- •"Липолиз. Окисление жирных кислот. Метаболизм кетоновых тел"
- •1.Что следует понимать под катаболизмом липидов и каково его биологическое значение?
- •2.Назовите вещества липидной природы и продукты их обмена, выполняющие энергетическую роль в организме.
- •4.Разберите взаимоотношения основных этапов окисления высших жирных кислот (вжк):
- •5.Что такое карнитин? Объясните его роль в обмене вжк.
- •6.Поясните процесс -окисления. Назовите ферменты и коферменты этого процесса; витамины-предшественники коферментов; клеточная топография этого процесса.
- •7.Какова энергетическая ценность одного цикла -окисления? Чем определяется число циклов -окисления?
- •8.Подсчитайте полный энергетический баланс окисления одной молекулы пальмитиновой и стеариновой вжк.
- •10.В каких тканях организма процесс -окисления вжк - основной источник энергии, а в каких не используются как источники энергии? Каковы основные источники вжк в организме?
- •11.Объясните процесс окисления глицерина. Какова энергетическая ценность этого процесса?
- •12.Что такое кетоновые тела? Объясните биологическую роль кетоновых тел. Опишите, используя метаболические карты, реакции биосинтеза ацетоуксусной кислоты. Как этот процесс связан с -окислением?
- •13.Где и как используются кетоновые тела в норме? Расшифруйте понятия: кетонемия, кетонурия, кетоацидоз. Какие причины вызывают эти состояния? Чем они опасны?
- •14.Покажите пути распада фосфолипидов в тканях. Назовите ферменты и конечные продукты катаболизма фосфолипидов. Что такое лизофосфолипиды? Где и чем опасно их накопление?
- •15.Опишите принцип метода и диагностическое значение определения содержания триглицеридов и фосфолипидов в сыворотке крови
4.Разберите взаимоотношения основных этапов окисления высших жирных кислот (вжк):
а) активация ВЖК (универсальность этого этапа)
б) -окисление
в) окисление продуктов -окисления (ацетил-КоА и восстановленных коферментов) через общие пути метаболизма.
(ВЖК):
а) активация ВЖК (универсальность этого этапа)
б) бета-окисление
в) окисление продуктов бета-окисления (ацетил-КоА и восстановленных коферментов)
через общие пути метаболизма..
А)Активация жирных кислот
Перед тем, как вступить в различные реакции, жирные кислоты должны быть активированы, т.е. связаны макроэргической связью с коферментом А:
RCOOH + HSKoA + АТФ → RCO ~ КоА + АМФ + PPi
Реакцию катализирует фермент ацил-КоА синтетаза. Выделившийся в ходе реакции пирофосфат гидролизуется ферментом пирофосфатазой:
Н4Р2О7 + H2O → 2 Н3РО4.
Выделение энергии при гидролизе макроэргической связи пирофосфата смещает равновесие реакции вправо и обеспечивает полноту протекания реакции активации.
Ацил-КоА синтетазы находятся как в цитозоле, так и в матриксе митохондрий. Эти ферменты отличаются по специфичности к жирным кислотам с различной длиной углеводородной цепи. Жирные кислоты с короткой и средней длиной цепи (от 4 до 12 атомов углерода) могут
проникать в матрикс митохондрий путём диффузии. Активация этих жирных кислот происходит в матриксе митохондрий. Жирные кислоты с длинной цепью, которые преобладают в организме человека (от 12 до 20 атомов углерода), активируются ацил-КоА синтетазами, расположенными на
внешней мембране митохондрий.
Б) β-окисление жирных кислот происходит в матриксе митохондрий, поэтому после активации жирные кислоты должны транспортироваться внутрь митохондрий. Жирные кислоты с длинной углеводородной цепью переносятся через плотную внутреннюю мембрану митохондрий с
помощью карнитина. В наружной мембране митохондрий находится фермент карнитинацилтрансфераза I (карнитинпальмитоилтрансфераза I), катализирующий реакцию с образованием ацилкарнитина.
Образовавшийся ацилкарнитин проходит через межмембранное пространство к наружной стороне внутренней мембраны и транспортируется с помощью карнитинацилкарнитинтранслоказы на внутреннюю поверхность внутренней мембраны митохондрий, где фермент карнитинацилтрансфераза II катализирует перенос ацила на внутримитохондриальный KoA. Таким
образом, ацил-КоА становится доступным для ферментов β-окисления. Свободный карнитин возвращается на цитозольную сторону внутренней мембраны митохондрий той же транслоказой.
Перенос жирных кислот с длинным углеводородным радикалом через мембраны митохондрий. Фермент карнитинацилтрансфераза I - регуляторный фермент ингибируется малонил-КоА - промежуточным метаболитом, образующимся при биосинтезе жирных кислот. На внутренней поверхности внутренней мембраны находится фермент карнитинацил трансфераза II, катализирующий обратный перенос ацила с карнитина на внутримитохондриальный КоА. После этого ацил-КоА включается в реакции β-окисления.
β-окисление жирных кислот - специфический путь катаболизма жирных кислот, протекающий в матриксе митохондрий только в аэробных условиях и заканчивающийся образованием ацетил-КоА. Водород из реакций β-окисления поступает в ЦПЭ, а ацетил-КоА окисляется в цитратном цикле,
также поставляющем водород для ЦПЭ. Поэтому β-окисление жирных кислот - важнейший метаболический путь, обеспечивающий синтез АТФ в дыхательной цепи.
β-окисление начинается с дегидрирования ацил-КоА FAD-зависимой ацил-КоА дегидрогеназой с образованием двойной связи между α- и β-атомами углерода в продукте реакции - еноил-КоА. Восстановленный в этой реакции кофермент FADH2 передаёт атомы водорода в ЦПЭ на кофермент Q. В результате синтезируются 2 молекулы АТФ. В следующей реакции β-окисления по месту двойной связи присоединяется молекула воды таким образом, что ОН-группа находится у β-
углеродного атома ацила, образуя β-гидроксиацил-КоА. Затем β-гидроксиацил-КоА окисляется
NAD+-зависимой дегидрогеназой. Восстановленный NADH, окисляясь в ЦПЭ, обеспечивает энергией синтез 3 молекул АТФ.
Образовавшийся β-кетоацил-КоА подвергается тиолитическому расщеплению ферментом тиолазой, так как по месту разрыва связи С-С через атом серы присоединяется молекула кофермента А. В результате этой последовательности из 4 реакций от ацил-КоА отделяется двухуглеродный остаток - ацетил-КоА. Жирная кислота, укороченная на 2 атома углерода, опять проходит реакции дегидрирования, гидратации, дегидрирования, отщепления ацетил-КоА. Эту последовательность реакций обычно называют «циклом β- окисления», имея в виду, что одни и те же реакции повторяются с радикалом жирной кислоты до тех пор, пока вся жирная кислота не превратится в ацетильные остатки. Если продолжать рассчитывать выход АТФ при окислении пальмитиновой кислоты, то из общей суммы молекул АТФ (131) необходимо вычесть 2 молекулы, так как на активацию жирной кислоты тратится энергия 2 макроэргических связей (см. реакцию активации жирной кислоты). Итог – 129 молекул АТФ. Регуляция скорости β-окисления β-окисление - метаболический путь, прочно связанный с работой ЦПЭ и общего пути катаболизма. Поэтому его скорость регулируется потребностью клетки в энергии, т.е. соотношениями АТФ/AДФ и NADH/NAD+, так же, как и скорость реакций ЦПЭ и общего пути катаболизма. Скорость β-окисления в тканях зависит от доступности субстрата, т.е. от количества жирных кислот, поступающих в митохондрии. Концентрация свободных жирных кислот в крови повышается при активации липолиза в жировой ткани при голодании под действием глюкагона и при физической работе под действием адреналина. В этих условиях жирные кислоты становятся преимущественным источником энергии для мышц и печени, так как в результате β-окисления образуются NADH и ацетил-КоА, ингибирующие пируватдегидрогеназный комплекс. Превращение пирувата, образующегося из глюкозы, в ацетил-КоА замедляется. Накапливаются промежуточные метаболиты гликолиза и, в частности, глюкозо-6-фосфат. Глюкозо-6-фосфат ингибирует гексокиназу и, следовательно, препятствует использованию глюкозы в процессе гликолиза.
В) Ацетил-Коа окисляется через ЦТК (цикл Кребса) - это общий катаболический путь. А образующиеся коферменты НАД и ФАД идут в цепь переноса электронов (цпэ), там будет происходить окислительное фосфорилирование, и из 1 молекулы ФАД образуется 2 моль АТФ, а из 1 НАД - 3 моль АТФ.