ГА-3-Ф ¾¾¾® 1,3-ДФГ¾¾¾® 3-ФГ ¾¾¾® 2-ФГ ¾¾¾® ФЕП ¾¾¾® пируват

НАДН(Н⁺) АТФ Н₂О АТФ

В анаэробных условиях пируват превращается в L-лактат. Конечными продуктами окисления глицерина (в расчете на одну молекулу) в анаэробных условиях являются 1 молекула L-лактата и 1 молекула АТФ (2 молекулы АТФ образуются на уровне субстратного фосфорилирования и одна затрачивается при фосфорилировании глицерина).

В аэробных условиях пируват в митохондриях подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием СО₂, НАДН(Н⁺) и активной уксусной кислоты (ацетил-КоА). НАДН(Н⁺) поступает в дыхательную цепь, где образуется Н₂О и АТФ (на уровне окислительного фосфорилирования), а ацетил-КоА окисляется в ЦТК (здесь образуются 2 молекулы СО₂, 1 молекула АТФ на уровне субстратного фосфорилирования, 3 молекулы НАДН(Н⁺) и 1 молекула ФАДН₂). Восстановленные коферменты далее окисляются в дыхательной цепи. Образуется Н₂О и АТФ (11 молекул на уровне окислительного фосфорилирования). Таким образом, конечными продуктами аэробного окисления глицерина являются СО₂, Н₂О и АТФ (22 молекулы).

Таблица 4. Выход АТФ при окислении глицерина в аэробных условиях.

· КАТАБОЛИЗМ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Известны 3 типа окислительных превращений жирных кислот: a-, b- и w-окисление.

Процесс b-окисления жирных кислот, являющийся главным поставщиком энергии, активно протекает в печени, почках, скелетной и сердечной мышцах, в жировой ткани. В тканях мозга скорость окисления жирных кислот незначительная, основным источником энергии здесь служит глюкоза.

Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих этапов: активация жирных кислот, транспорт их в митохондрии и внутримитохондриальное b-окисление.

Активация жирных кислот. Свободная жирная кислота, независимо от длины углеродной цепи, является метаболически инертной и не может подвергаться биохимическим превращениям, в том числе окислению, пока не будет активирована. Активация происходит на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, КоA-SH и Mg²⁺. Реакция катализируется ацил-КоА-синтетазой:

О АТФ, КоА-SH, Mg²⁺ О

R – СН₂ ¾ СН₂ ¾ С^// – ОН ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® R – СН₂ ¾ СН₂ ¾ С^// ~ S – КоА

АМФ, Н₄Р₂О₇

Этот процесс происходит через стадию образования ацил-аденилата жирной кислоты.

Транспорт активированных жирных кислот в митохондрии через внутреннюю митохондиральную мембрану осуществляется при помощи карнитина.

Карнитин взаимодействует с активированной жирной кислотой при участии фермента ацил-КоА-карнитинацилтрансферазы. В результате реакции образуется ацилкарнитин, который проникает через внутреннюю митохондриальную мембрану и взаимодействует с внутримитохондриальным КоА-SH. При этом образуется активированная кислота и свободный карнитин.

Процесс b-окисления жирных кислот в митохондриях состоит из нескольких последовательных реакций, составляющих цикл, в результате которого активированная жирная кислота (ацил-КоА) укорачивается на 2 углеродных атома, выделяющихся в форме активной уксусной кислоты (ацетил-КоА). Каждый цикл включает 4 этапа: окисление с помощью ФАД-зависимых дегидрогеназ, гидратацию, окисление при помощи НАД-зависимых дегидрогеназ и тиолазное расщепление.

На первом этапе образуется непредельная активированная жирная кислота (транс-форма еноил-КоА), которая далее подвергается гидратации при участии фермента еноил-КоА-гидратазы. В результате реакции образуется L-b-гидроксиацил-КоА. На 3-м этапе он окисляется с помощью L-b-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы и кофермента НАД⁺. Образовавшийся b-кетоацил-КоА на последнем этапе подвергается тиолизу, в результате чего образуются ацетил-КоА и ацил-КоА (имеющий на 2 атома С меньше по сравнению с исходной кислотой).

Н

О ФАД ½ О

R – CН₂ - СН₂ – СН₂ – С^// ~ S – КоА ¾ ¾ ® R – CН₂ - С = С – С^// ~ S – КоА ¾ ¾ ®

Ацил-КоА ФАДН₂ ½

Н

транс-форма еноил-КоА

ОH O O

Н₂О ½ // НАД //

¾ ¾ ® R – CН₂ - С – СН₂ – С ~ S – КоА ¾ ¾ ® R – CН₂ - С – СН₂ – С ~ S – КоА¾ ¾ ®

½ НАДН(Н⁺) ú ú

H О

L-b-гидроксиацил-КоА b-кетоацил-КоА

O O

КоА-SH // //

¾ ¾ ® R – CН₂ – С ~ S – КоА + CH₃ - C ~ S – КоА

ацил-КоА

(укороченный на 2 атома С) ацетил-КоА

Ацетил-КоА поступает в ЦТК, где окисляется, ФАДН₂ и НАДН(Н⁺), образованные соответственно на 1-м и 3-м этапах цикла b-окисления, идут в дыхательную цепь, где происходит их окисление, сопряженное с синтезом АТФ. Образовавшийся ацил-КоА поступает в очередной цикл b-окисления, в конце которого опять происходит укорачивание его цепи на 2 атома С. Так повторяется до тех пор, пока в последний цикл не вовлекается активная масляная кислота (бутирил-КоА). Она проходит те же этапы, но на последнем (тиолазное расщепление b-кетобутирил-КоА) образуются 2 молекулы ацетил-КоА. Конечными продуктами расщепления жирных кислот являются СО₂, Н₂О и АТФ.

Выход АТФ при окислении жирных кислот с четным числом атомов углерода можно рассчитать по формуле:

[12 ´ n2 + 5 ´ (n2 - 1)] - 1, где

n – число атомов С в жирной кислоте;

12 – количество молекул АТФ, образующихся при окислении ацетил-КоА;

n2 – количество молекул ацетил-КоА, образованных в ходе b-окисления жирной кислоты;

(n2 - 1) - количество циклов b-окисления;

5 – количество молекул АТФ, образующихся при окислении ФАДН₂ (2 молекулы) и НАДН(Н⁺) (3 молекулы);

1 – количество молекул АТФ, затраченных на активирование жирной кислоты.

Окисление насыщенных жирных кислот с нечетным числом атомов углерода протекает аналогичным образом с той лишь разницей, что в последний цикл b-окисления вовлекается активная валериановая кислота, а на последнем этапе образуются ацетил-КоА и пропионил-КоА. Активная пропионовая кислота далее превращается в активную янтарную кислоту (сукцинил-КоА) в результате функционирования метилмалонатного пути. Сукцинил-КоА через оксалоацетат может далее вовлекаться в глюконеогенез.

Ненасыщенные жирные кислоты с четным числом атомов углерода окисляются также, как и насыщенные. Однако для их полного окисления необходимы дополнительные ферменты, превращающие цис-конфигурацию двойных связей в трансконфигурацию и перемещающие двойную связь из 3-го цис- во 2-е транс- положение. Это связано с тем, что природные ненасыщенные жирные кислоты имеют цис-конфигурацию двойных связей, а образующиеся при b-окислении – транс-конфигурацию. При b-окислении ненасыщенной жирной кислоты, в результате поэтапного отщепления двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-КоА, образуется в зависимости от расположения двойных связей в исходной кислоте, либо 2, 3 – цис-производное, либо 3, 4-цис-производное ацил-КоА. При присоединении воды к 2, 3-цис-производному ацил-КоА образуется D-стереоизомер b-гидроксиацил-КоА, который не окисляется L-b-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназой, специфичной только к L-стереоизомеру. Поэтому D-стереоизомер преращается под действием фермента эпимеразы в L-изомер, который и подвергается дальнейшим превращениям. Если при окислении ненасыщенной жирной кислоты образуется 3, 4 – цис – ацил-КоА, тогда он превращается в 2, 3 – транс – ацил – КоА при участии фермента транс-изомеразы. Такое превращение происходит в процессе окисления олеиновой кислоты (С₁₈), имеющей одну двойную связь в 9-м положении. Вначале протекают 3 цикла b-окисления как и у насыщенных жирных кислот, в результате чего образуется активированная кислота с С₁₂ и двойной связью в 3, 4-цис-положении. Затем под действием транс-еноил-КоА-изомеразы образуется транс-D²-еноил-КоА, подвергающийся дальнейшим превращениям.

В тканях организма животных помимо b-окисления жирных кислот протекают процессы a- и w-окисления.

a-окисление жирных кислот происходит в мозге. Реакции образования a-гидроксикислот катализируются ферментной системой, известной под названием монооксигеназы. При этом используется молекулярный кислород, Fe²⁺ и аскорбиновая кислота. a-гидроксипроизводные жирных кислот входят в состав цереброзидов и ганглиозидов головного мозга.

R – CН₂ - СН₂ – СН₂ – СООН + О₂ ® R – CН₂ - СН₂ – СН – СООН

½

ОН

a-гидроксикислоты могут подвергаться дегидрированию с образованием a-кетокислот, которые в свою очередь путем окислительного декарбоксилирования могут превращаться в кислоты с нечетным числом атомов углерода.

В процессе w-окисления окисляются жирные кислоты со средней длиной углеродной цепи и в меньшей степени с длинной цепью. Сначала образуются w-гидроксикислоты (окислению подвергается последний по отношению к карбоксильному атом углерода), которые затем могут превращаться в дикарбоновые кислоты.

· МЕТАБОЛИЗМ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ