Параграф 45 -окисление жирных кислот

Автор текстов Анисимова Елена Сергеевна. Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить. Замечания присылать по электронной почте exam_bch@mail.ru

ПАРАГРАФ 45:
«;-ОКИСЛЕНИЕ».
формулы см. в файле «45 ФОРМУЛЫ КРАТКО».
45.0. Определение:
;-окисление – это превращение жирной кислоты в несколько молекул ацетилКоА. Остальное см. далее.
45.1. Непосредственные продукты процесса и их использование.
Этот процесс даёт несколько молекул ацетилКоА, НАДН и ФАДН2. (Это непосредственные продукты ;-окисления).
АцетилКоА после этого используется в ЦТК, что даёт ЭНЕРГИЮ (с помощью дыхательной цепи).
В печени избыток ацетилКоА может использоваться для синтеза кетоновых тел, которые хороши тем, что транспортируются в ткани для выработки энергии, в том числе в головном мозге (при голоде это существенная поддержка для мозга), но опасны при избытке (так как приводят к ацидозу – см. кетозы в п.47).
НАДН и ФАДН2 поступают в дыхательную цепь для выработки энергии в форме АТФ и ТЕПЛА.
45.2. Локализация процесса (в каких клетках и органеллах протекает).
Во всех клетках, кроме эритроцитов и нейронов. В МИТОХОНДРИЯХ (поэтому процесса нет в эритроцитах).

45.3.1. ЗНАЧЕНИЕ ;-окисления жирных кислот для организма –
этот процесс является источником энергии для большинства клеток, в том числе для СЕРДЦА и скелетных мышц (при длительной работе), печени и почек и т.д.. Эритроциты и нейроны не могут использовать в качестве источника энергии процесс ;-окисления жирных кислот. В отличие от глюкозы, способной дать энергию даже при отсутствии кислорода, жирные кислоты дают энергию только в присутствии кислорода, то есть только в аэробных условиях), так как требуется помощь дыхательной цепи.
(не зубрите курсив!!! Это всё логически выводится)
45.3.2. Последствия недостаточной активности ;-окисления
К каким последствиям приводит недостаточная активность ;-окисления? Последствия недостаточной активности ;-окисления – дефицит энергии, что приводит к мышечной слабости, болях в мышцах.
Особенно страдает СЕРДЦЕ – ему не хватает АТФ для работы (для сокращения мышц), для «восстановительных работ» - синтеза новых молекул взамен повреждённых (окисленных белков и липидов мембран), для работы ионных насосов, что важно для поддержания нормального мембранного потенциала.
Кроме того, при недостаточной активности ;-окисления клетки начинают активнее использовать для выработки энергии глюкозу, что приводит к снижению количества глюкозы в крови (гипогликемии), поэтому глюкозы может не хватать мозгу и эритроцитам (см. гемолиз, п.121 и гипогликемию, п.37).
45.3.3. Причины недостаточной активности ;-окисления:
1) дефицит субстрата – жирных кислот при голоде и низких запасах жира в организме, при истощении,
2) дефицит витаминов (РР, В2, пантотената) и коферментов процесса, снижение активности ферментов из-за мутаций их генов,
3) недостаточная стимуляция процесса гормонами при их дефиците,
4) дефицит КАРНИТИНА (см. далее),
5) повреждения митохондрий активными формами кислорода при дефиците антиоксидантов (см.п.27).
То есть отсутствие или дефицит чего-то, что нужно для ;-окисления.
45.3.4. Коррекция недостаточной активности ;-окисления:
для предотвращения и исправления последствий – соответственно причинам (см. выше): обеспечение организма жирными кислотами за счёт нормализации и питания и процесса расщепления жира (см. регуляцию липолиза), обеспечение витаминами, аминокислотами, карнитином, коррекция дефицита гормонов, защита митохондрий АНТИОКСИДАНТАМИ от повреждения.
45.3.4. Последствия избыточной активности ;-окисления в печени
К каким последствия приводит избыточная активность ;-окисления? Последствия избыточной активности ;-окисления в печени – образование избытка ацетилКоА, который превращается в кетоновые тела, что приводит к ацидозу. При диабете этот ацидоз бывает столь силён, что приводит к коме (если вовремя не принять меры,  то есть если не ввести инсулин).
45.3.5. Причины избыточной активности ;-окисления –
недостаточное торможение процесса инсулином при дефиците инсулина при диабете.
Другие причины – чрезмерная стимуляция процесса катехоламинами при стрессе, глюкагоном при голоде, а также катехоламинами, глюкагоном и йодтиронинами (при тиреотоксикозе), ГКС (при кушингизме) при заболеваниях, при которых в организме повышена выработка этих гормонов – см. п.47.

45. 4. Откуда в клетках берутся жирные кислоты для окисления?
Источник жирных кислот для ;-окисления – образование жирных кислот при расщеплении жира (то есть при липолизе). Когда говорят, что жир является энергетическим резервом, имеют в виду, что он может при расщеплении давать жирные кислоты, окисление которых и даёт энергию.
При расщеплении жира в клетках белой жировой ткани жирные кислоты поступают в кровь, с током крови транспортируются к разным клеткам с помощью транспортных белков плазмы крови – АЛЬБУМИНОВ.
Кроме того, жирные кислоты поступают в кровь при расщеплении жира хиеломикронов, которые присутствуют в крови после приёма жирной пищи. См. п.49-51.
При расщеплении жира в клетках бурого жира жирные кислоты не поступают в кровь, а окисляются в тех же клетках ради образования энергии в форме тепла (благодаря разобщению окислительного фосфорилирования – см. п.27 и 44).

45.5. Регуляция ;-окисления жирных кислот гормонами. И её значение.
Регуляция гормонами.
;-окисление активируется при СТРЕССЕ под влиянием катехоламинов адреналина и норадреналина и при ГОЛОДЕ под влиянием гормона голода глюкагона, чтобы дать энергию (АТФ) в этих состояниях.
Кроме того, стимуляция процесса этими гормонами приводит к образованию в печени избытка ацетилКоА, что приводит к синтезу кетоновых тех и создаёт риск кетоза. Поэтому избыток гормонов, стимулирующих ;-окисление, создаёт опасность кетоза.

В состоянии сытости ;-окисление жирных кислот снижается под влиянием ИНСУЛИНА (гормона покоя и сытости).
Замедляя ;-окисление, инсулин предотвращает накопление кетоновых тел (кетоз) – поэтому при снижении количества инсулина при диабете первого типа риск кетоза повышается – из-за активации ;-окисления на фоне снижения тормозящего влияния инсулина. При кетоацидотической коме главным лекарством является инсулин – см. п.103.

45.6. Реакции ;-окисления жирных кислот. См. формулы в «45 формулы».
1. Процесс происходит в митохондриях, поэтому сначала жирную кислоту нужно перенести из гиалоплазмы в митохондрию.
Перед переносом жирной кислоты в митохондрию её нужно АКТИВИРОВАТЬ.
Активация (активирование) жирных кислот заключается в их реакции с коферментом А (переносчиком ацилов). СМ. РЕАКЦИИ В ТАБЛИЦЕ К ПАРАГРАФУ 45 – только так, «с картинками», есть смысл читать описание реакций.
При реакции с коферментом А атом углерода карбоксильной группы соединяется с атомом серы кофермента А сложноэфирной связью, при этом атом серы присоединяется «вместо» ОН атомов карбоксильной группы. Образуется соединение остатка жирной кислоты (то есть части молекулы жирной кислоты без ОН атомов карбоксильной группы, которая называется ацилом) с коферментом А, которое называется – ациломКоА. (Не путать с ацетиломКоА – у ацетила 2 атома углерода, а ацил – это более широкое понятие – ацилами называются остатки карбоновых кислот с любым количеством атомов углерода – хоть 4, хоть 16).
Образование связи между ацилом и коферментом А происходит с затратой энергии, которая выделяется при расщеплении АТФ до АМФ и ФФн (то есть при отщеплении от АТФ двух фосфатов). В таких случаях затраты АТФ считают за ДВЕ молекулы АТФ. Так как АМФ вступает в реакцию с АТФ, которая приводит к образованию 2 молекул АТФ – в этой реакции и происходит превращение второй молекулы АТФ в АДФ).
Фермент. Ферменты, которые катализируют синтезы с затратой АТФ, называются синТЕтазами. Синтетаза, которая катализирует синтез ацилКоА, называется синтетазой ацилаКоА или ацилКоА/синтетазой.

2. Ацил переносится с кофермента А на КАРНИТИН, который осуществляет перенос ацила через мембрану митохондрии:
ацилКоА + карнитин ; КоА + ацил/карнитин.
На внутренней стороне мембраны митохондрии ацил переносится на молекулу кофермента А, которая находится внутри митохондрии:
Ацил/карнитин + кофермент А ; ацилКоА + карнитин.
После этого ацилКоА, находящийся в митохондрии, вступает в реакции окисления.

(реакции 3.1-3.3 – пример процесса так называемого КОСВЕННОГО КИСЛЕНИЯ – то есть «окисления кислородом воды»;
другие примеры косвенного окисления – превращение сукцината к оксалоацетат в ЦТК и превращение этанола в уксусную кислоту)
3.1. От ацилКоА отщепляются 2 атома водорода (от 2-го и от 3-го атомов углерода), в результате чего образуется соединение с двойной связью между 2-м и 3-м атомом углерода, которое называется еноиломКоА. («ен» означает двойную связь).
Отщеплённые 2 атома водорода переносятся на кофактор ФАД (содержащий витамин В2), в результате чего ФАД превращается в ФАДН2. От ФАДН2 атомы водорода передаются по дыхательной цепи на кислород. В результате из водорода и кислорода образуется одна молекула воды. А за счёт энергии, выделяющееся при работе дыхательной цепи (при переносе электронов) образуются 1,5 молекулы АТФ.
Если кислорода нет, если В2 нет, то ;-окисление протекать не может.
Процесс отщепления водорода называется дегидрированием.
Ферменты, катализирующие отщепление атомов водорода от субстрата и их перенос на НАД+ или ФАД (или НАДФ+), называются дегидрогеназами. Дегидрогеназа, отщепляющая водород от ацилаКоА, называется дегидрогеназой ацилаКоА или ацилКоА/дегидрогеназой.

3.2. ЕноилКоА вступает в реакцию с молекулой воды (НОН);
при этом ОН присоединяется к 3-му атому углерода еноилаКоА, а атом Н воды – ко 2-му атому углерода еноилаКоА («по» двойной связи).
В результате вещество с ОН (гидрокси) группой в 3-м (;) положении, которое называется ;-гидрокси/ациломКоА.
Реакция присоединения НОН «по» двойной связи называется гидратацией, а катализрующий её фермент называется гидратазой. Гидратаза еноилаКоА называется еноилКоА/гидратазой.

3.3. От ;-ГИДРОКСИацилКоА отщепляются 2 атома водорода (от кислорода ОН группы и от 3-го атома углерода), в результате чего образуется соединение с двойной связью между атомом кислорода и 3-м атомом углерода (С=О), то есть с КЕТОгруппой, которое называется ;-КЕТОациломКоА.
Отщеплённые 2 атома водорода переносятся на кофактор НАД+ (содержащий витамин рр), в результате чего НАД превращается в НАДН,Н+. От НАДН,Н+ атомы водорода передаются по дыхательной цепи на кислород. В результате из водорода и кислорода образуется одна молекула воды. А за счёт энергии, выделяющееся при работе дыхательной цепи (при переносе электронов) образуются 2,5 молекулы АТФ.
Если кислорода нет, если РР нет, то ;-окисление протекать не может.
Процесс отщепления водорода называется дегидрированием.
Ферменты, катализирующие отщепление атомов водорода от субстрата и их перенос на НАД+ или ФАД (или НАДФ+), называются дегидрогеназами. Дегидрогеназа, отщепляющая водород от ;-гидрокси/ацилаКоА, называется дегидрогеназой ;-гидрокси/ацилаКоА или ;-гидрокси/ацилКоА/дегидрогеназой.
Таким образом, превращение ацилКоА в кетоацилКоА даёт 4 молекулы АТФ – за счёт реакций 3.1 и 3.3.

3.4. В молекуле ;-КЕТОацилаКоА происходит расщепление связи между 2-м и 3-м атомами углерода,
в результате молекула расщепляется на два фрагмента – двухуглеродный и 14-тиуглеродный (если рассматривать окисление 16-ти углеродной пальмитиновой кислоты).
Это расщепление молекулы происходит при её реакции с молекулой кофермента А (КоА-SH).
К двухуглеродному отщеплённому фрагменту присоединяется атом водорода (ко второму атому углерода, «по месту расщеплённой связи»), в результате чего фрагмент превращается в молекулу ацетилКоА. Это ПЕРВАЯ из 8 молекул ацетилКоА, которые образуются при ;-окислении пальмитата.
Ко второму фрагменту присоединяется атом серы кофермента А (к бывшему 3-му атому углерода расщеплённой молекулы),
в результате чего фрагмент превращается в 14-углеродную молекулу ацилКоА.

4. 14-углеродный ацилКоА подвергается тем же реакциям, которым подвергся 16-углеродный ацилКоА (то есть реакциям 3.1-3.4), в результате чего образуются: ВТОРАЯ молекула ацетилКоА и 12-углеродная молекула ацилКоА. А также 4 молекулы АТФ за счёт двух коферментов.
12-углеродная молекула ацилКоА в свою очередь тоже подвергается реакциям, аналогичным 3.1-3.4, в результате чего образуются ТРЕТЬЯ молекула ацетилКоА и 10-углеродная молекула ацетилКоА, а также 4 молекулы АТФ.
И т.д. – всё это происходит до тех пор, пока не получится 4-углеродная молекула ацилКоА, которая после реакций 3.1-3.4 даёт 2 молекулы ацетилКоА (отщепляется СЕДЬМАЯ молекула ацетилКоА и остаётся молекула ацетилКоА, которая является восьмой).

45.7. Подсчёт АТФ от ;-окисления одного пальмитата.
Таким образом, при окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты реакции 3.1-3.4 происходят СЕМЬ раз –
семь раз отщепляется молекула ацетилКоА,
7 раз образуется по 4 молекул АТФ (за счёт 7 молекул ФАДН2 и 7 молекул НАДН, Н+, с помощью дыхательной цепи, с использование кислорода), то есть всего образуется 28 молекул АТФ.
8 молекул ацетилКоА поступают в ЦТК, что приводит (с помощью дыхательной цепи) к образованию ещё 10 молекул АТФ от каждой молекулы ацетилКоА, то есть 8*10=80 молекул АТФ.
Если витаминов ЦТК и ДЦ мало (РР, В2, пальмитата, В1, липоевой кислоты), то энергии мало.
Таким образом, всего при окислении пальмитата образуется 28+80=108 молекул АТФ.
Нужно вычесть из 108 молекул АТФ те 2 молекулы АТФ, которые были затрачены на активацию жирной кислоты.
В итоге получается, что одна молекула пальмитата даёт 108 – 2=106 молекул АТФ.

45.8. Подсчёт АТФ от использования одной молекулы жира.
Молекула жира при расщеплении (липолизе – п.44) даёт одну молекулу глицерина и 3 молекулы жирных кислот.
Поэтому жир даёт 106*3 молекул АТФ = 318 АТФ.
Плюс АТФ от окисления глицерина (17,5). В итоге более 300 (335,5) молекул АТФ от одной молекулы жира – это в 10 раз больше, чем от полного аэробного окисления одной молекулы глюкозы (32 АТФ – п.32).

45.9. Подсчёт АТФ от ;-окисления стеариновой кислоты.
При ;-окислении не пальмитиновой, а стеариновой кислоты происходят аналогичные реакции,
но первый ацил содержит не 16, а 18 атомов углерода, поэтому даёт не 8, а 9 молекул ацетилКоА;
не 7, а 8 раз по 4 АТФ от коферментов и т.д. – распишите это самостоятельно (9ацетилКоА по 10 АТФ – это 90, 8 коферментов 4 АТФ – это 32 АТФ, 90+32=122, минус 2 АТФ на активацию  - 122-2=120 АТФ от одной молекулы стеарата).

45.10. Как запомнить реакции процесса 45 и 46.
1. Выучить формулу жирной кислоты: СН3 – (СН2 )14 – СООН. Или не 14, а 16.
2. Выучить формулу эфира жирной кислоты с коферментом А, то есть ацилКоА:
СН3 – (СН2 )14 – С(О)SКоА.
3. Запомнить последовательность метаболитов: ацилКоА, еноилКоА, ГИДРОКСИацилКоА и КЕТОацилКОА.
4. Знать, что ен – это двойная связь, что гидрокси – это ОН группа, что кето – это С=О группа.
Научиться рисовать ацил с этими группами.
Помнить, что ;- это ТРЕТИЙ атом углерода, а не второй.
И что процесс называется ;-окислением именно потому, что окисление происходит «по» бета-положению, то есть по 3-му атому углерода.
5. Найти отличия между формулами начального и конечного метаболита реакции и на основе этого отличия догадаться, какие атомы присоединились к веществу или отсоединились от вещества. Как в детской игре «найди 2 отличия между похожими картинками».
6. Помнить, что если отщепились атомы водорода, то они переносятся на кофермент (см. 3.1 и 3.3).
7. Помнить, что если атомы водорода присоединились к метаболиту, то скорее всего они перенесены на него от кофермента (см. п.46).