-SCoA). W ostatniej reakcji transferazy acetylo-SCoA zostaje odszczepiony od kwasu tłuszczowego. Do pozostałego (skróconego o dwa atomy węgla) kwasu tłuszczowego dodaje się HS-CoA i wraca do pierwszej reakcji. Powtarza się to, aż w ostatnim cyklu wytworzone zostaną dwa acetylo-SCoA.

Sekwencja reakcji β-oksydacji kwasów tłuszczowych

Obliczanie bilansu energetycznego β-oksydacji

Poprzednio przy obliczaniu efektywności utleniania przyjmowano współczynnik P/O dla NADH równy 3,0, dla FADH 2 – 2,0.

Według współczesnych danych wartość współczynnika P/O dla NADH wynosi 2,5, dla FADH 2 – 1,5.

Obliczając ilość ATP powstającego podczas β-oksydacji kwasów tłuszczowych należy wziąć pod uwagę:

• ilość powstałego acetylo-SCoA określa się poprzez zwykły podział liczby atomów węgla w kwasie tłuszczowym przez 2.
• numer Cykle β-oksydacji. Liczbę cykli β-oksydacji można łatwo określić w oparciu o koncepcję kwasu tłuszczowego jako łańcucha jednostek dwuwęglowych. Liczba przerw pomiędzy jednostkami odpowiada liczbie cykli β-oksydacji. Tę samą wartość można obliczyć ze wzoru (n/2 -1), gdzie n jest liczbą atomów węgla w kwasie.
• liczba wiązań podwójnych w kwasie tłuszczowym. W pierwszej reakcji β-utleniania powstaje wiązanie podwójne z udziałem FAD. Jeżeli w kwasie tłuszczowym występuje już wiązanie podwójne, wówczas nie ma potrzeby przeprowadzania tej reakcji i FADN 2 nie powstaje. Liczba utraconych FADN 2 odpowiada liczbie podwójnych wiązań. Pozostałe reakcje cyklu przebiegają bez zmian.
• ilość energii ATP zużytej na aktywację (zawsze odpowiada dwóm wiązaniom wysokoenergetycznym).

Przykład. Utlenianie kwasu palmitynowego

1. Ponieważ istnieje 16 atomów węgla, powstaje β-utlenianie 8 cząsteczek acetylo-SCoA. Ten ostatni wchodzi w cykl TCA; po utlenieniu w jednym cyklu cyklu powstają 3 cząsteczki NADH (7,5 ATP), 1 cząsteczka FADH 2 (1,5 ATP) i 1 cząsteczka GTP, co odpowiada 10 cząsteczkom ATP. Zatem 8 cząsteczek acetylo-SCoA zapewni utworzenie 8 × 10 = 80 Cząsteczki ATP.
2. Dla kwasu palmitynowego liczba cykli β-utleniania wynosi 7. W każdym cyklu wytwarzana jest 1 cząsteczka FADH 2 (1,5 ATP) i 1 cząsteczka NADH (2,5 ATP). Wchodząc do łańcucha oddechowego, łącznie „oddają” 4 cząsteczki ATP. Zatem w 7 cyklach powstaje 7 × 4 = 28 cząsteczek ATP.
3. Wiązania podwójne w kwasie palmitynowym NIE.
4. 1 cząsteczka ATP służy do aktywacji kwasu tłuszczowego, który jednak ulega hydrolizie do AMP, czyli ulega zniszczeniu 2 połączenia makroergiczne Lub dwa ATP.
5. Podsumowując, otrzymujemy 80+28-2 =106 Cząsteczki ATP powstają podczas utleniania kwasu palmitynowego.

Knoop w 1904 roku wysunął hipotezę β-oksydacji kwasów tłuszczowych na podstawie eksperymentów karmienia królików różnymi kwasami tłuszczowymi, w których jeden atom wodoru w końcowej grupie metylowej (przy atomie węgla ω) został zastąpiony rodnikiem fenylowym (C 6 H 5 -).

Knoop zasugerował, że utlenianie cząsteczki kwasu tłuszczowego w tkankach organizmu zachodzi w pozycji β; W rezultacie następuje sekwencyjne odcięcie dwuwęglowych fragmentów od cząsteczki kwasu tłuszczowego po stronie grupy karboksylowej.

Kwasy tłuszczowe, wchodzące w skład naturalnych tłuszczów zwierzęcych i roślinnych, należą do szeregu o parzystej liczbie atomów węgla. Każdy taki kwas, usuwając parę atomów węgla, ostatecznie przechodzi przez etap kwasu masłowego, który po kolejnym β-utlenianiu powinien dać kwas acetylooctowy. Ten ostatni ulega następnie hydrolizie do dwóch cząsteczek kwasu octowego.

Zaproponowana przez Knoopa teoria β-oksydacji kwasów tłuszczowych nie straciła na znaczeniu do dziś i w dużej mierze stanowi podstawę współczesnych wyobrażeń na temat mechanizmu utleniania kwasów tłuszczowych.

Współczesne poglądy na temat utleniania kwasów tłuszczowych

Ustalono, że utlenianie kwasów tłuszczowych w komórkach zachodzi w mitochondriach przy udziale kompleksu wieloenzymatycznego. Wiadomo również, że kwasy tłuszczowe są początkowo aktywowane przy udziale ATP i HS-KoA; Estry CoA tych kwasów służą jako substraty na wszystkich kolejnych etapach enzymatycznego utleniania kwasów tłuszczowych; Wyjaśniono także rolę karnityny w transporcie kwasów tłuszczowych z cytoplazmy do mitochondriów.

Proces utleniania kwasów tłuszczowych składa się z następujących głównych etapów.

Aktywacja kwasów tłuszczowych i ich przenikanie z cytoplazmy do mitochondriów. Tworzenie „aktywnej formy” kwasu tłuszczowego (acylo-CoA) z koenzymu A i kwasu tłuszczowego jest procesem endergonicznym, który zachodzi poprzez wykorzystanie energii ATP:

Reakcja jest katalizowana przez syntetazę acylo-CoA. Istnieje kilka takich enzymów: jeden z nich katalizuje aktywację kwasów tłuszczowych zawierających od 2 do 3 atomów węgla, drugi - od 4 do 12 atomów, trzeci - od 12 i więcej atomów węgla.

Jak już wspomniano, utlenianie kwasów tłuszczowych (acylo-CoA) zachodzi w mitochondriach. W ostatnich latach wykazano, że zdolność acylo-CoA do przenikania z cytoplazmy do mitochondriów gwałtownie wzrasta w obecności zasady azotowej, karnityny (γ-trimetyloamino-β-hydroksymaślan). Acylo-CoA łącząc się z karnityną, przy udziale specyficznego enzymu cytoplazmatycznego (transferazy acylo-CoA karnityny), tworzy acylokarnitynę (ester karnityny i kwasu tłuszczowego), która ma zdolność przenikania do mitochondriów:

Po przejściu acylokarnityny przez błonę mitochondrialną następuje reakcja odwrotna - rozszczepienie acylokarnityny przy udziale HS-CoA i mitochondrialnej transferazy acylo-CoA karnityny:

W tym przypadku karnityna wraca do cytoplazmy komórki, a acylo-CoA ulega utlenianiu w mitochondriach.

Pierwszy etap odwodornienia. Acylo-CoA w mitochondriach podlega przede wszystkim enzymatycznemu odwodornieniu;

w tym przypadku acylo-CoA traci dwa atomy wodoru w pozycjach α i β, zamieniając się w ester CoA nienasyconego kwasu:

Wydaje się, że istnieje kilka dehydrogenaz acylo-CoA zawierających FAD, z których każda ma specyficzność wobec acylo-CoA o określonej długości łańcucha węglowego.

Etap nawodnienia. Nienasycony acylo-CoA (enoilo-CoA) przy udziale enzymu hydratazy enoilo-CoA przyłącza cząsteczkę wody. W rezultacie powstaje β-hydroksyacylo-CoA:

Drugi etap odwodornienia. Powstały β-hydroksyacylo-CoA poddaje się następnie odwodornieniu. Reakcja ta jest katalizowana przez dehydrogenazy zależne od NAD. Reakcja przebiega według następującego równania:

W tej reakcji β-ketoacylo-CoA oddziałuje z koenzymem A. W rezultacie β-ketoacylo-CoA ulega rozszczepieniu i powstaje acylo-CoA skrócony o dwa atomy węgla oraz dwuwęglowy fragment w postaci acetylo-CoA . Reakcja ta jest katalizowana przez acylotransferazę acetylo-CoA (lub tiolazę):

Powstały acetylo-CoA ulega utlenieniu w cyklu kwasów trikarboksylowych (cykl Krebsa), a acylo-CoA skrócony o dwa atomy węgla ponownie wielokrotnie przechodzi całą drogę β-utleniania, aż do powstania butyrylo-CoA (związek 4-węglowy ), który z kolei utlenia się do dwóch cząsteczek acetylo-CoA (patrz diagram).

Przykładowo w przypadku kwasu palmitynowego (C 16) powtarza się 7 cykli utleniania. Pamiętajmy, że podczas utleniania kwasu tłuszczowego zawierającego n atomów węgla następuje n/2 - 1 cykli β-oksydacji (czyli jeden cykl mniej niż n/2, ponieważ utlenianie butyrylo-CoA powoduje natychmiastowe powstanie dwóch cząsteczek acetylu -CoA) i w sumie otrzyma się n/2 cząsteczek acetylo-CoA.

Dlatego ogólne równanie p-utleniania kwasu palmitynowego można zapisać w następujący sposób:

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

Balans energetyczny. W każdym cyklu β-oksydacji powstaje 1 cząsteczka FADH 2 i 1 cząsteczka NADH 2. Te ostatnie w procesie utleniania w łańcuchu oddechowym i związanej z tym fosforylacji dają: FADH 2 – dwie cząsteczki ATP oraz NADH 2 – trzy cząsteczki ATP, czyli łącznie w jednym cyklu powstaje 5 cząsteczek ATP. W przypadku utleniania kwasu palmitynowego następuje 7 cykli β-oksydacji (16/2 – 1 = 7), w wyniku których powstaje 5X7 = 35 cząsteczek ATP. W procesie β-oksydacji kwasu palmitynowego powstają cząsteczki acetylo-CoA, z których każda spalając się w cyklu kwasu trikarboksylowego wytwarza 12 cząsteczek ATP, a 8 cząsteczek wytwarza 12X8 = 96 cząsteczek ATP.

Zatem w sumie przy całkowitym utlenieniu kwasu palmitynowego powstaje 35 + 96 = 131 cząsteczek ATP. Jednakże biorąc pod uwagę jedną cząsteczkę ATP wydatkowaną na samym początku na utworzenie aktywnej formy kwasu palmitynowego (palmitoilo-CoA), całkowity uzysk energii dla całkowitego utlenienia jednej cząsteczki kwasu palmitynowego w warunkach zwierzęcych wyniesie 131-1 = 130 cząsteczek ATP (należy pamiętać, że całkowite utlenienie jednej cząsteczki glukozy daje tylko 36 cząsteczek ATP).

Oblicza się, że jeśli zmiana energii swobodnej układu (ΔG) po całkowitym spaleniu jednej cząsteczki kwasu palmitynowego wynosi 9797 kJ, a bogate w energię końcowe wiązanie fosforanowe ATP charakteryzuje się wartością około 34,5 kJ, to okazuje się, że około 45% całkowitej energii potencjalnej kwasu palmitynowego podczas jego utleniania w organizmie można wykorzystać do resyntezy ATP, a pozostała część najwyraźniej jest tracona w postaci ciepła.

KWAS TŁUSZCZOWY- alifatyczne kwasy karboksylowe, z których wiele występuje w tłuszczach zwierzęcych i roślinnych; W organizmie zwierząt i roślin wolne kwasy tłuszczowe oraz kwasy tłuszczowe wchodzące w skład lipidów pełnią niezwykle ważną funkcję – energetyczną i plastyczną. Nienasycone kwasy tłuszczowe uczestniczą w organizmie człowieka i zwierzęcia w biosyntezie specjalnej grupy substancji biologicznie czynnych - prostaglandyn (patrz). Zawartość wolnych i związanych estrów kwasów tłuszczowych w surowicy krwi stanowi dodatkowe badanie diagnostyczne w przypadku wielu chorób. Związki ciekłe znajdują szerokie zastosowanie do wytwarzania różnych mydeł, do produkcji gumy i wyrobów gumowych, lakierów, emalii i olejów schnących.

W zależności od liczby grup karboksylowych w cząsteczce rozróżnia się jedno-, dwu- i wielozasadowe związki ciekłe, a w zależności od stopnia nasycenia rodnika węglowodorowego rozróżnia się nasycone (nasycone) i nienasycone (nienasycone) związki ciekłe. Na podstawie liczby atomów węgla w ciekłym łańcuchu kwasowym dzieli się je na niższy (c1-C3), środkowy (C4-C9) i wyższy (C10-C26). - Nasycone ciekłe związki mają ogólny wzór cząsteczkowy C n H 2 n O 2. Ogólny wzór nienasyconych kwasów tłuszczowych zależy od liczby zawartych w nich wiązań podwójnych lub potrójnych.

Do oznaczania mieszkań stosuje się racjonalną i systematyczną nomenklaturę; Ponadto wiele zespołów mieszkaniowych ma historycznie ugruntowane nazwy. Według racjonalnej nomenklatury wszystkie ciekłe związki są uważane za pochodne kwasu octowego, w których atom wodoru grupy metylowej w cząsteczce zostaje zastąpiony rodnikiem węglowodorowym. Zgodnie z nomenklaturą systematyczną nazwa ciekłej mieszaniny pochodzi od nazwy węglowodoru, którego cząsteczka zbudowana jest z tej samej liczby atomów węgla, w tym węgla z grupy karboksylowej, co cząsteczka ciekłego kwasu (np. , propan - kwas propanowy, etan - kwas etanowy, heksan - kwas heksanowy itp.). Nazwa nienasyconych związków ciekłych wskazuje liczbę wiązań podwójnych (mono-, di-, tri- itp.) i dodaje końcówkę „ene”. Numeracja ciekłych atomów węgla rozpoczyna się od węgla grupy karboksylowej (COOH-) i jest oznaczona cyframi arabskimi. Atom C najbliższy grupie COOH jest oznaczony jako alfa, atom znajdujący się obok niego jest oznaczony jako beta, a końcowy atom węgla w rodniku węglowodorowym jest oznaczony jako omega. Wiązanie podwójne w cząsteczce ciekłego kwasu jest oznaczone symbolem Δ lub po prostu numerem atomu węgla, na którym znajduje się wiązanie podwójne, co wskazuje na konfigurację cis lub trans łańcucha. Niektóre z najczęściej spotykanych zespołów mieszkaniowych oraz ich trywialne, racjonalne i systematyczne nazwy podano w tabeli 1.

Właściwości fizyczne

Dolne ciecze to ciecze lotne o ostrym zapachu, środkowe to oleje o nieprzyjemnym zjełczałym zapachu, a wyższe to stałe substancje krystaliczne, które są praktycznie bezwonne.

Tylko kwas mrówkowy (patrz), kwas octowy (patrz) i kwas propionowy są mieszane z wodą pod każdym względem; w wyższych członach szeregu ciekłych kwasów rozpuszczalność szybko maleje i ostatecznie staje się równa zeru. Związki J. są dobrze rozpuszczalne w alkoholu i eterze.

Temperatury topnienia w homologicznej serii ciekłych kryształów rosną, ale nierównomiernie. Ciekłe kryształy o parzystej liczbie atomów C topią się w wyższej temperaturze niż poniższe ciekłe kryształy, które mają o jeden atom C więcej (tabela 2). W obu tych szeregach (o parzystej i nieparzystej liczbie atomów C) różnica temperatur topnienia dwóch kolejnych członów stopniowo maleje.

Ta szczególna różnica pomiędzy ciekłymi związkami o parzystej i nieparzystej liczbie atomów C w cząsteczce objawia się nie tylko temperaturą topnienia, ale w pewnym stopniu także właściwościami chemicznymi. a nawet w ich biolu, właściwościach. Zatem kwasy o parzystej liczbie atomów C rozpadają się, według G. Embdena, podczas krwotoku w wątrobie do acetonu, natomiast kwasy o nieparzystej liczbie atomów C nie ulegają rozkładowi.

Ciekłe kryształy są silnie powiązane i nawet w temperaturach przekraczających ich temperaturę wrzenia wykazują dwukrotnie większą liczbę moli. wagę, niż sugeruje ich formuła. Związek ten tłumaczy się występowaniem wiązań wodorowych pomiędzy poszczególnymi cząsteczkami cieczy.

Właściwości chemiczne

O właściwościach chemicznych ciekłych związków decydują właściwości ich grup COOH i rodników węglowodorowych. W grupie COOH wiązanie OH ulega osłabieniu na skutek przesunięcia gęstości elektronów w wiązaniu podwójnym C=O w kierunku tlenu, dzięki czemu proton można łatwo usunąć. Prowadzi to do pojawienia się stabilnego anionu:

Powinowactwo elektronowe reszty karbonylowej może być częściowo zaspokojone przez sąsiednią grupę metylenową, gdzie atomy wodoru są najbardziej aktywne w porównaniu do pozostałych. Stała dysocjacji grupy COOH związków ciekłych wynosi 10 -4 -10 -5 M, czyli jej wartość jest znacznie niższa niż w przypadku związków nieorganicznych. Najsilniejszym z kwasów jest kwas mrówkowy. Grupa COOH ciekłego kwasu ma zdolność reagowania w roztworach wodnych z metalami ziem alkalicznych. Sole wyższych ciekłych związków z tymi metalami nazywane są mydłami (patrz). Mydła mają właściwości środków powierzchniowo czynnych - detergentów (patrz). Mydła sodowe są stałe, mydła potasowe są płynne. Grupy hydroksylowe COOH ciekłego kwasu można łatwo zastąpić halogenem, tworząc halogenki kwasowe, które są szeroko stosowane w syntezach organicznych. Podczas zastępowania halogenu resztą innego kwasu powstają ciekłe bezwodniki kwasowe, podczas zastępowania reszty alkoholem powstają ich estry, z amoniakiem - amidy, a z hydrazyną - hydrazydy. Najbardziej powszechne w przyrodzie są estry trójzasadowego alkoholu gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych - tłuszcze (patrz). Wodór atomu węgla alfa w ciekłych kryształach można łatwo zastąpić halogenem, tworząc ciekłe związki zawierające halogen. Nienasycone ciekłe związki mogą występować w postaci izomerów cis i trans. Większość naturalnych nienasyconych kwasów tłuszczowych ma konfigurację cis (patrz Izomeria). Stopień nienasycenia cieczy określa się poprzez miareczkowanie jodometryczne wiązań podwójnych. Proces przekształcania nienasyconych kwasów tłuszczowych w nasycone nazywa się uwodornieniem; procesem odwrotnym jest odwodornienie (patrz Uwodornienie).

Naturalne kwasy tłuszczowe otrzymuje się poprzez hydrolizę tłuszczów (ich zmydlanie), a następnie destylację frakcyjną lub chromatograficzne oddzielanie uwolnionych kwasów tłuszczowych. Nienaturalne kwasy tłuszczowe otrzymuje się przez utlenianie węglowodorów; reakcja przebiega przez etap tworzenia wodoronadtlenków i ketonów.

Utlenianie kwasów tłuszczowych

Jako materiał energetyczny, ciekłe kryształy wykorzystywane są w procesie beta-oksydacji. W 1904 r. F. Knoop wysunął hipotezę wyjaśniającą mechanizm utleniania kwasów tłuszczowych w organizmie zwierzęcia.

Hipotezę tę zbudowano na podstawie ustalenia charakteru końcowych produktów przemiany materii wydalanych z moczem po podaniu zwierzętom kwasów tłuszczowych podstawionych kofenylem. W doświadczeniach F. Knoopa podawanie fenylopodstawionych kwasów tłuszczowych zawierających parzystej liczbie atomów C zwierzętom zawsze towarzyszyło wydzielanie kwasu fenylooctowego w moczu, a zwierzętom zawierającym nieparzystą liczbę atomów C – uwalnianiu kwasu benzoesowego. Na podstawie tych danych F. Knoop zasugerował, że utlenianie cząsteczki ciekłego kwasu następuje poprzez sekwencyjne odcięcie od niej dwuwęglowych fragmentów od grupy karboksylowej (Schemat 1):

Hipoteza F. Knoopa, zwana teorią beta-oksydacji, jest podstawą współczesnych poglądów na temat mechanizmu utleniania kwasów tłuszczowych. W rozwoju tych idei ważną rolę odegrały następujące metody i odkrycia: 1) wprowadzenie znacznik radioaktywny (14 C) w cząsteczce kwasów tłuszczowych w celu zbadania ich wymiany; 2) ustalenie przez Munoza i L. F. Leloira faktu, że utlenianie kwasów tłuszczowych przez homogenaty komórkowe wymaga tych samych kofaktorów, co utlenianie pirogronianu (fosforan nieorganiczny, jony Mg 2+, cytochrom c, ATP i co - czyli substrat cykl kwasu trikarboksylowego – bursztynian, fumaran itp.); 3) ustalenie faktu, że utlenianie kwasów tłuszczowych, a także substratów cyklu kwasów trikarboksylowych (patrz Cykl kwasów trikarboksylowych), zachodzi wyłącznie w mitochondriach komórki [Lehninger (A. L. Lehninger) i Kennedy (E. P. Kennedy)] ; 4) ustalenie roli karnityny w transporcie kwasów tłuszczowych z cytoplazmy do mitochondriów; 5) odkrycie koenzymu A przez F. Lipmanna i F. Linena; 6) izolacja z tkanek zwierzęcych w oczyszczonej postaci kompleksu wieloenzymowego odpowiedzialnego za utlenianie tłuszczu.

Ogólnie proces utleniania kwasu żelazowego składa się z następujących etapów.

Wolny kwas tłuszczowy, niezależnie od długości łańcucha węglowodorowego, jest metabolicznie obojętny i nie może ulegać żadnym przemianom, w tym utlenianiu, dopóki nie zostanie aktywowany.

Aktywacja kwasów tłuszczowych zachodzi w cytoplazmie komórki przy udziale ATP, zredukowanego CoA (KoA-SH) i jonów Mg 2+.

Reakcję katalizuje enzym tiokinaza:

W wyniku tej reakcji powstaje acylo-CoA, będący aktywną formą kwasów tłuszczowych. Wyizolowano i zbadano kilka tiokinaz. Jeden z nich katalizuje aktywację kwasów tłuszczowych o długości łańcucha węglowodorowego od C2 do C3, drugi od C4 do C12, a trzeci od C10 do C22.

Transport do mitochondriów. Koenzymiczna forma kwasów tłuszczowych, podobnie jak wolne kwasy tłuszczowe, nie ma zdolności przenikania do mitochondriów, gdzie faktycznie zachodzi ich utlenianie.

Ustalono, że transfer aktywnej formy kwasów tłuszczowych do mitochondriów odbywa się przy udziale azotowej karnityny. Łącząc się z kwasami tłuszczowymi za pomocą enzymu transferazy acylokarnitynowej, karnityna tworzy acylokarnitynę, która ma zdolność przenikania do błony mitochondrialnej.

Na przykład w przypadku kwasu palmitynowego tworzenie palmitylokarnityny przedstawiono w następujący sposób:

Wewnątrz błony mitochondrialnej przy udziale CoA i mitochondrialnej transferazy palmitylo-karnityny zachodzi reakcja odwrotna - rozszczepienie palmitylo-karnityny; w tym przypadku karnityna powraca do cytoplazmy komórki, a aktywna forma kwasu palmitynowego, palmitylo-CoA, przechodzi do mitochondriów.

Pierwszy etap utleniania. Wewnątrz mitochondriów, przy udziale dehydrogenaz kwasów tłuszczowych (enzymów zawierających FAD), rozpoczyna się utlenianie aktywnej formy kwasów tłuszczowych, zgodnie z teorią beta-oksydacji.

W tym przypadku acylo-CoA traci dwa atomy wodoru w pozycjach alfa i beta, zamieniając się w nienasycony acylo-CoA:

Uwodnienie. Nienasycony acylo-CoA przyłącza się do cząsteczki wody przy udziale enzymu hydratazy enoilowej, w wyniku czego powstaje beta-hydroksyacylo-CoA:

Drugi etap utleniania kwasów tłuszczowych, podobnie jak pierwszy, przebiega poprzez odwodornienie, przy czym w tym przypadku reakcja jest katalizowana przez dehydrogenazy zawierające NAD. Utlenianie zachodzi w miejscu atomu węgla beta z utworzeniem grupy ketonowej w tej pozycji:

Ostatnim etapem jednego pełnego cyklu utleniania jest rozszczepienie beta-ketoacylo-CoA na drodze tiolizy (a nie hydrolizy, jak zakładał F. Knoop). Reakcja zachodzi z udziałem CoA i enzymu tiolazy. Tworzy się acylo-CoA skrócony o dwa atomy węgla i uwalniana jest jedna cząsteczka kwasu octowego w postaci acetylo-CoA:

Acetylo-CoA ulega utlenieniu w cyklu kwasu trikarboksylowego do CO 2 i H 2 O, a acylo-CoA ponownie przechodzi całą drogę beta-oksydacji i trwa to aż do rozkładu acylo-CoA, który ulega coraz dłuższemu skróceniu o dwa atomy węgla doprowadzą do powstania ostatniej cząsteczki acetylo-CoA (Schemat 2).

Podczas beta utleniania, na przykład kwasu palmitynowego, powtarza się 7 cykli utleniania. Dlatego ogólny wynik jego utleniania można przedstawić wzorem:

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

Późniejsze utlenianie 7 cząsteczek NAD-H 2 daje utworzenie 21 cząsteczek ATP, utlenianie 7 cząsteczek FAD-H 2 - 14 cząsteczek ATP i utlenianie 8 cząsteczek acetylo-CoA w cyklu kwasu trikarboksylowego - 96 cząsteczek ATP. Biorąc pod uwagę jedną cząsteczkę ATP wydatkowaną na samym początku na aktywację kwasu palmitynowego, całkowity uzysk energii potrzebny do całkowitego utlenienia jednej cząsteczki kwasu palmitynowego w organizmie zwierzęcym wyniesie 130 cząsteczek ATP (przy całkowitym utlenieniu cząsteczki glukozy cząsteczka, powstaje tylko 38 cząsteczek ATP). Ponieważ zmiana energii swobodnej podczas całkowitego spalania jednej cząsteczki kwasu palmitynowego wynosi 2338 kcal, a bogate w energię wiązanie fosforanowe ATP charakteryzuje się wartością 8 kcal, łatwo obliczyć, że około 48% całkowitego potencjału energia kwasu palmitynowego podczas jego utleniania w organizmie jest wykorzystywana do ponownej syntezy ATP, a pozostała część jest najwyraźniej tracona w postaci ciepła.

Niewielka ilość kwasów tłuszczowych w organizmie ulega utlenianiu omega (utlenianie w miejscu grupy metylowej) i alfa-utlenianiu (w miejscu drugiego atomu C). W pierwszym przypadku powstaje kwas dikarboksylowy, w drugim kwas tłuszczowy skrócony o jeden atom węgla. Obydwa rodzaje utleniania zachodzą w mikrosomach komórki.

Synteza kwasów tłuszczowych

Ponieważ każda reakcja utleniania kwasów tłuszczowych jest sama w sobie odwracalna, sugeruje się, że biosynteza kwasów tłuszczowych jest procesem odwrotnym do ich utleniania. Wierzono tak do 1958 roku, do czasu, gdy ustalono, że w ekstraktach z wątroby gołębi synteza kwasów tłuszczowych z octanu może zachodzić jedynie w obecności ATP i wodorowęglanów. Wodorowęglan okazał się absolutnie niezbędnym składnikiem, choć sam w sobie nie wchodził w skład cząsteczki kwasu tłuszczowego.

Dzięki badaniom S. F. Wakila, F. Linena i R. V. Vagelosa w latach 60-70. XX wiek Stwierdzono, że faktyczną jednostką biosyntezy kwasów tłuszczowych nie jest acetylo-CoA, ale malonylo-CoA. Ten ostatni powstaje w wyniku karboksylacji acetylo-CoA:

To do karboksylacji acetylo-CoA potrzebne były jony wodorowęglanowe, ATP i Mg2+. Enzym katalizujący tę reakcję, karboksylaza acetylo-CoA, zawiera biotynę jako grupę prostetyczną (patrz). Awidyna, inhibitor biotyny, hamuje tę reakcję, jak również ogólnie syntezę kwasów tłuszczowych.

Całkowitą syntezę kwasów tłuszczowych, np. kwasu palmitynowego, z udziałem malonylo-CoA można przedstawić za pomocą następującego równania:

Jak wynika z tego równania, do powstania cząsteczki kwasu palmitynowego potrzeba 7 cząsteczek malonylo-CoA i tylko jednej cząsteczki acetylo-CoA.

Proces syntezy tłuszczu został szczegółowo zbadany u E. coli i niektórych innych mikroorganizmów. Układ enzymatyczny zwany syntetazą kwasów tłuszczowych u E. coli składa się z 7 pojedynczych enzymów związanych z tzw. białko przenoszące acyl (APP). AP B wyizolowano w czystej postaci i zbadano jego strukturę pierwszorzędową. Mol. masa tego białka wynosi 9750. Zawiera fosforylowaną panteinę z wolną grupą SH. AP B nie ma aktywności enzymatycznej. Jego funkcja związana jest jedynie z przenoszeniem rodników acylowych. Sekwencję reakcji syntezy kwasów tłuszczowych u E. coli można przedstawić następująco:

Następnie cykl reakcji się powtarza, beta-ketokapronylo-S-ACP przy udziale NADP-H2 ulega redukcji do beta-hydroksykapronylo-S-ACP, ten ostatni ulega odwodnieniu tworząc nienasycony heksenylo-S-ACP, który następnie zredukowany do nasyconego kapronylo-S-ACP, posiadający łańcuch węglowy dłuższy o dwa atomy niż butyryl-S-APB itp.

Zatem kolejność i charakter reakcji syntezy kwasów tłuszczowych, począwszy od utworzenia beta-ketoacylo-S-ACP, a kończąc na zakończeniu jednego cyklu przedłużenia łańcucha o dwa atomy C, są reakcjami odwrotnymi utleniania kwasów tłuszczowych, jednak drogi syntezy i utleniania cieczy nie pokrywają się nawet częściowo.

Nie było możliwe wykrycie ACP w tkankach zwierzęcych. Z wątroby wyizolowano wieloenzymowy kompleks zawierający wszystkie enzymy niezbędne do syntezy kwasów tłuszczowych. Enzymy tego kompleksu są ze sobą tak ściśle powiązane, że wszelkie próby ich indywidualnej izolacji nie powiodły się. Kompleks zawiera dwie wolne grupy SH, z których jedna, podobnie jak w ACP, należy do fosforylowanej panteiny, druga do cysteiny. Wszystkie reakcje syntezy kwasów tłuszczowych zachodzą na powierzchni lub wewnątrz tego wieloenzymatycznego kompleksu. Wolne grupy SH kompleksu (i ewentualnie grupa hydroksylowa seryny wchodzącej w jego skład) biorą udział w wiązaniu acetylo-CoA i malonylo-CoA, a we wszystkich kolejnych reakcjach tę samą rolę odgrywa panteteinowa grupa SH kompleksu jako grupa SH ACP, tj. uczestniczy w wiązaniu i przenoszeniu rodnika acylowego:

Dalszy przebieg reakcji w organizmie zwierzęcia jest dokładnie taki sam, jak przedstawiono powyżej dla E. coli.

Do połowy XX wieku. wierzono, że wątroba jest jedynym narządem, w którym zachodzi synteza kwasów tłuszczowych. Następnie odkryto, że synteza kwasów tłuszczowych zachodzi także w ścianie jelit, tkance płucnej, tkance tłuszczowej, szpiku kostnym, w organizmie. l aktywacja gruczołu sutkowego, a nawet w ścianie naczyń. Jeśli chodzi o komórkową lokalizację syntezy, istnieją podstawy, aby sądzić, że zachodzi ona w cytoplazmie komórki. Charakterystyczne jest, że hl jest syntetyzowany w cytoplazmie komórek wątroby. przyr. kwas palmitynowy. Podobnie jak w przypadku innych kwasów tłuszczowych, głównym sposobem ich powstawania w wątrobie jest wydłużanie łańcucha w oparciu o już zsyntetyzowany kwas palmitynowy lub kwasy tłuszczowe pochodzenia egzogennego, otrzymywane z jelit. W ten sposób powstają np. ciekłe związki zawierające 18, 20 i 22 atomy C. Tworzenie kwasów tłuszczowych poprzez wydłużanie łańcucha zachodzi w mitochondriach i mikrosomach komórki.

Biosynteza kwasów tłuszczowych w tkankach zwierzęcych jest regulowana. Od dawna wiadomo, że wątroba zwierząt głodujących i zwierząt chorych na cukrzycę powoli wchłania octan 14C do żołądka. To samo zaobserwowano u zwierząt, którym wstrzyknięto nadmiar tłuszczu. Charakterystyczne jest, że w homogenatach wątroby tych zwierząt do syntezy kwasów tłuszczowych powoli wykorzystywano acetylo-CoA, a nie malonylo-CoA. Prowadziło to do założenia, że ​​reakcja ograniczająca szybkość całego procesu jest związana z aktywnością karboksylazy acetylo-CoA. Rzeczywiście, F. Linen wykazał, że długołańcuchowe acylowe pochodne CoA w stężeniu 10-7 M hamują aktywność tej karboksylazy. Zatem sama akumulacja kwasów tłuszczowych działa hamująco na ich biosyntezę poprzez mechanizm sprzężenia zwrotnego.

Kolejnym czynnikiem regulującym syntezę kwasów tłuszczowych jest najwyraźniej kwas cytrynowy (cytrynian). Mechanizm działania cytrynianu jest również związany z jego wpływem na karboksylazę acetylo-CoA. W przypadku braku cytrynianu acetylo-CoA - karboksylaza wątrobowa występuje w postaci nieaktywnego monomeru o molu. o wadze 540 000 W obecności cytrynianu enzym zamienia się w aktywny trimer o masie molowej. waga ok. 1 800 000 i zapewniający 15-16-krotny wzrost szybkości syntezy kwasów tłuszczowych Można zatem przypuszczać, że zawartość cytrynianu w cytoplazmie komórek wątroby ma regulacyjny wpływ na szybkość syntezy kwasów tłuszczowych. jest istotny dla syntezy stężenia kwasów tłuszczowych NADPH 2 w komórce.

Metabolizm nienasyconych kwasów tłuszczowych

Uzyskano przekonujące dowody na to, że w wątrobie zwierząt kwas stearynowy można przekształcić w kwas oleinowy, a kwas palmitynowy w kwas palmitooleinowy. Transformacje te, zachodzące w mikrosomach komórkowych, wymagają obecności tlenu cząsteczkowego, zredukowanego układu nukleotydów pirydynowych oraz cytochromu b5. Mikrosomy mogą również przekształcać związki jednonienasycone w dwunienasycone, na przykład kwas oleinowy w kwas 6,9-oktadekadienowy. Wraz z desaturacją kwasów tłuszczowych w mikrosomach następuje także ich wydłużenie, a oba te procesy można łączyć i powtarzać. W ten sposób z kwasu oleinowego powstają np. kwasy nerwowy i 5, 8, 11-eikozatetraenowy.

Jednocześnie tkanki ludzkie i wiele zwierząt utraciły zdolność syntezy niektórych związków wielonienasyconych. Należą do nich związki linolowe (9,12-oktadekadienowe), linolenowe (6,9,12-oktadekatrienowe) i arachidonowy (5, 8, 11, 14-eikozatetraenowe). Związki te zaliczane są do niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych. Długotrwała ich nieobecność w pożywieniu powoduje u zwierząt spowolnienie wzrostu i powstawanie charakterystycznych zmian na skórze i sierści. Opisano przypadki niedoboru niezbędnych kwasów tłuszczowych u ludzi. Kwas linolowy i linolenowy, zawierające odpowiednio dwa i trzy wiązania podwójne, a także powiązane z nimi wielonienasycone kwasy tłuszczowe (kwas arachidonowy itp.) są tradycyjnie łączone w grupę zwaną „witaminą F”.

Biol rola niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych stała się jaśniejsza w związku z odkryciem nowej klasy związków fizjologicznie aktywnych – prostaglandyn (patrz). Ustalono, że prekursorami tych związków są kwas arachidonowy i w mniejszym stopniu kwas linolowy.

Kwasy tłuszczowe wchodzą w skład różnych lipidów: glicerydów, fosfatydów (patrz), estrów cholesterolu (patrz), sfingolipidów (patrz) i wosków (patrz).

Główna funkcja plastyczna kwasów tłuszczowych sprowadza się do ich udziału w składzie lipidów w budowie biolów, błon tworzących szkielet komórek zwierzęcych i roślinnych. W biolu znajdują się błony hl. przyr. estry kwasów tłuszczowych: stearynowego, palmitynowego, oleinowego, linolowego, linolenowego, arachidonowego i dokozaheksaenowego. Nienasycone kwasy tłuszczowe biolipidów, błony mogą ulegać utlenieniu z utworzeniem nadtlenków i wodoronadtlenków lipidów – tzw. peroksydacja nienasyconych kwasów tłuszczowych.

W organizmie zwierząt i ludzi łatwo tworzą się tylko nienasycone kwasy tłuszczowe z jednym podwójnym wiązaniem (na przykład kwas oleinowy). Znacznie wolniej powstają wielonienasycone kwasy tłuszczowe, z których większość dostarczana jest organizmowi z pożywieniem (niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe). Istnieją specjalne magazyny tłuszczu, z których po hydrolizie (lipolizie) tłuszczów można mobilizować kwasy tłuszczowe w celu zaspokojenia potrzeb organizmu.

Wykazano eksperymentalnie, że spożywanie tłuszczów zawierających duże ilości nasyconych kwasów tłuszczowych przyczynia się do rozwoju hipercholesterolemii; Stosowanie z pożywieniem olejów roślinnych zawierających duże ilości nienasyconych kwasów tłuszczowych pomaga obniżyć poziom cholesterolu we krwi (patrz Metabolizm tłuszczów).

Medycyna największą uwagę poświęca nienasyconym kwasom tłuszczowym. Ustalono, że ich nadmierne utlenianie poprzez mechanizm nadtlenkowy może odgrywać znaczącą rolę w rozwoju różnych patoli, np. przy uszkodzeniach popromiennych, nowotworach złośliwych, niedoborze witaminy E, hiperoksja i zatrucie czterochlorkiem węgla. Jeden z produktów peroksydacji nienasyconych kwasów tłuszczowych, lipofuscyna, gromadzi się w tkankach podczas starzenia. Mieszanina eterów etylowych nienasyconych kwasów tłuszczowych, składająca się z kwasu oleinowego (ok. 15%), kwasu linolowego (ok. 15%) i kwasu linolenowego (ok. 57%), tzw. linetol (patrz), stosowany jest w profilaktyce i leczeniu miażdżycy (patrz) oraz zewnętrznie przy oparzeniach i urazach popromiennych skóry.

W klinice najczęściej stosowane są metody ilościowego oznaczania wolnych (niezestryfikowanych) i związanych eterowo kwasów tłuszczowych. Metody ilościowego oznaczania kwasów tłuszczowych związanych estrowo opierają się na ich przekształceniu do odpowiednich kwasów hydroksamowych , oddziałując z jonami Fe 3+, tworzą kolorowe sole złożone .

Zwykle osocze krwi zawiera od 200 do 450 mg% estryfikowanych kwasów tłuszczowych i od 8 do 20 mg% nieestryfikowanych kwasów tłuszczowych. Wzrost zawartości tych ostatnich obserwuje się w cukrzycy, nerczycy, po podaniu adrenaliny , podczas postu, a także podczas stresu emocjonalnego. Zmniejszenie zawartości nieestryfikowanych kwasów tłuszczowych obserwuje się w niedoczynności tarczycy, podczas leczenia glikokortykosteroidami, a także po wstrzyknięciu insuliny.

Poszczególne kwasy tłuszczowe – patrz artykuły według ich nazw (np. kwas arachidonowy, kwas arachinowy, kwas kapronowy, kwas stearynowy itp.). Zobacz także Metabolizm tłuszczów, Lipidy, Metabolizm cholesterolu.

Tabela 1. NAZWY I WZORY NIEKTÓRYCH Z NAJPOPULARNIEJSZYCH KWASÓW TŁUSZCZOWYCH

Zinowiew A. A. Chemia tłuszczów, M., 1952; Newsholm E. i Start K. Regulacja metabolizmu, przeł. z języka angielskiego, M., 1977; Perekalin V.V. i Sonne SA. Chemia organiczna, M., 1973; Biochemia i metodologia lipidów, wyd. przez AR Jonson a. J.B. Davenport, NY, 1971; Kwasy tłuszczowe, wyd. K. S. Markley, pkt 1-3, N. Y.-L., 1960-1964, bibliogr.; Metabolizm lipidów, wyd. S. J. Wakil, N. Y.-L., 1970.

A. N. Klimov, A. I. Archakov.