Биохимия и молекулярная биология Лекция 8 Катаболизм жирных

Биохимия и молекулярная биология Лекция 8. Катаболизм жирных кислот. Метаболизм кетоновых тел 1

План лекции n n Катаболизм жирных кислот с четным числом С-атомов Катаболизм жирных кислот с нечетным числом С-атомов Катаболизм моноеновых жирных кислот Метаболизм кетоновых тел Катаболизм жирных кислот 2

Катаболизм жирных кислот Окисление жирных кислот CωH 3 -(CH 2)n-Cb. H 2 -Ca. H 2 -COOH Главный путь: β-окисление Минорные пути: α-окисление (ЖК с разветвленными цепями, например, фитановая кислота) ω-окисление Катаболизм жирных кислот 3

Катаболизм жирных кислот Схема ß-окисления жирных кислот 1904 г. – Ф. Кнооп 1954 – 1958 гг. – Ф. Линен с сотрудниками, А. Ленинджер Катаболизм жирных кислот 4

Катаболизм жирных кислот Три стадии катаболизма ЖК: 1) β-окисление; 2) цикл лимонной кислоты, в котором осуществляется расщепление ацетил-Со. А, образовавшегося при βокислении ЖК; 3) окислительное фосфорилирование в дыхательной цепи с образованием АТР за счет энергии NADH и FADН 2 Катаболизм жирных кислот 5

Катаболизм жирных кислот 6

Катаболизм жирных кислот 7

Катаболизм жирных кислот 8

Катаболизм жирных кислот ß-окисление жирных кислот β-окисление – специфический путь окисления свободных ЖК, заканчивающийся образованием ацетил-Со. А. Окисление ЖК осуществляется в митохондриях и пероксисомах. Жирные кислоты для вовлечения в процесс ß-окисления должны быть активированы. Активация ЖК осуществляется ферментами ацил-Со. А-синтетазами в цитозоле. На активацию ЖК затрачивается 2 молекулы АТР. Активированные жирные кислоты (ацил-Со. А) транспортируются в матрикс митохондрий карнитиновым челноком. Катаболизм жирных кислот 9

Катаболизм жирных кислот Активация жирной кислоты Mg 2+ RCH 2 COO- + ATP → RCH 2 C О ~ AMP + PPi Н 4 Р 2 О 7 + Н 2 О неорганическая пирофосфатаза → 2 Н 3 РО 4 Mg 2+ RCH 2 CО ~ AMP + HSCo. A → RCH 2 CО ~SCo. A + AMP Суммарная реакция: Mg 2+ RCH 2 COO- + ATP + HSCo. A + Н 2 О → RCH 2 CО ~SCo. A + AMP + 2 Pi ∆G 0´= - 15 к. Дж/моль (для двухстадийного процесса) Катаболизм жирных кислот 10

Катаболизм жирных кислот Транспорт ацил-Co. A в митохондрии Карнитин (γ-триметиламино-β-гидроксибутират) синтезируется в печени и почках из лизина. (СН 3)3 -N+-СН 2 -СНОН-СН 2 -СООКатаболизм жирных кислот 11

Катаболизм жирных кислот Образование ацилкарнитина Ацилкарнитин Катаболизм жирных кислот 12

Катаболизм жирных кислот Транспорт ацил-Co. A в митохондрии Катаболизм жирных кислот 13

Катаболизм жирных кислот ß-окисление – циклический процесс, включающий 4 реакции: • дегидрирование (ацил-Со. А-дегидрогеназа, FAD) • гидратация (еноил-Со. А-гидратаза) • дегидрирование (L-ß-гидроксиацил-Со. Адегидрогеназа, NAD+) • тиолитическое расщепление (тиолаза) Катаболизм жирных кислот 14

Катаболизм жирных кислот Окисление жирных кислот с четным числом С-атомов Катаболизм жирных кислот 15

Катаболизм жирных кислот Суммарное уравнение β-окисления стеариновой кислоты СН 3(СН 2)16 -СО~SCо. А + 8 НS-Cо. А + 8 FAD + 8 NAD+ + 8 Н 2 О → 9 СН 3 -СО~SСо. А + 8 FADH 2 + 8 NADH + 8 H+ Катаболизм жирных кислот 16

Катаболизм жирных кислот Формула расчета выделяющейся при окислении жирной кислоты энергии Расчет выделяемой энергии производится по формуле: СН 3 -(СН 2)16 СО~Со. А [5(n/2 - 1) + n/2 х 12] - 2, где 5 - число молекул АТР, образуемое при одном раунде βокисления; n - число атомов углерода в ЖК; n/2 - 1 - число актов окисления; n/2 - число молекул ацетил-Со. А; 12 - число молекул АТР, образующихся при полном окислении одной молекулы ацетил. Со. А в цикле лимонной кислоты; 2 - число молекул АТР, затраченных на активацию ЖК. [5 x (18/2 – 1) + (18/2 x 12)] – 2 = [40 + 108] – 2 = 146 АТР При полном окислении 3 молекул глюкозы (18 С- атомов) образуется 108 (114) молекул АТР. Катаболизм жирных кислот 17

Катаболизм жирных кислот 18

Катаболизм жирных кислот Окисление жирных кислот с нечетным числом С-атомов 1. Пропионил-Со. А карбоксилируется с образованием D-метилмалонил-Со. А. 2. D-метилмалонил-Со. А эпимеризуется в L-стереоизомер. 3. L-метилмалонил-Со. А превращается в интермедиат ЦТК – сукцинил-Со. А. Метилмалонил-Со. А мутазе необходим кофактор - витамин В 12 Катаболизм жирных кислот 19

Итог: 9 Acetyl-Co. A 8 раундов (циклов) Катаболизм жирных кислот Окисление моноеновых жирных кислот Олеиновая кислота, С 18: 1, Δ 9 Окисление олеиновой кислоты требует дополнительного фермента: Еноил-Со. А-изомеразы Итог: 9 ацетил-Со. А 8 раундов (циклов) Катаболизм жирных кислот 20

Метаболизм кетоновых тел Образование кетоновых тела в митохондриях печени Катаболизм жирных кислот 21

Метаболизм кетоновых тел Кетоновые тела ацетоацетат D-β-гидроксибутират Катаболизм жирных кислот ацетон 22

Метаболизм кетоновых тел Синтез кетоновых тел в гепатоцитах Катаболизм жирных кислот 23

Метаболизм кетоновых тел Кетоновые тела – клеточное топливо Катаболизм жирных кислот 24

Метаболизм кетоновых тел Катаболизм жирных кислот 25

Домашнее задание Сравнить процесс β-окисления в митохондрии и пероксисоме Катаболизм жирных кислот 26