Материал: Биохимия учебное пособие

Окисление пальмитиновой кислоты (С16) происходит путем последовательногоудалениядвухуглеродныхфрагментов скарбоксильногоконца жирной кислоты, в результате 7 циклов -окисления образуется 8 молекул ацетил-КоА.

4.5. Энергетический выход -окисления жирных кислот

Данный выход зависит от длины углеводородной цепи. Чтобы подсчитать энергетический выход -окисления конкретной жирной кислоты, надо знать количество циклов -окисления и количество молекул ацетил-КоА.

В каждом цикле -окисления ацил-КоА укорачивается на 2 атома углерода и образуется 1 молекула ацетил-КоА. Поэтому число образующихся молекул ацетилКоА равно половине числа атомов углерода в ацил-КоА. Окисление каждой молекулы ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот обеспечивает синтез 12 молекул АТФ. В каждом цикле -окисления образуется 1 молекула ФАДН2 и 1 молекула НАДН2, при окислениикоторыхв дыхательнойцепи синтезируетсясоответственно 2и 3молекулыАТФ (всего 5молекул). В последнем цикле -окисления образуется сразу2молекулы ацетил-КоА. Поэтомудля полного превращенияостатка жирной кислоты в ацетил-КоА необходимо на единицу меньше циклов -окисления, чем половинное число атомов углерода в ацил-КоА.

Например, упальмитиновой кислоты (С16)происходит7 циклов -окисления, в результате которых образуется 8 молекул ацетил-КоА, 7 молекул ФАДН2 и 7 молекул НАДН2. Следовательно, выход АТФ составляет 35 АТФ в результате -окис- ления и 96 АТФ цитратного цикла, что составляет в сумме 131 молекулу АТФ. Учитывая тот факт, что одна молекула АТФ затрачивается на активацию жирной кислоты, суммарный выход АТФ составляет 130 молекул.

4.6. Биосинтез жирныхкислот

Наряду с окислением жирных кислот в клетках функционирует процесс их синтеза. Основным местом синтеза жирных кислот является цитозоль, в отличие от -окисления, которое происходит в митохондриях.

Непосредственным предшественником жирных кислот служит малонил-КоА. Это соединение синтезируются путем присоединения углекислого газа к аце- тил-КоА, который поступает из митохондрий. Основным продуктом синтеза являетсяпальмитиноваякислота. Центральнуюрольв синтезежирныхкислот играет фермент пальмитатсинтетаза (синтетаза жирных кислот), который катализирует серию реакций. Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты включает 7 циклов:

Ацетил–КоА + 7 Малонил–КоА + 14 НАДФН2

Пальмитат + 8 HS–КоА + 7 СО2 + 14 НАДФ+ +7 Н2О.

70

Пальмитиновая кислота служит предшественником других жирных кислот организма. Удлинениеуглеродной цепи происходит за счет дополнительного присоединения ацетил-КоАили малонил-КоА, при помощи других ферментов, имеющихсякакв цитозоле, таки в митохондриях. Так, присоединениекпальмитиновой кислотеацетил-КоАи последующеевосстановление -карбонильной группы приводит к образованию стеариновой кислоты. Большинство непредельных жирных кислот образуется путем дегидрирования насыщенных кислот. Пути образования некоторых жирных кислот представлены на схеме:

Лигноцериновая

кислота + C2

24 : 0

+ C2

+ C2

Нервоновая

кислота

24 : 1 (15)

Человек и животные не способны синтезировать из пальмитиновой жирные кислоты с двумя и более двойными связями. Поэтому линолевая, линоленовая

иарахидоновая (при отсутствии линолевой) кислоты являются незаменимыми

идолжны обязательно поступать с пищей.

71

4.7. Биосинтез триглицеридов, фосфолипидов и холестерина

Триглицеридысинтезируютсяна основеглицеролфосфата иацил-КоА. Напервом этапе присоединяется два ацильных фрагмента, а затем под действием фосфатазы теряется остаток фосфата и присоединяется третий ацил.

Синтез фосфолипидов происходит такжеиз глицеролфосфата и жирных кислот, нотребуетдополнительноэтаноламина, холина, серина или инозитола дляобразования полярной «головы»молекулы.

Холестерин (холестерол) синтезируется из ацетил-КоА в цитозоле клетки: 80 % – в печени, 10 % – в клетках кишечника и 5 % – в клетках кожи. Скорость синтеза холестерина зависит от количества экзогенного, т. е. поступающего с пищей, холестерина. При поступлении 2–3 г холестерина в сутки синтез эндогенного холестерина прекращается.

Из холестерола в печени образуются желчные кислоты, необходимые для перевариваниялипидов. В кожеизхолестерола синтезируется витамин Д3 – регулятор кальций-фосфорного обмена. Холестерол – субстрат для синтеза стероидных гормонов: в коре надпочечников из него образуются минерало- и глюкокортикоиды,

вполовых железах – андрогены, эстрогены, гестагены.

4.8.Синтез ираспадкетоновыхтел

Вусловияхголодания,длительнойфизической нагрузки и нарушенияутилизации глюкозы клетками (вследствие дефицита инсулина при сахарном диабете) основнымисточникомэнергиистановятсяжирныекислоты,образующиесяпригидролизе триглицеридов жировой ткани. Жирные кислоты подвергаются -окисле- нию с образованием больших количеств ацетил-КоА во всех органах, кроме мозга. Оксалоацетат, необходимый для включения ацетил-КоА в ЦТК, не образуется из жирныхкислот,поэтомуизбытокацетил-КоАнеможетбыстроокислитьсяв ЦТК. Печень обладает уникальной способностью синтезировать из больших количеств ацетил-КоА кетоновые тела.

К кетоновым телам относят три соединения близкой структуры – ацетоацетат, 3-гидроксибутират ( -гидроксибутират) и ацетон:

72

Их синтез начинается с взаимодействия двух молекул ацетил-КоА, которые под действием фермента тиолазы образуют ацетоацетил-КоА. С ацетоацетилКоА взаимодействует третья молекула ацетил-КоА, давая 3-гидрокси-3-метил- глутарил-КоА (ГМГ-КоА). Далее ГМГ-КоА-лиаза катализирует расщепление ГМГ-КоА на свободный ацетоацетат и ацетил-КоА:

Образующийся в реакции ацетоацетат может выделяться в кровь или восстанавливаться в 3-гидроксибутират. В условиях активного -окисления создается высокая концентрация НАДН2, что способствует восстановлению большей части ацетоацетата, в результате чего 3-гидроксибутират становится основным кетоновым телом в крови.

При высокой концентрации ацетоацетата часть его может необратимо декарбоксилироваться с образованием ацетона. Ацетон не утилизируется тканями и выделяется с выдыхаемым воздухом, мочой и потом, помогая организму избавиться от избытка кетоновых тел.

73

Реакцииутилизациикетоновыхтелпримерносовпадаютсобратнымнаправлением реакций их синтеза. В цитозоле клетки 3-гидроксибутират окисляется, образующийся ацетоацетат проникает в митохондрии, где активируется за счет сук- цинил-КоА:

Ацетоацетат + Сукцинл-КоА Ацетоацетат-КоА + Сукцинат.

Данная реакция протекает под действием фермента сукцинил-КоА-ацетоаце- таттрансферазы. Этого фермента нет в печени, поэтому печень не использует кетоновые тела как источники энергии, а производит их «на экспорт». Активированный ацетоацетат далее превращается в ацетил-КоА, который сгорает в ЦТК:

Цикл Кребса

Биологическая роль кетоновых тел заключается в том, что эти молекулы (3-гидроксибутират и ацетоацетат) представляют собой альтернативный источникэнергии дляклетокпри дефицитеглюкозы, выгодноотличаясьотжирныхкислот малыми размерами и хорошей растворимостью в воде. В результатепри голо-

74