Біосинтез жирних кислот включає серію реакцій, які не відповідають процесу їхньої деградації.
Зокрема, посередниками синтезу жирних кислот є спеціальні білки - АПБ (acyl carrier proteins). Навпаки, під час розпаду жирної кислоти використовується HS-KoA.
Синтез жирної кислоти відбувається у цитозолі, а розпад жирної кислоти – у мітохондрії.
Для синтезу жирної кислоти використовується кофермент НАДФ / НАДФН, тоді як розпад жирної кислоти залучає кофермент НАД + / НАДН.
Жирні кислоти, що входять до складу ліпідів тканин, можна розділити на коротко-(2-6 атомів вуглецю), середньо-(8-12 атомів вуглецю) та довголанцюгові (14-20 і більше атомів вуглецю у складі молекули). Більшість жирних кислот у тканинах тварини є довголанцюжковими. Переважна більшість жирних кислот в організмі містить парне число атомів вуглецю в молекулі (С: 16,18, 20), хоча в жирах нервової тканини є і довші молекули жирних кислот, що включають 22 атоми вуглецю з шістьма подвійними зв'язками.
Кислота з одним подвійним зв'язком відноситься до мононенасичених жирних кислот, тоді як кислоти з двома або більше подвійними ізольованими зв'язками є поліненасиченими.
Таблиця 2
Основні жирні кислоти організму ссавців
|
Назва кислоти |
Структура кислоти |
Кількість та позиція подвійних зв'язків |
|
Олійна |
СзНтСООН |
|
|
Капронова |
||
|
Каприлова |
СтНюСООН |
|
|
Капринова |
||
|
Лаурінова |
С11Н21СООН |
|
|
Міристинова |
СпНзсСООН |
|
|
Пальмітінова |
С15Н31СООН |
|
|
Стеаринова |
С17Н35СООН |
|
|
Олеїнова |
СпНззСООН |
|
|
Лінолева |
С17Н31СООН |
|
|
Ліноленова |
СпНззСООН |
|
|
Арахидонова |
С19Н31СООН |
4 (5, 8. 11, 14) |
Ненасичені жирні кислоти зазвичай перебувають у цис-формі. Жири рослин і риб містять у своєму складі більше поліненасичених жирних кислот, а у складі жирів ссавців та птахів переважають насичені жирні кислоти.
Жирні кислоти раціону та їх ендогенний біосинтез необхідні організму для отримання енергії та формування гідрофобних компонентів біомолекул. Надлишок білків та вуглеводів у раціоні активно конвертується в жирні кислоти та запасається у формі тригліцеридів.
Більшість тканин здатна здійснювати синтез насичених жирних кислот. Важливим у кількісному плані є синтез жирних кислот насамперед у печінці, кишечнику, жировій тканині, молочній залозі, кістковому мозку, легенях. Якщо окислення жирних кислот відбувається у мітохондріях клітин, їх синтез має місце у цитоплазмі.
Основний шлях забезпечення організму жирними кислотами - їхній біосинтез з невеликих молекул-посередників, похідних катаболізму вуглеводів, окремих амінокислот та інших жирних кислот. Зазвичай насичена 16-карбонова кислота - пальмітинова - синтезується в першу чергу, а всі інші жирні кислоти є модифікацією пальмітинової кислоти.
Всі реакції синтезу жирних кислот каталізуються мультиферментним комплексом - синтазою жирних кислот, який знаходиться в цитозолі. Ацетил-КоА – пряме джерело атомів вуглецю для цього синтезу. Основними постачальниками молекул ацетил-КоА є: розпад амінокислот, окиснення жирних кислот, піруват гліколізу.
Необхідний для синтезу жирних кислот малоніл-КоА надходить у результаті карбоксилювання ацетил-КоА, а також необхідний НАДФН може бути отриманий у пентозофосфатному шляху.
Молекули ацетил-КоА переважно містяться в мітохондріях. Однак внутрішня мітохондріальна мембрана непроникна для такої порівняно великої молекули, як ацетил-КоА. Тому для переходу з мітохондрії в цитоплазму ацетил-КоА за участю цитратсинтази вступає у взаємодію із щавлево-оцтовою кислотою, утворюючи лимонну:
У цитоплазмі лимонна кислота розщеплюється під впливом цитратліази:
Таким чином, лимонна кислота виступає у ролі транспортера ацетил-КоА. У жуйних тварин замість лимонної кислоти в цитоплазмі клітини використовується ацетат, що утворюється в рубці з полісахаридів, який у клітинах печінки та жирової тканини перетворюється на ацетил-КоА.
1. На першому етапі біосинтезу жирної кислоти відбувається взаємодія ацетил-КоА зі спеціальним ацилпереносним білком (HS-АПБ), що містить у своєму складі вітамін В 3 і сульфгідрильну групу (HS), нагадуючи структуру коензиму А:
2. Обов'язковим проміжним продуктом у синтезі є малоніл-КоА, який утворюється в реакції карбоксилювання ацетил-КоА за участю АТФ та біотин-вмісного ферменту - ацетил-КоА-карбоксилази:
Біотин (вітамін Н) як кофермент карбоксилази ковалентно пов'язаний з апоферментом для перенесення одновуглецевого фрагмента. Ацетил-КоА-карбоксилаза – це мультифункціональний фермент, який регулює швидкість синтезу жирної кислоти. Інсулін стимулює синтез жирної кислоти за рахунок активування карбоксилази, тоді як адреналін і глюкагон мають зворотний ефект.
3. Отриманий малоніл-S-KoA взаємодіє з HS-АПБ за участю ферменту малоніл-трансацилази:
4. У наступній реакції конденсації під впливом ферменту ацил-малоніл-Б-АПБ-синтази відбувається взаємодія малоніл-Б-АПБ та ацетил-Б-АПБ з утворенням ацето-ацетил-Б-АПБ:
5. Ацетоацетил-Б-АПБ за участю НАДФ+-залежної редуктази відновлюється з утворенням р-гідроксилбути-ріл-Б-АПБ:
7. У наступній реакції кротоніл-Б-АПБ відновлюється НАДФ + -залежною редуктазою з утворенням бутирил-Б-АПБ:
У разі синтезу пальмітинової кислоти (С: 16) необхідне повторення ще шести циклів реакцій, початком кожного буде приєднання молекули малоніл-Б-АПБ до карбоксильного кінця синтезованого ланцюга жирної кислоти. Таким чином, приєднуючи одну молекулу малоніл-Б-АПБ, вуглецевий ланцюг синтезованої пальмітинової кислоти збільшується на два вуглецеві атоми.
8. Синтез пальмітинової кислоти завершується гідролітичним відщепленням HS-АПБ від пальмітил-Б-АПБ за участю ферменту деацилази:
Синтез пальмітинової кислоти є основою синтезу інших жирних кислот, включаючи мононенасичені кислоти (олеїнова, наприклад). Вільна пальмітинова кислота за участю тіокінази перетворюється на пальмітил-S-KoA. Пальмітил-S-KoA в цитоплазмі може використовуватися в синтезі простих і складних ліпідів або надходити за участю карнітину в мітохондрії для синтезу жирних кислот з більш довгим вуглецевим ланцюгом.
У мітохондріях і гладкому ендоплазматичному ретикулумі є система ферментів подовження жирних кислот для синтезу кислот з 18 і більше вуглецевими атомами за рахунок подовження вуглецевого ланцюга жирних кислот від 12 до 6 атомів вуглецю. Якщо при цьому використовується пропіоніл-S-KoA замість ацетил-S-KoA, синтез призводить до отримання жирної кислоти з непарним числом атомів вуглецю.
Сумарно синтез пальмітинової кислоти можна подати наступним рівнянням:
Ацетил-S-KoA в цитоплазмі в даному синтезі є джерелом атомів вуглецю молекули пальмітинової кислоти. АТФ необхідний активації ацетил-S-KoA, тоді як НАДФН + Н + є обов'язковим відновником. НАДФН + + Н + у печінці утворюється в реакціях пентозофосфатного шляху. Лише за наявності зазначених основних компонентів у клітині відбувається синтез жирної кислоти. Отже, в біосинтезі жирних кислот необхідна глюкоза, що забезпечує процес радикалами ацетилів, С02 і Н2 у формі НАДФН2.
Всі ферменти біосинтезу жирних кислот, включаючи HS-АПБ, знаходяться в цитоплазмі клітини у вигляді мультиферментного комплексу, який отримав назву синтетази жирних кислот.
Синтез олеїнової (ненасиченої) кислоти з одним подвійним зв'язком відбувається за рахунок реакції граничної стеаринової кислоти з НАДФН + Н + у присутності кисню:
У гепатоцитах і молочній залозі лактуючих тварин НАДФН 2 , необхідний для синтезу жирних кислот, забезпечується за рахунок пентозофосфатного шляху. Якщо у більшості еукаріотів синтез жирних кислот відбувається виключно в цитоплазмі, синтез жирних кислот у фотосинтезуючих клітинах рослин має місце в стромі хлоропластів.
Поліненасичені жирні кислоти - лінолева (З 17 Н 31 СООН), ліноленова (З 17 Н 29 СООН), маючи подвійні зв'язки поблизу мітильного кінця вуглецевого ланцюга, в організмі ссавців не синтезуються внаслідок відсутності необхідних ферментів (десатураз) молекули. Однак арахідонова кислота (19Н31СООН) може бути синтезована з лінолевої кислоти. У свою чергу арахідонова кислота є попередником у синтезі простагландинів. Зазначимо, що рослини здатні синтезувати подвійні зв'язки у положенні 12 і 15 вуглецевого ланцюга за участю необхідних ферментів у синтезі лінолевої та ліноленової кислот.
Основна роль усіх поліненасичених жирних кислот, ймовірно, полягає у забезпеченні якості плинності в біологічних мембранах. Це підтверджується тим, що нижчі організми мають здатність змінювати склад жирних кислот фосфоліпідів завдяки їхній плинності, наприклад, при різних температурах зовнішнього середовища. Це досягається шляхом збільшення пропорції жирних кислот із подвійними зв'язками або збільшенням ступеня ненасиченості жирних кислот.
Метиленовий вуглець будь-якого подвійного зв'язку в структурі поліненасиченої жирної кислоти дуже чутливий до видалення водню та фіксації кисню з утворенням вільних радикалів. молекули гідропероксиду, що утворюються таким чином, формують діальдегіди в основному у формі малонового діальдегіду. Останній здатний викликати крос-зв'язки, що призводять до цитотоксичності, мутагенності, руйнування мембран та модифікації ферментів. Полімеризація малонового альдегіду формує нерозчинний пігмент ліпофусцин, що акумулюється з віком у деяких тканинах.
Інтерес до поліненасичених жирних кислот на біохімічному рівні пов'язаний з дослідженнями, які свідчать, що раціони з високим рівнем поліненасичених жирних кислот по відношенню до насичених жирних кислот сприяють зниженню рівня холестерину в організмі.
В організмі голодуючої тварини при подальшому наявності раціону з високим рівнем вуглеводів та низьким рівнем жирів значно посилюється активність ацетил-КоА-карбоксилази за рахунок ковалентної модифікації та синтез жирних кислот протягом декількох днів. Це адаптивний контроль регулювання жирового обміну. Синтез та окислення жирних кислот в організмі є взаємозалежними процесами. При голодуванні тварини рівень вільних жирних кислот у крові зростає за рахунок підвищення активності ліпази жирових клітин під впливом таких гормонів як адреналін, глюкагон. Біосинтез жирних кислот, перетворюючи молекули НАДФН + Н + в НАДФ, викликає розпад глюкози по пентозофосфатному шляху. Таким чином, глюкоза є незамінною в біосинтезі жирних кислот, поставляючи не тільки радикали ацетилу, а й коферменти у формі НАДФН+Н+.
Вільні жирні кислоти зв'язуються з альбумінами сироватки, які є основними транспортерами неетерифікованих жирних кислот. У комплексі з альбумінами жирні кислоти є активним транспортним джерелом енергії для різних тканин у певний період часу. Однак нервова тканина, що отримує майже всю кількість енергії за рахунок глюкози, не здатна використовувати жирні кислоти, пов'язані з альбумінами, для отримання енергії.
Концентрація вільних жирних кислот у крові порівняно стала (0,6 мМ). Період їхнього напіврозпаду становить лише дві хвилини. Печінка інтенсивно залучає жирні кислоти до синтезу тригліцеридів, зв'язуючи їх у ліпопротеїни низької щільності (ЛПНЩ), які надходять у циркуляцію крові. ЛПНГ переносять холестерин плазми в різні тканини, стінки кровоносних судин.
Раніше припускали, що процеси розщеплення є зверненням процесів синтезу, зокрема синтез жирних кислот розглядали як процес, зворотний їх окисленню.
В даний час встановлено, що мітохондріальна система біосинтезу жирних кислот, що включає дещо модифіковану послідовність реакції β-окислення, здійснює лише подовження вже існуючих в організмі середньоланцюжкових жирних кислот, тоді як повний біосинтез пальмітинової кислоти з ацетил-СоА активно протікає поза мітохондріямипо зовсім іншому шляху.
Розглянемо деякі важливі особливості шляху біосинтезу жирних кислот.
1. Синтез відбувається в цитозолі, на відміну від розпаду, який протікає в мітохондріальному матриксі.
2. Проміжні продукти синтезу жирних кислот ковалентно пов'язані з сульфгідрильними групами ацилпереносного білка (АПБ), тоді як проміжні продукти розщеплення жирних кислот пов'язані з коферментом А.
3. Багато ферментів синтезу жирних кислот у вищих організмів організовані в мультиферментний комплекс, званий синтетазою жирних кислот. На противагу їм ферменти, що каталізують розщеплення жирних кислот, мабуть, не схильні до асоціації.
4. Ластівка жирної кислоти, що росте, подовжується шляхом послідовного приєднання двовуглецевих компонентів, що походять з ацетил-СоА. Активованим донором двовуглецевих компонентів на стадії елонгації є малоніл-АПБ. Реакція елонгації запускається вивільненням 2 .
5. Роль відновника при синтезі жирної кислоти виконує NADRН.
6. У реакціях також бере участь Мn2+.
7. Елонгація під дією комплексу синтетази жирних кислот зупиняється на етапі утворення пальмітату (З 16). Подальша елонгація та запровадження подвійних зв'язків здійснюються іншими ферментними системами.
Утворення малонілкоферменту А
Синтез жирних кислот починається з карбоксилювання ацетил-СоА в малоніл-СоА. Ця незворотна реакція є вирішальним етапом у синтезі жирних кислот.
Синтез малонілу-СоА каталізується. ацетил-СоА-карбоксилазоюта здійснюється за рахунок енергії АТР. Джерелом 2 для карбоксилювання ацетил-СоА є бікарбонат.
Рис. Синтез малонілу-СоА
Ацетил-СоА-карбоксилаза містить як простетичну групу біотин.
Рис. Біотин
Фермент складається зі змінного числа однакових субодиниць, кожна з яких містить біотин, біотинкарбоксилазу, карбоксибіотин-переносить білок, транскарбоксилазу, і навіть регуляторний алостеричний центр, тобто. являє собою Поліферментний комплекс.Карбоксильна група біотину ковалентно приєднується до ε-аміногрупи залишку лізину карбоксибіотин-переносить білка. Карбоксилювання біотинового компонента в утвореному комплексі каталізується другою субодиницею - біотин-карбоксилазою. Третій компонент системи – транскарбоксилаза – каталізує перенесення активованого 2 від карбоксибіотину на ацетил-СоА.
Біотин-фермент + АТР + НСО 3 - ↔ СО 2 ~Біотин-фермент + АDР + P i ,
СО 2 ~Біотин-фермент + Ацетил-СоА ↔ Молоніл-СоА + Біотин-фермент.
Довжина і гнучкість зв'язку між біотином і білком, що його переносить, зумовлюють можливість переміщення активованої карбоксильної групи від одного активного центру ферментного комплексу до іншого.
У еукаріотів ацетил-СоА-карбоксилаза існує у вигляді позбавленого ферментативної активності протомера (450 кДа) або у вигляді активного ниткоподібного полімеру. Їхнє взаємоперетворення регулюється алостерично. Ключовим алостеричним активатором служить цитрат, який зсуває рівновагу у бік активної волокнистої форми ферменту Оптимальна орієнтація біотину по відношенню до субстратів досягається у волокнистій формі. На противагу цитрату пальмитоил-СоА зрушує рівновагу у бік неактивної протомірної форми. Таким чином, пальмитоил-СоА, кінцевий продукт, інгібує перший вирішальний етап біосинтезі жирних кислот. Регуляція ацетил-СоА-карбоксилази у бактерій різко відрізняється від такої у еукаріотів, оскільки у них жирні кислоти є насамперед попередниками фосфоліпідів, а не резервним паливом. Тут цитрат не впливає на ацетил-СоА-карбоксилазу бактерій. Активність транскарбоксилазного компонента системи регулюється гуаніновими нуклеотидами, які координують синтез жирних кислот із зростанням та розподілом бактерій.
Будівельним блоком для синтезу жирних кислот у цитозолі клітини служить ацетил-КоА, який утворюється двома шляхами: або в результаті окисного декарбоксилювання пірувату. (див. рис. 11, Етап III), або внаслідок b-окислення жирних кислот (див. рис. 8).
Малюнок 11 – Схема перетворення вуглеводів на ліпіди
Нагадаємо, що перетворення пірувату, що утворився при гліколізі, в ацетил-КоА і його утворення при b-окисленні жирних кислот відбувається в мітохондріях. Синтез жирних кислот протікає у цитоплазмі. Внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для ацетил-КоА. Його надходження до цитоплазми здійснюється за типом полегшеної дифузії у вигляді цитрату або ацетилкарнітину, які в цитоплазмі перетворюються на ацетил-КоА, оксалоацетат або карнітин. Однак головний шлях перенесення ацетил-коА з мітохондрії в цитозоль є цитратним (див. рис. 12).
Спочатку внутрішньомітохондріальний ацетил-КоА взаємодіє з оксалоацетатом, у результаті утворюється цитрат. Реакція каталізується ферментом цитрат-синтазою. Цитрат, що утворився, переноситься через мембрану мітохондрій в цитозоль за допомогою спеціальної трикарбоксилаттранспортуючої системи.
У цитозолі цитрат реагує з HS-КоА та АТФ, знову розпадається на ацетил-КоА та оксалоацетат. Ця реакція каталізується АТФ-цитратліази. Вже в цитозолі оксалоацетат за участю цитозольної дикарбоксилат-транспортуючої системи повертається в мітохондріальний матрикс, де окислюється до оксалоацетату, завершуючи цим так званий човниковий цикл:
Малюнок 12 – Схема перенесення ацетил-КоА з мітохондрій у цитозоль
Біосинтез насичених жирних кислот відбувається у напрямку, протилежному їх b-окисленню, нарощування вуглеводневих ланцюгів жирних кислот здійснюється за рахунок послідовного приєднання до їх кінців двовуглецевого фрагмента (С 2) – ацетил-КоА (див. рис. 11, етап IV.).
Першою реакцією біосинтезу жирних кислот є карбоксилювання ацетил-КоА, для чого потрібно СО 2 АТФ, іони Mn. Каталізує цю реакцію фермент ацетил-КоА – карбоксилазу. Фермент містить як простетичну групу біотин (вітамін Н). Реакція протікає у два етапи: 1 – карбоксилювання біотину за участю АТФ та II – перенесення карбоксильної групи на ацетил-КоА, внаслідок чого утворюється малоніл-КоА:
Малоніл-КоА є першим специфічним продуктом біосинтезу жирних кислот. У присутності відповідної ферментної системи малоніл-КоА швидко перетворюється на жирні кислоти.
Слід зазначити, що швидкість біосинтезу жирних кислот визначається вмістом цукрів у клітині. Збільшення концентрації глюкози в жировій тканині людини, тварин та підвищення швидкості гліколізу стимулює процес синтезу жирних кислот. Це свідчить про те, що жировий та вуглеводний обмін тісно взаємопов'язані один з одним. Важливу роль тут грає саме реакція карбоксилювання ацетил-КоА з його перетворенням на малоніл-КоА, що каталізується ацетил-КоА-карбоксилазою. Активність останньої залежить від двох факторів: наявності у цитоплазмі високомолекулярних жирних кислот та цитрату.
Накопичення жирних кислот гальмує впливом геть їх біосинтез, тобто. пригнічують активність карбоксилази.
Особлива роль приділяється цитрату, який є активатором ацетил-КоА-карбоксилази. Цитрат водночас грає роль сполучної ланки вуглеводного та жирового обмінів. У цитоплазмі цитрат викликає подвійний ефект стимулювання синтезу жирних кислот: по-перше, як активатор ацетил-КоА-карбоксилази і, по-друге, як джерело ацетильних груп.
Дуже важливою особливістю синтезу жирних кислот є те, що всі проміжні продукти синтезу ковалентно пов'язані з ацилпереносним білком (HS-АПБ).
HS-АПБ – низькомолекулярний білок, який є термостабільним, містить активну HS-групу і в простетичній групі якого міститься пантотенова кислота (вітамін В 3). Функція HS-АПБ аналогічна до функції ферменту А (HS-КоА) при b-окисленні жирних кислот.
У процесі побудови ланцюга жирних кислот проміжні продукти утворюють ефірні зв'язки з АБП (див. рис. 14):
Цикл подовження ланцюга жирних кислот включає чотири реакції: 1) конденсації ацетил-АПБ (2) з малоніл-АПБ (3); 2) відновлення; 3) дегідротації та 4) другого відновлення жирних кислот. На рис. 13 представлена схема синтезу жирних кислот. Один цикл подовження ланцюга жирної кислоти включає чотири послідовні реакції.
Рисунок 13 – Схема синтезу жирних кислот
У першій реакції (1) – реакції конденсації – ацетильна та малонільна групи взаємодіють між собою з утворенням ацетоацетил-АБП з одночасним виділенням 2 (З 1). Цю реакцію каталізує конденсуючий фермент b-кетоацил-АБП-синтетазу. Відщеплений від малоніл-АПБ 2 - це той же 2, який брав участь в реакції карбоксилювання ацетил-АПБ. Таким чином, в результаті реакції конденсації відбувається утворення з двох-(2) і тривуглецевих (3) компонентів чотиривуглецевої сполуки (4).
У другій реакції (2) – реакції відновлення, що каталізується b-кетоацил-АПБ-редуктазою, ацетоацетил-АПБ перетворюється на b-гідроксибутирил-АПБ. Відновлюючим агентом служить НАДФН + Н +.
У третій реакції (3) циклу-дегідратації – від b-гідроксибутирил-АПБ відщеплюється молекула води з утворенням кротоніл-АПБ. Реакція катлізується b-гідроксіацил-АПБ-дегідратазою.
Четвертою (кінцевою) реакцією (4) циклу є відновлення кротонілу-АПБ у бутирил-АПБ. Реакція відбувається під дією еноил-АПБ-редуктази. Роль відновника виконує друга молекула НАДФН + Н + .
Далі цикл реакцій повторюється. Припустимо, що йде синтез пальмітинової кислоти (16). У цьому випадку утворення бутирил-АПБ завершується лише перший з 7 циклів, у кожному з яких початком є приєднання молекули молоніл-АПБ (С 3) – реакція (5) до карбоксильного кінця зростаючого ланцюга жирної кислоти. При цьому відщеплюється карбоксильна група у вигляді 2 (З 1). Цей процес можна представити у такому вигляді:
С 3 + С 2 ® С 4 + С 1 – 1цикл
С 4 + С 3 ® С 6 + С 1 – 2 цикл
З 6 + З 3 ® З 8 + З 1 –3 цикл
З 8 + З 3 ® З 10 + З 1 – 4 цикл
З 10 + З 3 ® З 12 + З 1 - 5 цикл
З 12 + З 3 ® З 14 + З 1 - 6 цикл
З 14 + З 3 ® З 16 + З 1 - 7 цикл
Можуть синтезуватися як вищі насичені жирні кислоти, а й ненасичені. Мононенасичені жирні кислоти утворюються з насичених в результаті окислення (десатурації), що каталізується ацил-КоА-оксигеназою. На відміну від рослинних тканин тканини тварин мають дуже обмежену здатність перетворювати насичені жирні кислоти на ненасичені. Встановлено, що дві найбільш поширені мононенасичені жирні кислоти – пальмітоолеїнова та олеїнова – синтезуються з пальмітинової та стеаринової кислот. В організмі ссавців, у тому числі і людини, не можуть утворюватися, наприклад, зі стеаринової кислоти (18:0) лінолева (18:2) і ліноленова (18:3) кислоти. Ці кислоти належать до категорії незамінних жирних кислот. До незамінних жирних кислот відносять також арахінову кислоту (20:4).
Поруч із десатурацією жирних кислот (освіта подвійних зв'язків) відбувається та його подовження (елонгації). Причому обидва ці процеси можуть поєднуватися і повторюватися. Подовження ланцюга жирної кислоти відбувається шляхом послідовного приєднання до відповідного ацил-КоА двовуглецевих фрагментів за участю малоніл-КоА та НАДФН+Н+.
На малюнку 14 представлені шляхи перетворення пальмітинової кислоти у реакціях десатурації та елонгації.
Рисунок 14 – Схема перетворення насичених жирних кислот
у ненасичені
Завершується синтез будь-якої жирної кислоти відщепленням HS-АПБ від ацил-АПБ під впливом ферменту деацилази. Наприклад:
Ацил-КоА, що утворився, є активною формою жирної кислоти.
Оскільки здатність тварин і людини запасати полісахариди досить обмежена, глюкоза, одержувана в кількостях, що перевищують безпосередні енергетичні потреби і "ємність, що запасає" організму, може бути "будівельним матеріалом" для синтезу жирних кислот і гліцерину. У свою чергу жирні кислоти за участю гліцерину перетворюються на тригліцериди, які відкладаються у жирових тканинах.
Важливим процесом є біосинтез холестерину та інших стеринів. Хоча у кількісному відношенні шлях синтезу холестерину менш важливий, проте він має значення у зв'язку з тим, що з холестерину в організмі утворюються численні біологічно активні стероїди.
Синтез вищих жирних кислот в організмі
В даний час достатньо вивчений механізм біосинтезу жирних кислот в організмі тварин і людини, а також ферментні системи, що каталізують цей процес. Синтез жирних кислот у тканинах протікає у цитоплазмі клітини. У мітохондріях в основному відбувається подовження існуючих ланцюгів жирних кислот 1 .
1 Досліди in vitro показали, що ізольовані мітохондрії мають мізерну здатність включати мічену оцтову кислоту в жирні кислоти з довгим ланцюгом.Наприклад, встановлено, що в цитоплазмі печінкових клітин синтезується головним чином пальмітинова кислота, а в мітохондріях печінкових клітин на основі вже синтезованої в цитоплазмі клітини пальмітинової кислоти або на основі жирних кислот екзогенного походження, тобто надійшли з кишечника, утворюються жирні кислоти, що містять 18, 20 та 22 вуглецевих атомів. При цьому реакції синтезу жирних кислот у мітохондріях по суті є зворотними реакціями окислення жирних кислот.
Позамітохондріальний синтез (основний, головний) жирних кислот за своїм механізмом різко відрізняється від процесу їх окислення. Будівельним блоком для синтезу жирних кислот у цитоплазмі клітини служить ацетил-КоА, який переважно походить від мітохондріального ацетил-КоА. Встановлено також, що для синтезу жирних кислот важливою є наявність у цитоплазмі двоокису вуглецю або іону бікарбонату. Крім того, було виявлено, що цитрат стимулює синтез жирних кислот у цитоплазмі клітини. Відомо, що ацетил-КоА, що утворюється в мітохондріях в процесі окисного декарбоксилювання, не може дифундувати в цитоплазму клітини, бо мітохондріальна мембрана непроникна для даного субстрату. Показано, що мітохондріальний ацетил-КоА взаємодіє з оксалоацетатом, у результаті утворюється цитрат, який вільно проникає в цитоплазму клітини, де розщеплюється до ацетил-КоА та оксалоацетату:
Отже, у разі цитрат виступає у ролі переносника ацетильного радикала.
Є ще один шлях перенесення внутрішньомітохондріального ацетил-КоА до цитоплазми клітини. Це – шлях за участю карнітину. Вище вказувалося, що карнітин грає роль переносника ацильних груп із цитоплазми в мітохондрії при окисленні жирних кислот. Очевидно, він може виконувати цю роль і у зворотному процесі, тобто у перенесенні ацильних радикалів, у тому числі ацетильного радикала, з мітохондрій до цитоплазми клітини. Однак, коли йдеться про синтез жирних кислот, цей шлях перенесення ацетил-КоА не є головним.
Найважливішим кроком у розумінні процесу синтезу жирних кислот було відкриття ферменту ацетил-КоА-карбоксилази. Цей складний фермент, що містить біотин, каталізує АТФ-за-висимий синтез малоніл-КоА (НООС-СН 2 -CO-S-КоА) з ацетил-КоА і СО 2 .
Ця реакція протікає у два етапи:
Встановлено, що функцію активатора ацетил-КоА-карбоксилазної реакції виконує цитрат.
Малоніл-КоА є першим специфічним продуктом біосинтезу жирних кислот. У присутності відповідної ферментативної системи малоніл-КоА (який у свою чергу утворюється з ацетил-КоА) швидко перетворюється на жирні кислоти.
Ферментна система, що синтезує вищі жирні кислоти, складається з кількох ферментів, певним чином пов'язаних між собою.
В даний час процес синтезу жирних кислот детально вивчений у Е. coli та деяких інших мікроорганізмів. Мультиферментний комплекс, що називається синтетазою жирних кислот, складається у Е. coli із семи ферментів, пов'язаних з так званим ацилпереносним білком (АПБ). Цей білок відносно термостабільний, має вільну HS-rpynny і залучається до процесу синтезу вищих жирних кислот практично на всіх його етапах. Відносна молекулярна маса АПБ становить близько 10000 дальтонів.
Нижче наводиться послідовність реакцій, що відбуваються при синтезі жирних кислот:
Далі цикл реакцій повторюється. Допустимо, що йде синтез пальмітинової кислоти (C 16); у цьому випадку утворенням бутирил-АПБ завершується лише перший із семи циклів, у кожному з яких початком є приєднання молекули малоніл-АПБ до карбоксильного кінця зростаючого ланцюга жирної кислоти. При цьому відщеплюється молекула HS-АПБ та дистальна карбоксильна група малоніл-АПБ у вигляді СО 2 . Наприклад, бутирил-АПБ, що утворився в першому циклі, взаємодіє з малоніл-АПБ:
Завершується синтез жирної кислоти відщепленням HS-АПБ від ацил-АПБ під впливом ферменту деацилази, наприклад:
Сумарне рівняння синтезу пальмітинової кислоти можна написати так:
Або, враховуючи, що на утворення однієї молекули малоніл-КоА з ацетил-КоА витрачається одна молекула АТФ і одна молекула СО 2 сумарне рівняння можна представити в наступному вигляді:
Основні етапи біосинтезу жирних кислот можна у вигляді схеми.
У порівнянні з β-окисленням біосинтез жирних кислот має ряд характерних рис:
- синтез жирних кислот в основному здійснюється в цитоплазмі клітини, а окислення – у мітохондріях;
- участь у процесі біосинтезу жирних кислот малоніл-КоА, який утворюється шляхом зв'язування СО 2 (у присутності біотин-ферменту та АТФ) з ацетил-КоА;
- на всіх етапах синтезу жирних кислот бере участь ацилпереносний білок (HS-АПБ);
- необхідність синтезу жирних кислот коферменту НАДФН 2 . Останній в організмі утворюється частиною (на 50%) у реакціях пентозного циклу (гексозомонофосфатного "шунта"), частиною - в результаті відновлення НАДФ малатом (яблучна кислота + НАДФ-піровіноградна кислота + 2 + НАДФН 2);
- відновлення подвійного зв'язку в еноил-АПБ-редуктазної реакції відбувається за участю НАДФН 2 та ферменту, простетичною групою якого є флавінмононуклеотид (ФМН);
- в процесі синтезу жирних кислот утворюються гідроксипохідні, що відносяться за своєю конфігурацією до D-ряду жирних кислот, а при окисленні жирних кислот - гідроксипохідні L-ряду.
Утворення ненасичених жирних кислот
У тканинах ссавців присутні ненасичені жирні кислоти, які можна віднести до чотирьох сімейств, що різняться довжиною аліфатичного ланцюга між кінцевою метильною групою та найближчим подвійним зв'язком:
Встановлено, що дві найбільш поширені мононасичені жирні кислоти – пальмітоолеїнова та олеїнова – синтезуються з пальмітинової та стеаринової кислот. Подвійний зв'язок у молекулу зазначених кислот вводиться в мікросомах клітин печінки та жирової тканини за участю специфічної оксигенази та молекулярного кисню. У цій реакції одна молекула кисню використовується як акцептор двох пар електронів, одна пара з яких належить субстрату (Ацил-КоА), а інша - НАДФН 2:
Разом з тим тканини людини та ряду тварин нездатні синтезувати лінолеву та ліноленову кислоти, а повинні отримувати їх з їжею (синтез цих кислот здійснюється рослинами). У зв'язку з цим лінолеву та ліноленову кислоти, що містять відповідно два і три подвійні зв'язки, називають незамінними жирними кислотами.
Всі інші поліненасичені кислоти, виявлені у ссавців, утворюються з чотирьох попередників (пальмітоолеїної, олеїнової, лінолевої та ліноленової кіолот) шляхом подальшого подовження ланцюга та (або) введення нових подвійних зв'язків. Відбувається цей процес за участю мітохондріальних та мікросомних ферментів. Наприклад, синтез арахідонової кислоти відбувається за наступною схемою:
Біологічна роль поліненасичених жирних кислот значною мірою прояснилася через відкриття нового класу фізіологічно активних сполук - простагландинів.
Біосинтез тригліцеридів
Є підстави вважати, що швидкість біосинтезу жирних кислот багато в чому визначається швидкістю утворення тригліцеридів та фосфоліпідів, бо вільні жирні кислоти присутні у тканинах та плазмі крові у невеликих кількостях і в нормі не накопичуються.
Синтез тригліцеридів походить з гліцерину та жирних кислот (головним чином стеаринової, пальмітинової та олеїнової). Шлях біосинтезу тригліцеридів у тканинах протікає через утворення гліцерол-3-фосфату як проміжної сполуки. У нирках, а також у стінці кишечника, де активність ферменту гліцеролкінази висока, гліцерин фосфорилується АТФ з утворенням гліцерол-3-фосфату:
У жировій тканині та м'язах внаслідок дуже низької активності гліцеролкінази утворення гліцерол-3-фосфату в основному пов'язане з гліколізом або глікогенолізом 1 . 1 У тих випадках, коли вміст глюкози в жировій тканині знижений (наприклад, при голодуванні), утворюється лише незначна кількість гліцерол-3-фосфату і вільні жирні кислоти, що звільнилися в ході ліполізу, не можуть бути використані на ресинтез тригліцеридів, тому жирні кислоти залишають жирову тканину. . Навпаки, активація гліколізу в жировій тканині сприяє накопиченню в ній тригліцеридів, а також жирних кислот, що входять до їх складу.Відомо, що у процесі гліколітичного розпаду глюкози утворюється діоксиацетонфосфат. Останній у присутності цитоплазматичної НАД-залежної гліцеролфосфатдегідрогенази здатний перетворюватися на гліцерол-3-фосфат:
У печінці ж спостерігаються обидва шляхи утворення гліцерол-3-фосфату.
Утворений тим чи іншим шляхом гліцерол-3-фосфат ацилюється двома молекулами КоА-похідної жирної кислоти (тобто "активними" формами жирної кислоти) 2 . 2 У деяких мікроорганізмів, наприклад у Е. coli, донором ацильної групи є не КоА-прохідні, а АПБ-похідні жирної кислоти.В результаті утворюється фосфатидна кислота:
Зауважимо, що хоча фосфатидна кислота і присутня у клітинах у надзвичайно малих кількостях, проте вона є дуже важливим проміжним продуктом, загальним для біосинтезу тригліцеридів та гліцерофосфоліпідів (див. схему).
Якщо йде синтез тригліцеридів, то відбувається дефосфорилювання фосфатидної кислоти за допомогою специфічної фосфатази (фосфатидатфосфатази) та утворення 1,2-дигліцериду:
Біосинтез тригліцеридів завершується етерифікацією 1,2-дигліцериду, що утворився, третьою молекулою ацил-КоА:
Біосинтез гліцерофосфоліпідів
Синтез найважливіших гліцерофосфоліпідів локалізований головним чином в ендоплазматичній мережі клітини. Спочатку фосфатидна кислота внаслідок оборотної реакції з цитидинтрифосфатом (ЦТФ) перетворюється на цитидиндифосфатдигліцерид (ЦДФ-дигліцерид):
Потім у наступних реакціях, кожна з яких каталізується відповідним ферментом, цитидинмонофосфат витісняється з молекули ЦДФ-дигліцериду однією з двох сполук - серином або інозитом, утворюючи фосфатидилсерин або фосфатидилінозит, або 3-фосфатіл-1-фосфат-1-. Як приклад наводимо утворення фосфатидилсерину:
У свою чергу фосфатидилсерин може декарбоксилюватися з утворенням фосфатидилетаноламіну:
Фосфатидмлетаноламін є попередником фосфатидилхоліну. В результаті послідовного перенесення трьох метильних груп від трьох молекул S-аденозилметіоніну (донора метальних груп) до аміногрупи залишку етаноламіну утворюється фосфатидилхолін:
Існує ще один шлях синтезу фосфатидилетаноламіну та фосфатидилхоліну в клітинах тварин. У цьому шляху також використовується ЦТФ як переносник, але не фосфатидної кислоти, а фосфорилхоліну або фосфорилетаноламіну (схема).
Біосинтез холестерину
Ще в 60-х роках нинішнього століття Блох та співр. у дослідах з використанням ацетату, міченого 14 С по метильної та карбоксильної групи, показав, що обидва атоми вуглецю оцтової кислоти включаються до холестерину печінки приблизно в однакових кількостях. Крім того, доведено, що всі атоми вуглецю холестерину походять з ацетату.
Надалі завдяки роботам Лінена, Редней, Поляка, Корнфорта, А. М. Клімова та інших дослідників було з'ясовано основні деталі ферментативного синтезу холестерину, що налічує понад 35 ензиматичних реакцій. У синтезі холестерину можна виділити три основні стадії: перша – перетворення активного ацетату на мевалонову кислоту, друга – утворення сквалену з мевалонової кислоти, третя – циклізація сквалену на холестерин.
Спочатку розглянемо стадію перетворення активного ацетату на мевалонову кислоту. Початковим етапом синтезу мевалонової кислоти з ацетил-КоА є утворення ацетоацетил-КоА за допомогою оборотної тіолазної реакції:
Потім наступна конденсація ацетоацетил-КоА з третьою молекулою ацетил-КоА за участю гідроксиметилглутарил-КоА-синтази (ГМГ-КоА-синтази) дає утворення β-гідрокси-β-метилглутарил-КоА:
Зауважимо, що ці перші етапи синтезу мевалонової кислоти вже розглядалися, коли йшлося про утворення кетонових тіл. Далі β-гідрокси-β-метилглутарил-КоА під впливом НАДФ-залежної гідроксиметилглутарил-КоА-редуктази (ГМГ-КоА-редуктази) в результаті відновлення однієї з карбоксильних груп та відщеплення HS-KoA перетворюється на мевалонову кислоту:
ГМГ-КоА-редуктазна реакція - перша практично незворотна реакція в ланцюзі біосинтезу холестерину і протікає вона зі значною втратою вільної енергії (близько 33,6 кДж). Встановлено, що ця реакція лімітує швидкість біосинтезу холестерину.
Поряд з класичним шляхом біосинтезу мевалонової кислоти є другий шлях, в якому як проміжний субстрат утворюється не β-гідрокси-β-метилглутарил-КоА, а β-гідрокси-β-метилглутарнл-S-АПБ. Реакції цього шляху ідентичні, мабуть, початковим стадіям біосинтезу жирних кислот до утворення ацетоацетил-S-АПБ. В освіті мевалонової кислоти цим шляхом бере участь ацетил-КоА-карбоксилаза - фермент, який здійснює перетворення ацетил-КоА в малоніл-КоА. Оптимальне співвідношення малоніл-КоА та ацетил-КоА для синтезу мевалонової кислоти: дві молекули ацетил-КоА на одну молекулу малоніл-КоА.
Участь малоніл-КоА, основного субстрату біосинтезу жирних кислот, в освіті мевалонової кислоти та різних поліізопреноїдів показано для низки біологічних систем: печінки голуба та щура, молочної залози кролика, безклітинних дріжджових екстрактів. Цей шлях біосинтезу мевалонової кислоти відзначається переважно у цитоплазмі клітин печінки. Істотну роль в утворенні мевалонату в даному випадку відіграє гідроксиметилглутарил-КоА-редуктаза, виявлена в розчинній фракції печінки щура і неідентична мікросомному ферменту по ряду кінетичних та регуляторних властивостей. Відомо, що мікросомна гідроксиметилглутарил-КоА-редуктаза є основною ланкою регуляції шляху біосинтезу мевалонової кислоти з ацетил-КоА за участю ацетоацетил-КоА-тіолази та ГМГ-КоА-синтази. Регуляція другого шляху біосинтезу мевалонової кислоти при низці впливів (голодування, годування холестерином, введення поверхнево-активної речовини - тритону WR-1339) відрізняється від регуляції першого шляху, в якому бере участь мікросомна редуктаза. Ці дані свідчать про існування двох автономних систем біосинтезу мевалонової кислоти. Фізіологічна роль другого шляху вивчена не остаточно. Вважають, що він має певне значення не тільки для синтезу речовин нестероїдної природи, таких, як бічний ланцюг убіхінону та унікальної основи N 6 (Δ 2 -ізопентил)-аденозину деяких тРНК, але й для біосинтезу стероїдів (А. Н. Клімов, Е .Д. Полякова).
У другій стадії ситезу холестерину мевалонова кислота перетворюється на сквален. Реакції другої стадії починаються із фосфорилювання мевалонової кислоти за допомогою АТФ. В результаті утворюється 5"-пірофосфорний ефір, а потім 5"-пірофосфорний ефір мевалонової кислоти:
5"-пірофосфомевалонова кислота в результаті подальшого фосфорилювання третинної гідроксильної групи утворює нестабільний проміжний продукт - 3"-фосфо-5"-пірофосфомевалонову кислоту, яка, декарбоксилуючись і втрачаючи фосфорнуфтифосфат-100000000.
Потім ці два ізомерні ізопентенілпірофосфати (диметилалілпірофосфат та ізопентенілпірофосфат) конденсуються з вивільненням пірофосфату та утворенням геранілпірофосфату. До геранілпірофосфату знову приєднується ізопентенілпірофосфат, даючи внаслідок цієї реакції фарнезілпірофосфат.
Синтез пальмітинової кислоти (С16) із Ацетил-КоА.
1) Протікає у цитоплазмі клітин печінки та жирової тканини.
2) Значення: для синтезу жирів та фосфоліпідів.
3) Протікає після їди (в абсорбтивний період).
4) Утворюється з ацетил-КоА, отриманого з глюкози (гліколіз → ОДПВК → Ацетил-КоА).
5) У процесі послідовно повторюються 4 реакції:
конденсація → відновлення → дегідратація → відновлення.
Наприкінці кожного циклу РК подовжується на 2 вуглецеві атоми.
Донор 2С – малоніл-КоА.
6) У двох реакціях відновлення бере участь НАДФН+Н+ (50% надходить із ПФП, 50% - від МАЛІК-ферменту).
7) Тільки перша реакція протікає безпосередньо у цитоплазмі (регуляторна).
Інші 4 циклічні – на спеціальному пальмітатсинтазному комплексі (синтез тільки пальмітинової кислоти)
8) Регуляторний фермент функціонує у цитоплазмі - Ацетил-КоА-карбоксилаза (АТФ, віт. Н, біотин, IV клас).
Будова пальмітатсинтазного комплексу
Пальмітатсинтаза - фермент, що складається з 2 субодиниць.
Кожна складається з однієї ппц, де є 7 активних центрів.
Кожен активний центр каталізує свою реакцію.
У кожній ппц знаходиться ацилпереносить білок (АПБ), на якому проходить синтез (містить фосфопантетонат).
У кожній субодиниці є HS-група. В одній HS-група належить цистеїну, в іншій – фосфопантотенової кислоти.
Механізм
1) Ацетил-Коа, отриманий із вуглеводів, не може вийти в цитоплазму, де протікає синтез РК. Він виходить через першу реакцію ЦТК – утворення цитрату.
2) У цитоплазмі цитрат розпадається на Ацетил-Коа та оксалоацетат.
3) Оксалоацетат → малат (реакція ЦТК у зворотному напрямку).
4) Малат → піруват, який використовується в ОДПВК.
5) Ацетил-КоА → синтез РК.
6) Ацетил-КоА під дією ацетил-КоА-карбоксилази перетворюється на малоніл-КоА.
Активування ферменту ацетил-КоА-карбоксилази:
а) шляхом посилення синтезу субодиниць під дією інсуліну – три тетрамери синтезуються окремо
б) під дією цитрату три тетрамери об'єднуються, і фермент активується
в) у період голодування глюкагон інгібує фермент (шляхом фосфорилювання), синтез жирів не відбувається
7) один ацетил КоА з цитоплазми переміщається на HS-групу (від цистеїну) пальмітат-синтази; один малоніл-КоА - на HS-групу другої субодиниці. Далі на пальмітат синтазі відбуваються:
8) їх конденсація (ацетил КоА та малоніл-КоА)
9) відновлення (донор - НАДФН + Н + з ПФП)
10) дегідротація
11) відновлення (донор - НАДФН + Н + від Малик-ферменту).
В результаті ацильний радикал збільшується на 2 атоми вуглецю.
 |
Мобілізація жирів
При голодуванні або тривалому фізичному навантаженні виділяється глюкагон або адреналін. Вони активують у жировій тканині ТАГ-ліпазу, яка знаходиться в адипоцитах і називається тканинною ліпазою(Гормончутлива). Вона розщеплює жири в жировій тканині на гліцерол та ЖК. Гліцерол іде до печінки на глюконеогенез. ЖК надходять у кров, зв'язуються з альбуміном і надходять до органів та тканин, використовуються як джерело енергії (усі органи, крім мозку, який використовує глюкозу та кетонові тіла при голодуванні або тривалому фізичному навантаженні).
Для серцевого м'яза РК – основне джерело енергії.
β-окислення
β-окислення– процес розщеплення РК з метою отримання енергії.
1) Специфічний шлях катаболізму ЖК до ацетил-КоА.
2) Протікає у мітохондріях.
3) Включає 4 повторювані реакції (тобто умовно циклічний):
окиснення → гідратація → окиснення → розщеплення.
4) Наприкінці кожного циклу РК коротшає на 2 вуглецевих атоми у вигляді ацетил-КоА (що надходить до ЦТК).
5) 1 та 3 реакції – реакції окислення, пов'язані з ЦПЕ.
6) Беруть участь віт. У 2 – кофермент ФАД, віт. РР - НАД, пантотенова кислота - HS-KoA.
Механізм перенесення ЖК з цитоплазми до мітохондрії.
1. РК перед надходженням до мітохондрії повинні бути активовані.
Тільки активована РК = ацил-КоА може транспортуватися через подвійну мембрану ліпідів.
Переносник – L-карнітин.
Регуляторний фермент - окислення - карнітінацилтрансфераза-I (KAT-I).
2. КАТ-I переносить ЖК у міжмембранний простір.
3. Під дією КАТ-I ацил-КоА переноситься на переносник L-карнітин.
Утворюється ацилкарнітін.
4. За допомогою вбудованої у внутрішню мембрану транслокази ацилкарнітин переміщається до мітохондрії.
5. У матриксі під дією КАТ-ІІ РК відщеплюється від карнітину і вступає в β-окислення.
Карнітін повертається назад у міжмембранний простір.
Реакції β-окислення
1. Окислення: РК окислюється за участю ФАД (фермент ацил-КоА-ДГ) → єніл.
ФАД надходить у ЦПЕ (р/о=2)
2. Гідратація: еноіл → β-гідроксіацил-КоА (фермент еноілгідратаза)
3. Окислення: β-гідроксіацил-КоА → β-кетоацил-КоА (за участю НАД, що надходить у ЦПЕ і має р/о=3).
4. Розщеплення: β-кетоацил-КоА → ацетил-КоА (фермент тіолазу, за участю HS-KoA).
Ацетил-КоА → ЦТК → 12 АТФ.
Ацил-КоА (С-2) → наступний цикл β-окислення.
Підрахунок енергії при β-окисленні
Приклад меристинової кислоти (14С).
· Підраховуємо, на скільки ацетил-КоА розпадається РК
?n = 7 → ЦТК (12АТФ) → 84 АТФ.
· Вважаємо, за скільки циклів вони розпадаються
(1/2 n)-1 = 6 · 5 (2 АТФ за 1 реакцію і 3 АТФ за 3 реакцію) = 30 АТФ
· Віднімаємо 1 АТФ, пострачену на активацію ЖК у цитоплазмі.
Разом – 113 АТФ.
Синтез кетонових тіл
Майже весь ацетил-КоА вступає до ЦТК. Невелика частина використовується для синтезу кетонових тел = ацетонових тел.
Кетонові тіла– ацетоацетат, β-гідроксибутират, ацетон (при патології).
Нормальна концентрація – 0,03–0,05 ммоль/л.
Синтезуються тільки у печінціз ацетил-КоА, отриманого при -окисленні.
Використовуються як джерело енергії всіма органами, крім печінки (немає ферменту).
При тривалому голодуванні чи цукровому діабеті концентрація кетонових тіл може збільшуватися вдесятеро, т.к. за цих умов РК є основним джерелом енергії. У цих умовах протікає інтенсивне β-окислення і весь ацетил-КоА не встигає утилізуватися в ЦТК, т.к.
· не вистачає оксалоацетату (він використовується при глюконеогенезі)
· В результаті β-окислення утворюється багато НАДН + Н + (у 3 реакції), який інгібує ізоцитрат-ДГ.
Отже, ацетил-КоА йде синтез кетонових тіл.
Т.к. кетонові тіла - кислоти, вони викликають зсув кислотно-лужної рівноваги. Виникає ацидоз (через кетонемії).
Вони не встигають утилізуватися і з'являються у сечі як патологічний компонент → кетоурія. Також виникає запах ацетону з рота. Цей стан називається кетоз.
Обмін холестеролу
Холестерол(Хс) – одноатомний спирт, в основі якого лежить циклопентанпергідрофенантренове кільце.
27 вуглецевих атомів.
Нормальна концентрація холестеролу – 3,6-6,4 ммоль/л, допускається не вище ніж 5.
· На побудову мембран (фосфоліпіди: Хс = 1: 1)
· Синтез ЖчК
· синтез стероїдних гормонів (кортизол, прогестерон, альдостерон, кальцитріол, естроген)
· У шкірі під дією УФ використовується для синтезу вітаміну D3 - холекальциферолу.
В організмі міститься близько 140 г холестеролу (в основному, у печінці та мозку).
Добова потреба – 0,5-1 р.
Міститься тількиу продуктах тваринного походження (яйця, вершковому маслі, сир, печінка).
Хс немає як джерело енергії, т.к. його кільце не розщеплюється до 2 і Н 2 Про і не виділяється АТФ (немає ферменту).
Надлишок Хс не виводиться, не депонується, відкладається у стінці великих кровоносних судин у вигляді бляшок.
В організмі синтезується 05-1 г Хс. Чим більше споживається його з їжею, тим менше синтезується в організмі (у нормі).
Хс в організмі синтезується у печінці (80%), кишечнику (10%), шкірі (5%), надниркових залозах, статевих залозах.
Навіть у вегетаріанців то, можливо підвищений рівень холестерину, т.к. для його синтезу необхідні лише вуглеводи.
Біосинтез холестеролу
Протікає у 3 стадії:
1) у цитоплазмі – до утворення мевалонової кислоти (схоже на синтез кетонових тіл)
2) в ЕПР – до сквалену
3) в ЕПР – до холестеролу
Близько 100 реакцій.
Регуляторний фермент – β-гідроксиметилглутарил-КоА-редуктаза (ГМГ-редуктаза). Статини, що знижують рівень холестеролу, пригнічують цей фермент).
Регуляція ГМГ-редуктази:
а) Інгібується за принципом зворотного негативного зв'язку надлишком харчового холестеролу
б) Може збільшуватися синтез ферменту (естроген) або знижуватися (холестерол та ЖЧК)
в) Фермент активується інсуліном шляхом дефосфорилування
г) Якщо ферменту багато, то надлишок може розщеплюватися протеолізом
Холестерол синтезується з ацетил-КоА, отриманого з вуглеводів(Гліколіз → ОДПВК).
Холестерол, що утворився в печінці, упаковується разом з жиром в ЛОНП незр. ЛОНП має апобілок В100, надходить у кров і після приєднання апобелків С-II та Е перетворюється на ЛОНП зрілий, який надходить до ЛП-ліпази. ЛП-ліпаза видаляє з ЛОНП жири (50%), залишається ЛНП, що складається на 50-70% з ефірів холестеролу.
· Забезпечує холестеролом всі органи та тканини
· У клітинах існують рецептори В100, за якими вони впізнають ЛНП і поглинають його. Клітини регулюють надходження холестеролу шляхом збільшення чи зменшення кількості рецепторів до В100.
При цукровому діабеті може відбуватися глікозилювання В100 (приєднання глюкози). Отже, клітини не впізнають ЛНП та виникає гіперхолестеролемія.
ЛНП може проникати в судини (атерогенна частка).
Більше 50% ЛНП повертаються до печінки, де холестерол використовується на синтез ЖЧК та інгібування власного синтезу холестеролу.
Існує механізм захисту від гіперхолестеролемії:
· Регулювання синтезу власного холестеролу за принципом зворотного негативного зв'язку
· Клітини регулюють надходження холестеролу шляхом збільшення або зменшення кількості рецепторів до В100
· функціонування ЛВП
ЛВП синтезується у печінці. Має дископодібну форму, містить мало холестеролу.
Функції ЛВП:
· Забирає надлишок холестеролу з клітин та інших ліпопротеїнів
· постачає C-II та Е іншим ліпопротеїнам
Механізм функціонування ЛВП:
ЛВП має апобілок А1 і ЛХАТ (фермент лецитинхолестеринацилтрансфераза).
ЛВП виходить у кров, і до нього підходить ЛНП.
По А1 ЛНП дізнаються, що в них багато холестеролу, та активують ЛХАТ.
ЛХАТ відщеплює РК від фосфоліпідів ЛВП та переносить на холестерол. Утворюються ефіри холестеролу.
Ефіри холестеролу гідрофобні, тому переходять усередину ліпопротеїну.
ТЕМА 8
ОБМІН РЕЧОВИН: ОБМІН БІЛКІВ
Білки - Це високомолекулярні сполуки, що складаються з α-амінокислотних залишків, які з'єднані між собою пептидними зв'язками.
Пептидні зв'язки розташовані між α-карбоксильною групою однієї амінокислоти та аміногрупою іншої, що йде за нею, α-амінокислоти.
Функції білків (амінокислот):
1) пластична (основна функція) – з амінокислот синтезуються білки м'язів, тканин, гем, карнітин, креатин, деякі гормони та ферменти;
2) енергетична
а) у разі надлишкового надходження до організму з їжею (>100 г)
б) при тривалому голодуванні
Особливість:
Амінокислоти, на відміну від жирів та вуглеводів, не депонуються .
Кількість вільних амінокислот у організмі – близько 35 р.
Джерела білка для організму:
· білки їжі (основне джерело)
· білки тканин
· Синтезовані з вуглеводів.
Азотистий баланс
Т.к. 95% всього азоту організму належить амінокислотам, то про їх обмін можна судити з азотистого балансу - Співвідношення азоту, що надходить, і виділеного з сечею.
ü Позитивний – виділяється менше, ніж надходить (у дітей, вагітних, у період одужання після хвороби);
ü Негативний – виділяється більше, ніж надходить (літній вік, період тривалого захворювання);
ü Азотна рівновага - У здорових людей.
Т.к. білки їжі - основне джерело амінокислот, то говорять про « повноцінності білкового харчування ».
Усі амінокислоти поділяються на:
· Замінні (8) - Ала, Глі, Сір, Про, Глу, Глн, Асп, Асн;
· Частково замінні (2) - Арг, Гіс (синтезуються повільно);
· Умовно замінні (2) - Цис, Тир (можуть синтезуватися за умовинадходження незамінних - Мет → Цис, Фен → Тир);
· Незамінні (8) - Вал, Ілі, Лей, Ліз, Мет, Тре, Фен, Тпф.
У зв'язку з цим виділяються білки:
ü Повноцінні – містять усі незамінні амінокислоти
ü Неповноцінні – не містять Мет та Тпф.
Перетравлення білків
особливості:
1) Білки перетравлюються в шлунку, тонкому кишечнику
2) Ферменти - пептидази (розщеплюють пептидні зв'язки):
а) екзопептидази - по краях з C-N-кінців
б) ендопептидази – усередині білка
3) Ферменти шлунка та підшлункової залози виробляються у неактивному вигляді – проферменти(т.к. вони б перетравлювали власні тканини)
4) Ферменти активуються частковим протеолізом (відщеплення частини ппц)
5) Деякі амінокислоти піддаються гниття в товстому кишечнику
 |
1. У ротовій порожнині не перетравлюються.
2. У шлунку на білки діє пепсин(Ендопептидаза). Він розщеплює зв'язки, утворені аміногрупами ароматичних амінокислот (Тир, Фен, Тпф).
Пепсин виробляється головними клітинами у вигляді неактивного пепсиногену.
Обкладальні клітини виробляють соляну кислоту.
Функції HCl:
ü Створює оптимум рН для пепсину (1,5 – 2,0)
ü Активує пепсиноген
ü Денатурує білки (полегшує дію ферменту)
ü Бактерицидна дія
Активація пепсиногену
Пепсиноген під дією HCl перетворюється на активний пепсин шляхом відщеплення 42 амінокислот повільно. Потім активний пепсин швидко активує пепсиноген ( аутокаталітично).
Таким чином, у шлунку білки розщеплюються на короткі пептиди, які надходять у кишечник.
3. У кишечнику на пептиди діють ферменти підшлункової залози.
Активація трипсиногену, хімотрипсиногену, проеластази, прокарбоксипептидази
У кишечнику під дією ентеропептидази активується трипсиноген. Потім активований із нього трипсинактивує решту ферментів шляхом часткового протеолізу (хімотрипсиноген → хімотрипсин, проеластаза → еластаза, прокарбоксипептидаза → карбоксипептидаза).
Трипсинрозщеплює зв'язки, утворені карбоксильними групами Ліз чи Арг.
Хімотрипсин– між карбоксильними групами ароматичних амінокислот.
Еластаза- зв'язки, утворені карбоксильними групами Ала чи Глі.
Карбоксипептидазарозщеплює карбоксильні зв'язки із С-кінця.
Таким чином, у кишечнику утворюються короткі ді-, трипептиди.
4. Під впливом ферментів кишечника вони розщеплюються до вільних амінокислот.
Ферменти – ді-, три-, амінопептидази. Вони не мають видової специфічності.
Вільні амінокислоти, що утворилися, всмоктуються вдруге активним транспортом з Na + (проти градієнта концентрації).
5. Деякі амінокислоти зазнають гниття.
гниття - Ферментативний процес розщеплення амінокислот до малотоксичних продуктів з виділенням газів (NH 3 , СН 4 , СО 2 , меркаптан).
Значення: підтримки життєдіяльності мікрофлори кишечника (при гниття Тир утворює токсичні продукти фенол і крезол, Тпф – індол і скатол). Токсичні продукти надходять у печінку та знешкоджуються.
Катаболізм амінокислот
Основний шлях – дезамінування - ферментативний процес відщеплення аміногрупи у вигляді аміаку та утворення безазотистої кетокислоти.
· Окисне дезамінування
· Неокислювальне (Сер, Тре)
· Внутрішньомолекулярне (Гіс)
· Гідролітичне
Окисне дезамінування (основне)
А) Пряме – лише Глу, т.к. для решти ферменти неактивні.
Протікає у 2 стадії:
1) Ферментативне
2) Спонтанне
У результаті утворюється аміак та α-кетоглутарат.
Функції трансамінування:
ü Т.к. реакція оборотна, служить для синтезу замінних амінокислот;
ü Початковий етап катаболізму (трансамінування не є катаболізмом, тому що кількість амінокислот не змінюється);
ü Для перерозподілу азоту в організмі;
ü Бере участь у малат-аспартатному човниковому механізмі перенесення водню в гліколізі (6 реакція).
Для визначення активності АЛТ та АСТу клініці для діагностики захворювань серця та печінки вимірюють коефіцієнт де Рітіса:
При 0,6 – гепатит,
1 – цироз,
10 – інфаркт міокарда.
Декарбоксилюванняамінокислот - ферментативний процес відщеплення карбоксильної групи у вигляді 2 від амінокислот.
В результаті утворюються біологічно активні речовини. біогенні аміни.
Ферменти – декарбоксілази.
Кофермент – піридоксальфосфат ← віт. О 6.
Після дії біогенні аміни знешкоджуються 2 шляхами:
1) Метилювання (додавання CH 3; донор - SAM);
2) Окислення з відщепленням аміногрупи як NH 3 (фермент MAO – моноаминоксидаза).
Loading...