Для спалювання жирних кислот існує свій шлях
Окислення жирних кислот (β-окислення)
Для перетворення енергії, укладеної в жирних кислотах, в енергію зв'язків АТФ існує метаболічний шлях окислення жирних кислот до СО2 і води, тісно пов'язаний з циклом трикарбонових кислот і дихальної ланцюгом. Цей шлях називається β-окислення. тому відбувається окислення 3-го вуглецевого атома жирної кислоти (β-положення) в карбоксильну групу, одночасно від кислоти відщеплюється ацетільная група, що включає З 1 і С 2 вихідної жирної кислоти.
Елементарна схема β-окислення
Реакції β-окислення відбуваються в мітохондріях більшості клітин організму (крім нервових клітин). Для окислення використовуються жирні кислоти, що надходять в цитозоль з крові або з'являються при липолизе власних внутрішньоклітинних ТАГ. Сумарне рівняння окислення пальмітинової кислоти виглядає наступним чином:
Пальмітоіл-SКоА + 7ФАД + 7НАД + + 7Н2 O + 7HS-KoA → 8Ацетіл-SКоА + 7ФАДН2 + 7НАДН
Етапи окислення жирних кислот
1. Перш, ніж проникнути в матрикс мітохондрій і окислюватися, жирна кислота повинна активуватися в цитоплазмі. Це здійснюється приєднанням до неї коензиму А з утворенням ацил-S-КоА. Ацил-S-КоА є високоенергетичним з'єднанням. Незворотність реакції досягається гідролізом дифосфата на дві молекули фосфорної кислоти.
Реакція активації жирної кислоти
2. ацил-S-КоА не здатний проходити через мітохондріальну мембрану, тому існує спосіб його перенесення в комплексі з вітаміноподібною речовиною карнітином. На зовнішній мембрані мітохондрій є фермент карнітин-ацілтрансферази I.
Карнітин-залежний транспорт жирних кислот в мітохондрії
Карнітин синтезується в печінці та нирках і потім транспортується в інші органи. У внутрішньоутробному періоді і в перші роки життя значення карнітину для організму надзвичайно велике. Енергозабезпечення нервової системи дитячого організму і, зокрема, головного мозку здійснюється за рахунок двох паралельних процесів: карнітин-залежного окислення жирних кислот і аеробного окислення глюкози. Карнітин необхідний для росту головного і спинного мозку, для взаємодії всіх відділів нервової системи, відповідальних за рух і взаємодія м'язів. Існують дослідження, що зв'язують з недоліком карнітину дитячий церебральний параліч і феномен "смерті в колисці".
3. Після зв'язування з карнітином жирна кислота переноситься через мембрану транслоказ. Тут на внутрішній стороні мембрани фермент карнітин-ацілтрансферази II знову утворює ацил-S-КоА який вступає на шлях β-окислення.
4. Процес власне β-окислення складається з 4-х реакцій, що повторюються циклічно. У них послідовно відбувається окислення (ацил-SКоА-дегидрогеназа), гідратірованіем (еноіл-SКоА-гідратаза) і знову окислення 3-го атома вуглецю (гідроксіаціл-SКоА-дегидрогеназа). В останній, трансферазной, реакції від жирної кислоти відщеплюється ацетил-SКоА. До залишилася (укороченою на два вуглецю) жирної кислоти приєднується HS-КоА, і вона повертається до першої реакції. Все повторюється до тих пір, поки в останньому циклі не утворюються два ацетил-SКоА.
Послідовність реакцій β-окислення жирних кислот
Розрахунок енергетичного балансу β-окислення
При розрахунку кількості АТФ, що утворюється при β-окисленні жирних кислот необхідно враховувати:
- кількість утвореного ацетил-SКоА - визначається простим розподілом числа атомів вуглецю в жирної кислоти на 2.
- число циклів β-окислення. Число циклів β-окислення легко визначити виходячи з уявлення про жирної кислоти як про ланцюжок двухуглеродний ланок. Число розривів між ланками відповідає числу циклів β-окислення. Цю ж величину можна підрахувати за формулою (n / 2 -1), де n - число атомів вуглецю в кислоті.
- число подвійних зв'язків в жирній кислоті. У першій реакції β-окислення відбувається утворення подвійного зв'язку за участю ФАД. Якщо подвійний зв'язок в жирній кислоті вже є, то необхідність в цій реакції відпадає і ФАДН2 не утворюється. Кількість неосвічених ФАДН2 відповідає числу подвійних зв'язків. Решта реакції циклу йдуть без змін.
- кількість енергії АТФ. витраченої на активацію (завжди відповідає двом макроергічних зв'язків).
Приклад. Окислення пальмітинової кислоти
- так як є 16 атомів вуглецю, то при β-окисленні утворюється 8 молекул ацетил-SКоА. Останній надходить в ЦТК, при його окисленні в одному обороті циклу утворюється 3 молекули НАДН, 1 молекула ФАДН2 і 1 молекула ГТФ, що еквівалентно 12 молекулам АТФ. Отже, 8 молекул ацетил-S-КоА забезпечать освіту 8 × 12 = 96 молекул АТФ.
- для пальмітинової кислоти число циклів β-окислення дорівнює 7. У кожному циклі утворюється 1 молекула ФАДН2 і 1 молекула НАДН. Поступаючи в дихальний ланцюг, в сумі вони "дадуть" 5 молекул АТФ. Таким чином, в 7 циклах утворюється 7 × 5 = 35 молекул АТФ.
- подвійних зв'язків в пальмітинової кислоти немає.
- на активацію жирної кислоти йде 1 молекула АТФ, яка, однак, гідролізується до АМФ, тобто витрачаються 2 макроергічні зв'язку або дві АТФ.
Таким чином, підсумовуючи, отримуємо 96 + 35-2 = 129 молекул АТФ утворюється при окисленні пальмітинової кислоти.