20.1.1. Вищі жирні кислоти можна синтезувати в організмі з метаболітів вуглеводного обміну. Вихідною сполукою для цього біосинтезу є ацетил-КоА, що утворюється в мітохондріях з пірувату - продукту гліколітичного розпаду глюкози Місце синтезу жирних кислот - цитоплазма клітин, де є мультиферментний комплекс синтетаза вищих жирних кислот. Цей комплекс складається з шести ферментів, пов'язаних з ацилпереносним білкомякий містить дві вільні SH-групи (АПБ-SH). Синтез відбувається шляхом полімеризації двовуглецевих фрагментів, кінцевим продуктом його є пальмітинова кислота - насичена жирна кислота, що містить 16 атомів вуглецю. Обов'язковими компонентами, що беруть участь у синтезі, є НАДФН (кофермент, що утворюється в реакціях пентозофосфатного шляху окиснення вуглеводів) та АТФ.

20.1.2. Ацетил-КоА надходить з мітохондрій до цитоплазми за допомогою цитратного механізму (рисунок 20.1). У мітохондріях ацетил-КоА взаємодіє з оксалоацетатом (фермент - цитратсинтаза), цитрат, що утворюється, переноситься через мітохондріальну мембрану за допомогою спеціальної транспортної системи. У цитоплазмі цитрат реагує з HS-КоА та АТФ, знову розпадаючись на ацетил-КоА та оксалоацетат (фермент - цитратліаза).

Малюнок 20.1.Перенесення ацетильних груп з мітохондрій до цитоплазми.

20.1.3. Початковою реакцією синтезу жирних кислот є карбоксилювання ацетил-КоА з утворенням малонілу-КоА (рисунок 20.2). Фермент ацетил-КоА-карбоксилазу активується цитратом та інгібується КоА-похідними вищих жирних кислот.

Малюнок 20.2.Реакція карбоксилювання ацетил-КоА.

Потім ацетил-КоА і малоніл-КоА взаємодіють з SH-групами ацилпереносить білка (рисунок 20.3).

Малюнок 20.3.Взаємодія ацетил-КоА і малоніл-КоА з ацилпереносним білком.

Малюнок 20.4.Реакція одного циклу біосинтезу жирних кислот.

Продукт реакції взаємодіє з новою молекулою малоніл-КоА і цикл багаторазово повторюється до утворення залишку пальмітинової кислоти.

20.1.4. Запам'ятайте основні особливості біосинтезу жирних кислот порівняно з β-окисленням:

• синтез жирних кислот в основному здійснюється в цитоплазмі клітини, а окислення – у мітохондріях;
• участь у процесі зв'язування СО2 з ацетил-КоА;
• у синтезі жирних кислот бере участь ацилпереносний білок, а в окисненні - коензим А;
• для біосинтезу жирних кислот необхідні окислювально-відновні коферменти НАДФН, а для β-окислення - НАД+ та ФАД.

Освіта ацетил-КоА та його транспорт у цитозоль

Синтез жирних кислот відбувається у абсорбтивний період. Активний гліколіз та подальше окисне декарбоксилювання пірувату сприяють збільшенню концентрації ацетил-КоА в матриксі мітохондрій. Оскільки синтез жирних кислот відбувається у цитозолі клітин, то ацетил-КоА має бути транспортований через внутрішню мембрану мітохондрій у цитозоль. Однак внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для ацетил-КоА, тому в матриксі мітохондрій ацетил-КоА конденсується з оксалоацетатом з утворенням цитрату за участю цитратсинтази:

Ацетил-КоА + Оксалоацетат -> Цитрат + HS-КоА.

Потім транслоказ переносить цитрат в цитоплазму (рис. 8-35).

Перенесення цитрату в цитоплазму відбувається тільки при збільшенні кількості цитрату в мітохондріях, коли ізоцитратдегідрогеназу та α-кетоглутаратдегідрогеназу інгібовані високими концентраціями NADH та АТФ. Ця ситуація створюється в абсорбтивному періоді, коли клітина печінки одержує достатню кількість джерел енергії. У цитоплазмі цитрат розщеплюється під дією ферменту цитратліази:

Цитрат + HSKoA + АТФ → Ацетил-КоА + АДФ + Pi + Оксалоацетат.

Ацетил-КоА в цитоплазмі служить вихідним субстратом для синтезу жирних кислот, а окса-лоацетат у цитозол піддається наступним перетворенням (див. схему нижче).

Піруват транспортується назад у матрикс мітохондрій. Відновлений внаслідок дії малик-фермент NADPH використовується як донор водню для подальших реакцій синтезу жирних кислот. Інше джерело NADPH – окислювальні стадії пентозофосфатного шляху катаболізму глюкози.

Освіта малоніл-КоАз ацетил-КоА – регуляторна реакція у біосинтезі жирних кислот.

Перша реакція синтезу жирних кислот - перетворення ацетил-КоА на малоніл-КоА. Фермент, який каталізує цю реакцію (ацетил-КоА-карбоксилаза), відносять до класу лігаз. Він містить ковалентно пов'язаний біотин (рис. 8-36). У першій стадії реакції 2 ковалентно зв'язується з біотином за рахунок енергії АТФ, у другій стадії СОО - переноситься на ацетил-КоА з утворенням малоніл-КоА. Активність ферменту ацетил-КоА-карбоксилази визначає швидкість всіх наступних реакцій синтезу жирних кислот.

Реакції, що каталізуються синтазою жирних кислот,- ферментним комплексом, що каталізує реакції синтезу пальмітинової кислоти, описується нижче.

Після утворення малоніл-КоА синтез жирних кислот триває на мультиферментному комплексі – синтазі жирних кислот (пальмітоїлсинтетазі). Цей фермент складається з 2 ідентичних протомерів, кожен з яких має доменну будову і, відповідно, 7 центрів, що мають різні каталітичні активності (рис. 8-37). Цей комплекс послідовно подовжує радикал жирної кислоти на 2 вуглецевих атоми, донором яких служить малоніл-КоА. Кінцевий продукт роботи цього комплексу – пальмітинова кислота, тому колишня назва цього ферменту – пальмітоїлсинтетаза.

Перша реакція – перенесення ацетильної групи ацетил-КоА на тіолову групу цистеїну ацетилтрансацилазним центром (рис. 8-38). Потім від малоніл-КоА залишок малонілу переноситься на сульфгідрильну групу ацилпереносить білка малонілтрансацилазним центром. Після цього комплекс готовий до першого циклу синтезу.

Ацетильна група конденсується з залишком малонілу за місцем 2, що відокремився. Реакція каталізується кетоацилсинтазним центром. Радикал ацетоацетилу, що утворився.

Схема

Рис. 8-35. Перенесення ацетильних залишків з мітохондрій у цитозоль.Діючі ферменти: 1 – цитратсинтаза; 2 - транслоказ; 3 – цитратліаза; 4 – малатдегідрогеназа; 5 – малик-фермент.

Рис. 8-36. Роль біотину у реакції карбоксилювання ацетил-КоА.

Рис. 8-37. Будова мультиферментного комплексу – синтези жирних кислот.Комплекс - димер з двох ідентичних поліпептидних ланцюгів, кожен з яких має 7 активних центрів та ацилпереносить білок (АПБ). SH-групи протомерів належать різним радикалам. Одна SH-група належить цистеїну, інша - залишку фосфопантетеїнової кислоти. SH-група цистеїну одного мономеру розташована поруч із SH-групою 4-фосфопантетеїнату іншого протомера. Таким чином, протоміри ферменту розташовані "голова до хвоста". Хоча кожен мономер містить усі каталітичні центри, функціонально активний комплекс із 2 протомірів. Тому реально синтезуються одночасно 2 жирні кислоти. Для спрощення схемах зазвичай зображують послідовність реакцій при синтезі однієї молекули кислоти.

послідовно відновлюється кетоацил-редуктазою, потім дегідратується і знову відновлюється еноілредуктазою – активними центрами комплексу. В результаті першого циклу реакцій утворюється радикал бутирилу, пов'язаний із субодиницею синтази жирних кислот.

Перед другим циклом радикал бутирилу переноситься з позиції 2 до позиції 1 (де знаходився ацетил на початку першого циклу реакцій). Потім залишок бутирилу піддається тим самим перетворенням і подовжується на 2 вуглецевих атоми, що походять з малоніл-КоА.

Аналогічні цикли реакцій повторюються доти, доки утворюється радикал пальмітинової кислоти, який під дією тіоестеразного центру гідролітично відокремлюється від ферментного комплексу, перетворюючись на вільну пальмітинову кислоту (пальмітат, рис. 8-38, 8-39).

Сумарне рівняння синтезу пальмітинової кислоти з ацетил-КоА та малоніл-КоА має такий вигляд:

CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 (NADPH + H +) → C 15 H 31 COOH + 7 СО 2 + 6 Н 2 О + 8 HSKoA + 14 NADP + .

Основні джерела водню для синтезу жирних кислот

У кожному циклі біосинтезу пальмітинової кислоти проходять 2 реакції відновлення,

Рис. 8-38. Синтез пальмітинової кислоти.Синтаза жирних кислот: у першому протомірі SH-група належить цистеїну, у другому – фосфопантетеїну. Після закінчення першого циклу радикал бутирилу переноситься на SH-групу першого протоміру. Потім повторюється така сама послідовність реакцій, що у першому циклі. Пальмітоїл-Е - залишок пальмітинової кислоти, пов'язаний із синтазою жирних кислот. У синтезованій жирній кислоті лише 2 дистальні атоми вуглецю, позначені *, походять з ацетил-КоА, інші - з малоніл-КоА.

Рис. 8-39. Загальна схема реакції синтезу пальмітинової кислоти.

донором водню у яких служить кофермент NADPH. Відновлення NADP+ відбувається у реакціях:

дегідрування в окисних стадіях пентозофосфатного шляху катаболізму глюкози;

дегідрування малата малик-ферментом;

дегідрування ізоцитрату цитозольною NADP-залежною дегідрогеназою.

2. Регуляція синтезу жирних кислот

Регуляторний фермент синтезу жирних кислот – ацетил-КоА-карбоксилаза. Цей фермент регулюється декількома способами.

Асоціація/дисоціація комплексів субодиниць ферменту.У неактивній формі ацетил-КоА-карбоксилаза є окремими комплексами, кожен з яких складається з 4 субодиниць. Активатор ферменту – цитрат; він стимулює об'єднання комплексів, у результаті активність ферменту збільшується. Інгібітор - пальмітоїл-КоА; він викликає дисоціацію комплексу та зниження активності ферменту (рис. 8-40).

Фосфорилювання/дефосфорилювання ацетил-КоА-карбоксилази.У постабсорбтивному стані або при фізичній роботі глюкагон або адреналін через аденілатциклазну систему активують протеїнкіназу А та стимулюють фосфорилювання субодиниць ацетил-КоА карбоксилази. Фосфорильований фермент неактивний і синтез жирних кислот зупиняється. В абсорбтивний період інсулін активує фосфатазу, ацетил-КоА карбоксилаза переходить у дефосфорильований стан (рис. 8-41). Потім під дією цитрату відбувається полімеризація протомерів ферменту і він стає активним. Крім активації ферменту, цитрат виконує й іншу функцію синтезу жирних кислот. В абсорбтивний період в мітохондріях клітин печінки накопичується цитрат, у складі якого залишок ацетилу транспортується в цитозоль.

Індукція синтезу ферментів.Тривале споживання багатої вуглеводами та бідної жирами їжі призводить до збільшення секреції інсуліну, який стимулює індукцію синтезу ферментів: ацетил-КоА-карбоксилази, синтази жирних кислот, цитратліази,

Рис. 8-40. Асоціація/дисоціація комплексів ацетил-КоА-карбоксилази.

Рис. 8-41. Регуляція ацетил-КоА-карбоксілази.

Рис. 8-42. Подовження пальмітинової кислоти в ЕР.Радикал пальмітинової кислоти подовжується на 2 вуглецеві атоми, донором яких служить малоніл-КоА.

ізоцитратдегідрогенази. Отже, надмірне споживання вуглеводів призводить до прискорення перетворення продуктів катаболізму глюкози на жири. Голодування або багата на жири їжа призводить до зниження синтезу ферментів і, відповідно, жирів.

3. Синтез жирних кислот із пальмітинової кислоти

Подовження жирних кислот.В ЕР відбувається подовження пальмітинової кислоти за участю малонілу-КоА. Послідовність реакцій подібна до тієї, що відбувається при синтезі пальмітинової кислоти, проте в даному випадку жирні кислоти пов'язані не з синтазою жирних кислот, а з КоА. Ферменти, що беруть участь в елонгації, можуть використовувати як субстрати не тільки пальмітинову, а й інші жирні кислоти (мал. 8-42), тому в організмі можуть синтезуватися не тільки стеаринова кислота, але й жирні кислоти з великим числом атомів вуглецю.

Основний продукт елонгації в печінці - стеаринова кислота (З 18:0), однак у тканині мозку утворюється велика кількість жирних кислот з довшим ланцюгом - від 20 до 24 , які необхідні для утворення сфінголіпідів і гліколіпідів.

У нервовій тканині відбувається синтез та інших жирних кислот – α-гідроксикислот. Оксидази зі змішаними функціями гідроксилюють 22 і 24 кислоти з утворенням лігноцеринової і церебронової кислот, що виявляються тільки в ліпідах мозку.

Утворення подвійних зв'язків у радикалах жирних кислот.Включення подвійних зв'язків до радикалів жирних кислот називається десатурацією. Основні жирні кислоти, що утворюються в організмі людини в результаті десатурації (рис. 8-43), - пальмітоо-леїнова (С16: 19) і олеїнова (С18: 19).

Утворення подвійних зв'язків у радикалах жирних кислот відбувається в ЕР у реакціях за участю молекулярного кисню, NADH та цитохрому b 5 . Ферменти десатурази жирних кислот, що у організмі людини, що неспроможні утворювати подвійні зв'язки у радикалах жирних кислот дистальнее дев'ятого атома вуглецю, тобто. між дев'ятим і

Рис. 8-43. Утворення ненасичених жирних кислот.

мітильними атомами вуглецю. Тому жирні кислоти сімейства -3 і -6 не синтезуються в організмі, є незамінними і обов'язково повинні надходити з їжею, так як виконують важливі регуляторні функції.

Для утворення подвійного зв'язку в радикалі жирної кислоти потрібен молекулярний кисень, NADH, цитохром b5 і FAD-залежна редуктаза цитохрому b5. Атоми водню, що відщеплюються від насиченої кислоти, виділяються у вигляді води. Один атом молекулярного кисню включається до молекули води, а інший також відновлюється до води за участю електронів NADH, які передаються через FADH 2 та цитохром b 5 .

Ейкозаноїди - біологічно активні речовини, що синтезуються більшістю клітин з полієнових жирних кислот, що містять 20 вуглецевих атомів (слово "ейкоза" грецькою означає 20).

Субстратом синтезу ВЖК є ацетил-КоА.Однак, в ході синтезу жирних кислот (ЖК) у кожному циклі подовження використовується не сам ацетил-КоА, а його похідне - малоніл-КоА.

Цю реакцію каталізує фермент ацетил-КоА-карбоксилаза-ключовий фермент у мультиферментній системі синтезу РК. Активність ферменту регулюється на кшталт негативної зворотний зв'язок. Інгібітором є продукт синтезу: ацил-КоА з довгим ланцюгом (n=16) - пальмітоїл-КоА. Активатор є цитрат. До складу небілкової частини цього ферменту входить вітамін H (біотин).

Надалі в ході синтезу жирних кислот відбувається поетапне подовження молекули ацил-КоА на 2 вуглецеві атоми за кожен етап за рахунок малоніл-КоА, який у цьому процесі подовження втрачає 2 .

Після утворення малоніл-КоА основні реакції синтезу жирних кислот каталізуються одним ферментом – синтетазою жирних кислот (фіксований на мембранах ендоплазматичного ретикулуму). Синтетаза жирних кислот містить 7 активних центрів і АПБ (білок, що переносить ацил). Ділянка, що зв'язує малоніл-КоА, містить небілковий компонент – вітамін B3 (пантотенову кислоту). Послідовність одного циклу реакцій синтезу ВЖК прпедставлений на рис.45.

Рис.45. Реакції синтезу вищих жирних кислот

Після закінчення циклу ацил-АПБ входить у наступний цикл синтезу. До вільної SH-групи ацилпереносить білка приєднується нова молекула малоніл-КоА. Потім відбувається відщеплення ацильного залишку, він переноситься на малонільний залишок (з одночасним декарбоксилювання) і цикл реакцій повторюється.

Таким чином, вуглеводневий ланцюжок майбутньої жирної кислоти поступово зростає (за кожен цикл – на два вуглецеві атоми). Це відбувається доти, доки вона не подовжиться до 16 вуглецевих атомів (у разі синтезу пальмітинової кислоти) або більше (синтез інших жирних кислот). Після цього відбувається тіоліз і утворюється у готовому вигляді активна форма жирної кислоти – ацил-КоА.

Для нормального перебігу синтезу вищих жирних кислот необхідні такі умови:

1) Надходження вуглеводів, при окисленні яких утворюються необхідні субстрати та НАДФН 2 .

2) Високий енергетичний заряд клітини – високий вміст АТФ, що забезпечує вихід цитрату з мітохондрій до цитоплазми.

Порівняльна характеристика b-окислення та синтезу вищих жирних кислот:

1 . b-окислення протікає в мітохондріях, а синтез жирних кислот протікає у цитоплазмі на мембранах ендоплазматичного ретикулуму. Однак, ацетил-КоА, що утворився в мітохондріях через мембрани сам проходити не може. Тому існують механізми транспорту ацетил-КоА з мітохондрій до цитоплазми за участю ферментів циклу Кребса (рис.46).

Рис.46. Механізм транспорту ацетил-КоА з мітохондрій до цитоплазми.

Ключовими ферментами ЦТК є цитратсинтаза та ізоцитратдегідрогеназу. Основні алостеричні регулятори цих ферментів - це АТФ та АДФ. Якщо клітині багато АТФ, то АТФ постає як інгібітор цих ключових ферментів. Однак ізоцитратдегідрогеназу пригнічується АТФ сильніше, ніж цитратсинтетазу. Це призводить до накопичення цитрату та ізоцитрату в матриксі мітохондрії. При накопиченні цитрат виходить із мітохондрії в цитоплазму. У цитоплазмі є фермент цитратліаз. Цей фермент розщеплює цитрат на ЩУК та ацетил-КоА.

Таким чином, умовою виходу ацетил-КоА з мітохондрії в цитоплазму є хороше забезпечення клітини АТФ. Якщо АТФ у клітині мало, то ацетил-КоА розщеплюється до 2 і Н 2 О.

2 . У ході b-окислення проміжні продукти пов'язані з HS-КоА, а при синтезі жирних кислот проміжні продукти пов'язані з особливим ацил-переносним білком (АПБ). Це найскладніший білок. Його небілкова частина схожа за будовою на КоА і складається з тіоетиламіну, пантотенової кислоти (вітамін В3) та фосфату.

3 . При b-окисленні як окислювач використовуються НАД і ФАД. При синтезі РК потрібен відновник – використовується НАДФ*Н 2 .

У клітині існує 2 основні джерела НАДФ*Н 2 для синтезу жирних кислот:

а) пентозофосфатний шлях розпаду вуглеводів;

Синтез пальмітинової кислоти (С16) із Ацетил-КоА.

1) Протікає у цитоплазмі клітин печінки та жирової тканини.

2) Значення: для синтезу жирів та фосфоліпідів.

3) Протікає після їди (в абсорбтивний період).

4) Утворюється з ацетил-КоА, отриманого з глюкози (гліколіз → ОДПВК → Ацетил-КоА).

5) У процесі послідовно повторюються 4 реакції:

конденсація → відновлення → дегідратація → відновлення.

Наприкінці кожного циклу РК подовжується на 2 вуглецеві атоми.

Донор 2С – малоніл-КоА.

6) У двох реакціях відновлення бере участь НАДФН+Н+ (50% надходить із ПФП, 50% - від МАЛІК-ферменту).

7) Тільки перша реакція протікає безпосередньо у цитоплазмі (регуляторна).

Інші 4 циклічні – на спеціальному пальмітатсинтазному комплексі (синтез тільки пальмітинової кислоти)

8) Регуляторний фермент функціонує у цитоплазмі - Ацетил-КоА-карбоксилаза (АТФ, віт. Н, біотин, IV клас).

Будова пальмітатсинтазного комплексу

Пальмітатсинтаза - фермент, що складається з 2 субодиниць.

Кожна складається з однієї ппц, де є 7 активних центрів.

Кожен активний центр каталізує свою реакцію.

У кожній ппц знаходиться ацилпереносить білок (АПБ), на якому проходить синтез (містить фосфопантетонат).

У кожній субодиниці є HS-група. В одній HS-група належить цистеїну, в іншій – фосфопантотенової кислоти.

Механізм

1) Ацетил-Коа, отриманий із вуглеводів, не може вийти в цитоплазму, де протікає синтез РК. Він виходить через першу реакцію ЦТК – утворення цитрату.

2) У цитоплазмі цитрат розпадається на Ацетил-Коа та оксалоацетат.

3) Оксалоацетат → малат (реакція ЦТК у зворотному напрямку).

4) Малат → піруват, який використовується в ОДПВК.

5) Ацетил-КоА → синтез РК.

6) Ацетил-КоА під дією ацетил-КоА-карбоксилази перетворюється на малоніл-КоА.

Активування ферменту ацетил-КоА-карбоксилази:

а) шляхом посилення синтезу субодиниць під дією інсуліну – три тетрамери синтезуються окремо

б) під дією цитрату три тетрамери об'єднуються, і фермент активується

в) у період голодування глюкагон інгібує фермент (шляхом фосфорилювання), синтез жирів не відбувається

7) один ацетил КоА з цитоплазми переміщається на HS-групу (від цистеїну) пальмітат-синтази; один малоніл-КоА - на HS-групу другої субодиниці. Далі на пальмітат синтазі відбуваються:

8) їх конденсація (ацетил КоА та малоніл-КоА)

9) відновлення (донор - НАДФН + Н + з ПФП)

10) дегідротація

11) відновлення (донор - НАДФН + Н + від Малик-ферменту).

В результаті ацильний радикал збільшується на 2 атоми вуглецю.

Мобілізація жирів

При голодуванні або тривалому фізичному навантаженні виділяється глюкагон або адреналін. Вони активують у жировій тканині ТАГ-ліпазу, яка знаходиться в адипоцитах і називається тканинною ліпазою(Гормончутлива). Вона розщеплює жири в жировій тканині на гліцерол та ЖК. Гліцерол іде до печінки на глюконеогенез. ЖК надходять у кров, зв'язуються з альбуміном і надходять до органів та тканин, використовуються як джерело енергії (усі органи, крім мозку, який використовує глюкозу та кетонові тіла при голодуванні або тривалому фізичному навантаженні).

Для серцевого м'яза РК – основне джерело енергії.

β-окислення

β-окислення– процес розщеплення РК з метою отримання енергії.

1) Специфічний шлях катаболізму ЖК до ацетил-КоА.

2) Протікає у мітохондріях.

3) Включає 4 повторювані реакції (тобто умовно циклічний):

окиснення → гідратація → окиснення → розщеплення.

4) Наприкінці кожного циклу РК коротшає на 2 вуглецевих атоми у вигляді ацетил-КоА (що надходить до ЦТК).

5) 1 та 3 реакції – реакції окислення, пов'язані з ЦПЕ.

6) Беруть участь віт. У 2 – кофермент ФАД, віт. РР - НАД, пантотенова кислота - HS-KoA.

Механізм перенесення ЖК з цитоплазми до мітохондрії.

1. РК перед надходженням до мітохондрії повинні бути активовані.

Тільки активована РК = ацил-КоА може транспортуватися через подвійну мембрану ліпідів.

Переносник – L-карнітин.

Регуляторний фермент - окислення - карнітінацилтрансфераза-I (KAT-I).

2. КАТ-I переносить ЖК у міжмембранний простір.

3. Під дією КАТ-I ацил-КоА переноситься на переносник L-карнітин.

Утворюється ацилкарнітін.

4. За допомогою вбудованої у внутрішню мембрану транслокази ацилкарнітин переміщається до мітохондрії.

5. У матриксі під дією КАТ-ІІ РК відщеплюється від карнітину і вступає в β-окислення.

Карнітін повертається назад у міжмембранний простір.

Реакції β-окислення

1. Окислення: РК окислюється за участю ФАД (фермент ацил-КоА-ДГ) → єніл.

ФАД надходить у ЦПЕ (р/о=2)

2. Гідратація: еноіл → β-гідроксіацил-КоА (фермент еноілгідратаза)

3. Окислення: β-гідроксіацил-КоА → β-кетоацил-КоА (за участю НАД, що надходить у ЦПЕ і має р/о=3).

4. Розщеплення: β-кетоацил-КоА → ацетил-КоА (фермент тіолазу, за участю HS-KoA).

Ацетил-КоА → ЦТК → 12 АТФ.

Ацил-КоА (С-2) → наступний цикл β-окислення.

Підрахунок енергії при β-окисленні

Приклад меристинової кислоти (14С).

· Підраховуємо, на скільки ацетил-КоА розпадається РК

?n = 7 → ЦТК (12АТФ) → 84 АТФ.

· Вважаємо, за скільки циклів вони розпадаються

(1/2 n)-1 = 6 · 5 (2 АТФ за 1 реакцію і 3 АТФ за 3 реакцію) = 30 АТФ

· Віднімаємо 1 АТФ, пострачену на активацію ЖК у цитоплазмі.

Разом – 113 АТФ.

Синтез кетонових тіл

Майже весь ацетил-КоА вступає до ЦТК. Невелика частина використовується для синтезу кетонових тел = ацетонових тел.

Кетонові тіла– ацетоацетат, β-гідроксибутират, ацетон (при патології).

Нормальна концентрація – 0,03–0,05 ммоль/л.

Синтезуються тільки у печінціз ацетил-КоА, отриманого при -окисленні.

Використовуються як джерело енергії всіма органами, крім печінки (немає ферменту).

При тривалому голодуванні чи цукровому діабеті концентрація кетонових тіл може збільшуватися вдесятеро, т.к. за цих умов РК є основним джерелом енергії. У цих умовах протікає інтенсивне -окислення, і весь ацетил-КоА не встигає утилізуватися в ЦТК, т.к.

· не вистачає оксалоацетату (він використовується при глюконеогенезі)

· В результаті β-окислення утворюється багато НАДН + Н + (у 3 реакції), який інгібує ізоцитрат-ДГ.

Отже, ацетил-КоА йде синтез кетонових тіл.

Т.к. кетонові тіла - кислоти, вони викликають зсув кислотно-лужної рівноваги. Виникає ацидоз (через кетонемії).

Вони не встигають утилізуватися і з'являються у сечі як патологічний компонент → кетоурія. Також виникає запах ацетону з рота. Цей стан називається кетоз.

Обмін холестеролу

Холестерол(Хс) – одноатомний спирт, в основі якого лежить циклопентанпергідрофенантренове кільце.

27 вуглецевих атомів.

Нормальна концентрація холестеролу – 3,6-6,4 ммоль/л, допускається не вище ніж 5.

· На побудову мембран (фосфоліпіди: Хс = 1: 1)

· Синтез ЖчК

· синтез стероїдних гормонів (кортизол, прогестерон, альдостерон, кальцитріол, естроген)

· У шкірі під дією УФ використовується для синтезу вітаміну D3 - холекальциферолу.

В організмі міститься близько 140 г холестеролу (в основному, у печінці та мозку).

Добова потреба – 0,5-1 р.

Міститься тількиу продуктах тваринного походження (яйця, вершковому маслі, сир, печінка).

Хс немає як джерело енергії, т.к. його кільце не розщеплюється до 2 і Н 2 Про і не виділяється АТФ (немає ферменту).

Надлишок Хс не виводиться, не депонується, відкладається у стінці великих кровоносних судин як бляшок.

В організмі синтезується 05-1 г Хс. Чим більше споживається його з їжею, тим менше синтезується в організмі (у нормі).

Хс в організмі синтезується у печінці (80%), кишечнику (10%), шкірі (5%), надниркових залозах, статевих залозах.

Навіть у вегетаріанців то, можливо підвищений рівень холестерину, т.к. для його синтезу необхідні лише вуглеводи.

Біосинтез холестеролу

Протікає у 3 стадії:

1) у цитоплазмі – до утворення мевалонової кислоти (схоже на синтез кетонових тіл)

2) в ЕПР – до сквалену

3) в ЕПР – до холестеролу

Близько 100 реакцій.

Регуляторний фермент – β-гідроксиметилглутарил-КоА-редуктаза (ГМГ-редуктаза). Статини, що знижують рівень холестеролу, пригнічують цей фермент).

Регуляція ГМГ-редуктази:

а) Інгібується за принципом зворотного негативного зв'язку надлишком харчового холестеролу

б) Може збільшуватися синтез ферменту (естроген) або знижуватися (холестерол та ЖЧК)

в) Фермент активується інсуліном шляхом дефосфорилування

г) Якщо ферменту багато, то надлишок може розщеплюватися протеолізом

Холестерол синтезується з ацетил-КоА, отриманого з вуглеводів(Гліколіз → ОДПВК).

Холестерол, що утворився в печінці, упаковується разом з жиром в ЛОНП незр. ЛОНП має апобілок В100, надходить у кров і після приєднання апобелків С-II та Е перетворюється на ЛОНП зрілий, який надходить до ЛП-ліпази. ЛП-ліпаза видаляє з ЛОНП жири (50%), залишається ЛНП, що складається на 50-70% з ефірів холестеролу.

· Забезпечує холестеролом всі органи та тканини

· У клітинах існують рецептори В100, за якими вони впізнають ЛНП і поглинають його. Клітини регулюють надходження холестеролу шляхом збільшення чи зменшення кількості рецепторів до В100.

При цукровому діабеті може відбуватися глікозилювання В100 (приєднання глюкози). Отже, клітини не впізнають ЛНП та виникає гіперхолестеролемія.

ЛНП може проникати в судини (атерогенна частка).

Більше 50% ЛНП повертаються до печінки, де холестерол використовується на синтез ЖЧК та інгібування власного синтезу холестеролу.

Існує механізм захисту від гіперхолестеролемії:

· Регулювання синтезу власного холестеролу за принципом зворотного негативного зв'язку

· Клітини регулюють надходження холестеролу шляхом збільшення або зменшення кількості рецепторів до В100

· функціонування ЛВП

ЛВП синтезується у печінці. Має дископодібну форму, містить мало холестеролу.

Функції ЛВП:

· Забирає надлишок холестеролу з клітин та інших ліпопротеїнів

· постачає C-II та Е іншим ліпопротеїнам

Механізм функціонування ЛВП:

ЛВП має апобілок А1 і ЛХАТ (фермент лецитинхолестеринацилтрансфераза).

ЛВП виходить у кров, і до нього підходить ЛНП.

По А1 ЛНП дізнаються, що в них багато холестеролу, та активують ЛХАТ.

ЛХАТ відщеплює РК від фосфоліпідів ЛВП та переносить на холестерол. Утворюються ефіри холестеролу.

Ефіри холестеролу гідрофобні, тому переходять усередину ліпопротеїну.

ТЕМА 8

ОБМІН РЕЧОВИН: ОБМІН БІЛКІВ

Білки – це високомолекулярні сполуки, що складаються з α-амінокислотних залишків, які з'єднані між собою пептидними зв'язками.

Пептидні зв'язки розташовані між α-карбоксильною групою однієї амінокислоти та аміногрупою іншої, що йде за нею, α-амінокислоти.

Функції білків (амінокислот):

1) пластична (основна функція) – з амінокислот синтезуються білки м'язів, тканин, гем, карнітин, креатин, деякі гормони та ферменти;

2) енергетична

а) у разі надлишкового надходження до організму з їжею (>100 г)

б) при тривалому голодуванні

Особливість:

Амінокислоти, на відміну від жирів та вуглеводів, не депонуються .

Кількість вільних амінокислот у організмі – близько 35 р.

Джерела білка для організму:

· білки їжі (основне джерело)

· білки тканин

· Синтезовані з вуглеводів.

Азотистий баланс

Т.к. 95% всього азоту організму належить амінокислотам, то про їх обмін можна судити з азотистого балансу - Співвідношення азоту, що надходить, і виділеного з сечею.

ü Позитивний – виділяється менше, ніж надходить (у дітей, вагітних, у період одужання після хвороби);

ü Негативний – виділяється більше, ніж надходить (літній вік, період тривалого захворювання);

ü Азотна рівновага - У здорових людей.

Т.к. білки їжі - основне джерело амінокислот, то говорять про « повноцінності білкового харчування ».

Усі амінокислоти поділяються на:

· Замінні (8) - Ала, Глі, Сір, Про, Глу, Глн, Асп, Асн;

· Частково замінні (2) - Арг, Гіс (синтезуються повільно);

· Умовно замінні (2) - Цис, Тир (можуть синтезуватися за умовинадходження незамінних - Мет → Цис, Фен → Тир);

· Незамінні (8) - Вал, Ілі, Лей, Ліз, Мет, Тре, Фен, Тпф.

У зв'язку з цим виділяються білки:

ü Повноцінні – містять усі незамінні амінокислоти

ü Неповноцінні – не містять Мет та Тпф.

Перетравлення білків

особливості:

1) Білки перетравлюються в шлунку, тонкому кишечнику

2) Ферменти - пептидази (розщеплюють пептидні зв'язки):

а) екзопептидази - по краях з C-N-кінців

б) ендопептидази – усередині білка

3) Ферменти шлунка та підшлункової залози виробляються у неактивному вигляді – проферменти(т.к. вони б перетравлювали власні тканини)

4) Ферменти активуються частковим протеолізом (відщеплення частини ппц)

5) Деякі амінокислоти піддаються гниття в товстому кишечнику

1. У ротовій порожнині не перетравлюються.

2. У шлунку на білки діє пепсин(Ендопептидаза). Він розщеплює зв'язки, утворені аміногрупами ароматичних амінокислот (Тир, Фен, Тпф).

Пепсин виробляється головними клітинами у вигляді неактивного пепсиногену.

Обкладальні клітини виробляють соляну кислоту.

Функції HCl:

ü Створює оптимум рН для пепсину (1,5 – 2,0)

ü Активує пепсиноген

ü Денатурує білки (полегшує дію ферменту)

ü Бактерицидна дія

Активація пепсиногену

Пепсиноген під дією HCl перетворюється на активний пепсин шляхом відщеплення 42 амінокислот повільно. Потім активний пепсин швидко активує пепсиноген ( аутокаталітично).

Таким чином, у шлунку білки розщеплюються на короткі пептиди, які надходять у кишечник.

3. У кишечнику на пептиди діють ферменти підшлункової залози.

Активація трипсиногену, хімотрипсиногену, проеластази, прокарбоксипептидази

У кишечнику під дією ентеропептидази активується трипсиноген. Потім активований із нього трипсинактивує решту ферментів шляхом часткового протеолізу (хімотрипсиноген → хімотрипсин, проеластаза → еластаза, прокарбоксипептидаза → карбоксипептидаза).

Трипсинрозщеплює зв'язки, утворені карбоксильними групами Ліз чи Арг.

Хімотрипсин– між карбоксильними групами ароматичних амінокислот.

Еластаза- зв'язки, утворені карбоксильними групами Ала чи Глі.

Карбоксипептидазарозщеплює карбоксильні зв'язки із С-кінця.

Таким чином, у кишечнику утворюються короткі ді-, трипептиди.

4. Під впливом ферментів кишечника вони розщеплюються до вільних амінокислот.

Ферменти – ді-, три-, амінопептидази. Вони не мають видової специфічності.

Вільні амінокислоти, що утворилися, всмоктуються вдруге активним транспортом з Na + (проти градієнта концентрації).

5. Деякі амінокислоти зазнають гниття.

гниття - Ферментативний процес розщеплення амінокислот до малотоксичних продуктів з виділенням газів (NH 3 , СН 4 , СО 2 , меркаптан).

Значення: підтримки життєдіяльності мікрофлори кишечника (при гниття Тир утворює токсичні продукти фенол і крезол, Тпф – індол і скатол). Токсичні продукти надходять у печінку та знешкоджуються.

Катаболізм амінокислот

Основний шлях – дезамінування - ферментативний процес відщеплення аміногрупи у вигляді аміаку та утворення безазотистої кетокислоти.

· Окисне дезамінування

· Неокислювальне (Сер, Тре)

· Внутрішньомолекулярне (Гіс)

· Гідролітичне

Окисне дезамінування (основне)

А) Пряме – лише Глу, т.к. для решти ферменти неактивні.

Протікає у 2 стадії:

1) Ферментативне

2) Спонтанне

У результаті утворюється аміак та α-кетоглутарат.

Функції трансамінування:

ü Т.к. реакція оборотна, служить для синтезу замінних амінокислот;

ü Початковий етап катаболізму (трансамінування не є катаболізмом, тому що кількість амінокислот не змінюється);

ü Для перерозподілу азоту в організмі;

ü Бере участь у малат-аспартатному човниковому механізмі перенесення водню в гліколізі (6 реакція).

Для визначення активності АЛТ та АСТу клініці для діагностики захворювань серця та печінки вимірюють коефіцієнт де Рітіса:

При 0,6 – гепатит,

1 – цироз,

10 – інфаркт міокарда.

Декарбоксилюванняамінокислот - ферментативний процес відщеплення карбоксильної групи у вигляді 2 від амінокислот.

В результаті утворюються біологічно активні речовини. біогенні аміни.

Ферменти – декарбоксілази.

Кофермент – піридоксальфосфат ← віт. О 6.

Після дії біогенні аміни знешкоджуються 2 шляхами:

1) Метилювання (додавання CH 3; донор - SAM);

2) Окислення з відщепленням аміногрупи як NH 3 (фермент MAO – моноаминоксидаза).

Раніше припускали, що процеси розщеплення є зверненням процесів синтезу, зокрема синтез жирних кислот розглядали як процес, зворотний їх окисленню.

В даний час встановлено, що мітохондріальна система біосинтезу жирних кислот, що включає дещо модифіковану послідовність реакції β-окислення, здійснює лише подовження вже існуючих в організмі середньоланцюжкових жирних кислот, тоді як повний біосинтез пальмітинової кислоти з ацетил-СоА активно протікає поза мітохондріямипо зовсім іншому шляху.

Розглянемо деякі важливі особливості шляху біосинтезу жирних кислот.

1. Синтез відбувається в цитозолі, на відміну від розпаду, який протікає в мітохондріальному матриксі.

2. Проміжні продукти синтезу жирних кислот ковалентно пов'язані з сульфгідрильними групами ацилпереносного білка (АПБ), тоді як проміжні продукти розщеплення жирних кислот пов'язані з коферментом А.

3. Багато ферментів синтезу жирних кислот у вищих організмів організовані в мультиферментний комплекс, званий синтетазою жирних кислот. На противагу їм ферменти, що каталізують розщеплення жирних кислот, мабуть, не схильні до асоціації.

4. Ластівка жирної кислоти, що росте, подовжується шляхом послідовного приєднання двовуглецевих компонентів, що походять з ацетил-СоА. Активованим донором двовуглецевих компонентів на стадії елонгації є малоніл-АПБ. Реакція елонгації запускається вивільненням 2 .

5. Роль відновника при синтезі жирної кислоти виконує NADRН.

6. У реакціях також бере участь Мn2+.

7. Елонгація під дією комплексу синтетази жирних кислот зупиняється на етапі утворення пальмітату (З 16). Подальша елонгація та запровадження подвійних зв'язків здійснюються іншими ферментними системами.

Утворення малонілкоферменту А

Синтез жирних кислот починається з карбоксилювання ацетил-СоА в малоніл-СоА. Ця незворотна реакція є вирішальним етапом у синтезі жирних кислот.

Синтез малонілу-СоА каталізується. ацетил-СоА-карбоксилазоюта здійснюється за рахунок енергії АТР. Джерелом 2 для карбоксилювання ацетил-СоА є бікарбонат.

Рис. Синтез малонілу-СоА

Ацетил-СоА-карбоксилаза містить як простетичну групу біотин.

Рис. Біотин

Фермент складається зі змінного числа однакових субодиниць, кожна з яких містить біотин, біотинкарбоксилазу, карбоксибіотин-переносить білок, транскарбоксилазу, і навіть регуляторний алостеричний центр, тобто. являє собою Поліферментний комплекс.Карбоксильна група біотину ковалентно приєднується до ε-аміногрупи залишку лізину карбоксибіотин-переносить білка. Карбоксилювання біотинового компонента в утвореному комплексі каталізується другою субодиницею - біотин-карбоксилазою. Третій компонент системи – транскарбоксилаза – каталізує перенесення активованого СО 2 від карбоксибіотину на ацетил-СОА.

Біотин-фермент + АТР + НСО 3 - ↔ СО 2 ~Біотин-фермент + АDР + ​​P i ,

СО 2 ~Біотин-фермент + Ацетил-СоА ↔ Молоніл-СоА + Біотин-фермент.

Довжина і гнучкість зв'язку між біотином і білком, що його переносить, зумовлюють можливість переміщення активованої карбоксильної групи від одного активного центру ферментного комплексу до іншого.

У еукаріотів ацетил-СоА-карбоксилаза існує у вигляді позбавленого ферментативної активності протомера (450 кДа) або у вигляді активного полімеру ниткоподібного. Їхнє взаємоперетворення регулюється алостерично. Ключовим алостеричним активатором служить цитрат, який зсуває рівновагу у бік активної волокнистої форми ферменту Оптимальна орієнтація біотину по відношенню до субстратів досягається у волокнистій формі. На противагу цитрату пальмитоил-СоА зрушує рівновагу у бік неактивної протомірної форми. Таким чином, пальмитоил-СоА, кінцевий продукт, інгібує перший вирішальний етап біосинтезі жирних кислот. Регуляція ацетил-СоА-карбоксилази у бактерій різко відрізняється від такої у еукаріотів, оскільки у них жирні кислоти є насамперед попередниками фосфоліпідів, а не резервним паливом. Тут цитрат не впливає на ацетил-СоА-карбоксилазу бактерій. Активність транскарбоксилазного компонента системи регулюється гуаніновими нуклеотидами, які координують синтез жирних кислот із зростанням та розподілом бактерій.