Биоокисление липидов

Пищеварение липидов

Переваривание триацилглицеролов начинается в тонком кишечнике, куда из поджелудочной железы поступает неактивный фермент (зимоген) пролипаза. Здесь пролипаза превращается в активную липазу, которая в присутствии желчных кислот и специального белка, называемого колипазой, присоединяется к капелькам триацилглицеролов и катализирует гидролитическое отщепление одного или обоих крайних остатков жирных кислот с образованием смеси свободных жирных кислот в виде их натриевых или калиевых солей и 2-моноацилглицеролов. Образовавшиеся мыла и нерасщепленные липиды эмульгируются в виде мелких капелек под действием перистальтики кишечника, а также под влиянием солей желчных кислот и моноацилглицеролов, которые являются амфипатическими соединениями и поэтому функционируют как детергенты. Жирные кислоты и моноацилглицеролы из этих капелек поглощаются клетками кишечного эпителия, где из них снова синтезируются триацилглицеролы. Далее вновь синтезированные триацилглицеролы проникают в небольшие лимфатические сосуды ворсинок кишечника и транспортируются по лимфе, Через грудной проток липиды попадают в подключичную вену и через 1-2 часа выводятся из крови, поступая в жировую ткань.

Желчные кислоты после завершения своей работы подвергаются обратному всасыванию, поступают в лимфатические сосуды и почечные вены и возвращаются в печень, где они и были изначально синтезированы. Из печени они оттекают в составе желчи в желчный пузырь, откуда изливаются в двенадцатиперстную кишку, когда в нее попадает жирная пища. Часть желчных кислот обычно теряется в каждом цикле, попадая в кал. Если желчные кислоты образуются или секретируются в недостаточном количестве, то непереваренные и непоглощенные липиды появляются в кале. При этом ухудшается всасывание жирорастворимых витаминов А, D, Е, К.

β-Окисление жирных кислот

Значительную часть энергии, извлекаемой в процессе окисления, животный организм получает из жирных кислот, входящих в состав липидов.

Жирные кислоты попадают в цитозоль из двух источников:

1) некоторые жирные кислоты доставляются из печени кровью, будучи присоединены к сывороточному альбумину, отделившись от него, они проходят сквозь клеточные мембраны в цитозоль;

2) в самом цитозоле содержатся триацилглицеролы, расщепляющиеся под действием липаз.

β-окисление жирных кислот протекает в матриксе митохондрий, куда жирные кислоты могут попасть только после трех этапов превращений.

Первый этап – образование СоА-производного жирной кислоты. Осуществляется ферментами ацил-СоА-синтетазами, присутствующими в наружной митохондриальной мембране:

пальмитиновая кислота СоА-производное пальмитиновой кислоты

В ходе этой реакции возникает тиоэфирная связь между карбоксильной глупой жирной кислоты и тиоловой группой СоА. Это сопряженная реакция: энергия, высвобождающаяся при расщеплении АТФ на АМФ и пирофосфат, используется в активном центре фермента для образования новой высокоэнергетической связи. Пирофосфат может затем гидролизоваться под действием неорганической пирофосфатазы по уравнению Пирофосфат + Н₂О → 2Фосфата, что сдвигает равновесие реакции активации вправо.

Второй этап – образование сложного эфира карнитина и жирной кислоты, способного проходить через внутреннюю мембрану митохондрий. Карнитин обнаружен во всех животных и растительных тканях и образуется из лизина. Фермент карнитин-ацилтрансфераза I находится на наружной поверхности внутренней мембраны митохондрий.

пальмитоилкарнитин

Третий этап – перенос остатка жирной кислоты от карнитина на внутримитохондриальный СоА. Фермент для этой реакции – карнитин-ацилтрансфераза II – локализуется на внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрий. Здесь происходит регенерация СоА-производных жирных кислот и отсюда они поступают в матрикс митохондрий:

Ацилкарнитин + СоАSH ↔ Ацил-SСоА + Карнитин.

Такой трехэтапный процесс позволяет разделить два пула кофермента А – цитозольный и митохондриальный, так как они выполняют различные функции. Цитозольный СоА участвует в биосинтезе жирных кислот. Митохондриальный СоА используется для окислительного расщепления пирувата, жирных кислот и некоторых аминокислот.

Карнитин-ацилтрансфераза I является регуляторным ферментов, он регулирует скорость поступления ацильных групп в митохондриальный матрикс, а следовательно, скорость окисления жирных кислот.

Процесс окисления жирных кислот в митохондриях состоит из двух главных стадий:

I. Последовательное отщепление двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-СоА от карбоксильного конца цепи жирной кислоты в результате цикла ферментативных реакций:

1. Первая реакция дегидрирования. Поступившие в митохондрии СоА-эфиры насыщенных жирных кислот подвергаются ферментативному дегидрированию по α и β атомам углерода, в результате чего образуется двойная связь Δ². Фермент – ацил-СоА-дегидрогеназа. Ненасыщенное соединение, образующееся в такой реакции, представляет собой транс -изомер, хотя двойные связи ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в природных соединениях, имеют цис -конфигурацию. ФАД прочно связан с ацил-СоА-дегидрогеназой и передает пару электронов убихинону дыхательной цепи. В конце дыхательной цепи образуется 2АТФ.

2. Реакция гидратации. При помощи фермента еноил-СоА-гидратазы образуется L-стереоизомер 3-гидроксиацил-СоА.

3. Вторая реакция дегидрирования. Фермент – 3-гидроксиацил-СоА-дегидрогеназа – обладает абсолютной специфичностью к L-изомерам, окисляет 3-гидроксиацил-СоА в 3-кетоацил-СоА. Образовавшийся НАДН₂ передает затем восстановительные эквиваленты на флавопротеид дыхательной цепи и далее образуется 3АТФ.

4. Реакция тиолитического расщепления. Под действием ацетил-СоА-ацетилтрансферазы протекает реакция тиолиза, в результате чего образуется ацетил-СоА и ацил-СоА, укороченный по сравнению с первоначальным на двухуглеродный остаток.

В результате этой стадии СоА-эфир жирной кислоты теряет одну молекулу ацетил-СоА и 2 пары атомов водорода, на каждую отщепляемую молекулу ацетил-СоА образуется 5 АТФ.

II. Ацетил-СоА, образовавшийся при окислении жирных кислот, окисляется до СО₂ и воды через цикл Кребса.

Суммарное уравнение полного окисления пальмитоил-СоА:

Пальмитоил-СоА+23О₂+131Pi +131АДФ → СоА +131АТФ +16СО₂ +146Н₂О.

В форме энергии фосфатной связи АТФ при окислении жирной кислоты запасается свыше 80% высвободившейся свободной энергии.

Многие жирные кислоты в тканях принадлежат к ненасыщенным и содержат одну или несколько двойных связей. Эти двойные связи имеют цис -конфигурацию и обычно не занимают в углеродной цепи того специфического положения, в котором только и может их атаковать еноил-СоА-гидратаза. Существуют два дополнительных фермента для β-окисления ненасыщенных жирных кислот: еноил-СоА-изомераза и эпимераза.

Олеиновая кислота подвергается тем же превращениям, что и пальмитиновая. После трех циклов окисления получается три молекулы ацетил-СоА и 12-углеродная ненасыщенная жирная кислота с цис -двойной связью между 3-м и 4-м атомами – Δ³ (первоначально Δ⁹). На этот продукт еноил-СоА-гидратаза подействовать не может, так как она присоединяет воду ко 2-3-му, а не к 3-4-му атому углерода и в цис -положении, а не в транс.

Поэтому в действие вступает дополнительный фермент еноил-СоА-изомераза, который катализирует реакцию изомеризации цис -Δ³-еноил-СоА в транс -Δ²-еноил-СоА, на который дальше действует еноил-СоА-гидратаза и далее все идет по обычному пути.

Действие еноил-СоА-изомеразы Действие эпимеразы

Второй из двух дополнительных ферментов – эпимераза – требуется для окисления полиненасыщенных жирных кислот. Например, при окислении линолевой кислоты с двумя цис -двойными связями Δ⁹ и Δ¹². Связь Δ⁹ изомеризуется как в предыдущем случае еноил-СоА-изомеразой, а дальше при расщеплении образуется СоА-эфир 8-углеродной ненасыщенной кислоты с цис -Δ²-двойной связью. На него еноил-СоА-гидратаза способна действовать, но продуктом этой реакции является D-изомер 3-гидрокси-ацил-СоА, а не L-изомер. 3-гидроксиацил-СоА-эпимераза превращает D-3-гидроксиацил-СоА в L-3-гидроксиацил-СоА, который участвует затем в обычных реакциях.

В липидах многих растений и некоторых морских организмов присутствуют жирные кислоты с нечетным числом атомов. Они окисляются аналогично кислотам с четным числом атомов, но в конце получается пропионил-СоА. Кроме того, у жвачных животных при переваривании углеводов в рубце образуются большие количества пропионовой кислоты, которая окисляется в печени и других тканях. Пропионил-СоА карбоксилируется с образованием D-метилмалонил-СоА под действием биотинсодержащего фермента пропионил-СоА-карбоксилазы. D-метилмалонил-СоА превращается в L-метилмалонил-СоА под влиянием фермента метилмалонилэпимеразы. L-метилмалонил-СоА изомеризуется под действием метилмалонил-СоА-мутазы в сукцинил-СоА. Фермент метилмалонил-СоА-мутаза требует в качестве кофермента дезоксиаденозилкобаламин (В₁₂). Метилмалонил-СоА является промежуточным продуктом в процессе окисления трех аминокислот – метионина, валина и изолейцина. Сукцинил-СоА через цикл лимонной кислоты в конечном счете превращается в оксалоацетат.

Ацетил-СоА в печени кроме окисления в цикле лимонной кислоты превращается в кетоновые тела, которые доставляются кровью к периферическим тканям, где они опять превращаются в ацетил-СоА и окисляются в цикле Кребса:

ацетоацетат D-β-гидроксибутират ацетон

β-окисление жирных кислот регулируется скоростью поступления жирных кислот в митохондрии. Карнитин-ацилтрансфераза I специфически ингибируется малонил-СоА, который является первым продуктом процесса биосинтеза жирных кислот в цитозоле. Окисление жирных кислот выключается всякий раз, когда в печени имеется достаточно глюкозы, используемой в качестве топлива, и когда в ней за счет избытка глюкозы активно синтезируются жирные кислоты. Окисление ацетил-СоА, получившегося из жирных кислот, в цикле Кребса регулируется количеством оксалоацетата. Если оксалоацетата много, то ацетил-СоА окисляется до СО₂ в цикле Кребса. При голодании или при пониженном содержании углеводов в пище концентрация оксалоацетата в организме низкая и в этом случае значительная часть ацетил-СоА превращается в кетоновые тела и идет к периферическим тканям.

α-Окисление жирных кислот

Данный тип окисления жирных кислот характерен только для растений и осуществляется по α-углеродному атому. Сначала из жирной кислоты под действием пероксидазы жирных кислот отщепляется карбоксильная группа и по α-углеродному атому образуется альдегид:

пальмитиновая кислота пентадециловый альдегид

Далее при помощи альдегиддегидрогеназы альдегид окисляется до кислоты и процесс может повторяться дальше:

пентадециловая кислота

ω-окисление жирных кислот

Данный тип окисления встречается у микроорганизмов. Сначала под действием монооксигеназы возникает ω-гидроксикислота, а затем дикарбоновая высшая жирная кислота. Последняя укорачивается с любого конца посредством реакций β-окисления:

Окисление насыщенных углеводов

Окисление насыщенных углеводов осуществляют некоторые штаммы Pseudomonas и Candida, однако это касается только неразветвленных углеводородных цепей. Лимитирующей стадией и самой сложной является гидроксилирование с участием молекулярного кислорода. Дальнейшее окисление представляет собой уже обычные реакции биологического окисления:

н -октан октанол альдегид ацил-СоА-производное

Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 19; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!