Собственно β-окисление жирных кислот

Катаболизм липидов продолжение

β-Окисление жирных кислот.β-Окисление предельных и ненасыщенных жирных кислот с четным и нечетным числом атомов углерода. Биосинтез кетоновых тел. Энергетический баланс деградации жиров.

β-Окисление предельных жирных кислот с четным количеством атомов углерода.

β-Окислением жирных кислот называется прцесс деградации жирных кислот с образованием ацетил-КоА. Этот процесс включает в себя несколько стадий, часть которых происходит в цитоплазме клетки, а заключительная часть в матриксе митохондрий. Рассмотрим вначале деградацию жирных кислот с четным количеством атомов углерода.

1. Активация жирных кислот осуществляется в цитоплазме клеток с участием АТФ и КоА при этом образуются активированная форма жирной кислоты - ацил-SкоА

RСООН + АТФ + КоА-SH → RСОS-KoA + AMФ + РР

2. Проникновение RCO-S-КоА в матрикс митохондрии.

Проникновение RCO-S-КоА в матрикс митохондрии осуществляется с помощью карнитинового челнока.

Сущность действия карнитинового челнока состоит в следующем. RCO-S-КоА взаимодействует в цитоплазме с карнитином при катализе ферментом карнитин-О-пальмитоилтрансферазой, при этом обазуется ацилкарнитин:

Образовавшийся ацилкарнитин проникает по механизму антипорта с карнитином через карнитиновый канал в матрикс митохондрии, где взаимодействут с КоА-SH и снова образуется RCO-S-КоА.

Собственно β-окисление жирных кислот

Итак, β-окисление жирных кислот происходит в матриксе митохондрий путем окислительного цикла реакций, при котором последовательно отщепляются С₂-звенья в виде ацетил-КоА. Последовательное отщепление ацетильных групп начинается с карбоксильного конца активированных жирных кислот каждый раз между С-2 и С-З (β- атомом). Поэтому цикл реакций деградации называется β-окислением. Пространственно и функционально β-окисление тесно связано с цитратным циклом и дыхательной цепью.

1. Первая стадия окисления - дегидрирование активированной жирной кислоты (ацил-КоА) с образованием α,β-ненасыщенной жирной кислоты с двойной связью в транс-конфигурации. При этом оба атома водорода с электронами переносятся от фермента ацил-КоА-дегидрогеназы (1) на электронпереносящий флавопротеин (ЕТР). ЕТР-дегидрогеназа (2) переносит восстановительные эквиваленты на убихинон (кофермент Q), который является составной частью дыхательной цепи.

2. Вторая стадия деградации жирной кислоты состоит в присоединении молекулы водык двойной связи ненасыщенной жирной кислоты – гидратирование.

Эта реакция катализируется ферментом еноилгидратазой (3) и является стереоспецифичной. При гидратации образуются L-β-оксиацильные соединения.

3. На третьей стадии происходит окисление гидроксильной группы при С-З в карбонильную группу – дегидрирование. Окислителем в этой реакцииявляется НАД⁺, который восстанавливается в НАДН, а фермент катализирующий эту реакцию называется β-оксиацил-S-KoA-дегидрогеназа (4).

Вследствие того, что эта реакция сопровождается выходом протона в среду, равновесии этой реакции сильно зависит от рН: при рН? оно сильно сдвинуто в сторону образования гидроксисоединения, а в более щелочной среде – в сторону образования β-кетоацил-S-КоА.

4. На четвертой стадии активированная β-кетокислота расщепляется ацилтрансферазой -β-кетотиолазой (5) в присутствии кофермента А - тиолитическое расщепление.

Продуктами реакции являются ацетил-КоА и активированная жирная кислота, углеродная цепь которой короче на два углеродных атома по сравнению с длиной цепи исходной жирной кислоты.

На рисунке ниже представлена схема рассматриваемых реакций β-окисления жирных кислот.

β-Окисление ненасыщенных жирных кислот с четным количеством атомов углерода.

У ненасыщенных жирных кислот двойные связи в положении 9 или 12 обычно имеют цис -конфигурацию, как, например, в линолевой кислоте (18:2; 9,12). деградация таких кислот, как и насыщеннмх жирных кислот, протекает путем β-окисления до С₉- цис - двойной связи. Поскольку в промежуточных продуктах (КоА-эфирах ненасыщенных кислот) двойная связь должна быть в транс - конфигурации, специфическая изомераза катализирует превращение 3,4- цис -изомера в 2,3- транс -изомер и деградация может быть продолжена путем β-окисления. В тех случаях, когда такое превращение невозможно, двойная связь восстанавливается с помощью НАДФН + Н⁺. Последующая деградация жирной кислоты происходит по обычному механизму β-окисления, сопровождающемуся перегруппировкой двойных связей.

На рисунке ниже представлена схема превращений 3,4-непредельных кислот, образующихся при β-окислении непредельных жирных кислот.

Еноил-КоА-изомераза (1) катализирует превращение 3,4- цис -изомера в 2,3- транс -изомер и деградация далее продолжается путем β-окисления. В том случае, когда такая изомеризация невозможна при образовании системы из двух сопряженных двойных связей (2,4 диеновая группа), то эта сопряженная система восстанавливается с помощью НАДФН + Н⁺ до 3,4 еновой группы, которая далее перегруппировывается в 2,3 -транс -непредельное соединение, которое далее метаболизируется по обычному механизму β-окисления.