Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

онарном состоянии период полупревращения резервного липида мышей составляет около 5 сут, крыс — около 8 сут. Это означает, что у крыс почти 10% жирных кислот в резервных липидах заменяется ежесуточно новыми жирными кислотами. В печени крыс жирные кислоты имеют период полупревращения около 2 сут, в мозге — от 10 до 15 сут.

17.5. Окисление жирных кислот

Триацилглицерины попадают в клетку только в ограниченном количестве. Они подвергаются гидролизу под действием липопро-теидлипазы в плазме крови или активируемой гормонами лнпопро-теидлипазы в жировой ткани (разд. 17.10.2), что приводит к освобождению жирных кислот, связывающихся с сывороточным аль-

17. МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ. I

743

бумином, и глицерина. Глицерин участвует в гликогенезе и входит в гликолитический путь посредством образования глицерол-3-фосфата при действии АТР и глицеролкиназы.

В общих чертах окисление жирных кислот протекает следующим образом. Жирные кислоты входят в клетку, после чего они должны быть активированы путем образования СоА-производных. Эти производные жирных кислот, однако, не способны проникать в митохондрию, единственное место в клетке, где осуществляется окисление СоА-производных жирных кислот. Переносчиком ациль-ных групп из цитоплазмы в матрикс митохондрии служит карнитин; в матриксе снова образуются СоА-производные жирных кислот и происходит освобождение карнитина. СоА-производные жирных кислот окисляются путем ряда последовательных реакций, которые приводят к укорачиванию цепи жирной кислоты на два углеродных атома за один раз (?-окисление). В этих реакациях все промежуточные продукты являются производными СоА.

Исходным соединением в процессе укорачивания цепи является тиоэфир кофермента А и жирной кислоты, и процесс включает четыре последовательные реакции: 1) дегидрирование, катализируемое флавопротеидом с образованием 2,3-гра«с-ненасыщенных производных, 2) гидратацию двойной связи с образованием 3-ок-сисоединений, 3) дегидрирование при участии NAD с образованием 3-кетопроизводных и 4) реакцию .?-кетоацил-СоА с другой молекулой СоА с образованием ацетил-СоА и жирнокислотного производного СоА, укороченного на два углеродных атома. Последовательное повторение этого ряда четырех реакций приводит к полному распаду жирных кислот с четным числом атомов углерода до ацетил-СоА; в ходе этого же процесса происходит последовательное превращение жирных кислот с нечетным числом атомов углерода до соответствующего числа молекул ацетил-СоА и одной молекулы пропионил-СоА.

Эти четыре реакции приведены ниже; COSCoA указывает, что ацильные производные связаны с тиольной группой СоА.

© ©

rch2ch2CH2COSCoA + FAD

RCH2CH=CHCOSCoA + Н20

RCH2CHOHCH2COSCoA + NAD+

RCH ®OCH2COSCoA + HSCoA

Рассмотрим теперь подробнее каждую из этих реакций

744

III. МЕТАБОЛИЗМ

17.5.1. Реакции активации

Метаболизм жирных кислот начинается с образования соответствующих СоА-производных; это происходит двумя способами.

При первом способе ацил-СоА—синтетаза катализирует образование СоА-производных жирных кислот согласно реакции

?·?2+. к +

RCOOH + HSCoA -f АТР ~ * RCO—SCo\ + AMP + РР;

Известно несколько таких ферментов; их называют в соответствии с названием жирной кислоты, скорость превращения которой максимальна, например ацетил-СоА—синтетаза (катализирует превращение жирных кислот С2 и Сз), октаноил-СоА—синтетаза (жирные кислоты от С4 до С12) и додеканоил-СоА—синтетаза (жирные кислоты от Сю до Cis). Механизм таких реакций уже обсуждался (разд. 12.2.1). Эти ацил-СоА—синтетазы присутствуют в эидоплазматической сети и в наружной митохондриальной мембране. В ми-тохондриальном матриксе имеется ацил-СоА—синтетаза, которая вместо АТР использует GTP. Этот фермент активирует жирные кислоты с длинной цепью, и продуктами реакции являются GDP и Рь

Вторым механизмом синтеза СоА-производных жирных кислот с короткой цепью является реакция переноса, катализируемая тиофоразами:

тиофораза

сукцинил-SCoA -f- RCOOH *_ янтаршя кислота + RCOSCo А

В животных тканях, таких, как печень, сердце и почки, активация жирных кислот происходит главным образом посредством реакций, катализируемых синтетазами, в то время как у некоторых микроорганизмов преобладают реакции, катализируемые тиофоразами. Тиофоразная реакция наиболее характерна для экстрагепа-тических тканей животных, где происходит процесс генерации аце-тоацетил-СоА (разд. 17.10.2).

17.5.2. Роль карнитина в транспорте ацильных остатков жирных кислот

Карнитин (? -З-окси-4-триметиламмонийбутират) служит переносчиком ацильных групп внутрь митохондрий и наружу (карнити-новый челнок).

+

(CHgX-jN—СН2—СН—СН2—СОО"

I

он

карнитин

17. МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ. I

745

В этом процессе участвуют две ацилтрансферазы; одна из них катализирует ацилирование карнитина жирными кислотами с короткой цепью и называется карнитин-аиетилтрансфераза. Другой фермент катализирует ацилирование карнитина жирными кислотами с длинной цепью; он назван карнитин-пальмитоилтрансфераза.

ацетил-SCoA -f- карнитин *—? апетилкарнитин -f- СоА пгльмитоил-SCoA -(- карнитин ч > пальмитоилкарнитин -f- СоА

Приведенные выше реакции обратимы; Кравн близка к 1, что указывает на высокую энергию О-ацильной связи карнитина. Ферменты находятся как в цитоплазме, так и в наружной мембране митохондрий и на внутренней поверхности внутренней митохондриальной мембраны. Таким образом, производные карнитина служат в качестве переносчиков ацильных групп внутрь митохондрий, где ацильные группы переносятся на СоА, образуя ацил-СоА, которые окисляются в митохондриях. В результате достигается разделение цитоплазматического и митохондриального пулов СоА.

17.5.3. Ацил-СоА-дегидрогеназы

Все те ферменты, которые катализируют образование СоА-производных 2,3-ненасыщенных жирных кислот [реакция (1), разд. 17.5]|, содержат FAD. Три таких фермента выделены из печени свиньи и названы по наиболее быстро утилизируемым субстратам, а именно бутирил-СоА-дегидрогеназа, октаноил-СоА-дегидрогеназа и гексадеканоил-СоА-дегидрогеназа. Реакции, катализируемые каждым из этих ферментов, таковы:

СоА-производное насыщенной жирной кислоты -(- FAD -*¦

-*- СоА-производное транс-2,3-ненасыщенной жирной кислоты -(- FADH2

Как указывалось ранее (разд. 13.2), атомы водорода переходят от флавиновой части этих ацилдегидрогеназ к электронперенося-щему флавопротеиду (ЭПФ), который в свою очередь направляет электроны к цитохрому Ь.

17.5.4. Еноил-СоА-гидратазы (кротоназы)

Эти ферменты обратимо катализируют гидратацию СоА-производных гра«с-ненасыщенных жирных кислот [реакция (2), разд. 17.5] согласно реакции

СоА-производное 2,3-ненасыщенной жирной кислоты -f- Н20 < >¦ < > L-3-OKCHaun.T-SCoA

Один фермент наиболее активен с кротоноил-СоА (и поэтому назван кротоназой). Фермент не требует кофактора; его активность

14—1358

746

III. МЕТАБОЛИЗМ

•снижается при увеличении длины цепи субстрата. Фермент тканей ¦быка (М 168000) является гексамером. Второй тип еноил-СоА-гид-ратазы был выделен из сердца свиньи; этот фермент действует преимущественно на производные с длинной и средней цепями.

17.5.5. ?-Оксиацил-СоА-дегидрогеназа

Реакция (3) (разд. 17.5) требует NAD.

L-3-OKCHai«M-SCoA -f- NAD+ ?—ъ З-кетоацил-SCo \ + NADH + ?+

Субстраты с различной длиной цепи атакуются одним и тем же ¦ферментом.

17.5.6. Тиолазы

Реакция, катализируемая тиолазами [реакция (4), разд. 17.5], включает тиолитическое расщепление с помощью СоА с образованием ацетил-СоА

СпЗ-кетоацил-SCoA -\- HS-CoA < г. 4=fc СоА-производное Сп_2 жирной кислоты -j- ацетил-SCoA

Некоторые из известных тиолаз проявляют специфичность в отношении длины цепи. Они представляют собой тиоловые ферменты, и промежуточным продуктом двустадийной реакции является ацил-

5- фермент

СпЗ-кетоэцил-SCoA -J- HS-фермент < > Сп_2ацил-5-фермент -j- ацетил-SCoA Сп_2ацил-5-фермент 4- HSCoA < > Сп-2ацил-5-СоА -j- HS-фермент

Хотя реакция в целом обратима, равновесие сдвинуто в значительной степени в сторону расщепления. Константа равновесия для образования 2 молей ацетил-СоА из ацетоацетил-СоА равна

6- Ю4.

Суммарно укорочение цепи СоА-производного жирной кислоты на два углеродных атома может быть описано уравнением

RCH2CH2CH2COSCoA + FAD + NAD+ + HSCoA -*

-*¦ RCH2COSCoA + CH3COSC0A + FADHj, + NADH + H+

Ацетил-СоА, генерируемый при деградации жирных кислот, смешивается с ацетил-СоА, образующимся при других реакциях, включая окислительное декарбоксилирование пирувата (разд. 12.2.1), так же как и реакции расщепления многих аминокислот (гл. 23). Многочисленные пути участия ацетил-СоА в метаболизме, в том числе его участие в цикле трикарбоновых кислот и синтезе жирных кислот и стеринов и т. д., обсуждаются в соответствующих разделах.

17. МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ. I

747

Наряду с СоА-производными продуктами катаболизма жирных кислот являются восстановленные коферменты NADH и FADH2, которые окисляются по реакциям, приведенным в гл. 12. Энергия, которая высвобождается в результате расщепления жирных кислот, становится доступной для организма благодаря дальнейшим превращениям NADH, FADH2 и ацетил-СоА. Четыре атома водорода, удаляемые из ацильной цепи при двух дегидрогеназных реакциях, окисляются в электронпереносящей цепи. Окисление FADH2 и NADH приводит к образованию АТР; показано, что в ходе приведенных выше реакций расщепления при образовании ацетил-СоА на 1 моль 02 генерируется 5 молей богатого энергией фосфата, а на каждый моль образующегося ацетил-СоА потребляется 1 моль 02. Окисление ацетил-СоА через цикл трикарбоновых кислот дает дополнительно 12 молей АТР на моль окисляемого ацетил-СоА (разд. 12.5). Общий выход энергии при окислении 1 моля пальмитоил-СоА вычислен в табл. 17.2. Однако для образо-

Таблица 17.2

Общий выход высокоэнергетического фосфата при окислении жирных кислот

Реакция Выход ~Р, моль

Пальмнтоил-СоА + 70г —>- 8 ацетил 35

8 Ацетил + 1602—>-16Н20 + 16С02 (8 оборотов трикарбоно-вого цикла дают 12 молей ~ ? на каждый оборот) 96

Всего 131

вания пальмитоил-СоА из п

страница 42
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.10.2019)