20.1.1. Vyššie mastné kyseliny môžu byť v tele syntetizované z metabolitov metabolizmu sacharidov. Východiskovou zlúčeninou pre túto biosyntézu je acetyl-CoA, vytvorený v mitochondriách z pyruvátu – produktu glykolytického rozkladu glukózy. Miestom syntézy mastných kyselín je cytoplazma buniek, kde sa nachádza multienzýmový komplex syntetáza vyšších mastných kyselín. Tento komplex pozostáva zo šiestich enzýmov spojených s proteín nesúci acyl, ktorý obsahuje dve voľné SH skupiny (APB-SH). K syntéze dochádza polymerizáciou dvojuhlíkových fragmentov, jej konečným produktom je kyselina palmitová – nasýtená mastná kyselina obsahujúca 16 atómov uhlíka. Povinnými zložkami zapojenými do syntézy sú NADPH (koenzým vznikajúci pri reakciách pentózofosfátovej dráhy oxidácie sacharidov) a ATP.

20.1.2. Acetyl-CoA vstupuje do cytoplazmy z mitochondrií prostredníctvom citrátového mechanizmu (obrázok 20.1). V mitochondriách acetyl-CoA interaguje s oxaloacetátom (enzým citrát syntáza), výsledný citrát je transportovaný cez mitochondriálnu membránu pomocou špeciálneho transportného systému. V cytoplazme citrát reaguje s HS-CoA a ATP, pričom sa opäť rozkladá na acetyl-CoA a oxalacetát (enzým - citrát lyáza).

Obrázok 20.1. Prenos acetylových skupín z mitochondrií do cytoplazmy.

20.1.3. Počiatočnou reakciou syntézy mastných kyselín je karboxylácia acetyl-CoA za vzniku malonyl-CoA (obrázok 20.2). Enzým acetyl-CoA karboxyláza je aktivovaný citrátom a inhibovaný CoA derivátmi vyšších mastných kyselín.

Obrázok 20.2. Acetyl-CoA karboxylačná reakcia.

Acetyl-CoA a malonyl-CoA potom interagujú so skupinami SH proteínu nesúceho acyl (obrázok 20.3).

Obrázok 20.3. Interakcia acetyl-CoA a malonyl-CoA s proteínom nesúcim acyl.

Obrázok 20.4. Reakcie jedného cyklu biosyntézy mastných kyselín.

Reakčný produkt interaguje s novou molekulou malonyl-CoA a cyklus sa mnohokrát opakuje, až kým sa nevytvorí zvyšok kyseliny palmitovej.

20.1.4. Pamätajte na hlavné črty biosyntézy mastných kyselín v porovnaní s β-oxidáciou:

• syntéza mastných kyselín sa uskutočňuje hlavne v cytoplazme bunky a oxidácia - v mitochondriách;
• účasť na procese väzby CO2 na acetyl-CoA;
• proteín nesúci acyl sa zúčastňuje syntézy mastných kyselín a koenzým A sa podieľa na oxidácii;
• pre biosyntézu mastných kyselín sú potrebné redoxné koenzýmy NADPH a pre β-oxidáciu sú potrebné NAD+ a FAD.

Tvorba acetyl-CoA a jeho transport do cytosolu

K syntéze mastných kyselín dochádza počas absorpčného obdobia. Aktívna glykolýza a následná oxidatívna dekarboxylácia pyruvátu prispieva k zvýšeniu koncentrácie acetyl-CoA v mitochondriálnej matrici. Pretože k syntéze mastných kyselín dochádza v cytosóle buniek, acetyl-CoA musí byť transportovaný cez vnútornú mitochondriálnu membránu do cytosólu. Vnútorná mitochondriálna membrána je však nepriepustná pre acetyl-CoA, preto v mitochondriálnej matrici acetyl-CoA kondenzuje s oxaloacetátom za vzniku citrátu za účasti citrátsyntázy:

Acetyl-CoA + oxaloacetát -> citrát + HS-CoA.

Translokáza potom transportuje citrát do cytoplazmy (obr. 8-35).

K prenosu citrátu do cytoplazmy dochádza až pri zvýšení množstva citrátu v mitochondriách, kedy sú izocitrátdehydrogenáza a α-ketoglutarátdehydrogenáza inhibované vysokými koncentráciami NADH a ATP. Táto situácia vzniká v absorpčnom období, kedy pečeňová bunka dostáva dostatočné množstvo energetických zdrojov. V cytoplazme je citrát štiepený enzýmom citrát lyáza:

Citrát + HSKoA + ATP → Acetyl-CoA + ADP + Pi + oxaloacetát.

Acetyl-CoA v cytoplazme slúži ako počiatočný substrát pre syntézu mastných kyselín a oxalacetát v cytosóle prechádza nasledujúcimi transformáciami (pozri diagram nižšie).

Pyruvát je transportovaný späť do mitochondriálnej matrice. NADPH, redukovaný v dôsledku pôsobenia maleínového enzýmu, sa používa ako donor vodíka pre následné reakcie pri syntéze mastných kyselín. Ďalším zdrojom NADPH sú oxidačné kroky v pentózofosfátovej dráhe katabolizmu glukózy.

Tvorba malonyl-CoA z acetyl-CoA - regulačná reakcia pri biosyntéze mastných kyselín.

Prvou reakciou pri syntéze mastných kyselín je premena acetyl-CoA na malonyl-CoA. Enzým katalyzujúci túto reakciu (acetyl-CoA karboxyláza) patrí do triedy ligáz. Obsahuje kovalentne viazaný biotín (obrázok 8-36). V prvom stupni reakcie sa CO 2 vďaka energii ATP kovalentne viaže na biotín, v druhom stupni sa COO prenesie na acetyl-CoA za vzniku malonyl-CoA. Aktivita enzýmu acetyl-CoA karboxylázy určuje rýchlosť všetkých následných reakcií syntézy mastných kyselín.

Reakcie katalyzované syntázou mastných kyselín- enzýmový komplex katalyzujúci reakcie syntézy kyseliny palmitovej, je opísaný nižšie.

Po vytvorení malonyl-CoA pokračuje syntéza mastných kyselín na multienzýmovom komplexe - syntáze mastných kyselín (palmitoylsyntetáza). Tento enzým pozostáva z 2 identických protomérov, z ktorých každý má doménovú štruktúru a teda 7 centier s rôznymi katalytickými aktivitami (obr. 8-37). Tento komplex postupne predlžuje radikál mastnej kyseliny o 2 atómy uhlíka, ktorého donorom je malonyl-CoA. Konečným produktom tohto komplexu je kyselina palmitová, takže pôvodný názov tohto enzýmu je palmitoylsyntetáza.

Prvou reakciou je prenos acetylovej skupiny acetyl-CoA na tiolovú skupinu cysteínu acetyltransacylázovým centrom (obr. 8-38). Malonylový zvyšok sa potom prenesie z malonyl-CoA na sulfhydrylovú skupinu proteínu nesúceho acyl prostredníctvom malonyltransacylázového centra. Potom je komplex pripravený na prvý cyklus syntézy.

Acetylová skupina kondenzuje so zvyškom malonylu na mieste oddeleného C02. Reakcia je katalyzovaná centrom ketoacylsyntázy. Výsledný acetoacetylový radikál

Schéma

Ryža. 8-35. Prenos acetylových zvyškov z mitochondrií do cytosólu. Aktívne enzýmy: 1 - citrátsyntáza; 2 - translokáza; 3 - citrát lyáza; 4 - malátdehydrogenáza; 5 - malik-enzým.

Ryža. 8-36. Úloha biotínu v reakcii karboxylácie acetyl-CoA.

Ryža. 8-37. Štruktúrou multienzýmového komplexu je syntéza mastných kyselín. Komplex je dimérom dvoch identických polypeptidových reťazcov, z ktorých každý má 7 aktívnych miest a proteín nesúci acyl (ACP). SH skupiny protomérov patria k rôznym radikálom. Jedna skupina SH patrí cysteínu, druhá patrí zvyšku kyseliny fosfopantetovej. Cysteínová SH skupina jedného monoméru sa nachádza vedľa 4-fosfopanteteinátovej SH skupiny iného protoméru. Protoméry enzýmu sú usporiadané od hlavy k chvostu. Hoci každý monomér obsahuje všetky katalytické miesta, komplex 2 protomérov je funkčne aktívny. Preto sa vlastne syntetizujú 2 mastné kyseliny súčasne. Pre jednoduchosť schémy zvyčajne zobrazujú postupnosť reakcií pri syntéze jednej molekuly kyseliny.

je postupne redukovaný ketoacylreduktázou, potom dehydratovaný a opäť redukovaný enoylreduktázou, aktívnymi centrami komplexu. V dôsledku prvého cyklu reakcií vzniká butyrylový radikál spojený s podjednotkou syntázy mastných kyselín.

Pred druhým cyklom sa butyrylový radikál prenesie z polohy 2 do polohy 1 (kde sa acetyl nachádzal na začiatku prvého cyklu reakcií). Potom butyrylový zvyšok prechádza rovnakými transformáciami a je rozšírený o 2 atómy uhlíka, pochádzajúce z malonyl-CoA.

Podobné cykly reakcií sa opakujú, až kým nevznikne radikál kyseliny palmitovej, ktorý sa pôsobením tioesterázového centra hydrolyticky oddelí od komplexu enzýmov a zmení sa na voľnú kyselinu palmitovú (palmitát, obr. 8-38, 8-39).

Celková rovnica pre syntézu kyseliny palmitovej z acetyl-CoA a malonyl-CoA je nasledovná:

CH3-CO-SKoA + 7 HOOC-CH2-CO-SKoA + 14 (NADPH + H +) → C15H31COOH + 7 CO2 + 6 H20 + 8 HSKoA + 14 NADP+.

Hlavné zdroje vodíka pre syntézu mastných kyselín

V každom cykle biosyntézy kyseliny palmitovej prebiehajú 2 redukčné reakcie,

Ryža. 8-38. Syntéza kyseliny palmitovej. Syntáza mastných kyselín: v prvom protoméri patrí skupina SH k cysteínu, v druhom k fosfopanteteínu. Po skončení prvého cyklu sa butyrylový radikál prenesie na SH skupinu prvého protoméru. Potom sa opakuje rovnaký sled reakcií ako v prvom cykle. Palmitoyl-E je zvyšok kyseliny palmitovej spojený so syntázou mastnej kyseliny. V syntetizovanej mastnej kyseline iba 2 distálne uhlíky, označené *, pochádzajú z acetyl-CoA, zvyšok z malonyl-CoA.

Ryža. 8-39. Všeobecná schéma reakcií na syntézu kyseliny palmitovej.

v ktorom koenzým NADPH slúži ako donor vodíka. K obnoveniu NADP+ dochádza v reakciách:

dehydrogenácia v oxidačných štádiách pentózofosfátovej dráhy katabolizmu glukózy;

dehydrogenácia malátu s jablčným enzýmom;

dehydrogenácia izocitrátu cytosolickou NADP-dependentnou dehydrogenázou.

2. Regulácia syntézy mastných kyselín

Regulačným enzýmom pre syntézu mastných kyselín je acetyl-CoA karboxyláza. Tento enzým je regulovaný niekoľkými spôsobmi.

Asociácia/disociácia komplexov enzýmových podjednotiek. Vo svojej neaktívnej forme je acetyl-CoA karboxyláza samostatný komplex, z ktorých každý pozostáva zo 4 podjednotiek. Enzýmový aktivátor - citrát; stimuluje asociáciu komplexov, v dôsledku čoho sa zvyšuje aktivita enzýmu. Inhibítor - palmitoyl-CoA; spôsobuje disociáciu komplexu a zníženie aktivity enzýmu (obr. 8-40).

Fosforylácia/defosforylácia acetyl-CoA karboxylázy. V postabsorpčnom stave alebo pri fyzickej práci glukagón alebo adrenalín cez adenylátcyklázový systém aktivuje proteínkinázu A a stimuluje fosforyláciu podjednotiek acetyl-CoA karboxylázy. Fosforylovaný enzým je neaktívny a syntéza mastných kyselín sa zastaví. Počas absorpčného obdobia inzulín aktivuje fosfatázu a acetyl-CoA karboxyláza sa defosforyluje (obr. 8-41). Potom pôsobením citrátu dochádza k polymerizácii protomérov enzýmu, ktorý sa stáva aktívnym. Okrem aktivácie enzýmu má citrát ďalšiu funkciu pri syntéze mastných kyselín. Počas absorpčného obdobia sa citrát hromadí v mitochondriách pečeňových buniek, v ktorých je acetylový zvyšok transportovaný do cytosólu.

Indukcia syntézy enzýmov. Dlhodobá konzumácia potravín bohatých na sacharidy a chudobných na tuky vedie k zvýšeniu sekrécie inzulínu, čo stimuluje indukciu syntézy enzýmov: acetyl-CoA karboxylázy, syntázy mastných kyselín, citrát lyázy,

Ryža. 8-40. Asociácia/disociácia acetyl-CoA karboxylázových komplexov.

Ryža. 8-41. Regulácia acetyl-CoA karboxylázy.

Ryža. 8-42. Predĺženie kyseliny palmitovej v ER. Radikál kyseliny palmitovej je predĺžený o 2 atómy uhlíka, ktorého donorom je malonyl-CoA.

izocitrátdehydrogenáza. Preto nadmerná konzumácia sacharidov vedie k urýchleniu premeny produktov katabolizmu glukózy na tuky. Hladovanie alebo jedlo bohaté na tuky vedie k zníženiu syntézy enzýmov, a teda aj tukov.

3. Syntéza mastných kyselín z kyseliny palmitovej

Predlžovanie mastných kyselín. V ER je kyselina palmitová predĺžená za účasti malonyl-CoA. Postupnosť reakcií je podobná ako pri syntéze kyseliny palmitovej, avšak v tomto prípade nie sú mastné kyseliny spojené so syntázou mastných kyselín, ale s CoA. Enzýmy podieľajúce sa na predlžovaní môžu využívať ako substráty nielen palmitové, ale aj iné mastné kyseliny (obr. 8-42), preto sa v organizme môže syntetizovať nielen kyselina stearová, ale aj mastné kyseliny s veľkým počtom atómov uhlíka.

Hlavným elongačným produktom v pečeni je kyselina stearová (C 18:0), v mozgovom tkanive sa však tvorí veľké množstvo mastných kyselín s dlhším reťazcom - od C 20 do C 24, ktoré sú potrebné na tvorbu sfingolipidy a glykolipidy.

V nervovom tkanive dochádza aj k syntéze iných mastných kyselín, α-hydroxykyselín. Oxidázy so zmiešanou funkciou hydroxylujú kyseliny C22 a C24 za vzniku lignocerových a cerebrónových kyselín, ktoré sa nachádzajú iba v mozgových lipidoch.

Tvorba dvojitých väzieb v radikáloch mastných kyselín. Inkorporácia dvojitých väzieb do radikálov mastných kyselín sa nazýva desaturácia. Hlavné mastné kyseliny vznikajúce v ľudskom tele v dôsledku desaturácie (obr. 8-43) sú palmitooleová (C16:1Δ9) a olejová (C18:1Δ9).

K tvorbe dvojitých väzieb v radikáloch mastných kyselín dochádza v ER v reakciách zahŕňajúcich molekulárny kyslík, NADH a cytochróm b 5 . Enzýmy desaturázy mastných kyselín prítomné v ľudskom tele nemôžu vytvárať dvojité väzby v radikáloch mastných kyselín distálnych od deviateho atómu uhlíka, t.j. medzi deviatou a

Ryža. 8-43. Tvorba nenasýtených mastných kyselín.

metylové atómy uhlíka. Mastné kyseliny rodiny ω-3 a ω-6 sa preto v tele nesyntetizujú, sú nevyhnutné a musia byť dodávané potravou, pretože plnia dôležité regulačné funkcie.

Tvorba dvojitej väzby v radikále mastnej kyseliny vyžaduje molekulárny kyslík, NADH, cytochróm b 5 a cytochróm b 5 reduktázu závislú od FAD. Atómy vodíka odštiepené z nasýtenej kyseliny sa uvoľňujú ako voda. Jeden atóm molekulárneho kyslíka je zahrnutý v molekule vody a druhý je tiež redukovaný na vodu za účasti elektrónov NADH, ktoré sa prenášajú cez FADH 2 a cytochróm b 5 .

Eikosanoidy sú biologicky aktívne látky syntetizované väčšinou buniek z polyénových mastných kyselín obsahujúcich 20 atómov uhlíka (slovo „eikosa“ v gréčtine znamená 20).

Acetyl-CoA je substrátom pre syntézu VFA, avšak pri syntéze mastných kyselín (MK) sa v každom elongačnom cykle nepoužíva samotný acetyl-CoA, ale jeho derivát, malonyl-CoA.

Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom acetyl-CoA karboxylázou, kľúčovým enzýmom v multienzýmovom systéme syntézy FA. Aktivita enzýmu je regulovaná typom negatívnej spätnej väzby. Inhibítorom je produkt syntézy: acyl-CoA s dlhým reťazcom (n=16) - palmitoyl-CoA. Aktivátorom je citrát. Neproteínová časť tohto enzýmu obsahuje vitamín H (biotín).

Následne sa pri syntéze mastných kyselín molekula acyl-CoA postupne predĺži o 2 atómy uhlíka pre každý krok v dôsledku malonyl-CoA, ktorý týmto predlžovacím procesom stráca CO2.

Po vytvorení malonyl-CoA sú hlavné reakcie syntézy mastných kyselín katalyzované jedným enzýmom - syntetázou mastných kyselín (fixovanou na membránach endoplazmatického retikula). Syntetáza mastných kyselín obsahuje 7 aktívnych miest a proteín nesúci acyl (ACP). Väzbové miesto malonyl-CoA obsahuje neproteínovú zložku, vitamín B 3 (kyselinu pantoténovú). Postupnosť jedného cyklu reakcií na syntézu HFA je znázornená na obr.

Obr.45. Reakcie na syntézu vyšších mastných kyselín

Po skončení cyklu vstupuje acyl-APB do ďalšieho cyklu syntézy. Nová molekula malonyl-CoA je pripojená k voľnej skupine SH proteínu nesúceho acyl. Potom sa acylový zvyšok odštiepi, prenesie sa na malonylový zvyšok (pri súčasnej dekarboxylácii) a cyklus reakcií sa opakuje.

Postupne tak narastá uhľovodíkový reťazec budúcej mastnej kyseliny (o dva atómy uhlíka na každý cyklus). To sa deje, kým sa nerozšíri na 16 atómov uhlíka (v prípade syntézy kyseliny palmitovej) alebo viac (syntéza iných mastných kyselín). Potom nastáva tiolýza a aktívna forma mastnej kyseliny, acyl-CoA, sa vytvorí v konečnej forme.

Pre normálny priebeh syntézy vyšších mastných kyselín sú potrebné nasledujúce podmienky:

1) Príjem sacharidov, pri oxidácii ktorých vznikajú potrebné substráty a NADPH 2.

2) Vysoký energetický náboj bunky – vysoký obsah ATP, ktorý zabezpečuje uvoľňovanie citrátu z mitochondrií do cytoplazmy.

Porovnávacie charakteristiky b-oxidácie a syntézy vyšších mastných kyselín:

1 . b-oxidácia prebieha v mitochondriách a syntéza mastných kyselín prebieha v cytoplazme na membránach endoplazmatického retikula. Avšak acetyl-CoA vytvorený v mitochondriách nemôže sám prechádzať cez membrány. Preto existujú mechanizmy transportu acetyl-CoA z mitochondrií do cytoplazmy za účasti enzýmov Krebsovho cyklu (obr. 46).

Obr.46. Mechanizmus transportu acetyl-CoA z mitochondrií do cytoplazmy.

Kľúčovými enzýmami TCA sú citrátsyntáza a izocitrátdehydrogenáza. Hlavnými alosterickými regulátormi týchto enzýmov sú ATP a ADP. Ak je v bunke veľa ATP, potom ATP pôsobí ako inhibítor týchto kľúčových enzýmov. Izocitrátdehydrogenáza je však inhibovaná ATP viac ako citrátsyntetáza. To vedie k akumulácii citrátu a izocitrátu v mitochondriálnej matrici. Pri akumulácii citrát opúšťa mitochondrie a vstupuje do cytoplazmy. Cytoplazma obsahuje enzým citrát lyázu. Tento enzým rozkladá citrát na PAA a acetyl-CoA.

Podmienkou uvoľnenia acetyl-CoA z mitochondrií do cytoplazmy je teda dobrý prísun ATP do bunky. Ak je v bunke málo ATP, potom sa acetyl-CoA štiepi na CO2 a H20.

2 . Počas b-oxidácie sú medziprodukty spojené s HS-CoA a počas syntézy mastných kyselín sú medziprodukty spojené so špecifickým proteínom nesúcim acyl (ACP). Ide o komplexný proteín. Jeho neproteínová časť je štruktúrou podobná CoA a pozostáva z tioetylamínu, kyseliny pantoténovej (vitamín B 3) a fosfátu.

3 . Pri b-oxidácii sa ako oxidant používajú NAD a FAD. Pri syntéze mastných kyselín je potrebné redukčné činidlo - používa sa NADP * H2.

V bunke existujú 2 hlavné zdroje NADP * H2 na syntézu mastných kyselín:

a) pentózofosfátová dráha rozkladu sacharidov;

Syntéza kyseliny palmitovej (C16) z acetyl-CoA.

1) Vyskytuje sa v cytoplazme pečeňových buniek a tukovom tkanive.

2) Význam: pre syntézu tukov a fosfolipidov.

3) Úniky po jedle (počas doby absorpcie).

4) Vzniká z acetyl-CoA získaného z glukózy (glykolýza → ODPVP → Acetyl-CoA).

5) V tomto procese sa postupne opakujú 4 reakcie:

kondenzácia → redukcia → dehydratácia → redukcia.

Na konci každého cyklu LCD predlžuje o 2 atómy uhlíka.

Donor 2C je malonyl-CoA.

6) NADPH + H + sa zúčastňuje dvoch redukčných reakcií (50 % pochádza z PFP, 50 % z enzýmu MALIK).

7) Len prvá reakcia prebieha priamo v cytoplazme (regulačná).

Zvyšné 4 cyklické - na špeciálnom komplexe palmitátsyntázy (syntéza iba kyseliny palmitovej)

8) V cytoplazme funguje regulačný enzým – Acetyl-CoA-karboxyláza (ATP, vitamín H, biotín, IV. trieda).

Štruktúra komplexu palmitátsyntázy

Palmitátsyntáza je enzým pozostávajúci z 2 podjednotiek.

Každý pozostáva z jedného PPC, ktoré má 7 aktívnych centier.

Každé aktívne miesto katalyzuje svoju vlastnú reakciu.

Každý PPC obsahuje proteín nesúci acyl (ACP), na ktorom prebieha syntéza (obsahuje fosfopantetonát).

Každá podjednotka má HS skupinu. V jednom patrí HS skupina cysteínu, v druhom kyseline fosfopantoténovej.

Mechanizmus

1) Acetyl-Coa, odvodený zo sacharidov, nemôže vstúpiť do cytoplazmy, kde sa syntetizujú mastné kyseliny. Vystupuje prvou reakciou CTC - tvorbou citrátu.

2) V cytoplazme sa citrát rozkladá na Acetyl-Coa a oxalacetát.

3) Oxalacetát → malát (CTC reakcia v opačnom smere).

4) Malát → pyruvát, ktorý sa používa v OHDP.

5) Acetyl-CoA → syntéza FA.

6) Acetyl-CoA sa konvertuje na malonyl-CoA acetyl-CoA karboxylázou.

Aktivácia enzýmu acetyl-CoA karboxylázy:

a) zvýšením syntézy podjednotiek pôsobením inzulínu - tri tetraméry sa syntetizujú oddelene

b) pôsobením citrátu sa spoja tri tetraméry a aktivuje sa enzým

c) počas hladovania glukagón inhibuje enzým (fosforyláciou), nedochádza k syntéze tukov

7) jeden acetyl CoA z cytoplazmy sa presunie do HS skupiny (z cysteínu) palmitátsyntázy; jeden malonyl-CoA na HS skupinu druhej podjednotky. Ďalej sa palmitátsyntáza vyskytuje:

8) ich kondenzácia (acetyl CoA a malonyl-CoA)

9) zotavenie (darca - NADPH + H + z PFP)

10) dehydratácia

11) zotavenie (darca - NADPH + H + z MALIK-enzýmu).

V dôsledku toho sa acylový radikál zvýši o 2 atómy uhlíka.

Mobilizácia tuku

Pri hladovaní alebo dlhšej fyzickej námahe sa uvoľňuje glukagón alebo adrenalín. Aktivujú TAG lipázu v tukovom tkanive, ktorá sa nachádza v adipocytoch a je tzv tkanivová lipáza(citlivé na hormóny). Rozkladá tuky v tukovom tkanive na glycerol a mastné kyseliny. Glycerol ide do pečene na glukoneogenézu. MK sa dostávajú do krvného obehu, viažu sa na albumín a dostávajú sa do orgánov a tkanív, sú využívané ako zdroj energie (všetky orgány, okrem mozgu, ktorý využíva glukózu a ketolátky počas hladovania alebo dlhodobého cvičenia).

Pre srdcový sval sú mastné kyseliny hlavným zdrojom energie.

β-oxidácia

β-oxidácia- proces štiepenia LC za účelom extrakcie energie.

1) Špecifická cesta katabolizmu FA na acetyl-CoA.

2) Vyskytuje sa v mitochondriách.

3) Zahŕňa 4 opakujúce sa reakcie (t. j. podmienečne cyklické):

oxidácia → hydratácia → oxidácia → štiepenie.

4) Na konci každého cyklu sa FA skráti o 2 atómy uhlíka vo forme acetyl-CoA (vstupuje do cyklu TCA).

5) 1 a 3 reakcie - oxidačné reakcie spojené s CPE.

6) Zúčastnite sa vit. B 2 - koenzým FAD, vit. PP, NAD, kyselina pantoténová, HS-KoA.

Mechanizmus prenosu FA z cytoplazmy do mitochondrií.

1. FA sa musí aktivovať pred vstupom do mitochondrií.

Cez lipidovú dvojitú membránu môže byť transportovaný iba aktivovaný FA = acyl-CoA.

Nosičom je L-karnitín.

Regulačným enzýmom β-oxidácie je karnitínacyltransferáza-I (KAT-I).

2. CAT-I transportuje mastné kyseliny do medzimembránového priestoru.

3. Pôsobením CAT-I sa acyl-CoA prenesie na nosič L-karnitín.

Vzniká acylkarnitín.

4. Pomocou translokázy zabudovanej do vnútornej membrány sa acylkarnitín presúva do mitochondrií.

5. V matrici sa pôsobením CAT-II FA odštiepuje z karnitínu a vstupuje do β-oxidácie.

Karnitín sa vracia späť do medzimembránového priestoru.

β-oxidačné reakcie

1. Oxidácia: FA sa oxiduje za účasti FAD (enzým acyl-CoA-DG) → enoyl.

FAD vstupuje do CPE (p/o=2)

2. Hydratácia: enoyl → β-hydroxyacyl-CoA (enzým enoylhydratáza)

3. Oxidácia: β-hydroxyacyl-CoA → β-ketoacyl-CoA (za účasti NAD, ktorý vstupuje do CPE a má p/o=3).

4. Štiepenie: β-ketoacyl-CoA → acetyl-CoA (enzým tiolázy, za účasti HS-KoA).

Acetyl-CoA → TCA → 12 ATP.

Acyl-CoA (C-2) → ďalší β-oxidačný cyklus.

Výpočet energie pri β-oxidácii

Na príklade kyseliny meristovej (14C).

Vypočítame, koľko acetyl-CoA rozkladá mastné kyseliny

½ n \u003d 7 → TCA (12ATP) → 84 ATP.

Spočítajte, koľko cyklov potrebujú na rozpad

(1/2 n)-1=6 5(2 ATP na 1 reakciu a 3 ATP na 3 reakcie) = 30 ATP

Odpočítajte 1 ATP vynaložený na aktiváciu mastných kyselín v cytoplazme.

Celkom - 113 ATP.

Syntéza ketolátok

Takmer všetok acetyl-CoA vstupuje do TCA. Malá časť sa používa na syntézu ketolátok = acetónových teliesok.

Ketónové telieska- acetoacetát, β-hydroxybutyrát, acetón (v patológii).

Normálna koncentrácia je 0,03-0,05 mmol / l.

Sú syntetizované len v pečeni z acetyl-CoA získaného β-oxidáciou.

Používa sa ako zdroj energie všetkými orgánmi okrem pečene (neexistuje žiadny enzým).

Pri dlhšom hladovaní alebo diabetes mellitus sa koncentrácia ketolátok môže desaťnásobne zvýšiť, pretože. za týchto podmienok sú LC hlavným zdrojom energie. Za týchto podmienok dochádza k intenzívnej β-oxidácii a všetok acetyl-CoA sa nestihne využiť v TCA, pretože:

nedostatok oxaloacetátu (používa sa pri glukoneogenéze)

· V dôsledku β-oxidácie vzniká veľa NADH + H + (v 3 reakciách), ktorý inhibuje izocitrát-DH.

Preto acetyl-CoA ide na syntézu ketónových teliesok.

Pretože ketolátky sú kyseliny, spôsobujú posun acidobázickej rovnováhy. Vyskytuje sa acidóza (v dôsledku ketonémia).

Nestihnú sa využiť a v moči sa objavujú ako patologická zložka → ketouria. Z úst je cítiť aj acetón. Tento stav sa nazýva ketóza.

Výmena cholesterolu

cholesterolu(Xc) je jednosýtny alkohol na báze cyklopentánperhydrofenantrénového kruhu.

27 atómov uhlíka.

Normálna koncentrácia cholesterolu je 3,6-6,4 mmol / l, nie je povolená vyššia ako 5.

na stavbu membrán (fosfolipidy: Xc = 1:1)

syntéza mastných kyselín

syntéza steroidných hormónov (kortizol, progesterón, aldosterón, kalcitriol, estrogén)

v koži pôsobením UV sa využíva na syntézu vitamínu D3 – cholekalciferolu.

Telo obsahuje asi 140 g cholesterolu (hlavne v pečeni a mozgu).

Denná potreba - 0,5-1 g.

Obsahoval iba v živočíšnych produktoch (vajcia, maslo, syr, pečeň).

Xc sa nepoužíva ako zdroj energie, pretože. jeho kruh sa neštiepi na CO 2 a H 2 O a neuvoľňuje sa ATP (žiadny enzým).

Nadbytok Xc sa nevylučuje, neukladá, ukladá sa v stene veľkých krvných ciev vo forme plátov.

Telo syntetizuje 0,5-1 g Xc. Čím viac sa ho konzumuje s jedlom, tým menej sa ho v tele syntetizuje (normálne).

Xc v tele sa syntetizuje v pečeni (80 %), črevách (10 %), koži (5 %), nadobličkách, pohlavných žľazách.

Dokonca aj vegetariáni môžu mať zvýšenú hladinu cholesterolu. na jeho syntézu sú potrebné len sacharidy.

Biosyntéza cholesterolu

Prebieha v 3 etapách:

1) v cytoplazme - pred tvorbou kyseliny mevalónovej (podobne ako pri syntéze ketolátok)

2) v EPR - až po skvalén

3) v EPR - na cholesterol

Asi 100 reakcií.

Regulačný enzým je β-hydroxymetylglutaryl-CoA reduktáza (HMG reduktáza). Statíny znižujúce hladinu cholesterolu inhibujú tento enzým.)

Regulácia HMG reduktázy:

a) Inhibovaný princípom negatívnej spätnej väzby nadmerným cholesterolom v strave

b) Môže zvýšiť syntézu enzýmu (estrogén) alebo znížiť (cholesterol a žlčové kamene)

c) Enzým je aktivovaný inzulínom defosforyláciou

d) Ak je enzýmu veľa, potom sa prebytok môže odštiepiť proteolýzou

Cholesterol sa syntetizuje z acetyl-CoA odvodené zo sacharidov(glykolýza → ODPVK).

Vzniknutý cholesterol v pečeni je spolu s tukom zabalený do VLDL non-sp. VLDL má apoproteín B100, dostáva sa do krvného obehu a po pridaní apoproteínov C-II a E sa mení na zrelý VLDL, ktorý vstupuje do LP-lipázy. LP-lipáza odstraňuje tuky (50%) z VLDL a ponecháva LDL, pozostávajúce z 50-70% esterov cholesterolu.

Zásobuje cholesterolom všetky orgány a tkanivá

· bunky majú receptory v B100, pomocou ktorých rozpoznávajú LDL a absorbujú ho. Bunky regulujú príjem cholesterolu zvyšovaním alebo znižovaním počtu receptorov B100.

Pri diabetes mellitus môže nastať glykozylácia B100 (adícia glukózy). V dôsledku toho bunky nerozoznávajú LDL a dochádza k hypercholesterolémii.

LDL môže prenikať do ciev (aterogénna častica).

Viac ako 50 % LDL sa vracia do pečene, kde sa cholesterol využíva na syntézu žlčových kameňov a inhibíciu vlastnej syntézy cholesterolu.

Existuje mechanizmus ochrany pred hypercholesterolémiou:

regulácia syntézy vlastného cholesterolu podľa princípu negatívnej spätnej väzby

bunky regulujú príjem cholesterolu zvyšovaním alebo znižovaním počtu receptorov B100

fungovanie HDL

HDL sa syntetizuje v pečeni. Má diskovitý tvar, obsahuje málo cholesterolu.

Funkcie HDL:

Odoberá prebytočný cholesterol z buniek a iných lipoproteínov

dodáva C-II a E iným lipoproteínom

Mechanizmus fungovania HDL:

HDL má apoproteín A1 a LCAT (enzým lecitincholesterol acyltransferáza).

HDL ide do krvi a LDL sa dostáva do krvi.

LDL A1 rozpoznáva, že majú veľa cholesterolu a aktivuje LCAT.

LCAT štiepi mastné kyseliny z HDL fosfolipidov a prenáša ich na cholesterol. Vznikajú estery cholesterolu.

Estery cholesterolu sú hydrofóbne, takže prechádzajú do lipoproteínu.

TÉMA 8

METABOLIZMUS: METABOLIZMUS PROTEÍNOV

Veveričky - Ide o vysokomolekulárne zlúčeniny pozostávajúce zo zvyškov α-aminokyselín, ktoré sú vzájomne prepojené peptidovými väzbami.

Peptidové väzby sa nachádzajú medzi a-karboxylovou skupinou jednej aminokyseliny a aminoskupinou ďalšej a-aminokyseliny, ktorá za ňou nasleduje.

Funkcie bielkovín (aminokyselín):

1) plast (hlavná funkcia) - z aminokyselín sa syntetizujú bielkoviny svalov, tkanív, drahokamov, karnitín, kreatín, niektoré hormóny a enzýmy;

2) energiu

a) pri nadmernom príjme s jedlom (>100 g)

b) dlhotrvajúci pôst

Zvláštnosť:

Aminokyseliny, na rozdiel od tukov a sacharidov, neuložené .

Množstvo voľných aminokyselín v tele je asi 35 g.

Zdroje bielkovín pre telo:

potravinové bielkoviny (hlavný zdroj)

tkanivové proteíny

syntetizované zo sacharidov.

dusíková bilancia

Pretože 95% všetkého dusíka v tele patrí aminokyselinám, potom možno ich výmenu posudzovať podľa dusíková bilancia - pomer prichádzajúceho dusíka k vylúčenému močom.

ü Pozitívny - menej sa vylučuje, ako vstupuje (u detí, tehotných žien, počas obdobia zotavenia po chorobe);

ü Negatívne - viac sa vylučuje ako vstupuje (staroba, obdobie dlhotrvajúcej choroby);

ü Rovnováha dusíka - u zdravých ľudí.

Pretože potravinové bielkoviny sú hlavným zdrojom aminokyselín, potom hovoria o „ úplnosť bielkovinovej výživy ».

Všetky aminokyseliny sú rozdelené na:

zameniteľné (8) - Ala, Gli, Ser, Pro, Glu, Gln, Asp, Asn;

čiastočne vymeniteľné (2) - Arg, Gis (syntetizované pomaly);

podmienečne zameniteľné (2) - Cys, Tyr (možno syntetizovať za podmienky nevyhnutný príjem - Met → Cys, Fen → Tyr);

· nenahraditeľné (8) - Val, Ile, Lei, Liz, Met, Tre, Fen, Tpf.

V tomto ohľade sa uvoľňujú proteíny:

Kompletné – obsahuje všetky esenciálne aminokyseliny

ü Chybné – neobsahujú Met a Tpf.

Trávenie bielkovín

Zvláštnosti:

1) Bielkoviny sa trávia v žalúdku, tenkom čreve

2) Enzýmy - peptidázy (štiepia peptidové väzby):

a) exopeptidázy - pozdĺž okrajov od C-N-koncov

b) endopeptidázy – vo vnútri bielkoviny

3) Enzýmy žalúdka a pankreasu sa vyrábajú v neaktívnej forme - proenzýmy(pretože by strávili svoje vlastné tkanivá)

4) Enzýmy sa aktivujú čiastočnou proteolýzou (odštiepením časti PPC)

5) Niektoré aminokyseliny v hrubom čreve hnijú

1. Netrávia sa v ústnej dutine.

2. V žalúdku pôsobia bielkoviny pepsín(endopeptidáza). Štiepi väzby tvorené aminoskupinami aromatických aminokyselín (Tyr, Phen, Tpf).

Pepsín je produkovaný hlavnými bunkami ako neaktívny pepsinogén.

Parietálne bunky produkujú kyselinu chlorovodíkovú.

Funkcie HCl:

ü Vytvára optimálne pH pre pepsín (1,5 - 2,0)

ü Aktivuje pepsinogén

ü Denaturuje bielkoviny (uľahčuje pôsobenie enzýmu)

ü Baktericídne pôsobenie

Aktivácia pepsinogénu

Pepsinogén sa pôsobením HCl premieňa na aktívny pepsín pomalým štiepením 42 aminokyselín. Aktívny pepsín potom rýchlo aktivuje pepsinogén ( autokatalyticky).

V žalúdku sa teda bielkoviny štiepia na krátke peptidy, ktoré sa dostávajú do čriev.

3. V čreve pôsobia pankreatické enzýmy na peptidy.

Aktivácia trypsinogénu, chymotrypsinogénu, proelastázy, prokarboxypeptidázy

V čreve sa aktivuje enteropeptidáza trypsinogén. Potom sa z neho aktivoval trypsín aktivuje všetky ostatné enzýmy čiastočnou proteolýzou (chymotrypsinogén → chymotrypsín, proelastáza → elastáza, prokarboxypeptidáza → karboxypeptidáza).

trypsínštiepi väzby tvorené karboxylovými skupinami Lys alebo Arg.

Chymotrypsín medzi karboxylovými skupinami aromatických aminokyselín.

Elastase- väzby tvorené karboxylovými skupinami Ala alebo Gly.

Karboxypeptidázaštiepi karboxylové väzby z C-konca.

V čreve tak vznikajú krátke di-, tripeptidy.

4. Pôsobením črevných enzýmov sa štiepia na voľné aminokyseliny.

Enzýmy - di-, tri-, aminopeptidázy. Nie sú druhovo špecifické.

Výsledné voľné aminokyseliny sú absorbované sekundárnym aktívnym transportom s Na + (proti koncentračnému gradientu).

5. Niektoré aminokyseliny hnijú.

hnijúce - enzymatický proces štiepenia aminokyselín na nízko toxické produkty s uvoľňovaním plynov (NH 3, CH 4, CO 2, merkaptán).

Význam: na udržanie vitálnej aktivity črevnej mikroflóry (Tyr pri rozklade tvorí toxické produkty fenol a krezol, Tpf - indol a skatol). Toxické produkty vstupujú do pečene a sú neutralizované.

Katabolizmus aminokyselín

Hlavná cesta - deaminácia - enzymatický proces odštiepenia aminoskupiny vo forme amoniaku a vzniku ketokyseliny bez dusíka.

Oxidačná deaminácia

Neoxidačné (Ser, Tre)

Intramolekulárne (GIS)

Hydrolytický

Oxidačná deaminácia (základná)

A) Priame - iba pre Glu, pretože pretože všetky ostatné enzýmy sú neaktívne.

Prebieha v 2 etapách:

1) Enzymatické

2) Spontánne

V dôsledku toho sa tvorí amoniak a α-ketoglutarát.

Transaminačné funkcie:

ü Pretože reakcia je reverzibilná, slúži na syntézu neesenciálnych aminokyselín;

ü Počiatočné štádium katabolizmu (transaminácia nie je katabolizmus, pretože počet aminokyselín sa nemení);

ü Na redistribúciu dusíka v tele;

ü Podieľa sa na malátno-aspartátovom kyvadlovom mechanizme prenosu vodíka pri glykolýze (6 reakcia).

Na stanovenie aktivity ALT a AST na klinike pre diagnostiku chorôb srdca a pečene sa meria koeficient de Ritis:

Pri 0,6 - hepatitíde,

1 - cirhóza,

10 - infarkt myokardu.

Dekarboxylácia aminokyseliny - enzymatický proces odštiepenia karboxylovej skupiny vo forme CO 2 z aminokyselín.

V dôsledku toho sa tvoria biologicky aktívne látky - biogénne amíny.

Enzýmy sú dekarboxylázy.

Koenzým - pyridoxalfosfát ← vit. O 6.

Po pôsobení sa biogénne amíny neutralizujú dvoma spôsobmi:

1) Metylácia (pridanie CH3; donor - SAM);

2) Oxidácia s elimináciou aminoskupiny vo forme NH 3 (MAO enzým - monoaminooxidáza).

Predtým sa predpokladalo, že procesy štiepenia sú obrátením procesov syntézy, vrátane syntézy mastných kyselín sa považovala za proces obrátený k ich oxidácii.

Teraz sa zistilo, že mitochondriálny systém biosyntézy mastných kyselín, ktorý zahŕňa mierne modifikovanú sekvenciu β-oxidačnej reakcie, iba predlžuje mastné kyseliny so stredne dlhým reťazcom, ktoré už v tele existujú, zatiaľ čo úplná biosyntéza kyseliny palmitovej z acetyl- CoA aktívne pokračuje. mimo mitochondriíúplne iným spôsobom.

Uvažujme o niektorých dôležitých črtách dráhy biosyntézy mastných kyselín.

1. K syntéze dochádza v cytosóle, na rozdiel od rozpadu, ktorý sa vyskytuje v mitochondriálnej matrici.

2. Medziprodukty syntézy mastných kyselín sú kovalentne spojené so sulfhydrylovými skupinami acyltransferového proteínu (ACP), zatiaľ čo medziprodukty štiepenia mastných kyselín sú spojené s koenzýmom A.

3. Mnohé z enzýmov syntézy mastných kyselín vo vyšších organizmoch sú organizované do multienzýmového komplexu nazývaného syntetáza mastných kyselín. Naproti tomu sa nezdá, že by sa enzýmy, ktoré katalyzujú rozklad mastných kyselín, asociovali.

4. Rastúci reťazec mastných kyselín sa predlžuje postupným pridávaním dvojuhlíkových zložiek pochádzajúcich z acetyl-CoA. Malonyl-APB slúži ako aktivovaný donor dvojuhlíkových zložiek v štádiu predlžovania. Reakcia predĺženia je spustená uvoľnením C02.

5. Úlohu redukčného činidla pri syntéze mastných kyselín plní NADPH.

6. Na reakciách sa podieľa aj Mn 2+.

7. Predlžovanie pôsobením komplexu syntetázy mastných kyselín sa zastaví v štádiu tvorby palmitátu (C 16). Ďalšie predlžovanie a zavádzanie dvojitých väzieb sa uskutočňuje inými enzýmovými systémami.

Tvorba malonylového koenzýmu A

Syntéza mastných kyselín začína karboxyláciou acetyl-CoA na malonyl-CoA. Táto ireverzibilná reakcia je kritickým krokom v syntéze mastných kyselín.

Syntéza malonyl-CoA je katalyzovaná acetyl-CoA karboxyláza a vykonáva sa na úkor energie ATR. Zdrojom C02 na karboxyláciu acetyl-CoA je hydrogénuhličitan.

Ryža. Syntéza malonyl-CoA

Acetyl-CoA karboxyláza obsahuje ako prostetickú skupinu biotín.

Ryža. Biotín

Enzým sa skladá z rôzneho počtu identických podjednotiek, z ktorých každá obsahuje biotín, biotín karboxyláza, karboxybiotín transferový proteín, transkarboxyláza, ako aj regulačné alosterické centrum, t.j. predstavuje polyenzýmový komplex. Karboxylová skupina biotínu je kovalentne pripojená k e-aminoskupine lyzínového zvyšku proteínu nesúceho karboxybiotín. Karboxylácia biotínovej zložky vo vytvorenom komplexe je katalyzovaná druhou podjednotkou, biotínkarboxylázou. Tretia zložka systému, transkarboxyláza, katalyzuje prenos aktivovaného CO2 z karboxybiotínu na acetyl-CoA.

Enzým biotín + ATP + HCO 3 - ↔ CO 2 ~ Enzým biotín + ADP + P i,

CO 2 ~ Biotín-enzým + Acetyl-CoA ↔ Molonyl-CoA + Biotín-enzým.

Dĺžka a flexibilita väzby medzi biotínom a jeho nosným proteínom umožňuje presunúť aktivovanú karboxylovú skupinu z jedného aktívneho miesta enzýmového komplexu do druhého.

V eukaryotoch existuje acetyl-CoA karboxyláza ako enzymaticky neaktívny protomér (450 kDa) alebo ako aktívny vláknitý polymér. Ich vzájomná premena je regulovaná alostericky. Kľúčovým alosterickým aktivátorom je citrát, čo posúva rovnováhu smerom k aktívnej vláknitej forme enzýmu. Optimálna orientácia biotínu vzhľadom na substráty sa dosahuje vo vláknitej forme. Na rozdiel od citrátu palmitoyl-CoA posúva rovnováhu smerom k inaktívnej protomérnej forme. Palmitoyl-CoA, konečný produkt, teda inhibuje prvý kritický krok v biosyntéze mastných kyselín. Regulácia acetyl-CoA karboxylázy v baktériách sa výrazne líši od regulácie v eukaryotoch, pretože v nich sú mastné kyseliny primárne prekurzormi fosfolipidov a nie rezervným palivom. Citrát tu nemá žiadny vplyv na bakteriálnu acetyl-CoA karboxylázu. Aktivitu transkarboxylázovej zložky systému regulujú guanínové nukleotidy, ktoré koordinujú syntézu mastných kyselín s rastom a delením baktérií.