4. Особенности окисления ненасыщенных и жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов. Расчет энергетической ценности жирных кислот.

Окисление ненасыщенных жирных кислот

Около половины жирных кислот в организме человека ненасыщенные. β-окисление этих кислот идёт обычным путём до тех пор, пока двойная связь не окажется между третьим и четвёртым атомами углерода. Затем фермент еноил-КоА изомераза перемещает двойную связь из положения 3-4 в положение 2-3 и изменяет цисконформацию двойной связи на транс-, которая требуется для β-окисления. В этом цикле β-окисления первая реакция дегидрирования не происходит, так как двойная связь в радикале жирной кислоты уже имеется. Далее циклы β-окисления продолжаются, не отличаясь от обычного пути.

Окисление жирных кислот с нечетным

Энергетический баланс окисления жирной кислоты.

Рассмотрим расчет на примере пальмитиновой кислоты, которая содержит 16 атомов углерода

1) Определяем сколько ацетил КоА образуется при окислении жирной кислоты; для этого количество углеродных атомов, содержащихся в жирной кислоте, делим на два: 16:2= 8 ацетил КоА

2) Ацетил КоА далее поступает в цикл Кребса, где из одной молекулы ацетил КоА возможно образование 12 молекул АТФ т.к у нас 8 ацетил КоА, следовательно, 12х8=96 АТФ

3) Находим число циклов β-окисления, которое можно подсчитать по формуле (n/2 -1), где n – число атомов углерода в кислоте. Количество НАДН2 и ФАДН2 равно количеству циклов: 16:2 -1 =7 НАДН2 и 7 ФАДН2 

4) НАДН2 и ФАДН2 поступают далее в дыхательную цепь, где в сопряжении с окислительным фосфорилированием из 1 молекулы НАДН2 образуется 3 АТФ, а из одной молекулы ФАДН2 – 2 АТФ, 7х3=21 АТФ + 7х2=14АТФ.

Итого: 96 + 21 + 14 =131 АТФ и 1 АТФ затрачивается на активацию. Энергетический баланс составляет 130 АТФ.

Если жирная кислота содержит двойные связи, т.е. является ненасыщенной, то дойдя до места, где содержится двойная связь, остаток жирной кислоты сразу попадает во вторую реакцию цикла, следовательно, при этом не образуется ФАДН2. В п.3 из общего количества ФАДН2 необходимо вычесть столько молекул ФАДН2, сколько в жирной кислоте имеется двойных связей. Например, если жирная кислота содержит 16 углеродных атомов и 1 ненасыщенную связь, то образуется 7-1=6 ФАДН2 и в итоге 128 АТФ. Таким образом, энергетический баланс ненасыщенных жирных кислот меньше, чем насыщенных.

Если жирная кислота содержит нечетное число атомов, то на последнем витке образуется 1 молекула ацетил КоА и 1 молекула пропионил КоА, содержащая 3 углеродных атома. Пропионил КоА превращается далее в сукцинил КоА, который подключается к циклу Кребса.

5. Синтез кетоновых тел, последовательность реакций, регуляция. Биологическая роль кетоновых тел. Кетонемия и кетонурия. Клиническое значение исследования крови и мочи на содержание кетоновых тел.

 При голодании, длительной физической работе и в случаях, когда клетки не получают достаточного количества глюкозы, жирные кислоты используются многими тканями как основной источник энергии. В отличие от других тканей мозг и другие отделы нервной ткани практически не используют жирные кислоты в качестве источника энергии. В печени часть жирных кислот превращается в кетоновые тела, которые окисляются мозгом, нервной тканью, мышцами, обеспечивая достаточное количество энергии для синтеза АТФ и уменьшая потребление глюкозы.

К кетоновым телам относят β-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон. Первые две молекулы могут окисляться в тканях, обеспечивая синтез АТФ.

Ацетон образуется только при высоких концентрациях кетоновых тел в крови и, выделяясь с мочой, выдыхаемым воздухом и потом, позволяет организму избавляться от избытка кетоновых тел, которые не успевают окисляться, но, являясь водорастворимыми кислотами, вызывают ацидоз.

Субстратом для синтеза служит ацетил КоА, который в большом количестве образуется в печени в результате β-окисления жирных кислот. Реакции синтеза кетоновых тел до стадии образования ГМГ-КоА (гидроксиметилглутарил) совпадают с биосинтезом холестерина.

Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях печени.

Синтез кетоновых тел начинается с взаимодействия двух молекул ацетил-КоА, которые под действием фермента тиолазы образуют ацетоацетил-КоА (рис. 8-33). С ацетоацетил-КоА взаимодействует третья молекула ацетил-КоА, образуя 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА). Эту реакцию катализирует фермент ГМГ-КоА-синтаза. Далее ГМГ-КоА-лиаза катализирует расщепление ГМГ-КоА на свободный ацетоацетат и ацетил-КоА.

Ацетоацетат может выделяться в кровь или превращаться в печени в другое кетоновое тело - β-гидроксибутират путём восстановления.

В клетках печени при активном β-окислении создаётся высокая концентрация NADH. Это способствует превращению большей части ацетоацетата в β-гидроксибутират, поэтому основное кетоновое тело в крови - именно β-гидроксибутират. При голодании для многих тканей жирные кислоты и кетоновые тела становятся основными топливными молекулами.

Ацетоацетат и β-гидроксибутират поступают из печени в кровь, а далее используются внепеченочными тканями (нервной, миакардом, скелетными мышцами и т.д.) как дополнительные энергетические субстраты. В этих тканях кетоновые тела снова превращаются в ацетил КоА, который поступает в цикл Кребса. При использовании кетоновых тел как энергетических субстратов ацетоацетат превращается в ацетоацетил-КоА. Донором КоА является сукцинил-КоА.

Таким образом, при окислении β-гидроксибутирата синтезируется 27 молекул АТФ, но для активации ацетоацетата используется энергия одной макроэргической связи сукцинил-КоА, поэтому практический выход АТФ может составлять 26 молекул АТФ.

Регуляция синтеза кетоновых тел. Регуляторный фермент синтеза кетоновых тел - ГМГ-КоА синтаза ингибируется свободным КоА. 

•  ГМГ-КоА-синтаза - индуцируемый фермент; его синтез увеличивается при повышении концентрации жирных кислот в крови. Концентрация жирных кислот в крови увеличивается при мобилизации жиров из жировой ткани под действием глюкагона, адреналина, т.е. при голодании или физической работе.

•  ГМГ-КоА-синтаза ингибируется высокими концентрациями свободного кофермента А.

•  Когда поступление жирных кислот в клетки печени увеличивается, КоА связывается с ними, концентрация свободного КоА снижается, и фермент становится активным.

•  Если поступление жирных кислот в клетки печени уменьшается, то, соответственно, увеличивается концентрация свободного КоА, ингибирующего фермент. Следовательно, скорость синтеза кетоновых тел в печени зависит от поступления жирных кислот.

Кетоацидоз. В норме концентрация кетоновых тел в крови составляет 1-3 мг/дл (до 0,2 мМ/л), но при голодании значительно увеличивается. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови называют кетонемией, выделение кетоновых тел с мочой - кетонурией. Накопление кетоновых тел в организме приводит к кетоацидозу: уменьшению щелочного резерва (компенсированному ацидозу), а в тяжёлых случаях - к сдвигу рН (некомпенсированному ацидозу), так как кетоновые тела (кроме ацетона) являются водорастворимыми органическими кислотами (рК~3,5), способными к диссоциации