Окисление жирных кислот протекает в печени, почках, скелетных и сердечных мышцах, в жировой ткани.

Ф.Кнооп высказал предположение, что окисление молекулы жирной кислоты в тканях организма происходит в b-окислении. В результате от молекулы жирной кислоты отщепляются двууглеродные фрагменты со стороны карбоксильной группы. Процесс b-окисления жирных кислот складывается из следующих этапов:

Активация жирных кислот. Подобно первой стадии гликолиза сахаров перед b-окислением жирные кислоты подвергаются активации. Эта реакция протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима А (НS-КоА) и ионов Mg 2+ . Реакция катализируется ацил-КоА-синтетазой:

В результате реакции образуется ацил-КоА, являющийся активной формой жирной кислоты.

Транспорт жирных кислот внутрь митохондрий. Коэнзимная форма жирной кислоты, в равной мере как и свободные жирные кислоты, не обладает способностью проникать внутрь митохондрий, где, собственно, и протекает их окисление, переносчиком активированных жирных кислот через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин (g-триметиламино-b-оксибути-рат):

После прохождения ацилкарнитина через мембрану митохондрий происходит обратная реакция – расщепления ацилкарнитина при участии НS-КоА и митохондриальной карнитин-ацилтрансферазы:

Ацил-КоА в митохондрии подвергается процессу b-окисления.

Этот путь окисления связан с присоединением атома кислорода к углеродному атому жирной кислоты, находящемуся в b-положении:

При b-окислении происходит последовательное отщепление от карбоксильного конца углеродной цепи жирной кислоты двууглеродных фрагментов в форме ацетила-КоА и соответствующее укорачивание цепи жирной кислоты:

В матриксе митохондрии ацил-КоА распадается в результате повторяющейся последовательности четырех реакций (рис.8).

1) окисление с участием ацил-КоА-дегидрогеназы (ФАД-зависимой дегидрогеназы);

2) гидратация, катализируемой еноил-КоА-гидратазой;

3) второго окисления под действием 3-гидроксиацетил-КоА-дегидрогеназы (НАД-зависимой дегидрогеназы);

4) тиолиза с участием ацетил-КоА-ацилтрансферазы.

Совокупность этих четырех последовательностей реакций составляет один оборот b-окисления жирной кислоты (см. рис. 8).

Образовавшийся ацетил-КоА подвергается окислению в цикле Кребса, а ацетил-КоА, укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь b-окисления вплоть до образования бутирил-КоА (4-углеродное соединение), на последнем этапе b-окисления распадается на две молекулы ацетил-КоА.

При окислении жирной кислоты, содержащей n углеродных атомов, происходит n/2-1 цикл b-окисления (т.е. на один цикл меньше, чем n/2, так как при окислении бутирил-КоА сразу происходит образование двух молекул ацетил-КоА) и всего получится n/2 молекул ацетил-КоА.

Например при окислении пальмитиновой кислоты (С 16) повторяется 16/2-1=7 циклов b-окисления и образуется 16/2=8 молекул ацетил-КоА.

Рисунок 8 – Схема b-окисления жирной кислоты

Баланс энергии. При каждом цикле b-окисления образуется одна молекула ФАДН 2 (см. рис. 8; реакция 1) и одна молекула НАДН+Н + (реакция 3). Последняя в процессе окисления дыхательной цепи и сопряженного с ним фосфорилирования дают: ФАДН 2 – 2 молекулы АТФ и НАДН+Н + – 3 молекулы АТФ, т.е. в сумме за один цикл образуется 5 молекул АТФ. При окислении пальмитиновой кислоты образуется 5*7=35 молекул АТФ. В процессе b-окисления пальмитиновой кислоты образуется 8 молекул ацетил-КоА, каждая из которых, «сгорая» в цикле Кребса, дает 12 молекул АТФ, а 8 молекул дадут 12*8=96 молекул АТФ.

Таким образом, всего при полном b-окислении пальмитиновой кислоты образуется 35+96=131 молекула АТФ. С учетом одной молекулы АТФ, потраченной в самом начале на стадии активации жирной кислоты, общий энергетический выход при полном окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты составит 131-1=130 молекул АТФ.

Однако, образовавшийся в результате b-окисления жирных кислот ацетил-КоА, может не только окисляться до СО 2 , Н 2 О, АТФ, вступая в цикл Кребса, но использоваться на синтез холестерина, а также углеводов в глиоксилатном цикле.

Глиоксилатный путь специфичен только для растений и бактерий, у животных организмов он отсутствует. Данный процесс синтеза углеводов из жиров подробно описан в методическом указании «Взаимосвязь процессов обмена углеводов, жиров и белков» (см. п. 2.1.1, с. 26).

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ - алифатические карбоновые кислоты, многие из которых входят в состав животных и растительных жиров; в организме животных и в растениях свободные Ж. к. и Ж. к., входящие в состав липидов, выполняют чрезвычайно важную функцию - энергетическую и пластическую. Ненасыщенные Ж. к. участвуют в организме человека и животных в биосинтезе особой группы биологически активных веществ - простагландинов (см.). Содержание свободных и эфирносвязанных Ж. к. в сыворотке крови служит дополнительным диагностическим тестом при ряде заболеваний. Ж. к. широко используются для приготовления различных мыл, в производстве каучука и резиновых изделий, лаков, эмалей и олиф.

В зависимости от числа карбоксильных групп в молекуле различают одно-, двух- и многоосновные Ж. к., а по степени насыщенности углеводородного радикала - насыщенные (предельные) и ненасыщенные (непредельные) Ж. к. По числу углеродных атомов в цепи Ж. к. делятся на низшие (С1-С3), средние (С4-С9) и высшие (С10-С26)- Насыщенные Ж. к. имеют общую молекулярную формулу C n H 2 n O 2 . Общая формула ненасыщенных Ж. к. зависит от числа содержащихся в них двойных или тройных связей.

Для обозначения Ж. к. используют рациональную и систематическую номенклатуру; кроме того, многие Ж. к. имеют исторически сложившиеся названия. По рациональной номенклатуре все Ж. к. рассматривают как производные уксусной к-ты, в молекуле к-рой атом водорода метильной группы замещен углеводородным радикалом. По систематической номенклатуре название Ж. к. происходит от названия углеводорода, молекула к-рого построена из того же числа атомов углерода, включая углерод карбоксильной группы, что и молекула Ж. к. (напр., пропан - пропановая к-та, этан - этановая к-та, гексан - гексановая к-та и т. д.). В названии ненасыщенных Ж. к. указывается число двойных связей (моно-, ди-, три-и т. д.) и прибавляется окончание «еновая». Нумерация атомов углерода Ж. к. начинается с углерода карбоксильной (СООН-) группы и обозначается араб, цифрами. Ближайший к COOH-группе C-атом обозначается как альфа, соседний с ним - бета и концевой атом углерода в углеводородном радикале - омега. Двойную связь в молекуле Ж. к. обозначают символом Δ или просто приводят номер углеродного атома, у к-рого расположена двойная связь с указанием цис- или транс-конфигурации цепи. Некоторые наиболее распространенные Ж. к. и их тривиальные, рациональные и систематические названия приведены в таблице 1.

Физические свойства

Низшие Ж. к. представляют собой летучие жидкости с резким запахом, средние - масла с неприятным прогорклым запахом, высшие - твердые кристаллические вещества, практически лишенные запаха.

С водой смешиваются во всех отношениях только муравьиная кислота (см.), уксусная кислота (см.) и пропионовая к-та; у более высоких членов ряда Ж. к. растворимость быстро уменьшается и, наконец, становится равной нулю. В спирте и эфире Ж. к. растворимы хорошо.

Температуры плавления в гомологическом ряду Ж. к. возрастают, но неравномерно. Ж. к. с четным числом C-атомов плавятся при более высокой температуре, чем следующие за ними Ж. к., имеющие на один C-атом больше (табл. 2). В обоих этих рядах (с четным и нечетным числом C-атомов) разность температур плавления двух следующих друг за другом членов постепенно уменьшается.

Такое своеобразное различие между Ж. к. с четным и нечетным числом С-атомов в молекуле проявляется не только в температурах плавления, но в нек-рой степени в хим. и даже в их биол, свойствах. Так, Ж. к. с четным числом C-атомов распадаются, по данным Г. Эмбдена, при кровоизлиянии в печени до ацетона, а Ж. к. с нечетным числом C-атомов - не распадаются.

Ж. к. сильно ассоциированы и даже при температурах, превышающих их температуру кипения, показывают вдвое больший мол. вес, чем это следует из их формулы. Эта ассоциация объясняется возникновением водородных связей между отдельными молекулами Ж. к.

Химические свойства

Химические свойства Ж. к. определяются свойствами их COOH-групп и углеводородного радикала. В COOH-группе связь O-H ослаблена за счет смещения электронной плотности в двойной C=O связи к кислороду, и поэтому протон может быть легко отщеплен. Это приводит к появлению стабильного аниона к-ты:

Сродство карбонилового остатка к электронам может быть частично удовлетворено за счет соседней метиленовой группы, водородные атомы к-рой наиболее активны по сравнению с остальными. Константа диссоциации COOH-группы Ж. к. равна 10 -4 -10 -5 М, т. е. ее величина гораздо ниже, чем у неорганических к-т. Наиболее сильной из Ж. к. является муравьиная к-та. COOH-группа Ж. к. обладает способностью реагировать в водных р-рах с щелочноземельными металлами. Соли высших Ж. к. с этими металлами называются мылами (см.). Мыла обладают свойствами поверхностно-активных веществ - детергентов (см.). Натриевые мыла твердые, калиевые - жидкие. Гидроксил COOH-групп Ж. к. может быть легко замещен на галоген с образованием галогенангидридов, которые широко используются в органических синтезах. При замещении галогена остатком другой к-ты образуются ангидриды Ж. к., при замещении остатком спирта - их сложные эфиры, аммиаком - амиды, гидразином - гидразиды. Наиболее распространены в природе сложные эфиры трехосновного спирта глицерина и высших Ж. к. - жиры (см.). Водород альфа-углеродного атома Ж. к. может быть легко замещен галогеном с образованием галогенсодержащих Ж. к. Непредельные Ж. к. могут существовать в виде цис- и транс-изомеров. Большинство природных ненасыщенных Ж. к. имеют цис-конфигурацию (см. Изомерия). Степень ненасыщенности Ж. к. определяют йодометрическим титрованием двойных связей. Процесс превращения ненасыщенных Ж. к. в насыщенные получил название гидрогенизации, обратный процесс- дегидрогенизации (см. Гидрогенизация).

Природные Ж. к. получают путем гидролиза жиров (их омыления) с последующей дробной перегонкой или хроматографическим разделением освободившихся Ж. к. Неприродные Ж. к. получают путем окисления углеводородов; реакция протекает через стадию образования гидроперекисей и кетонов.

Окисление жирных кислот

Как энергетический материал Ж. к. используются в процессе бета-окисления. В 1904 г. Ф. Кнооп выдвинул гипотезу, объясняющую механизм окисления Ж. к. в животном организме.

Эта гипотеза была построена на основании установления природы конечных продуктов обмена, выделяемых с мочой, после введения животным co-фенил замещенных Ж. к. В опытах Ф. Кноопа введение животным фенильных замещенных Ж. к., содержащих четное число С-атомов, всегда сопровождалось выделением с мочой фенил уксусной к-ты, а содержащих нечетное число С-атомов - выделением бензойной к-ты. На основании этих данных Ф. Кнооп предположил, что окисление молекулы Ж. к. происходит путем последовательного отсечения от нее двууглеродных фрагментов со стороны карбоксильной группы (схема 1):

Гипотеза Ф. Кноопа, получившая название теории бета-окисления, является основой современных представлений о механизме окисления Ж. к. В развитии этих представлений важную роль сыграли следующие методы и открытия: 1) введение радиоактивной метки (14 C) в молекулу Ж. к. для изучения их обмена; 2) установление Муньо (Munoz) и Лелуаром (L. F. Leloir) факта, что для окисления Ж. к. клеточными гомогенатами требуются те же самые кофакторы, что и для окисления пирувата (неорганический фосфат, ионы Mg 2+ , цитохром с, АТФ и какой-либо субстрат цикла Трикарбоновых к-т - сукцинат, фумарат и т. п.); 3) установление факта, что окисление Ж. к., как и субстратов цикла Трикарбоновых к-т (см. Трикарбоновых кислот цикл), протекает только в митохондриях клетки [Ленинджер (A. L. Lehninger) и Кеннеди (Е. P. Kennedy)]; 4) установление роли карнитина в транспорте Ж. к. из цитоплазмы в митохондрии; 5) открытие Ф. Липманном и Ф. Линеном кофермента А; 6) выделение из животных тканей в очищенном виде мультифермент-ного комплекса, ответственного за окисление Ж. к.

Процесс окисления Ж. к. в общих чертах складывается из следующих этапов.

Свободная Ж. к. независимо от длины углеводородной цепи является метаболически инертной и не может подвергаться тем или иным превращениям, в т. ч. окислению, пока она не будет активирована.

Активация Ж. к. протекает в цитоплазме клетки, при участии АТФ, восстановленного КоА (KoA-SH) и ионов Mg 2+ .

Реакция катализируется ферментом тиокиназой:

В результате этой реакции образуется ацил-КоА, являющийся активной формой Ж. к. Выделено и изучено несколько тиокиназ. Одна из них катализирует активацию Ж. к. с углеводородной цепью длиной от C2 до C3, другая - от C4 до С12, третья - от C10 до C22.

Транспорт внутрь митохондрий. Коэнзимная форма Ж. к., так же как и свободные Ж. к., не обладает способностью проникать внутрь митохондрий, где собственно и протекает их окисление.

Установлено, что перенос активной формы Ж. к. в митохондрии осуществляется при участии азотистого основания карнитина. Соединяясь с Ж. к. при помощи фермента ацилкарнитиновой трансферазы, карнитин образует ацилкарнитин, обладающий способностью проникать внутрь митохондриальной мембраны.

В случае пальмитиновой к-ты, напр., образование пальмитил-карнитина представляется следующим образом:

Внутри митохондриальной мембраны при участии КоА и митохондриальной пальмитил-карнитиновой трансферазы происходит обратная реакция - расщепление пальмитил-карнитина; при этом карнитин возвращается в цитоплазму клетки, а активная форма пальмитиновой к-ты пальмитил-КоА переходит внутрь митохондрий.

Первая ступень окисления . Внутри митохондрий при участии дегидрогеназ Ж. к. (ФАД-содержащих ферментов) начинается окисление активной формы Ж. к. в соответствии с теорией бета-окисления.

При этом ацил-КоА теряет два водородных атома в альфа- и бета-положении, превращаясь в ненасыщенный ацил-КоА:

Гидратация . Ненасыщенный ацил-КоА присоединяет молекулу воды при участии фермента еноил-гидратазы, в результате чего образуется бета-гидроксиацил-КоА:

Вторая ступень окисления Ж. к., так же как первая, протекает путем дегидрирования, но в этом случае реакцию катализируют НАД-содержащие дегидрогеназы. Окисление происходит по месту бета-углеродного атома с образованием в этом положении кетогруппы:

Завершающим этапом одного полного цикла окисления является расщепление бета-кетоацил-КоА путем тиолиза (а не гидролиза, как предполагал Ф. Кнооп). Реакция протекает при участии КоА и фермента тиолазы. Образуется укороченный на два углеродных атома ацил-КоА и освобождается одна молекула уксусной к-ты в виде ацетил-КоА:

Ацетил-КоА подвергается окислению в цикле Трикарбоновых к-т до CO 2 и H 2 O, а ацил-КоА снова проходит весь путь бета-окисления, и так продолжается до тех пор, пока распад все укорачивающегося на два углеродных атома ацил-КоА не приведет к образованию последней частицы ацетил-КоА (схема 2).

При бета-окислении, напр, пальмитиновой к-ты, повторяются 7 циклов окисления. Поэтому общий итог ее окисления может быть представлен формулой:

C 15 H 31 COOH + АТФ + 8KoA-SH + 7HАД + 7ФАД + 7H 2 O -> 8CH 3 CO-SKoA + АМФ + 7НАД-H 2 + 7ФАД-H 2 + пирофосфат

Последующее окисление 7 молекул НАД-H 2 дает образование 21 молекулы АТФ, окисление 7 молекул ФАД-H 2 - 14 молекул АТФ и окисление 8 молекул ацетил-КоА в цикле Трикарбоновых кислот - 96 молекул АТФ. С учетом одной молекулы АТФ, потраченной в самом начале на активацию пальмитиновой к-ты, общий энергетический выход при полном окислении одной молекулы пальмитиновой к-ты в условиях животного организма составит 130 молекул АТФ (при полном окислении молекулы глюкозы образуется лишь 38 молекул АТФ). Т. к. изменение свободной энергии при полном сгорании одной молекулы пальмитиновой к-ты составляет - 2338 ккал, а богатая энергией фосфатная связь АТФ характеризуется величиной 8 ккал, нетрудно подсчитать, что примерно 48% всей потенциальной энергии пальмитиновой к-ты при ее окислении в организме используется для ресинтеза АТФ, а оставшаяся часть, по-видимому, теряется в виде тепла.

Небольшое количество Ж. к. подвергается в организме омега-окислению (окислению по месту метильной группы) и альфа-окислению (по месту второго C-атома). В первом случае образуется дикарбоновая к-та, во втором - укороченная на один углеродный атом Ж. к. Оба вида окисления протекают в микросомах клетки.

Синтез жирных кислот

Поскольку любая из реакций окисления Ж. к. является сама по себе обратимой, было выдвинуто предположение, что биосинтез Ж. к. представляет собой процесс, обратный их окислению. Так считалось до 1958 г., пока не было установлено, что в экстрактах печени голубя синтез Ж. к. из ацетата мог протекать только в присутствии АТФ и бикарбоната. Бикарбонат оказался абсолютно необходимым компонентом, хотя сам он в молекулу Ж. к. не включался.

Благодаря исследованиям Уокила (S. F. Wakil), Ф. Линена и Вагелоса (Р. В. Vagelos) в 60-70-х гг. 20 в. было установлено, что фактической единицей биосинтеза Ж. к. является не ацетил-КоА, а малонил-КоА. Последний образуется при карбоксилировании ацетил-КоА:

Именно для карбоксилирования ацетил-КоА и требовались бикарбонат, АТФ, а также ионы Mg2+. Фермент, катализирующий эту реакцию, ацетил-КоА - карбоксилаза содержит в качестве простетической группы биотин (см.). Авидин, ингибитор биотина, угнетает эту реакцию, как и синтез Ж. к. в целом.

Суммарно синтез Ж. к., напр, пальмитиновой, при участии малонил-КоА может быть представлен следующим уравнением:

Как следует из этого уравнения, для образования молекулы пальмитиновой к-ты требуется 7 молекул малонил-КоА и только одна молекула ацетил-КоА.

Процесс синтеза Ж. к. детально изучен у Е. coli и некоторых других микроорганизмов. Ферментная система, именуемая синтетазой жирных кислот, состоит у Е. coli из 7 индивидуальных ферментов, связанных с так наз. ацилпереносящим белком (АПБ). АП Б выделен в чистом виде, и его первичная структура изучена. Мол. вес этого белка равен 9750. В его составе имеется фосфорилированный пантетеин со свободной SH-группой. АП Б не обладает ферментативной активностью. Его функция связана только с переносом ацильных радикалов. Последовательность реакций синтеза Ж. к. у Е. coli может быть представлена в следующем виде:

Далее цикл реакций повторяется, бета-кетокапронил-S-АПБ при участии НАДФ-H 2 восстанавливается в бета-гидроксикапронил-S-АПБ, последний подвергается дегидратации с образованием ненасыщенного гексенил-S-АПБ, который затем восстанавливается в насыщенный капронил-S-АПБ, имеющий углеродную цепь на два атома длиннее, чем бутирил-S-АПБ, и т. д.

Т. о., последовательность и характер реакций в синтезе Ж. к., начиная с образования бета-кетоацил-S-АПБ и кончая завершением одного цикла удлинения цепи на два C-атома, являются обратными реакциями окисления Ж. к. Однако пути синтеза и окисления Ж. к. не пересекаются даже частично.

В тканях животных не удалось обнаружить АПБ. Из печени выделен мультиферментный комплекс, содержащий все ферменты, необходимые для синтеза Ж. к. Ферменты этого комплекса настолько прочно связаны друг с другом, что все попытки изолировать их в индивидуальном виде не увенчались успехом. В комплексе имеются две свободные SH-группы, одна из которых, как и в АПБ, принадлежит фосфорилированному пантетеину, другая - цистеину. Все реакции синтеза Ж. к. протекают на поверхности или внутри этого мультиферментного комплекса. Свободные SH-группы комплекса (а возможно, и гидроксильная группа входящего в его состав серина) принимают участие в связывании ацетил-КоА и малонил-КоА, а во всех последующих реакциях пантетеиновая SH-группа комплекса выполняет такую же роль, как и SH-группа АПБ, т. е. участвует в связывании и переносе ацильного радикала:

Дальнейший ход реакций в животном организме точно такой же, как это представлено выше для Е. coli.

До середины 20 в. считалось, что печень является единственным органом, где происходит синтез Ж. к. Затем было установлено, что синтез Ж. к. происходит также в стенке кишечника, в легочной ткани, в жировой ткани, в костном мозге, в л актирующей молочной железе и даже в сосудистой стенке. Что касается клеточной локализации синтеза, то есть основания считать, что он протекает в цитоплазме клетки. Характерно, что в цитоплазме печеночных клеток синтезируется гл. обр. пальмитиновая к-та. Что касается других Ж. к., то основной путь их образования в печени заключается в удлинении цепи на основе уже синтезированной пальмитиновой кислоты или Ж. к. экзогенного происхождения, поступивших из кишечника. Таким путем образуются, напр., Ж. к., содержащие 18, 20 и 22 С-атома. Образование Ж. к. путем удлинения цепи происходит в митохондриях и микросомах клетки.

Биосинтез Ж. к. в животных тканях регулируется. Давно известно, что печень голодавших животных и животных, больных диабетом, медленно включает 14С-ацетат в Ж. к. То же самое наблюдалось и у животных, к-рым вводили избыточные количества жира. Характерно, что в гомогенатах печени таких животных медленно использовался для синтеза Ж. к. ацетил-КоА, но не малонил-КоА. Это послужило основанием предположить, что реакция, лимитирующая скорость процесса в целом, связана с активностью ацетил-КоА - карбоксилазы. Действительно, Ф. Линен показал, что длинно-цепочечные ацильные производные КоА в концентрации 10 -7 М ингибировали активность этой карбоксилазы. Т. о., само накопление Ж. к. оказывает тормозящее влияние на их биосинтез по механизму обратной связи.

Другим регулирующим фактором в синтезе Ж. к., по-видимому, является лимонная к-та (цитрат). Механизм действия цитрата также связывают с его влиянием на ацетил-КоА - карбоксилазу. В отсутствии цитрата ацетил-КоА - карбоксилаза печени находится в виде неактивного мономера с мол. весом 540 000. В присутствии же цитрата фермент превращается в активный тример, имеющий мол. вес ок. 1 800 000 и обеспечивающий 15- 16-кратное увеличение скорости синтеза Ж. к. Можно допустить, следовательно, что содержание цитрата в цитоплазме печеночных клеток оказывает регулирующее влияние на скорость синтеза Ж. к. Наконец, важное значение для синтеза Ж. к. имеет концентрация НАДФ-Н 2 в клетке.

Обмен ненасыщенных жирных кислот

Получены убедительные доказательства, что в печени животных стеариновая к-та может превращаться в олеиновую, а пальмитиновая - в пальмитоолеиновую к-ту. Эти превращения, протекающие в микросомах клетки, требуют наличия молекулярного кислорода, восстановленной системы пиридиновых нуклеотидов и цитохрома b5. В микросомах может также осуществляться превращение мононенасыщенных к-т в диненасыщенные, напр, олеиновой к-ты в 6,9-октадекадиеновую к-ту. Наряду с десатурацией Ж. к. в микросомах протекает и их элонгация, причем оба эти процесса могут сочетаться и повторяться. Таким путем, напр., из олеиновой к-ты образуются нервоновая и 5, 8, 11-эйкозатетраеновая к-ты.

Вместе с тем ткани человека и ряда животных потеряли способность синтезировать некоторые полиненасыщенные к-ты. К ним относятся линолевая (9,12-октадекадиеновая), линоленовая (6,9,12-октадекатриеновая) и арахидоновая (5, 8, 11, 14-эйкозатетраеновая) к-ты. Эти к-ты относят к категории незаменимых Ж. к. При длительном их отсутствии в пище у животных наблюдается отставание в росте, развиваются характерные поражения со стороны кожи и волосяного покрова. Описаны случаи недостаточности незаменимых Ж. к. и у человека. Линолевая и линоленовая к-ты, содержащие соответственно две и три двойные связи, а также родственные им полиненасыщенные Ж. к. (арахидоновая и др.) условно объединены в группу под названием «витамин F».

Биол, роль незаменимых Ж. к. прояснилась в связи с открытием нового класса физиологически активных соединений - простагландинов (см.). Установлено, что арахидоновая к-та и в меньшей степени линолевая являются предшественниками этих соединений.

Ж. к. входят в состав разнообразных липидов: глицеридов, фосфатидов (см.), эфиров холестерина (см.), сфинголипидов (см.) и восков (см.).

Основная пластическая функция Ж. к. сводится к их участию в составе липидов в построении биол, мембран, составляющих скелет животных и растительных клеток. В биол, мембранах обнаружены гл. обр. эфиры следующих Ж. к.: стеариновой, пальмитиновой, олеиновой, линолевой, линоленовой, арахидоновой и докозагексаеновой. Ненасыщенные Ж. к. липидов биол, мембран могут окисляться с образованием липидных перекисей и гидроперекисей - так наз. перекисное окисление ненасыщенных Ж. к.

В организме животных и человека легко образуются лишь ненасыщенные Ж. к. с одной двойной связью (напр., олеиновая к-та). Гораздо медленнее образуются полиненасыщенные Ж. к., большая часть которых поставляется в организм с пищей (эссенциальные Ж. к.). Существуют специальные жировые депо, из которых после гидролиза (липолиза) жиров Ж. к. могут быть мобилизованы на удовлетворение нужд организма.

Экспериментально показано, что питание жирами, содержащими большие количества насыщенных Ж. к., способствует развитию гиперхолестеринемии; применение же с пищей растительных масел, содержащих большие количества ненасыщенных Ж. к., способствует снижению содержания холестерина в крови (см. Жировой обмен).

Наибольшее внимание медицина уделяет ненасыщенным Ж. к. Установлено, что избыточное окисление их по перекисному механизму может играть существенную роль при развитии различных патол, состояний, напр, при радиационных повреждениях, злокачественных новообразованиях, авитаминозе Е, гипероксии, отравлении четыреххлористым углеродом. Один из продуктов перекисного окисления ненасыщенных Ж. к.- липофусцин - накапливается в тканях при старении. Смесь этиловых эфиров ненасыщенных Ж. к., состоящая из олеиновой к-ты (ок. 15%), линолевой к-ты (ок. 15%) и линоленовой к-ты (ок. 57%), так наз. линетол (см.), используется в профилактике и лечении атеросклероза (см.) и наружно - при ожогах и лучевых поражениях кожи.

В клинике наиболее широко применяются методы количественного определения свободных (неэтерифицированных) и эфирносвязанных Ж. к. Методы количественного определения эфирносвязанных Ж. к. основаны на превращении их в соответствующие гидроксамовые к-ты, которые, взаимодействуя с ионами Fe 3+ , образуют цветные комплексные соли.

В норме в плазме крови содержится от 200 до 450 мг% этерифицированных Ж. к. и от 8 до 20 мг% неэтерифицированных Ж. к. Повышение содержания последних отмечается при диабете, нефрозах, после введения адреналина, при голодании, а также при эмоциональном стрессе. Понижение содержания неэтерифицированных Ж. к. наблюдается при гипотиреозах, при лечении глюкокортикоидами, а также после инъекции инсулина.

Отдельные Ж. к.- см. статьи по их названию (напр., Арахидоновая кислота , Арахиновая кислота , Капроновая кислота , Стеариновая кислота и др.). См. также Жировой обмен , Липиды , Холестериновый обмен .

Таблица 1. НАЗВАНИЯ И ФОРМУЛЫ НЕКОТОРЫХ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Тривиальное название	Рациональное название
Неразветвленные насыщенные жирные кислоты (CnH2n+1COOH)
Муравьиная	Метановая
Уксусная	Этановая
Пропионовая	Пропановая
Масляная	Бутановая
Валериановая	Пентановая
Капроновая	Гексановая
Энантовая	Гептановая
Каприловая	Октановая
Пеларгоновая	Нонановая
Каприновая	Декановая
	Ундекановая
Лауриновая	Додекановая
	Тридекановая
Миристиновая	Тетрадекановая
	Пентадекановая
Пальмитиновая	Гексадекановая
Маргариновая	Гептадекановая
Стеариновая	Октадекановая
	Понадекановая
Арахиновая	Эйкозановая
	Генэйкозановая
Бегеновая	Докозановая
Лигноцериновая	Тетракозановая
Керотиновая	Гексакозановая
Монтановая	Октакозановая
Мелиссиновая	Триаконтановая	СН3(СН2)28СООН
Лацериновая	Дотриаконтановая	СН3(СН2)30СООН
	Разветвленные насыщенные жирные кислоты (CnH2n-1COOH)
Туберкулостеариновая	10-метилоктадекановая
Фтионовая	3, 13, 19-триметил-трикозановая
Неразветвленные мононенасыщенные жирные кислоты (CnH2n-1COOH)
Кротоновая
Капролеиновая	9-деценовая	CH2=CH(CH2)7COOH
Лауролеиновап	Дис-9-додеценовая	СН3СН2СН=СН(СН2)7СООН
	Дис-5-додеценовая	СН3(СН2)5СН=СН(СН2)3СООН
Миристолеиновая	Дис-9-тетрадеценовая	СН3(СН2)3СН=СН(СН2)7СООН
Пальм олеиновая	Дис-9-гексадеценовая	СН3(СН2)5СН=СН(СН2)7СООН
Олеиновая		СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН
Элаидиновая		СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН
Петрозелиновая		СН3(СН2)10СН=СН(СН2)4СООН
Петроселандовая		СН3(СН2)10СН=СН(СН2)4СООН
Вакценовая		СН3(СН2)5СН=СН(СН2)9СООН
Гадолеиновая	Дис-9-эйкозеновая	СН3(СН2)9СН=СН(СН2)7СООН
Цетолеиновая	Цис-11-докозеновая	СН3(СН2)9СН=СН(СН2)9СООН
Эруковая	Цис-13-докозеновая	СН3(СН2)7СН=СН(СН2)11СООН
Нервоновая	Цис-15-тетракозеновая	СН3(СН2)7СН=СН(СН2)13СООН
Ксименовая	17-гексакозеновая	СН3(СН2)7СН=СН(СН2)15СООН
Люмекеиновая	21-триаконтеновая	СН3(СН2)7СН=СН(СН2)19СООН
Неразветвленные полиненасыщенные жирные кислоты (CnH2n-xCOOH)
Линолевая
Линэлаидиновая		СН3(СН2)4СН=СНСН2СН=СН(СН2)7СООН
Линоленовая
Линоленэлаидиновая		СН3СН2СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)7СООН
альфа-Элеостеариновая
бета-Элеостеариновая		СН3(СН2)3СН=СНСН=СНСН=СН(СН2)7СООН
гамма-Линоленовая		СН3(СН2)4СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)4СООН
Пуницивая		СН3(СН2)3СН=СНСН=СНСН=СН(СН2)7СООН
Гомо-гамма-линоленовая	Цис- 8, 11, 14, 17-эйкозатриеновая	СН3(СН2)7СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)3СООН
Арахидоновая	Цис-5, 8, 11, 14-эйкозатетраеновая	СН3(СН2)4СН=СНСН2СН==СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)3СООН
	Цис-8, 11, 14, 17-эйкозатетраеновая	СН3СН2СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)6СООН
Тимнодоновая	4, 8, 12, 15, 18-эйкозапен-таеновая	СН3СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)2СН=СН(СН2)2СН=СН(СН2)2СООН
Клупанодоновая	4, 8, 12, 15, 19-докозапентаеновая	СН3СН2СН=СН(СН2)2СН==СНСН2СН=СН(СН2)2СН=СН(СН2)2СН=СН(СН2)2СООН
	Цис-4, 7, 10, 13, 16, 19-докозагексаеновая	СН3(СН2СН=СН)6(СН2)2СООН
Низиновая	4, 8, 12, 15, 18, 21-тетракозагексаеновая	СН3СН2СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СНСН2СН=СН(СН2)2СН=СН(СН2)2СН=СН(СН2)2СООН
Энантовая
Каприловая
Пеларгоновая
Каприновая
Ундециловая
Лауриновая
Тридециловая
Миристиновая
Пентадециловая
Пальмитиновая
Маргариновая
Стеариновая
Нонадециловая
Арахиновая
* При давлении 100 мм рт. ст.

Библиография: Владимиров Ю. А. и Арчаков А. И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах, М., 1972; Зиновьев А. А. Химия жиров, М., 1952; H ь ю с х о л м Э. и Старт К. Регуляция метаболизма, пер. с англ., М., 1977; ПерекалинВ. В. и Зонне С. А. Органическая химия, М., 1973; Biochemistry and methodology of lipids, ed. by A. R. Jonson a. J. B. Davenport, N. Y., 1971; Fatty acids, ed. by K. S. Markley, pt 1-3, N. Y.-L., 1960-1964, bibliogr.; Lipid metabolism, ed. by S. J. Wakil, N. Y.-L., 1970.

A. H. Климов, А. И. Арчаков.

Молекула жирной кислоты расщепляется в митохондрии путем постепенного отщепления двууглеродных фрагментов в виде ацетилкоэнзима А (ацетил-КоА).
Обратите внимание, что первый этап бета-окисления представляет собой взаимодействие молекулы жирной кислоты с коэнзимом А (КоА) с образованием ацил-КоА жирной кислоты. В уравнениях 2, 3 и 4 бета-углерод (второй углерод справа) ацил-КоА жирной кислоты взаимодействует с молекулой кислорода, вследствие этого бета-углерод окисляется.

В правой части уравнения 5 двууглеродная часть молекулы отщепляется, образуя ацетил-КоА, выделяющийся во внеклеточную жидкость. В то же время другая молекула КоА взаимодействует с концом оставшейся части молекулы жирной кислоты, вновь формируя ацил-КоА жирной кислоты. Сама молекула жирной кислоты в это время становится короче на 2 атома углерода, т.к. первый ацетил-КоА уже отделился от ее терминали.

Затем эта укоротившаяся молекула ацил-КоА жирной кислоты выделяет еще 1 молекулу ацетил-КоА, что приводит к укорочению исходной молекулы жирной кислоты еще на 2 атома углерода. Кроме высвобождения молекул ацетил-КоА из молекул жирных кислот в ходе этого процесса выделяются 4 атома углерода.

Окисление ацетил-КоА . Образующиеся в митохондриях в ходе процесса бета-окисления жирных кислот молекулы ацетил-КоА немедленно поступают в цикл лимонной кислоты и, взаимодействуя прежде всего с щавелево-уксусной кислотой, образуют лимонную кислоту, которая затем последовательно окисляется посредством хемоосмотическои. системы окисления митохондрий. Чистый выход реакции цикла лимонной кислоты на 1 молекулу аце-тил-КоА составляет:
СН3СОСоА + Щавелево-уксусная кислота + 2Н20 + АДФ=> 2С02 + 8Н + НСоА + АТФ + Щавелево-уксусная кислота.

Таким образом, после начального расщепления жирной кислоты с образованием ацетил-КоА окончательное их расщепление осуществляется так же, как расщепление ацетил-КоА, образовавшегося из пировиноградной кислоты в процессе метаболизма глюкозы. Образующиеся при этом атомы водорода окисляются той же системой окисления митохондрий, которая используется в процессе окисления углеводов, с образованием большого количества аденозинтрифосфата.

При окислении жирных кислот образуется огромное количество АТФ. На рисунке показано, что 4 атома водорода, высвобождающиеся при отделении ацетил-КоА от цепочки жирной кислоты, выделяются в виде ФАДН2, НАД-Н и Н+, поэтому при расщеплении 1 молекулы стеариновой кислоты образуется, кроме 9 молекул ацетил-КоА, еще 32 атома водорода. В процессе расщепления каждой из 9 молекул ацетил-КоА в цикле лимонной кислоты выделяются еще 8 атомов водорода, что в итоге дает 72 атома водорода.

Суммарно при расщеплении 1 молекулы стеариновой кислоты выделяются 104 атома водорода. Из этого общего количества 34 атома выделяются, будучи связанными с флавопротеинами, а остальные 70 высвобождаются в форме, связанной с никотинамидадениндинуклеотидом, т.е. в виде НАД-Н+ и Н+.

Окисление водорода , связанного с этими двумя типами веществ, осуществляется в митохондриях, но они вступают в процесс окисления в разных точках, поэтому окисление каждого из 34 атомов водорода, связанных с флавопротеинами, приводит к выделению 1 молекулы АТФ. Еще 1,5 молекулы АТФ синтезируется из каждых 70 НАД+ и Н+. Это дает к 34 еще 105 молекул АТФ (т.е. всего 139) при окислении водорода, отщепляющегося при окислении каждой молекулы стеариновой кислоты.

Дополнительно 9 молекул АТФ образуются в цикле лимонной кислоты (помимо АТФ, получаемой при окислении водорода), по 1 на каждую из 9 молекул метаболизирующегося ацетил-КоА. Итак, при полном окислении 1 молекулы стеариновой кислоты образуются в сумме 148 молекул АТФ. С учетом того, что при взаимодействии стеариновой кислоты с КоА на начальной стадии метаболизма этой жирной кислоты расходуются 2 молекулы АТФ, чистый выход АТФ составляет 146 молекул.

Вернуться в оглавление раздела " "

Как уже указывалось, значительную часть энергии, извлекаемой в процессе окисления, животный организм получает из жирных кислот, которые расщепляются путем окисления при β-углеродном атоме.

β-Окисление жирных кислот было впервые изучено в 19004 г. Ф. Кноопом. В дальнейшем было установлено, что β-окисление осуществляется только в митохондриях. Благодаря работам Ф. Линена с сотрудниками (1954-1958 г.г.) были выяснены основные ферментативные процессы окисления жирных кислот. В честь ученых, открывших данный путь окисления жирных кислот, процесс β-окисления получил название цикла Кноопа-Линена .

β-Окисление - специфический путь ката­болизма жирных кислот, при котором от кар­боксильного конца жирной кислоты последо­вательно отделяется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА. Метаболический путь - β-окисление - назван так потому, что реакции окисле­ния жирной кислоты происходят у β-углеродного атома. Реакции β-окисления и последующего окисления ацетил-КоА в ЦТК (цикле трикарбоновых кислот) служат одним из основных источников энергии для синтеза АТФ по механизму окислительного фосфорилирования. β-Окисление жирных кислот происходит только в аэробных условиях.

Все реакции многостадий­ного окисления ускоряются специфическими ферментами. β-окисление высших жирных кислот является универсальным биохи­мическим процессом, протекающим во всех живых организмах. У млекопитающих этот процесс происходит во многих тканях, в первую очередь в печени, почках и сердце. Окисление жирных кислот происходит в митохондриях. Ненасыщенные высшие жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая и др.) предварительно восстанавливаются до предельных кислот.

Проникновению жирных кислот в митохондриальный матрикс предшествует их активация путем образования соединения с коэнзимом А (НS~КоА), содержащего макроэргическую связь. Последняя, видимо, способствует более гладкому протека­нию реакций окисления образовавшегося соединения, которое называют ацилкоэнзимом А (ацил-КоА).

Взаимодействие высших жирных кислот с КоА ускоряется специфическими лигазами - ацил-КоА-синтетазами трех видов, специфичных соответственно для кислот с коротким, средним и длин­ным углеводородными радикалами. Они локализованы в мембранах эндоплазматической сети и в наружной мембране митохондрий. По-видимому, все ацил-КоА-синтетазы являются мультимерами; так, фермент из микросом пе­чени имеет молекулярную массу 168 кДа и состоит из 6 идентичных субъеди­ниц. Реакция активации жирных кислот протекает в 2 этапа:

а) сначала жирная кислота реагирует с АТФ с образаванием ациладенилата:

RCOOH + ATФ → RCO~AMФ + ФФ

б) затем идет образование активированной формы ацил-КоА:

RCO~AMФ + НS~КоА → RCO~SKoA + AMФ

Пирофосфат (ФФ) быстро гидролизуется под действием пирофосфатазы, в результате чего вся реакция оказывается необратимой: ФФ + H 2 O → 2Ф

Суммарное уравнение :

RCOOH + ATФ+ НS~КоА→ RCO~SKoA + AMФ + 2Ф

Жирные кислоты с короткой и средней длиной цепи (от 4 до 12 атомов углерода) могут прони­кать в матрикс митохондрий путём диффузии, там происходит их активация. 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.

Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для длинноцепочных ацил-КоА, образовавшихся в цитоплазме. Переносчиком активированных жирных кислот служит карнитин (витамин В т) , который поступает с пи­щей или синтезируется из незаменимых амино­кислот лизина и метионина.

В наружной мембране митохондрий находится фермент карнитинацилтрансфераза I (карнитин-палъмитоилтрансфераза I), катализи- рующий ре­акцию с образованием ацилкарнитина:

RCO~SKoA + H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH ↔ H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH + HS~KoA

Ацил-КоА Карнитин (В т) Ацилкарнитин Кофермент А

Этот фермент является регуляторным, он регулирует скорость поступления ацильных групп в митохондрии, а, следовательно, и скорость окисления жирных кислот.

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 КоА, то есть обратную реакцию (рис.9).

Рис.9. Перенос жирных кислот с длинным углеводородным радикалом через мембраны митохондрий

Итак, ацил-КоА становится доступным для ферментов β-окисления. Свободный карни­тин возвращается на цитозольную сторону внутренней мембраны митохондрий той же транслоказой. После этого ацил-КоА включается в реак­ции β-окисления.

В матриксе митохондрий происходит катаболизм (распад) ацил-КоА в результате повторяющейся последовательности из четырех реакций .

1) Первой реакцией в каждом цикле является его окисление ферментом ацил-КоА-дегидрогеназой , коферментом которого является ФАД. Дегидрирование происходит между β - и α - атомами углерода, в результате чего в углеродной цепи образуется двойная связь и продуктом этой реакции является еноил-КоА:

R-CH 2 -CH 2 CO~SKoA + ФАД → R-CH=CHCO~SKoA + ФАДН 2

Ацил-КоА Еноил-КоА

2) На втором этапе цикла окисления жирных кислот происходит гидратация двойной связи еноил-КоА, в результате чего образуется β-гидроксиацил-КоА. Реакция катализируется ферментом еноил-КоА-гидратазой :

R-CH=CHCO~SKoA +Н 2 О → R-CH-CH 2 CO~SKoA

Еноил-КоА β- гидроксиацил-КоА

3) На третьем этапе цикла β-гидроксиацил-КоА подвергается дегидрированию (второму окислению) при участии фермента β-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы , коферментом которой является НАД + . Продуктом данной реакции является β-кетоацил-КоА:

R-CH-CH 2 CO~SKoA + НАД + → R-CОCH 2 CO~SKoA + НАДН + Н +

β- гидроксиацил-КоА β- кетоацил-КоА

4) Последняя реакция цикла окисления жирных кислот катализируется ацетил-КоА-ацилтрансферазой (тиолазой) . На этом этапе β-кетоацил-КоА взаимодействует со свободным КоА и расщепляется с образованием, во-первых, двухуглеродного фрагмента, содержащего два концевых углеродных атома исходной жирной кислоты в виде ацетил-КоА, и, во-вторых, КоА-эфира жирной кислоты, укороченной теперь на два атома углерода. По аналогии с гидролизом эту реакцию называют тиолизом :

R-CОCH 2 CO~SKoA + НS~KoA → CH 3 CO~SKoA + R 1 CO~SKoA

β- кетоацил-КоА Ацетил-КоА Ацил-КоА ,

укороченный на

2 углеродных атома

Укороченный ацил-КоА подвергается далее следующему циклу окисления, начинающемуся с реакции, катализируемой ацил-КоА-дегидрогеназой (окисление), затем следует реакция гидратации, реакция второго окисления, тиолазная реакция, то есть этот процесс многократно повторяется (рис.10).

β- Окисление высших жирных кислот протекает в митохондриях. В них же ло­кализованы ферменты дыхательного цикла, ведущие передачу атомов водорода и электронов на кислород в условиях окислительного фосфорилирования АДФ, поэтому β-окисление высших жирных кислот является источником энергии для синтеза АТФ.

Рис.10. Окисление жирной кислоты

Окончательным про­дуктом β-окисления высших жирных кислот с четным числом углеродных атомов является ацетил-КоА , а с нечетным - пропионил-КоА .

Если бы ацетил-КоА накапливался в организме, то запасы HS~KoA скоро исчер­пались бы, и окисление высших жирных кислот остановилось. Но этого не происхо­дит, так как КоА быстро освобождается из состава ацетил-КоА. К этому приводит ряд процессов: ацетил-КоА включается в цикл трикарбоновых и дикарбоновых кислот или весьма близкий к нему глиоксилевый цикл, или ацетил-КоА используется для синтеза стеролов и соединений, содержащих изопреноидные группировки и т.п.

Пропионил-КоА, являющийся конечным продуктом β-окисления высших жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов, превращается в сукцинил-КоА, который утилизируется через цикл трикарбоновых и дикарбоновых 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 цис-конформацию 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. Основные пу­ти метаболизма жирных кислот демонстрирует ри.11.

Рис.11.Основные пу­ти метаболизма жирных кислот

Не­давно было обнаружено, что помимо β-окисления – основного пути катаболизма жирных кислот, в тканях мозга происходит α-окисление жирных кис­лот с числом атомов углерода (С 13 -С 18), то есть последовательное отщепление одноуглеродных фрагментов от карбоксиль­ного конца молекулы.

Этот тип окисления наиболее характерен для растительных тканей, но может происходить и в некоторых тканях животных. α-Окисление имеет циклический характер, причем цикл состоит из двух реакций.

Первая реакция заключается в окислении жирной кислоты пероксидом водорода в соответствующий альдегид и СО 2 с участием специфической пероксидазы :

В результате этой реакции углеводородная цепь укорачивается на один атом углерода.

Суть второй реакции заключается в гидратации и окслении образовавшегося альдегида в соответствующую карбоновую кислоту под действием альдегиддегидрогеназы , содержащей окисленную форму кофермента НАД:

Затем цикл α-окисления повторяется снова. В сравнении с β-окислением этот тип окисления энергетически менее выгоден.

ω-Окисление жирных кислот. В печени животных и у некоторых микроорганизмов существует ферментная система, обеспечивающая ω-окисление жирных кислот, то есть окисление по концевой СН 3 -группе, обозначаемой буквой ω. Сначала под действием монооксигеназы происходят гидроксилирование с образованием ω-оксикислоты:

Затем ω-оксикислота окисляется в ω-дикарбоновую кислоту под действием соответствующей дегидрогеназы :

Полученная таким образом ω-дикарбоновая кислота укорачивается с любого конца с помощью реакций β-окисления.

Гидролиз триглицеридов осуществляет панкреатическая липаза. Ее оптимум рН=8, она гидролизует ТГ преимущественно в положениях 1 и 3, с образованием 2 свободных жирных кислот и 2-моноацилглицерола (2-МГ). 2-МГ является хорошим эмульгатором. 28% 2-МГ под действием изомеразы превращается в 1-МГ. Большая часть 1-МГ гидролизуется панкреатической липазой до глицерина и жирной кислоты.В поджелудочной железе панкреатическая липаза синтезируется вместе с белком колипазой. Колипаза образуется в неактивном виде и в кишечнике активируется трипсином путем частичного протеолиза. Колипаза своим гидрофобным доменом связывается с поверхностью липидной капли, а гидрофильным способствует максимальному приближению активного центра панкреатической липазы к ТГ, что ускоряет их гидролиз.

Бурая жировая ткань
Количество	Мало у взрослого человека, много у новорожденного
Локализация	В чистом виде: около почек и щитовидной железы. Смешанная жировая ткань: между лопатками, на грудной клетке и плечах.
Кровоснабжение	Очень хорошее
Строение адипоцитов	В цитоплазме много мелких капелек жира, ядро и органеллы расположены в центре клетки, имеется много митохондрий и цитохромов.
	термогенез

Окисление происходит в матриксе митохондрий. Сначала жирная кислота активируется: 1 .В цитоплазме каждой кислота активируется с использованием КоА-8Н и энергии АТФ. 2. Активная жирная кислота- ацил-КоА - из цитозоля транспортируется в матрикс митохондрий (МХ). КоА-8Н остается в цитозоле, а остаток жирной кислоты - ацил- соединяется с карнитином (от лат.- сагшз- мясо) - карнитин выделен из мышечной ткани) с образованием ацил-карнитина, который поступает в межмембранное пространство МХ. Их межмембранного пространства митохондрий комплекс ацил-карнитин переносится в матрикс МХ. При этом карнитин остается в межмембранном пространстве. В матриксе ацил соединяется с КоА-8Н. 3. Окисление. В матриксе МХ образуется активная жирная кислота, которая в дальнейшем подвергается реакциям окисления до конечных продуктов. При бета- окислении окисляется группа-СН2- в бета- положении жирной кислоты до группы-С-. При этом на двух стадиях происходит дегидрирование: при участии ацилдегидрогеназы (флавиновый фермент, водород переносится на убихинон) и бета-оксиацилдегидрогеназа (акцептор водорода НАД+). Затем бета -кетоацил-КоА при действии фермента тиолазы, распадается на ацетил КоА и ацил-КоА, укороченный на 2 углеродных атома по сравнению с исходным. Этот ацил-КоА вновь подвергается бета-окислению. Многократное повторение этого процесса приводит к полному распаду жирной кислоты до ацил-КоА. Окисление жирных кислот. Включает 2 этапа: 1.последовательное отщепление от С-конца кислоты двухуглеродного фрагмента в виде ацетил-КоА; 2.окисление ацетил-КоА в цикле Кребса до СО2 и Н2О. Энергетическая ценность окисления жирных кислот. Стеариновая кислота(С 18) проходит 8 циклов окисления с образованием 9 ацетил-КоА.В каждом цикле окисления образуется 8*5 АТФ=40 АТФ, ацетил-КоА дает 9*12 АТФ=108 АТФ. Итого:148 АТФ, но 1 АТФ расходуется на активацию жирной кислоты в цитозоле, поэтому итог 147 АТФ

β - окисление высших жирных кислот (ВЖК). Энергетическая эффективность процесса (для предельных и непредельных жирных кислот). Влияние тканевого окисления ВЖК на утилизацию глюкозы тканями.

β-окисление - специфический путь катаболизма ЖК с неразветвленной средней и короткой углеводородной цепью. β-окисление протекает в матриксе митохондрий, при котором от С конца ЖК последовательно отделяется по 2 атома С в виде Ацетил-КоА. β-окисление ЖК происходит только в аэробных условиях и является источником большого количества энергии.β-окисление ЖК активно протекает в красных скелетных мышцах, сердечной мышце, почках и печени. ЖК не служат источником энергии для нервных тканей, так как ЖК не проходят через гематоэнцефалический барьер, как и другие гидрофобные вещества.β-окисление ЖК увеличивается в постабсорбтивный период, при голодании и физической работе. При этом концентрация ЖК в крови увеличивается в результате мобилизации ЖК из жировых ткани.

Активация ЖК

Активация ЖК происходит в результате образования макроэргической связи между ЖК и HSКоА с образованием Ацил-КоА. Реакцию катализирует фермент Ацил-КоА синтетаза:

RCOOH + HSKoA + АТФ → RCO~SКоА + АМФ+ PPн

Пирофосфат гидролизуется ферментом пирофосфатазой: Н 4 Р 2 О 7 + Н 2 О → 2Н 3 РО 4

Ацил-КоА синтетазы находятся как в цитозоле (на внешней мембране митохондрий), так и в матриксе митохондрий. Эти ферменты отличаются по специфичности к ЖК с различной длиной углеводородной цепи.

Транспорт ЖК . Транспорт ЖК в матрикс митохондрий зависит от длины углеродной цепи.

ЖК с короткой и средней длиной цепи (от 4 до 12 атомов С) могут проникать в матрикс митохондрий путём диффузии. Активация этих ЖК происходит ацил-КоА синтетазами в матриксе митохондрий.ЖК с длинной цепью, сначала активируются в цитозоле (ацил-КоА синтетазами на внешней мембране митохондрий), а затем переносятся в матрикс митохондрий специальной транспортной системой с помощью карнитина. Карнитин поступает с пищей или синтезируется из лизина и метионина с участием витамина С.

В наружной мембране митохондрий фермент карнитинацилтрансфераза I (карнитин-пальмитоилтрансфераза I) катализирует перенос ацила с КоА на карнитин с образованием ацилкарнитина;

Ацилкарнитин проходит через межмембранное пространство к наружной стороне внутренней мембраны и транспортируется с помощью карнитинацилкарнитинтранслоказы на внутреннюю поверхность внутренней мембраны митохондрий;

Фермент карнитинацилтрансфераза II катализирует перенос ацила с карнитина на внутримитохондриальный HSКоА с образованием Ацил-КоА;

Свободный карнитин возвращается на цитозольную сторону внутренней мембраны митохондрий той же транслоказой.

Реакции β-окисление ЖК

1.​ β-окисление начинается с дегидрирования ацил-КоА ФАД-зависимой Ацил-КоА дегидрогеназой с образованием двойной связи (транс) между α- и β-атомами С в Еноил-КоА. Восстановленный ФАДН 2 окисляясь в ЦПЭ, обеспечивает синтез 2 молекул АТФ;

2.​ Еноил-КоА гидратаза присоединяет воду к двойной связи Еноил-КоА с образованием β-оксиацил-КоА;

3.​ β-оксиацил-КоА окисляется НАД зависимой дегидрогеназой до β-кетоацил-КоА. Восстановленный НАДН 2 , окисляясь в ЦПЭ, обеспечивает синтез 3 молекул АТФ;

4.​ Тиолаза с участием HКоА отщепляет от β-кетоацил-КоА Ацетил-КоА. В результате 4 реакций образуется Ацил-КоА, который короче предыдущего Ацил-КоА на 2 углерода. Образованный Ацетил-КоА окисляясь в ЦТК, обеспечивает синтез в ЦПЭ 12 молекул АТФ.

Затем Ацил-КоА снова вступает в реакции β-окисления. Циклы продолжаются до тех пор, пока Ацил-КоА не превратится в Ацетил-КоА с 2 атома С (если ЖК имела четное количество атомов С) или Бутирил-КоА с 3 атомами С (если ЖК имела нечетное количество атомов С).

Энергетический баланс окисления насыщенных жк с четным количеством атомов углерода

При активации ЖК затрачивается 2 макроэргической связи АТФ.

При окислении насыщенной ЖК с четным количеством атомов С образуются только ФАДН 2 , НАДН 2 и Ацетил-КоА.

За 1 цикл β-окисления образуется 1 ФАДН 2 , 1 НАДН 2 и 1 Ацетил-КоА, которые при окислении дают 2+3+12=17 АТФ.

Количество циклов при β-окислении ЖК = количество атомов С в (ЖК/2)-1. Пальмитиновая кислота при β-окислении проходит (16/2)-1 = 7 циклов. За 7 циклов образуется 17*7=119 АТФ.

Последний цикл β-окисления сопровождается образованием дополнительной Ацетил-КоА, которая при окислении дает 12 АТФ.

Таким образом, при окислении пальмитиновой кислоты образуется: -2+119+12=129 АТФ.

Суммарное уравнение β-окисления, пальмитоил-КоА:

С 15 Н 31 СО-КоА + 7 ФАД + 7 НАД + + 7 HSKoA → 8 CH 3 -CO-KoA + 7 ФАДН 2 + 7 НАДН 2

Энергетический баланс окисления насыщенных жк с нечетным количеством атомов углерода

β-окисление насыщенной ЖК с нечетным количеством атомов С в начале идет также как и с четным. На активацию затрачивается 2 макроэргической связи АТФ.

ЖК с 17 атомами С проходит при β-окислении 17/2-1 = 7 циклов. За 1 цикл из 1 ФАДН 2 , 1 НАДН 2 и 1 Ацетил-КоА образуется 2+3+12=17 АТФ. За 7 циклов образуется 17*7=119 АТФ.

Последний цикл β-окисления сопровождается образованием не Ацетил-КоА, а Пропионил-КоА с 3 атомами С.

Пропионил-КоА карбоксилируется с затратой 1 АТФ пропионил-КоА-карбоксилазой с образованием D-метилмалонил-КоА, который после изомеризации, превращается сначала в L-метилмалонил-КоА, а затем в Сукцинил-КоА. Сукцинил-КоА включается в ЦТК и при окислении дает ЩУК и 6 АТФ. ЩУК может поступать в глюконеогенез для синтеза глюкозы. Дефицит витамина В 12 приводит к накоплению в крови и выделению с мочой метилмалонила. При окислении ЖК образуется: -2+119-1+6=122 АТФ.

Суммарное уравнение β-окисления ЖК с 17 атомами С:

С 16 Н 33 СО-КоА + 7 ФАД + 7 НАД + + 7 HSKoA → 7 CH 3 -CO-KoA + 1 C 2 H 5 -CO-KoA + 7 ФАДН 2 + 7 НАДН 2

Энергетический баланс окисления ненасыщенных жк с четным количеством атомов углерода

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

Энергетический баланс рассчитывается также как и для насыщенных ЖК с четным количеством атомов С, только на каждую двойную связь недосчитывают 1 ФАДН 2 и соответственно 2 АТФ.

Суммарное уравнение β-окисления пальмитолеил-КоА:

С 15 Н 29 СО-КоА + 6 ФАД + 7 НАД + + 7 HSKoA → 8 CH 3 -CO-KoA + 6 ФАДН 2 + 7 НАДН 2

Энергетический баланс β-окисления пальмитолеиновой кислоты: -2+8*12+6*2+7*3=127 АТФ.

Голод, физическая нагрузка → глюкагон, адреналин → липолиз ТГ в адипоцитах → ЖК в крови → β-окисление в аэробных условиях в мышцах, печени → 1) АТФ; 2) АТФ, НАДH 2 , Ацетил-КоА, (ЖК) → ↓ гликолиз → экономию глюкозы, необходимую для нервной ткани, эритроцитов и т.д.

Пища → инсулин → гликолиз → Ацетил-КоА → синтез малонил-КоА и ЖК

Синтез малонил-КоА → малонил-КоА → ↓ карнитинацилтрансферазы I в печени → ↓ транспорт ЖК в матрикс митохондрий → ↓ ЖК в матриксе → ↓ β-окисление ЖК

Биосинтез ВЖК. Строение пальмитатсинтазного комплекса. Химизм и регуляция процесса.

Синтез пальмитиновой кислоты

Образование малонил-КоА

Первая реакция синтеза ЖК - превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Это регуляторная реакция в синтезе ЖК катализируется ацетил-КоА-карбоксилазой.

Ацетил-КоА-карбоксилаза состоит из нескольких субъединиц, содержащих биотин.

Реакция протекает в 2 стадии:

1)​ СО 2 + биотин + АТФ → биотин-СООН + АДФ + Фн

2)​ ацетил-КоА + биотин-СООН → малонил-КоА + биотин

Ацетил-КоА-карбоксилаза регулируется несколькими способами:

3)​ Ассоциация/диссоциация комплексов субъединиц фермента. В неактивной форме ацетил-КоА-карбоксилаза представляет собой комплексы, состоящих из 4 субъединиц. Цитрат стимулирует объединение комплексов, в результате чего активность фермента увеличивается. Пальмитоил-КоА вызывает диссоциацию комплексов и снижение активности фермента;

2)​ Фосфорилирование/дефосфорилирование ацетил-КоА-карбоксилазы. Глюкагон или адреналин через аденилатциклазную систему стимулируют фосфорилирование субъединиц ацетил-КоА карбоксилазы, что приводит к ее инактивации. Инсулин активирует фосфопротеинфосфатазу, ацетил-КоА карбоксилаза дефосфорилируется. Затем под действием цитрата происходит полимеризация протомеров фермента, и он становится активным;

3)​ Длительное потребление богатой углеводами и бедной липидами пищи приводит к увеличению секреции инсулина, который индукцирует синтез ацетил-КоА-карбоксилазы, пальмитатсинтазы, цитратлиазы, изоцитратдегидрогеназы и ускоряет синтез ЖК и ТГ. Голодание или богатая жирами пища приводит к снижению синтеза ферментов и, соответственно, ЖК и ТГ.

Образование пальмитиновой кислоты

После образования малонил-КоА синтез пальмитиновой кислоты продолжается на мультиферментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе) .

Пальмитоилсинтаза - это димер, состоящий из двух идентичных полипептидных цепей. Каждая цепь имеет 7 активных центров и ацилпереносящий белок (АПБ). В каждой цепи есть 2 SH-гpyппы: одна SH-гpyппa принадлежит цистеину, другая - остатку фосфопантетеиновой кислоты. SH-группа цистеина одного мономера расположена рядом с SH-группой 4-фосфопантетеината другого протомера. Таким образом, протомеры фермента расположены «голова к хвосту». Хотя каждый мономер содержит все каталитические центры, функционально активен комплекс из 2 протомеров. Поэтому реально синтезируются одновременно 2 ЖК.

Этот комплекс последовательно удлиняет радикал ЖК на 2 атома С, донором которых служит малонил-КоА.

Реакции синтеза пальмитиновой кислоты

1)​ Перенос ацетила с КоА на SH-группу цистеина ацетилтрансацилазным центром;

2)​ Перенос малонила с КоА на SH-группу АПБ малонилтрансацилазным центром;

3)​ Кетоацилсинтазным центром ацетильная группа конденсируется с малонильной с образованием кетоацила и выделением СО 2 .

4)​ Кетоацил восстанавливается кетоацил-редуктазой до оксиацила;

5)​ Оксиацил дегидратируется гидратазой в еноил;

6)​ Еноил восстанавливается еноилредуктазой до ацила.

В результате первого цикла реакций образуется ацил с 4 атомами С (бутирил). Далее бутирил переносится из позиции 2 в позицию 1 (где находился ацетил в начале первого цикла реакций). Затем бутирил подвергается тем же превращениям и удлиняется на 2 атома С (от малонил-КоА).

Аналогичные циклы реакций повторяются до тех пор, пока не образуется радикал пальмитиновой кислоты, который под действием тиоэстеразного центра гидролитически отделяется от ферментного комплекса, превращаясь в свободную пальмитиновую кислоту.

Суммарное уравнение синтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА и малонил-КоА имеет следующий вид:

CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 НАДФН 2 → C 15 H 31 COOH + 7 СО 2 + 6

Н 2 О + 8 HSKoA + 14 НАДФ +

Синтез ЖК из пальмитиновой и других ЖК

Удлинение ЖК в элонгазных реакциях

Удлинение ЖК называется элонгацией. ЖК могут синтезироваться в результате удлинение в ЭПР пальмитиновой кислоты и других более длинных ЖК. Для каждой длины ЖК существуют свои элонгазы. Последовательность реакций аналогична синтезу пальмитиновой кислоты, однако в данном случае синтез идет не на АПБ, а на КоА. Основной продукт элонгации в печени - стеариновая кислота. В нервных тканях образуются ЖК с длинной цепью (С=20-24), необходимые для синтеза сфинголипидов.

Синтез ненасыщенных ЖК в десатуразных реакциях

Включение двойных связей в радикалы ЖК называется десатурацией. Десатурация ЖК происходит в ЭПР в монооксигеназных реакциях, катализируемых десатуразами.

Стеароил-КоА-десатураза – интегральный фермент, содержит негеминовое железо. Катализирует образование 1 двойной связи между 9 и 10 атомами углерода в ЖК. Стеароил-КоА-десатураза переносит электроны с цитохрома b 5 на 1 атом кислород, при участии протонов этот кислород образует воду. Второй атом кислорода включается стеариновую кислоту с образованием её оксиацила, который дегидрируется до олеиновой кислоты.

Десатуразы ЖК, имеющиеся в организме человека, не могут образовывать двойные связи в ЖК дистальнее девятого атома углерода, поэтому ЖК семейства ω-3 и ω-6 не синтезируются в организме, являются незаменимыми и обязательно должны поступать с пищей, так как выполняют важные регуляторные функции. Основные ЖК, образующиеся в организме человека в результате десатурации - пальмитоолеиновая и олеиновая.

Синтез α-гидрокси ЖК

В нервной ткани происходит синтез и других ЖК - α-гидроксикислот. Оксидазы со смешанными функциями гидроксилируют С 22 и С 24 кислоты с образованием цереброновой кислоты обнаруживаемой только в липидах мозга.