B - окисление жирных кислот. Регуляция b-окисления

Жирные кислоты, проникающие из крови в клетку, сначала подвергаются реакции активации под действием фермента ацил-КоА-синтетазы:

RCOOH+HSKoA+ATP ® R-CO-SKoA+AMP+PP_i

B-окисление жирных кислот — это специфический путь распада жирных кислот, заканчивающие образованием ацетил-КоА. b-окисление жирных кислот имеет такое название потому, что реакции окисления в радикале жирных кислот происходит по b--углеродному атому.b-окисление жирных кислот и последующее за ним окисление ацетил-КоА в ЦТК служатисточником энергии для синтеза АТР.

Процесс b- окисления происходит в матриксе митохондрий и только в аэробных условиях, так как связан с ЦПЭ. |

Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацил-КоА, поэтому существует система переноса жирных кислот через мембрану в комплексе с молекулой карнитина (рис.9)

Во внешней мембране митохондрий находится фермент карнитинацилтрансфераза I, который катализирует перенос ацила с КоА на небольшую молекулу карнитина. Затем ацилкарнитин с помощью транслоказы переносится через внутреннюю мемб­рану митохондрий, где фермент карнитинацил-трансфераза II переносит ацил на внутримитохондрильный HSKoA.

После того как ацил-КоА попадает в матрикс митохондрий, начинается процесс b- окисления, представляющий собой 4 последовательные реак­ции, которые заканчиваются укорочением жирной кислоты на 2 углеродных атома, так как отщепляется ацетильный остаток (рис.10).

Эти 4 последовательные реакции повторяются до тех пор, пока вся жирная кислота, имеющая четное число атомов углерода, не превратится в определенное количество молекул ацетил-КоА. Эти 4 реакции b- окисления (дегидрирование, гидратация, дегидрирование, от­щепление ацетил-КоА) обычно называют циклом b- -окисления, так как имеется в виду, что одни и те к реакции повторяются с радикалом жирной кис­лоты до тех пор, пока вся кислота не превратится в ацетильные остатки.

Количество молекул АТР, ко­торые образуются при окислении жирной кислоты, можно точно рассчитать. Для этого необходимо знать, что в каждом цикле:

а) образуется ацетил-КоА, который в ЦТК окис­ляется до СО₂ и воды.

Рисунок 9

Число молекул ацетил-КоА, образующихся в ре­зультате окисления жирной кислоты с числом п ато­мов С, можно рассчитать по формуле: п / 2,(п / 2) х 12 = количество молекул АТР,

б) при b- -окислении происходят 2 реакции дегид­рирования, в которых восстанавливаются 1 молеку­ла убихинона и 1 молекула NAD⁺, поэтому каждый цикл дает 5 молекул АТР с участием ЦПЭ;

в) число циклов можно рассчитать по формуле: (п / 2) – 1, так как в последний цикл b- -окисления всегда всту­пает бутирил-КоА и при его окислении образуется 2 ацетил-КоА, а не один, как во всех предыдущих цик­лах;

г) суммарный выход АТР при окислении жирной кислоты с числом п атомов С можно рассчитать по формуле:

[ {(п / 2) х 12} + {(п / 2) – 1)} х 5] – 1* = число молей АТФ/ моль жирной кислоты.

*1 молекула АТР используется на активацию жирной кис­лоты.

Например, при окислении пальмитиновой кислоты (С16) происходит 7 циклов b- окисления, в результате которых образуется 8 моль ацетил-СоА, 7 моль FADH₂ и 7 моль NADH+Н+. Следовательно, выход АТР составляет 35 АТР в результате b- окисления и 96 АТР в результате цитратного цикла, что соответствует в сумме 131 моль АТР.

Регуляция b-окисления. Скорость b-окисления, так же как и других метаболических путей, зависит от доступности субстрата ацил-КоА, поэтому b- окисление жирных кислот активируется в постабсорбтивный период или при длительной физической рабо­те, когда в результате распада жиров в жировой ткани в крови увеличивается концентрация жирных кис­лот. В этих условиях мышцы, миокард и печень ак­тивно используют жирные кислоты как источник энергии. Мозг не использует жирные кислоты как источник энергии, так как они не проникают через гематоэнцефалический барьер, являясь гидрфобными молекулами.

Рис. 10

Регуляторный фермент b-окисления - карнитинацилтрансфераза I. Аллостеричный ингибитор этого фермента — малонил-КоА образуется только при биосинтезе жирных кислот, следовательно, в постабсорбтивный период, когда поступление ацетильных остатков из митохондрий в цитозоль прекращается, синтез малонил-Ko тоже прекращается иb-окисление в отсутствие ингибитора активируется.

Как важнейший путь, поставляющий АТФ, b- окисление активируется при увеличении в клетке потребности в энергии. Это возможно благодаря непосредственной связи реакций b- окисления через коферменты NAD и FAD с цепью переноса электронов. Чем интенсивнее идет распад АТФ, тем быстрее окисляются жирные кислоты, обеспечивая синтез новых молекул АТФ.