Окислення жирних кислот, енергетичне значення.

Окислення жирних кислот відбувається в матриксі мітохондрій у результаті циклічного процесу, який включає в себе послідовне відщеплення від довголанцюговнх молекул насичених жирних кислот, що складаються з парної кількості вуглецевих атомів (пальмітинової—С16, стеаринової—С18 тощо), 2С фрагментів — циклу β -окислення.

Передумовою входження жирної кислоти на шлях окислення є її ферментативна активація, тобто перетворення в активне похідне в результаті реакції, що потребує використання молекули АТФ.

Активація жирних кислот відбувається в цитоплазмі за участю специфічних фер­ментів ацил-КоА-синтетаз(тіокіназ), що утворюють КоА-похідні жирних кислот:

Ферментативні реакції β -окислення жирних кислот:

1. Дегідрування КоА-похідних жирних кислот за участю ФАД-залежного фер­менту ацил-КоА-дегідрогенази.

У результаті реакції утворюється трансненасичене (в положеннях 2, 3, або , β) КоА-похідне жирної кислоти:

2. Гідратація ненасиченого KоА-ацилу ферментом еноїл-КоА-гідратазою з утво­ренням спиртового похідного ацил-КоА —3-оксіацилу-КоА (β -гідроксіацилу-КоА):

3. Дегідрування оксипохідкого ацил-КоА НАД-залежним ферментом 3-оксіацил-КоА-дегідрогеназою. Продукт реакції— З-кетоацил-КоА (β -кетоацил-КоА):

4. Тіолітичне розщеплення 3-кетоацил-КоА за рахунок взаємодії з молекулою КоА при участі ферменту β -кетоацил-КоА-тіолази. В результаті реакції утворю­ється молекула КоА-похідного жирної кислоти, скороченого на два вуглецеві атоми, та ацетил-КоА:

У результаті одного циклу β -окислення з молекули жирної кислоти вивільняється одна молекула ацетил-КоА і, відповідно, вихідна молекула ацил-КоА скорочується на два вуг­лецевих атоми. Легко зрозуміти, що для пов­ного розщеплення до ацетил-КоА будь-якої молекули жирної кислоти з парною кількіс­тю вуглецевих атомів (n) потрібно (n/2 — 1) циклів β -окислення.

Виходячи із зазначеного, сумарне рівнян­ня β -окислення поширеної в природних триацилгліцеролах пальмітинової кислоти має вигляд:

Роль карнітину б окисленні жирних кислот:

Ферменти β -окислення жирних кислот локалізовані всередині мітохондрій але внутрішня мітохондріальна мембрана непроникна для довголанцюгових ацильних похідних КоА. Тому на внутрішній мітохондріальній мембрані функціонує спеціальна транспортна система, що включає аміноспирт карнітин, який бере участь у перенесенні молекул ацил-КоА до мітохондріального матриксу.

Транспортна функція карнітину реалізується за човниковим принципом:

а) на зн поверхні вн мітохондріальної мембрани за участю ферменту карнітин-ацилтрансферази І відбувається утворення ефіру ацил-карнітину: ацил-S-KoA  карнітин → ацилкарнітин  HS-KoA

б) тр-ний білок карнітин-ацилкарнітин-транслоказа переносить ацилкарнітин через мембрану мітохондрій;

в) на внутрішній поверхні мембрани фермент карнітин-ацилтрансфераза II розщеплює ацилкарнітин у наступній реакції: ацилкарнітин + HS-KoA → ацил-S-KoA + карнітин

Ацил-S-KoA вступає на шлях β -окислення, а вільний карнітин виходить з мітохондрій і бере участь у транспортуванні нової молекули жирної кислоти.

Енергетика β -окислення жирних кислот: 1. У кожному циклі β -окислення вивільняється одна молекула ацетил-КоА, окислення якої в циклі трикарбонових кислот супроводжується утворенням 12 АТФ. β -окислення пальмітату призводить до утв 8л ацетил-КоА, повне окислення яких до С02 та Н20 дасть 96 (12x8) молекул АТФ.

2. У кожному циклі β -окислення утворюються дві молекули відновлених коферментів—ФАДН, та НАДН, які можуть віддавати свої відновлювальні еквіва­ленти ланцюга електронного транспорту в мітохондріях, сприяючи генерації в результаті окисного фосфорилювання 2 (ФАДН2) та 3(НАДН), тобто сумарно 5 молекул АТФ. У разі повного окислення пальмітату в 7 циклах β -окислення за рахунок даного механізму утв 35 (5x7) молекул АТФ.

Враховуючи витрату 1 молекули АТФ на етапі активації жирної кислоти, за­гальна кількість молекул АТФ, що може синтезуватися в умовах повного окислен­ня до діоксиду вуглецю та води молекули пальмітату, дорівнює 130 (96+35 1). Виходячи з цього, можна подати сумарне рівняння окислення пальмітинової кислоти в мітохондріях: C15Н31COOH + 23 О2 + 130 АДФ + 130 Фн → 16 CO2 + 16 Н20 + 130 АТФ