физиология

Биохимия жирных кислот

Триглицериды гидролизуются в кишечнике благодаря вмешательству липазы поджелудочной железы.

После гидролиза до глицерина и свободных жирных кислот они могут абсорбироваться клетками кишечного эпителия, которые превращают глицерин и жирные кислоты в триглицериды.

Затем триглицериды попадают в лимфатическую циркуляцию, связанную с конкретными частицами липопротеинов, называемыми хиломикронами.

Благодаря каталитическому вмешательству липопротеинов липазы триглицериды, депонированные хиломикронами, снова гидролизуются.

Глицерин и свободные жирные кислоты могут использоваться в качестве топлива для производства энергии, откладываться в виде запасов липидов в жировой ткани и использоваться в качестве предшественников для синтеза фосфолипидов, триацилглицеринов и других классов соединений.

Плазменный альбумин, самый распространенный белок в плазме, отвечает за доставку свободных жирных кислот в кровообращение.

ОКИСЛЕНИЕ ЖИРОВ

Окисление глицерина

Как мы уже говорили, триглицериды состоят из соединения глицерина с тремя более или менее длинными цепями жирных кислот.

Глицерин не имеет ничего общего с жирной кислотой с молекулярной точки зрения. Он удаляется и используется в глюконеогенезе, процессе, который приводит к образованию глюкозы из неуглеводных соединений (лактата, аминокислот и, действительно, глицерина).

Глицерин не может накапливаться, и в цитозоле он превращается в L-глицерол 3-фосфат за счет молекулы АТФ, после чего глицерол-3-фосфат превращается в дигидроксиацетонфосфат, который поступает в гликолиз, где он превращается в пируват и, возможно, окисляется. в цикле Кребса.

Активация жирных кислот

Β-окисление начинается в цитоплазме с активации жирной кислоты тиоэфирной связью с CoA, образующей ацил-SCoA и потребляющей 2 молекулы АТФ. Образовавшийся ацил-SCoA транспортируется внутри митохондрий карнитинацилтрансферазой.

Транспорт жирных кислот в митохондриях

Хотя некоторые небольшие молекулы Acyl-SCoA способны самопроизвольно пересекать внутреннюю мембрану митохондрий, большая часть полученного ацил-SCoA не способна пересечь эту мембрану. В этих случаях ацильная группа переносится на карнитин благодаря каталитическому вмешательству карнитинацилтрансферазы I.

Регуляция пути в основном осуществляется на уровне этого фермента, расположенного на наружной мембране митохондрий. Он особенно активен во время голодания, когда в плазме крови высокий уровень глюкагона и жирных кислот.

Ацильная связь + карнитин называется ацилкарнитином.

Ацилкарнитин проникает в митохондрии и отдает ацильную группу внутренней молекуле CoASH путем вмешательства фермента карнитинацилтрансферазы II. Таким образом, снова образуется молекула ацил-SCoA, которая вступает в процесс, называемый β-окислением.

Β-окисление

Β-окисление состоит в отделении от жирной кислоты двух атомов углерода одновременно в форме уксусной кислоты, всегда окисляющей третий углерод (С-3 или углерод β), начиная с карбоксильного конца (того атома, который был обозначен со старой номенклатурой). как углерод β). По этой причине весь процесс называется β-окислением.

Β-окисление - это процесс, который происходит в митохондриальном матриксе и тесно связан с циклом Кребса (для дальнейшего окисления ацетата) и с дыхательной цепью (для повторного окисления коферментов NAD и FAD).

ФАЗЫ β-окисления

Первой реакцией β-окисления является дегидрирование жирной кислоты ферментом, называемым ацил-Коа-дегидрогеназой. Этот фермент является зависимым ферментом FAD.

Этот фермент обеспечивает образование двойной связи между С2 и С3: атомы водорода теряются благодаря связыванию дегидрогеназы с FAD, который становится FADH2.

Вторая реакция заключается в добавлении молекулы воды к двойной связи (гидратация).

Третья реакция - это другое дегидрирование, которое превращает гидроксильную группу на С3 в карбонильную группу. Акцептором водорода на этот раз является НАД.

Четвертая реакция включает расщепление кетокислоты тиолазой: образуется ацетил-КоА и ацил-КоА с более короткой цепью (на 2 С меньше).

Эта серия реакций повторяется столько раз, сколько С цепи / 2 минус один, так как на дне образуются два ацетил-СоА. Пример: пальмитил CoA 16: 2-1 = 7 раз.

Ацетил-КоА, полученный с помощью β-окисления, может войти в цикл Кребса, где он связывается с оксалацетатом для дальнейшего окисления до диоксида углерода и воды. Для каждого ацетил-СоА, окисленного в цикле Кребса, образуется 12 АТФ

Формирование кетоновых тел

Когда ацетил-КоА превышает способность приема цикла Кребса (дефицит оксалацетата), он превращается в кетоновые тела. Преобразование в глюкозу через глюконеогенез невозможно.

В частности, избыток ацетил-КоА конденсируется в две молекулы ацетил-КоА, образуя ацетоацетил-КоА.

Исходя из ацетоацетил-КоА, фермент продуцирует ацетоацетат (одно из трех кетоновых тел), который может превращаться в 3-гидроксибутират, или декарбоксилированием может превращаться в ацетон (два других кетоновых тела). Образованные таким образом кетоновые тела могут использоваться организмом в экстремальных условиях в качестве альтернативных источников энергии.

Окисление жирных кислот при нечетном числе атомов углерода

Если число атомов углерода жирной кислоты нечетное, в конце получают молекулу пропионила СоА с 3 атомами углерода. Пропионил-КоА в присутствии биотина карбоксилируется и превращается в D-метилмалонил-КоА. Посредством эпимеразы D-метилмалонил-КоА будет превращен в L-метилмалонил-Коа. L-метилмалонил-КоА с помощью мутазы и в присутствии цианокобалламина (витамин B 12) будет превращаться в сукцинил-КоА (промежуточное звено цикла Кребса).

Сукцинил-КоА может использоваться прямо или косвенно в самых разнообразных метаболических процессах, таких как глюконеогенез. Следовательно, из пропионил-СоА, в отличие от ацетил-СоА, можно синтезировать глюкозу.

БИОСИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Биосинтез жирных кислот происходит в основном в цитоплазме клеток печени (гепатоцитов), начиная с ацетильных групп (ацетил-КоА), вырабатываемых внутри печени. Поскольку эти группы могут быть получены из глюкозы, можно превращать углеводы в жиры. Однако невозможно преобразовать жиры в углеводы, поскольку организм человека не обладает теми ферментами, которые необходимы для превращения ацетил-SCoA, полученного в результате β-окисления, в предшественников глюконеогенеза.

Как мы уже говорили во вступительной части, в то время как β-окисление происходит в митохондриальном матриксе, биосинтез жирных кислот происходит в цитозоле. Мы также заявили, что для образования жирной кислоты необходимы ацетильные группы, которые образуются в митохондриальном матриксе.

Поэтому необходима особая система, которая может переносить ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму. Эта система, зависимая от АТФ, использует цитрат в качестве переносчика ацетила. Цитрат после транспортировки ацетильных групп в цитоплазму переносит их в CoASH, образуя ацетил-SCoa.

Начало биосинтеза жирных кислот происходит благодаря ключевой реакции конденсации ацетил-SCoA с диоксидом углерода с образованием малонил-SCoA.

Карбоксилирование ацетил-КоА происходит с помощью чрезвычайно важного фермента, ацетил-КоА-карбоксилазы. Этот фермент, зависимый от АТФ, сильно регулируется аллостерическими активаторами (инсулин и глюкагон).

При синтезе жирных кислот используется не CoA, а транспортный белок ациклических групп, называемый ACP, который будет транспортировать все промежуточные продукты биосинтеза жирных кислот.

Существует многоферментный комплекс, называемый синтазой жирных кислот, который посредством ряда реакций приводит к образованию жирных кислот с не более чем 16 атомами углерода. Жирные кислоты с более длинной цепью и некоторые ненасыщенные жирные кислоты синтезируются, начиная с пальмитата, под действием ферментов, называемых элонгазами и десатуразами.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И БИОСИНТЕЗА ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Низкий уровень глюкозы в крови стимулирует секрецию двух гормонов, адреналина и глюкагона, которые способствуют окислению жирных кислот.

Инсулин, с другой стороны, оказывает противоположное действие и с его помощью стимулирует биосинтез жирных кислот. Повышение уровня глюкозы в крови вызывает увеличение секреции инсулина, которое благодаря своему действию способствует проникновению глюкозы в клетки. Избыток глюкозы превращается в гликоген и откладывается в виде резерва в мышцах и печени. Увеличение уровня глюкозы в печени вызывает накопление малонил-SCoA, который ингибирует карнитинацилтрансферазу, замедляя скорость окисления жирных кислот