Схема гидролиза триацилглицеринов под действием липазы

Триацилглицерины → диацилглицерины → моноацилглицерины → глицерол

_{липаза липаза липаза}

↓ ↓ ↓

жирные кисоты. жирные кисоты. жирные кисоты.

Метаболизм глицерола.

У млекопитающих основным местом накопления триацилглицеринов является цитоплазма жировых клеток. Жировые клетки специализированы для синтеза и хранения триацилглицеринов, а также для их мобилизации в качестве топливных молекул. Для синтеза необходима активная форма глицерина – глицеролфосфат и активная форма жирной кислоты - ацил КоА.

Активация глицерола происходит двумя способами:

В стенке кишечника и почках под действием глицеролкиназы

Цитозол ь СН₂ – ОН СН₂ – ОН

ï ï

СН – ОН +АТФ СН – ОН

ï ¾¾¾¾® ï

СН₂ – ОН глицеролкиназа СН₂ – ОРО₃Н₂

 

В жировой ткани и мышцах активность этого фермента очень низкая и образование глицеролфосфата связано с гликолизом.

СН₂ОН СН₂ – ОН

ï + НАДН(Н⁺) ô

С = О ¾¾¾¾¾® СН – ОН

ï глицеролфосфат ô

СН₂ – ОРО₃Н₂ ДГ СН₂ – ОРО₃Н₂

диоксиацетон- глицеролфосфат

фосфат

В печени существует два пути образования глицеролфосфата.

Образованный глицеролфосфат любым из путей взаимодействует с двумя молекулами ацил-КоА.

 

СН₂ОН СН₂ – ОСОR СН₂ОСОR СН₂ – ОСОR

ï 2 RCOSКоА ô НОН ï RCOSКоА ô

СН- ОН ¾¾¾¾¾® СН – ОCOR −−−−−−→ СН- ОСОR ¾¾¾¾¾® СН – ОCOR

ï 2 КоАSH ô фосфатаза ï КоАSH ô

СН₂ – ОРО₃Н₂ СН₂ – ОРО₃Н₂ Р_н СН₂ – ОН СН₂ – ОСОR

Глицеролфосфат фосфатидная кислота диглицерид триглицерид

 

 

Окисление глицерола начинается с его активации:

 

Цитозоль + АТФ + НАД⁺

глицерол ¾¾¾¾® глицеролфосфат ¾¾¾¾® ДАФ

^{глицеролкиназа глицеролфосфатДГ}

- АДФ - НАДН(Н⁺)

 

 

анаэробный гликолиз

 

ДАФ аэробный гликолиз

глюконеогенез

 

Энергетический баланс окисления глицерина до СО₂ и Н₂О:

- глицеролкиназная реакция – 1 АТФ

- глицеролфосфат ДГ → НАДН (Н⁺) → + 3 АТФ

- ГА-3-Ф-дегидрогеназная → НАДН (Н⁺) → 3 АТФ

- глицеролкиназная +1 АТФ - субстратное

- пируваткиназная +1 АТФ - фосфорилирование

- окислительное декарбоксилирование пирувата в ацетил–КоА → НАДН (Н⁺) → 3 АТФ

- окисление ацетил–КоА в ЦТК → 12 АТФ

 

ИТОГО: 23-1=22 АТФ

Окисление жирных кислот

Окисление жирных кислот с энергетической целью происходит в митохондриях печени, почек, скелетной и сердечной мышцах. Этот процесс условно делят на 3 этапа:

1 этап – активация жирных кислот в цитоплазме и их транспорт в митохондрии;

 

2 этап – собственно b - окисление.

3 этап – окисление образующегося ацетил – КоА в ЦТК.

1 этап. Активация жирной кислоты происходит в цитозоле под действием ферментов ацил – КоА – синтетаз с использованием АТФ. Образованный ацил – КоА переносится через мембрану митохондрий с помощью карнитина и ферментов, локализованных в цитозоле и митохондриях карнитинацилтрансфераз. Образованный в цитозе ацил – карнитин способен транспортироваться через мембрану митохондрий. В митохондриях происходит обратный процесс под действием митохондриальной карнитин – ацилтрансферазы и ацил – КоА освобождается.

2 этап. Активизированный ацил – КоА подвергается дегидрированию по b-углеродным атомам при участии ФАД зависимой ДГ:

 

где n – число атомов углерода,

- число циклов β-окисления,

5 - число молекул АТФ, образуемое за 1 цикл β-окисления,

- число молекул ацетил-КоА

12 - число молекул АТФ при полном окислении ацетил-КоА в ЦТК;

1 – молекула АТФ, которая затрачивается на активацию жирной кислоты.

Ненасыщенные жирные кислоты до места двойной связи окисляются так же, как насыщенные. При окислении жирных кислот с начетным числом атомов углерода образуется не ацетил-КоА, а пропионил-КоА, который превращается в сукцинил-КоА по метилмалонатному пути. Далее сукцинил-КоА в ЦТК через сукцинат, фумарат и L-малат превращается в оксалоацетат (щавелево-уксусную кислоту), который вовлекается в глюконеогенез.

 

Кетоновые тела. Кетогенез

К кетоновым телам относят: ацетоацетат, b - гидроксибутират и ацетон.

Данные соединения образуются из ацетил-КоА (А–КоА). При сбалансированном расщеплении жиров и углеводов ацетил– КоА включается в ЦТК. Ускоренный катаболизм жирных кислот и низкий уровень использования углеводов могут приводить к накоплению ацетил – КоА и синтезу из него кетоновых тел.

Синтез кетоновых тел протекает в митохондриях печени.

О

О О О //

// // // + СН3 – С ~ SКо А

2 СН₃ - С ~ SКо А ¾¾¾¾→ СН₃ – С – СН₂ – С ~ SКо А ¾¾¾¾®

^{трансфераза} ацетоацетил-КоА ^{b-оксил-β-метил-глутарил-КоА -}

^{-КоА-SH синтаза}

 

ОН О О О

/ // // //

НООС – СН₂ - С – СН₂ – С ~ SКо А ¾→ СН₃ – С – СН₂ – СООН + СН₃ – С~ SКо А

\ лиаза ацетоацетат ацетил-Ко А

СН₃

b-оксил-β-метил-глутарил-Ко А

+НАДН(Н⁺) декар-

Боксилаза

β-гидрокси - - СО₂

Бутират ДГ

-НАД⁺ О

//

СН₃ – СНОН – СН₂ – СООН СН₃ – С – СН₃

b-гидроксибутират ацетон

 

В норме образуется небольшое количество кетоновых тел. В печени ацетоацетат не может окисляться, поэтому с током крови попадает в скелетную и сердечную мышцы.

Например: Ацетоацетат + сукцинил-КоА → 2 ацетил-КоА → ЦТК → СО₂ + Н₂О +24 АТФ

Голодание и сахарный диабет ведут к усиленному освобождению жирных кислот из тканевых депо и к снижению метаболизма углеводов в печени, что приводит к избыточному образованию кетоновых тел. Накопление кетоновых тел в крови (кетонемия), которые обладают свойствами кислот, снижает рН, что приводит к развитию ацидоза. При избытке кетоновые тела выводятся почками, такое явление называется – кетонурия. В некоторых тяжелых случаях выводятся через легкие в виде ацетона, который обнаруживается в выдыхаемом воздухе.

 

Биосинтез жирных кислот

Биосинтез жирных кислот можно рассматривать как процесс, состоящий из 3 этапов:

1 этап. Транспорт ацетил-КоА в цитозоль из митохондрий.

Ацетил-КоА образуется в митохондриях, а их мембрана непроницаема для ацетил-КоА. Перенос в цитоплазму осуществляется в виде цитрата (лимонной кислоты).

2 этап. Образование малонил-КоА.

Образование малонил-КоА происходит в результате карбоксилирования ацетил-КоА:

О О

// //

СН₃ – С ~ SКоА + СО₂ + АТФ ¾¾¾→ НООС – СН₂ - С~ SКоА

ацетил-КоА ^{карбоксилаза} малонил-КоА

^{-АДФ, - Н}₃^РО₄

 

3 этап. Удлинение цепи жирной кислоты на 2 атома углерода.

На этом этапе включается мультиферментный синтазный комплекс, в составе которого содержится ацилпереносящий белок (АПБ). Его роль сводится к переносу ацильных радикалов. В процессе синтеза важную роль играют SН-группы (тиогруппы).

Перенос субстрата от фермента к ферменту происходит при участии АПБ. Источником атомов водорода в ходе синтеза жирной кислоты является НАДФН · Н⁺.

 

Конденсация

 

малонил-АПБ + ацетил-АПБ ¾¾¾® ацетоацетил-АПБ

Декарбоксилаза

^-СО₂, ^{- АПБ-SH}

Восстановление

^{НАДФН·Н+}

ацетоацетил-АПБ ¾¾¾® b-гидроксибутирил-АПБ

^{редуктаза}

^-НАДФ

Дегидратация

b-гидроксибутирил-АПБ ¾¾¾® кротонил-АПБ

^{дегидратаза}

-Н-ОН

Восстановление

НАДФН·Н⁺

кротонил-АПБ ¾¾¾® бутирил-АПБ

^{редуктаза}

- НАДФ⁺

Далее бутирил -АПБ снова вступает в конденсацию с малонил- АПБ и наращивание цепи продолжается до образования пальмитоил-АПБ. Если необходима кислота с более длинной цепью (например, стеариновая), тогда вступает в действие другая ферментативная система, находящая в митохондриях.