Материал: Biokhimia_v_risunkakh
Окисление глицерина
|
|
АТФ |
АДФ |
|
НАД+ |
НАДН |
|
|
||||
|
|
|
|
P |
|
|
- |
P |
|
|||
|
|
глицерол- |
фосфоглицерол |
|
||||||||
глицерин |
киназа фосфоглицерол |
дегидрогеназа фосфодиокси- |
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
ацетон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глицерин активируется путем фосфорилирования |
|
|
||||||||||
(затрачивается |
1 АТФ ), образовавшийся фосфоглицерол |
|
||||||||||
дегидрируется (при этом образуется НАДН, который передает |
|
|||||||||||
водороды в дыхательную цепь, что сопряжено с синтезом |
3 |
20 |
||||||||||
АТФ). Образовавшийся фосфодиоксиацетон, являясь |
|
|||||||||||
|
|
|||||||||||
метаболитом гликолиза, превращается в фосфоглицериновый |
|
|||||||||||
альдегид, который, окисляется во второй стадии гликолиза до |
|
|||||||||||
пирувата (при этом образуется |
3 АТФ за счет окислительного |
|
||||||||||
фосфорилирования и 2 АТФ – за счет субстратного). В аэробных |
|
|||||||||||
условиях пируват окисляется до ацетил-КоА |
(образуется |
3 |
|
|||||||||
АТФ), который в ЦТК «сгорает» до СО 2 и Н 2О с образованием |
|
|||||||||||
12 АТФ. Таким образом, при окислении глицерина до конечных |
|
|||||||||||
продуктов образуется 22 АТФ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
V. Окисление высшх жирных кислот |
|
|
|
||||||||
1. Активация ВЖК в цитоплазме клеток |
|
|
АТФ |
АМФ + ФФ |
||||||||
|
|
|
RCOOH + HSKoA |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ацил-КоА-синтетаза |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
P
3-фосфоглицер- альдегид
пируват
ацетил-SКоА
ЦТ
К
Н2О СО2
R-CO- SKoA
2. Перенос ацилКоА из цитозоля в матрикс митохондрии с помошью карнитина
Окисление ВЖК происходит в митохондрии, но внутренняя мембрана митохондрий
непроницаема для ацил-КоА, |
|
|
поэтому ацил переносится |
|
|
в комплексе с |
|
|
карнитином, работающим |
карнитин |
|
по челночному принципу. |
||
|
75
β-Окисление высших жирных кислот
Митохондриальное окисление высших жирных кислот (ВЖК) происходит в 3 стадии. В 1 стадии (β-окисление) ВЖК подвергается окислительной деградации с отщеплением
2-х углеродного фрагмента в виде ацетил- |
SКоА, начиная от карбоксильного конца |
|||||||||||||||||
окисляемого ацила. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Например, при окислении |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пальмитиновой кислоты |
(n=16) |
||||
|
|
|
|
S-КоА |
|
|
образуется n/2=8 молекул ацетил- |
|||||||||||
|
|
|
|
пальмитоил- S-КоА |
SКоА, которые вступают во |
2-ю |
||||||||||||
1 |
ацил-SКоА- |
ФАД |
|
|
|
|
|
|
|
|
стадию окисления ВЖК |
- цикл |
||||||
дегидрогеназа |
|
ФАДН2 |
|
|
|
|
в ЦПЭ |
2АТФ |
Кребса. В этой стадии ацетильные |
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
группы окисляются до СО |
2 и |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
S-КоА |
|
|
поставляют атомы водорода в |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
еноил- S-КоА |
|
|
дыхательню цепь. |
|
|
|
|
|||||||
2 |
еноил-SКоА- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
число циклов |
|
Стадия 1 |
|
Стадия 2 |
|||
гидратаза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β-Окисление |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β-окисления |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8ацетил-SКоА |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(n/2-1)=7 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
S-КоА |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
β-оксиаци-SКоА- |
|
|
β-оксиацил- S-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
НАД+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3 дегидрогеназа |
|
|
|
|
|
|
|
3АТФ |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
НАДНН |
+ |
|
|
|
|
|
в ЦПЭ |
|
|
|
ЦТК |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
S-КоА |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
β-кетоацил- |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
4 |
тиолаза |
НS-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
S-КоА |
|
S-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ацил-S-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НАДН, ФАДН2 |
|
|
|||
|
|
ацетил |
|
-SКоА |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
Стадия 3 |
|
|
|
|
||||||||
Эти 4 последовательные реакции (цикл β-окисления) |
цепь |
|
|
|
|
|||||||||||||
повторяются до тех пор, пока вся жирная кислота, |
|
переноса |
|
|
|
|||||||||||||
имеющая четное число атомов углерода |
( |
n), |
электронов |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
превратится в n/2 молекул ацетил-SКоА: |
|
|
АДФ+Ф |
АТФ |
|
|
||||||||||||
С14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
В 3-й стадии водороды от НАДН и ФАДН 2 поступают в |
|||||||||||||||
С12 |
|
|
|
дыхательную цепь и восстанавливают кислород с |
|
|
||||||||||||
С10 |
|
|
|
образованием воды (жиры – источники эндогенной воды). |
||||||||||||||
|
|
|
При этом энергия окисления ВЖК конвертируется в |
|
|
|||||||||||||
С8 |
|
|
|
|
молекулы АТФ. При окислении 8 молекул ацетил-КоА |
|||||||||||||
С6 |
|
|
|
|
образуется 8х12=96АТФ. Кроме того, происходит 7 циклов |
|||||||||||||
|
|
|
|
окисления, каждый дает 5АТФ (за счет окисления НАДН и |
||||||||||||||
С4 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
ФАДН2), т.е. 7х5=35АТФ. |
Всего 141-1* = 140 АТФ. |
76 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
(* 1 молекула АТФ затрачена на активацию ВЖК). |
|
||||||||||||
Синтез кетоновых тел
SКоА SКоА 2 ацетил-SКоА
тиолаза
НSКоА
SКоА ацетоацетил-SКоА
ОМГSКоА- ацетил-SКоА
синтетаза НSКоА
VI. Метаболизм кетоновых тел
липидная
капля
кетоновые тела
НSКоА
ВЖК ацетил-SКоА
оксалоацетат ЦТК
ацетоацетат и β- гидроксибутират
экспортируются как источники энергии для скелетных мышц, сердца, мозга.
|
|
|
|
|
SКоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
глюкоза |
|
|||||
|
|
|
|
|
глюкоза |
|
|
|
|
|
|
экспортируется |
|||||||||
β-оксиметилглутарил-SКоА (ОМГSКоА) |
|
гепатоцит |
|
|
|
|
как топливо |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
для мозга и |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
ОМГSКоА- |
ацетил-SКоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
других |
|||||||
|
лиаза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тканей |
|||||||
Утилизация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
кетоновых тел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ацетоацетат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НАД+ |
|
|||
|
β-оксибутират |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
НАДН |
β-оксибутират |
|
|
|
β-оксибутират |
|
|
|
НАДН |
|
||||||||
|
|
|
дегидрогеназа |
|
|
|
дегидрогеназа |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
НАД+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ацетоацетат |
|
сукцинилSКоА |
|||||||||
|
ацетон |
|
|
|
β-оксибутират |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
β-кетоацилКоА |
сукцинат |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трансфераза |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
кетоновые тела |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Кетоновые тела синтезируются только в печени |
ацетоацетил-SКоА |
|
SКоА |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
(первая реакция |
– в цитозоле, остальные – в |
|
тиолаза |
НSКоА |
|
||||||||||||||||
митохондриях гепатоцитов), но никогда в ней не |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
используются. Они диффундируют в кровь и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
используются как |
альтернативное метаболическое |
|
SКоА |
|
|
SКоА |
|||||||||||||||
топливо для внепеченочных тканей |
: миокарда, |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
скелетных мышц, коркового слоя надпочечников и в |
|
|
|
|
2 ацетил-SКоА |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
условиях голодания - мозга. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
В норме концентрация кетоновых тел в крови невысока (10-20 мг/ |
|
|
|
ЦТ |
|
||||||||||||||||
л), но резко возрастает при голодании и сахарном диабете , |
|
|
|
К |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
СО2 |
||||||||||||||||
когда создаются биохимические условия для их усиленного |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
АТФ |
||||||||||||||||||
синтеза, что ведет к кетонемии (кетоацидозу) и кетонурии. |
|
Н2О |
|
77 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
VII. Синтез холестерина
биомембраны
ВЖК |
глюкоза |
стероидные |
|
|
гормоны |
витамин D3
|
желчные |
холестерин |
|
ПФП |
кислоты |
||
НАДФН+ |
|
||
|
|
||
|
|
ланостерин |
|
|
НАДФН+ |
|
|
|
|
сквален |
|
2НАДФН+ |
2НАДФ+ |
изопентенилдифосфат |
|
ОМГSКоАредуктаза |
|
Н2ОН |
|
|
|
||
β-оксиметилглутарил-SКоА (ОМГSКоА) |
мевалоновая |
кислота |
|
|
|||
Синтез эндогенного холестерина происходит преимущественно |
в печени |
(50-80%), |
|
кишечнике (10-15%), а также в коже (до 5%), коре надпочечников и репродуктивных органах. Биосинтез холестерина начинается с ацетил-КоА. Углеродный скелет С27стерина строится из С2-звеньев в длинной и сложной последовательности реакций. Биосинтез холестерина можно разделить на четыре этапа.
На первом этапе из трех молекул ацетил-КоА образуется мевалонат (С6). Первые реакции полностью совпадают с синтезом кетоновых тел (но происходят в цитоплазме гептоцитов) до ОМГ-SКоА, который на пути синтеза холестерина восстанавливается до мевалоновой кислоты . Регуляторный фермент этого синтеза - ОМГ-SКоА-редуктаза, коферментом которого является НАДФН + (поставляется в основном из пентозофосфатного пути окисления глюкозы). Активность этого фермента ингибируется холестерином и ЛПНП по принципу обратной отрицательной связи. Данный фермент ингибируется путем фосфорилирования (дефосфорилированная форма - активна).
На втором этапе мевалонат превращается в «активный изопрен», изопентенилдифосфат.
На третьем этапе шесть молекул изопрена полимеризуются с образованием сквалена
(С30).
На четвертом этапе сквален циклизуется в ланостерин (С30), от которого
|
отщепляются три метильные группы и образуется холестерин (С27). На схеме |
78 |
представлены наиболее важные промежуточные продукты этого биосинтеза. |
|
|
Поступление с пищей |
|
|
|
|
|
|
|
|
Синтез из ацетилКоА |
||||||
|
(экзогенный холестерин) |
|
(эндогенный холестерин) |
|||||||||||||
|
0,3-0,5 г в сутки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до 1 г в сутки |
|||
|
|
|
|
|
|
фонд холестерина |
|
|
|
|
|
|||||
|
структура мембран |
|
|
синтез стероидных |
||||||||||||
|
|
|
|
в организме |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
и липопротеинов |
|
|
|
|
гормонов ~40 мг в сутки |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
синтез и выведение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
синтез |
|
|
|
|
|
|
|
выведение |
|
|
|
выведение с |
|
|
|
||||
|
желчных кислот |
|
|
|
|
с фекалиями |
|
|
кожным салом |
|
витамина D3 |
|
||||
|
~ 1,0-1,3 г в сутки |
|
|
~0,5-0,7 г в сутки |
|
|
~ 0,1 г в сутки |
|
~10 мг в сутки |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Фонд холестерина складывается из: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
свободного холестерола – наибольшая |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
фракция, включающая холестерин мембран и |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
оболочки липопротеинов крови. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
эфиров холестерина – гидрофобных молекул, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
которые являются запасной формой |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
холестерина в организме. Находится в |
|
|
|
|
|
холестерин |
|||||||||
|
липидных тканях цитозоля клеток и ядрах |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
липопротеинов. Эфиры образуются путем |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
этерификации холестерола ненасыщенной |
|
|
фосфатидилхолин (лецитин) |
||||||||||||
|
жирной кислотой (из лецитина) с помощью |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
фермента лецитинхолестеролацетил |
|
лецитинхолестерол- |
|
|
|||||||||||
|
трансферазы (ЛХАТ) или ацилированием |
|
|
|
||||||||||||
|
|
ацетилтрансфераза |
|
|
||||||||||||
|
холестерина с помощью ацил-КоА и ацил- |
|
(ЛХАТ) |
|
|
|||||||||||
|
холестеролацилтрансферазы (АХАТ). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
В организме взрослого человека содержится |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
~140 г холестерина, из которых более 90% |
|
|
|
|
|
эфир |
||||||||||
находится в тканях, особенно в нервной, |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
холестерина |
|||||||||||
мышечной, соединительной и жировой, а также |
|
|
|
|
|
|||||||||||
в надпочечниках. До |
10% холестерина |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
содержится в плазме крови и лимфе в составе |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
липопротеинов (основная часть в виде эфиров). |
|
|
лизофосфатидилхолин |
|||||||||||||
С возрастом холестерин накапливается в |
|
|
||||||||||||||
организме, поэтому у взрослых концентрация |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
холестерина в плазме крови выше, чем у детей и |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
составляет в норме 5,2 _+ 1,3 ммоль/л.
Холестерин – чрезвычайно важное соединение в организме человека, которое помимо структурной функции (компонент клеточных мембран ) является предшественником
многих биологически значимых соединений: всех |
стероидных гормонов (половых – |
мужских и женских, кортикостероидов), антирахитического витамина D3, а также |
|
желчных кислот, т.е. всех стероидов в организме. |
79 |