Деградация жирных кислот: β - окисление

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«САМАРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Органической  химии» 
 
 

Реферат

По дисциплине « Биохимия »

На тему: «Деградация жирных кислот: β - окисление» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                        Выполнил: студентка III-НТФ-12

                                                                                        Буякова К.Е.

                                                                                        Принял: Юдашкин А.В. 
 
 
 
 
 
 

Самара 2011

Содержание

1.Деградация жирных кислот:β-окисление..................................................3

  А.Деградация жирных кислот: β-окисление..............................................4

  Б. Энергетический баланс деградации жирных кислот............................5

2.Побочные пути деградации жирных кислот.............................................6

  А. Деградация  ненасыщенных жирных кислот.........................................7

  Б. Деградация  жирных кислот с нечетным числом  атомов углерода......7

2.1 Дополнительная информация..................................................................8

2.2 Деградация жирных кислот с очень длинной целью атомов................8

3. Литература..................................................................................................10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Деградация жирных кислот:β-окисление.  
 

А.Деградация жирных кислот: β-окисление

После попадания  в клетки жирные кислоты активируются путем образования ацил-КоА Для этого нужны две богатые энергией ангидридные связи АТФ. В матрикс митохондрий активированные жирные кислоты попадают в виде ацилкарнитина, который является трансмембранным переносчиком.

Деградация жирных кислот происходит в митохондриальном матриксе путем окислительного цикла реакций, при котором последовательно отщепляются С₂-звенья в виде ацетил-КоА (активированной уксусной кислоты). Последовательное отщепление ацетильных групп начинается с карбоксильного конца активированных жирных кислот каждый раз между С-2 (α-атомом) и С-3 (β-атомом). Поэтому цикл реакций деградации называется β-окислением. Пространственно и функционально β-окисление тесно связано с цитратным циклом и дыхательной цепью.

Первая стадия β-окисления — дегидрирование активированной жирной кислоты (ацил-КоА) с образованием β-ненасыщенной жирной кислоты с двойной связью в транс-конфигурации (реакция [1]: дегидрирование). При этом оба атома водорода с электронами переносятся от фермента [1] на электронпереносящий флавопротеин (ETF). ETF-дегидрогеназа (5) переносит восстановительные эквиваленты на убихинон (кофермент Q), который является составной частью дыхательной цепи. Вторая стадия деградации жирной кислоты состоит в присоединении молекулы воды к двойной связи ненасыщенной жирной кислоты (реакция[2]: гидратирование). На третьей стадии происходит окисление гидроксильной группы при С-3 в карбонильную группу (реакция [3]: дегидрирование). Акцептором для восстановительных эквивалентов является НАД⁺ который передает их в дыхательную цепь. На четвертой стадии активированная β-кетокислота расщепляется ацилтрансферазой (β-кетотиолазой) в присутствии кофермента А (реакция [4]: тиолитическое расщепление). Продуктами реакции являются ацетил-КоА и активированная жирная кислота, углеродная цепь которой короче на два углеродных атома по сравнению с длиной цепи исходной жирной кислоты.

Для полной деградации длинноцепочечной жирной кислоты цикл должен многократно повторяться; например, для стеарил-КоА (18:0) необходимы восемь циклов. Образующийся ацетил-КоА может переноситься на оксалоацетат с образованием цитрата, промежуточного метаболита цитратного цикла. При избытке ацетил-КоА в печени образуются кетоновые тела.

Б. Энергетический баланс деградации жирных кислот

Для расчета  энергетического баланса деградации жирной кислоты в качестве примера рассмотрим молекулу пальмитиновой кислоты (16:0), которая окисляется полностью до 16 молекул СО₂. На первой стадии жирная кислота активируется, потребляя две богатые энергией связи [АТФ (АТР)], с образованием пальмитоил-СоА состоящего из восьми C₂-звеньев. Затем протекают семь циклов β-окисления. При этом образуются 7 молекулвосстановленной формы флавопротеина (ETF) и 7 молекул НАДН + Н⁺. Оба соединения включаются в дыхательную цепь; окисление ETF через убихинон дает в итоге 1,5 молекулы АТФ, а НАДН + Н⁺ — 2,5 молекулы. Таким образом, β-окисление одного пальмитоильного остатка дает 28 молекул (7 х 4) АТФ. Окисление каждой молекулы ацетил-КоА приводит к образованию 10 молекул АТФ, что означает получение еще 80 молекул (8 x 10) АТФ. Из 28 + 80 молекул АТФ следует вычесть две молекулы АТФ, израсходованные при активации пальмитиновой кислоты (см. выше). Итак, при утилизации одной молекулы пальмитиновой кислоты синтезируются 106 молекул АТФ, что соответствует свободной энергии 3300 кДж/моль (106 х 30,5 кДж/моль АТФ). Выигрыш в энергии при деградации жирных кислот существенно выше по сравнению с распадом углеводов (32 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы) и белков даже с учетом больших размеров молекул. Поэтому жиры представляют собой очень выгодную форму сохранения энергии.

2.Побочные пути деградации жирных кислот

Основной путь деградации жирных кислот протекает  через β-окисление. Наряду с этим имеются побочные метаболические пути, такие, как разрушение ненасыщенных жирных кислот (схема А), разрушение жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов (схема Б), α- и ω-окисление жирных кислот, а также деградация жирных кислот в пероксисомах. Хотя эти побочные пути количественно менее важны, их нарушение может приводить к тяжелым заболеваниям.

А. Деградация ненасыщенных жирных кислот

У ненасыщенных жирных кислот двойные связи в положении 9 или 12 обычно имеютцис-конфигурацию, как, например, в линолевой кислоте (18:2; 9,12). Деградация таких кислот, как и насыщенных жирных кислот, протекает путем β-окисления до С-9-цис-двойной связи. Поскольку в промежуточных продуктах (КоА-эфирах Δ^2,3-не насыщенных кислот) двойная связь должна быть в транс-конфигурации, специфическая изомераза катализирует превращение 3,4-цис-изомера в 2,3-транс-изомер [1] и деградация может быть продолжена путем β-окисления. В тех случаях, когда такое превращение невозможно, двойная связь восстанавливается с помощью НАДФН + Н⁺ (NADPH + Н⁺) [2]. Последующая деградация жирной кислоты происходит по обычному механизму β-окисления, сопровождающемуся перегруппировкой двойных связей.

Б. Деградация жирных кислот с нечетным числом атомов углерода

Эта группа жирных кислот окисляется по такому же механизму, что и обычные жирные кислоты  с четным числом атомов углерода. После  поступления в клетку они активируются с образованием ацил-КоА и потреблением АТФ, затем транспортируются в митохондрии с помощью карнитинового челнока, где разрушаются в результате β-окисления. Остающийся пропионил-КоА карбоксилируется пропионил-КоА-карбоксилазой с образованием метилмалонил-КоА [3], который после изомеризации (не показано, превращается в сукцинил-КоА [4].

В этих реакциях принимают участие различные  коферменты: карбоксилирование [3] происходит с помощью биотина, а изомеризация мутазой [4] — с участием кофермента В₁₂ (5'-дезоксиаденозилкобаламина.

Сукцинил-КоА  является промежуточным метаболитом цитратного цикла и после превращения в оксалоацетат включается в глюконеогенез. Из конечного продукта деградации жирных кислот с нечетным числом атомов углерода -- пропионил-КоА — синтезируется глюкоза. Напротив, образующиеся при β-окислении молекулы ацетил-КоА не могут использоваться для глюконеогенеза, так как оба углеродных атома ацетильного остатка на пути к оксалоацетату превращаются в СО₂.

2.1 Дополнительная информация

Дополнительно к показанному в верхней части  схемы пути деградации жирных кислот имеются второстепенные пути, предназначенные для окисления некоторых необычных жирных кислот, присутствующих Ε пище.

α-Окислением разрушаются метилразветвленные жирные кислоты. Процесс начинается с гидроксилирования и далее осуществляется путем последовательного отщепления С₁-остатков, не требует участия кофермента А и не сопровождается синтезом АТФ.

ω-Окисление начинается с гидроксилирования ω-углеродного атома жирной кислоты монооксигеназой и в результате окисления приводит к образованию жирных кислот с двумя карбоксильными группами, которые разрушаются β-окислением с обеих сторон до С₈- или С₆-дикарбоновых кислот и, наконец, выводятся с мочой.

2.2 Деградация жирных кислот с очень длинной целью атомов углерода. Альтернативная форма β-окисления встречается в пероксисомах печени, специализирующихся на разрушении длинноцепочечных жирных кислот [n > 20), в результате чего образуются ацетил-КоА и Н₂О₂; при этом АТФ не синтезируется.

Нарушения обходных путей деградации жирных кислот приводят к известным клиническим последствиям: при синдроме Рефсума метилразветвленная фитиновая кислота (из растительной пищи) не может разрушаться путем α-окисления, при синдроме Целльвегера нарушена деградация длинноцепочечных жирных кислот из-за дефекта пероксисом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Литература

1. http://www.ximuk.ru/biochem/166.html

2. Биохимия: Учеб. для вузов / В.П. Комов, В.Н. Шведова. – М.: Дрофа,2004.-640 с.: ил. – (Высшее образование: Современный учебник).

3. http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kolman/166.htm

4. http://humbio.ru/humbio/biochem/000527d8.htm