verläuft in Leber, Niere, Skelett- und Herzmuskulatur, im Fettgewebe. Im Hirngewebe ist die Rate der Fettsäureoxidation sehr gering; Die Hauptenergiequelle im Gehirngewebe ist Glukose.

Die Oxidation eines Fettsäuremoleküls im Körpergewebe erfolgt in der β-Position. Als Ergebnis werden Bikohlenstofffragmente auf der Seite der Carboxylgruppe sequentiell vom Fettsäuremolekül abgespalten.

Die Fettsäuren in natürlichen Fetten von Tieren und Pflanzen haben eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen. Jede solche Säure, von der ein Paar von Kohlenstoffatomen abgespalten wird, durchläuft schließlich den Buttersäureschritt. Nach der nächsten β-Oxidation wird Buttersäure zu Acetessig. Letzteres wird dann zu zwei Molekülen Essigsäure hydrolysiert.

Die Abgabe von Fettsäuren an den Ort ihrer Oxidation - an die Mitochondrien - erfolgt auf komplexe Weise: Unter Beteiligung von Albumin erfolgt der Transport von Fettsäuren in die Zelle; unter Beteiligung spezieller Proteine ​​(Fettsäurebindungsproteine, FABP) - Transport innerhalb des Zytosols; unter Beteiligung von Carnitin - der Transport von Fettsäure aus dem Zytosol zu den Mitochondrien.

Der Oxidationsprozess von Fettsäuren besteht aus den folgenden Hauptschritten.

AktivierungFettsäuren. Freie Fettsäure ist unabhängig von der Länge der Kohlenwasserstoffkette metabolisch inert und kann bis zur Aktivierung keine biochemischen Umwandlungen, einschließlich Oxidationen, eingehen. Die Fettsäureaktivierung erfolgt an der äußeren Oberfläche der Mitochondrienmembran unter Beteiligung von ATP, Coenzym A (HS-KoA) und Mg 2+ -Ionen. Die Reaktion wird durch das Enzym Acyl-CoA-Synthetase katalysiert:

Als Ergebnis der Reaktion entsteht Acyl-CoA, die aktive Form der Fettsäure.

Es wird angenommen, dass die Aktivierung der Fettsäure in 2 Stufen erfolgt. Zuerst reagiert die Fettsäure mit ATP, um Acyladenylat zu bilden, das ein Ester einer Fettsäure und AMP ist. Weiterhin wirkt die Sulfhydrylgruppe von CoA auf das fest an das Enzym gebundene Acylenylat, um Acyl-CoA und AMP zu bilden.

TransportFettsäurenInnerhalb Mitochondrien. Die Coenzymform einer Fettsäure sowie freie Fettsäuren haben nicht die Fähigkeit, in die Mitochondrien einzudringen, wo ihre Oxidation tatsächlich stattfindet. Carnitin ist der Träger langkettiger aktivierter Fettsäuren durch die innere Mitochondrienmembran. Die Acylgruppe wird vom Schwefelatom von CoA auf die Hydroxylgruppe von Carnitin übertragen, um Acylcarnitin zu bilden, das durch die innere Mitochondrienmembran diffundiert:

Die Reaktion verläuft unter Beteiligung eines spezifischen zytoplasmatischen Enzyms, der Carnitinacyltransferase. Bereits auf der der Matrix zugewandten Seite der Membran wird die Acylgruppe auf CoA zurückübertragen, was thermodynamisch günstig ist, da die O-Acylbindung im Carnitin ein hohes Gruppentransferpotential besitzt. Mit anderen Worten, nach der Passage von Acylcarnitin durch die Mitochondrienmembran tritt die gegenteilige Reaktion auf - die Spaltung von Acylcarnitin unter Beteiligung von HS-KoA und mitochondrialer Carnitin-Acyltransferase:

IntramitochondrialeFettsäureoxidation. Der Prozess der Fettsäureoxidation in den Mitochondrien der Zelle umfasst mehrere aufeinanderfolgende enzymatische Reaktionen.

Erste Stufe der Dehydrierung. Acyl-CoA in Mitochondrien wird hauptsächlich enzymatisch dehydriert, während Acyl-CoA 2 Wasserstoffatome in α- und β-Position verliert und sich in einen CoA-Ester einer ungesättigten Säure verwandelt. Somit ist die erste Reaktion in jedem Zyklus der Acyl-CoA-Zersetzung die Oxidation durch Acyl-CoA-de-Hydrogenase, die zur Bildung von Enoyl-CoA mit einer Doppelbindung zwischen C-2 und C-3 führt:

Es gibt mehrere FAD-haltige Acyl-CoA-Dehydrogenasen, von denen jede eine Spezifität für Acyl-CoA mit einer bestimmten Kohlenstoffkettenlänge aufweist.

BühneFlüssigkeitszufuhr. Ungesättigtes Acyl-CoA (Enoyl-CoA) bindet unter Beteiligung des Enzyms Enoyl-CoA-Hydratase ein Wassermolekül. Als Ergebnis wird β-Hydroxyacyl-CoA (oder 3-Hydroxyacyl-CoA) gebildet:

Beachten Sie, dass die Hydratation von Enoyl-CoA stereospezifisch ist, wie die Hydratation von Fumarat und Aconitat (s. S. 348). Durch Hydratation der trans-Δ 2 -Doppelbindung wird nur das L-Isomer von 3-Hydroxyacyl-CoA gebildet.

Zweite EtageDehydrierung. Das gebildete β-Hydroxyacyl-CoA (3-Hydroxyacyl-CoA) wird dann dehydratisiert. Diese Reaktion wird durch NAD + -abhängige Dehydrogenasen katalysiert:

ThiolaseReaktion... Bei den vorangegangenen Reaktionen wurde die Methylengruppe an C-3 zur Oxogruppe oxidiert. Die Thiolase-Reaktion ist die Spaltung von 3-Oxoacyl-CoA mit der Thiolgruppe des zweiten CoA-Moleküls. Als Ergebnis werden um zwei Kohlenstoffatome verkürztes Acyl-CoA und ein Fragment mit zwei Kohlenstoffatomen in Form von Acetyl-CoA gebildet. Diese Reaktion wird durch Acetyl-CoA-Acyltransferase (β-Ketothiolase) katalysiert:

Das gebildete Acetyl-CoA wird im Tricarbonsäurezyklus oxidiert, und das um zwei Kohlenstoffatome verkürzte Acyl-CoA durchläuft erneut den gesamten β-Oxidationsweg viele Male bis zur Bildung von Butyryl-CoA (4-Kohlenstoff-Verbindung), die wiederum wird bis zu 2 Moleküle Acetyl-CoA . oxidiert

In einem β-Oxidationszyklus wird 1 Acetyl-CoA-Molekül gebildet, dessen Oxidation im Citratzyklus die Synthese liefert 12 mol ATP... Außerdem bildet es 1 mol FADH 2 und 1 mol NADH + H, bei deren Oxidation in Atmungskette entsprechend synthetisiert 2 und 3 mol ATP (insgesamt 5).

So wird bei der Oxidation von beispielsweise Palmitinsäure (C16) 7 Zyklen der β-Oxidation, wodurch 8 mol Acetyl-CoA, 7 mol FADH 2 und 7 mol NADH + H gebildet werden. Daher ist die ATP-Ausgabe 35 Moleküle durch β-Oxidation und 96 ATP als Folge des Citratzyklus, was insgesamt entspricht 131 ATP-Moleküle.

Die Hauptbedingung für das Leben eines jeden Organismus ist eine kontinuierliche Energiezufuhr, die für verschiedene zelluläre Prozesse aufgewendet wird. Gleichzeitig kann ein bestimmter Teil der Nährstoffverbindungen nicht sofort verwendet, sondern in Reserven umgewandelt werden. Die Rolle eines solchen Reservoirs spielen Fette (Lipide), die aus Glycerin und Fettsäuren bestehen. Letztere werden von der Zelle als Brennstoff verwendet. Dabei erfolgt die Oxidation von Fettsäuren zu СО 2 und Н 2 О.

Fettsäuren verstehen

Fettsäuren sind Kohlenstoffketten verschiedene Längen(von 4 bis 36 Atomen), die aufgrund ihrer chemischen Natur als . bezeichnet werden Carbonsäuren... Diese Ketten können verzweigt oder unverzweigt sein und eine unterschiedliche Anzahl von Doppelbindungen enthalten. Wenn letztere vollständig fehlen, werden Fettsäuren als gesättigt (charakteristisch für viele Lipide tierischen Ursprungs) und ansonsten als ungesättigt bezeichnet. Entsprechend der Anordnung der Doppelbindungen werden die Fettsäuren in einfach und mehrfach ungesättigt eingeteilt.

Die meisten Ketten enthalten eine gerade Anzahl von Kohlenstoffatomen, was mit der Besonderheit ihrer Synthese verbunden ist. Es gibt jedoch Verbindungen mit einer ungeraden Anzahl von Links. Die Oxidation dieser beiden Arten von Verbindungen unterscheidet sich geringfügig.

allgemeine Eigenschaften

Der Oxidationsprozess von Fettsäuren ist komplex und mehrstufig. Es beginnt mit ihrem Eindringen in die Zelle und endet mit letzte Etappen tatsächlich den Abbau von Kohlenhydraten wiederholen (Krebs-Zyklus, Energieumwandlung) Transmembrangradient c Die Endprodukte des Prozesses sind ATP, CO 2 und Wasser.

Die Oxidation von Fettsäuren in der eukaryontischen Zelle erfolgt in Mitochondrien (dem charakteristischsten Lokalisationsort), Peroxisomen oder im endoplasmatischen Retikulum.

Sorten (Arten) der Oxidation

Es gibt drei Arten der Fettsäureoxidation: α, β und ω. Am häufigsten verläuft dieser Prozess nach dem β-Mechanismus und ist in den Mitochondrien lokalisiert. Der Omega-Weg ist eine kleine Alternative zum β-Mechanismus und wird im endoplasmatischen Retikulum durchgeführt, und der Alpha-Mechanismus ist nur für eine Fettsäureart (phytanisch) charakteristisch.

Biochemie der Fettsäureoxidation in Mitochondrien

Der Einfachheit halber wird der Prozess des mitochondrialen Katabolismus herkömmlicherweise in 3 Phasen unterteilt:

• Aktivierung und Transport zu Mitochondrien;
• Oxidation;
• Oxidation des gebildeten Acetyl-Coenzym A durch den Krebs-Zyklus und die elektrische Transportkette.

Die Aktivierung ist ein vorbereitender Prozess, der Fettsäuren in eine für biochemische Umwandlungen verfügbare Form umwandelt, da diese Moleküle selbst inert sind. Außerdem können sie ohne Aktivierung die mitochondrialen Membranen nicht durchdringen. Dieses Stadium tritt an der äußeren mitochondrialen Membran auf.

Tatsächlich ist die Oxidation ein Schlüsselschritt in diesem Prozess. Es umfasst vier Stufen, an deren Ende die Fettsäure in Acetyl-CoA-Moleküle umgewandelt wird. Das gleiche Produkt entsteht bei der Verwertung von Kohlenhydraten, so dass die weiteren Schritte den letzten Schritten der aeroben Glykolyse ähneln. Die Bildung von ATP erfolgt in der Elektronentransportkette, wo die Energie des elektrochemischen Potentials genutzt wird, um eine hochenergetische Bindung zu bilden.

Bei der Fettsäureoxidation werden neben Acetyl-CoA auch NADH- und FADH 2-Moleküle gebildet, die ebenfalls als Elektronendonatoren in die Atmungskette eintreten. Als Ergebnis ist die Gesamtenergieausbeute des Lipidkatabolismus ziemlich hoch. So liefert beispielsweise die Oxidation von Palmitinsäure nach dem β-Mechanismus 106 ATP-Moleküle.

Aktivierung und Übertragung auf die mitochondriale Matrix

Fettsäuren sind an sich inert und können nicht oxidieren. Die Aktivierung bringt sie in eine Form, die für biochemische Transformationen verfügbar ist. Außerdem können diese Moleküle unverändert nicht in die Mitochondrien eindringen.

Das Wesen der Aktivierung ist die Umwandlung einer Fettsäure in ihren Acyl-CoA-Thioester, der anschließend oxidiert wird. Dieser Prozess wird von speziellen Enzymen durchgeführt - Thiokinasen (Acyl-CoA-Synthetasen), die an der äußeren Membran der Mitochondrien befestigt sind. Die Reaktion verläuft in 2 Stufen, verbunden mit einem Energieaufwand von zwei ATP.

Zur Aktivierung werden drei Komponenten benötigt:

• HS-CoA;
• Mg2+.

Zuerst reagiert die Fettsäure mit ATP, um das Acyladenylat (Zwischenprodukt) zu bilden. Dieses reagiert wiederum mit HS-CoA, dessen Thiolgruppe AMP verdrängt, und bildet mit der Carboxylgruppe eine Thioetherbindung. Dadurch entsteht die Acyl-CoA-Substanz – ein Fettsäure-Derivat, das in die Mitochondrien transportiert wird.

Transport zu Mitochondrien

Dieses Stadium wird Transetirifizierung mit Carnitin genannt. Der Transfer von Acyl-CoA in die mitichondriale Matrix erfolgt durch die Poren unter Beteiligung von Carnitin und speziellen Enzymen - Carnitin-Acyltransferasen.

Für den Transport durch Membranen wird CoA durch Carnitin ersetzt, um Acyl-Carnitin zu bilden. Diese Substanz wird durch ein erleichtertes Diffusionsverfahren unter Beteiligung eines Acyl-Carnitin/Carnitin-Trägers in die Matrix überführt.

Innerhalb der Mitochondrien findet eine umgekehrte Reaktion statt, bestehend aus der Ablösung von Retinal, das wieder in die Membranen eindringt, und der Reduktion von Acyl-CoA (in diesem Fall wird "lokales" Coenzym A verwendet und nicht das, mit dem a Bindung wurde in der Aktivierungsphase gebildet).

Grundlegende Reaktionen der Fettsäureoxidation nach dem β-Mechanismus

Die einfachste Art der energetischen Verwertung von Fettsäuren ist die β-Oxidation von Ketten ohne Doppelbindungen, bei denen die Anzahl der Kohlenstoffeinheiten gerade ist. Wie oben erwähnt, fungiert Acyl von Coenzym A als Substrat für dieses Verfahren.

Der β-Oxidationsprozess von Fettsäuren besteht aus 4 Reaktionen:

1. Dehydrierung ist die Abspaltung von Wasserstoff aus einem β-Kohlenstoffatom unter Bildung einer Doppelbindung zwischen den Kettengliedern in α- und β-Position (dem ersten und zweiten Atom). Das Ergebnis ist Enoyl-CoA. Das Enzym der Reaktion ist die Acyl-CoA-Dehydrogenase, die in Kombination mit dem Coenzym FAD wirkt (letzteres wird zu FADH2 reduziert).
2. Hydratation ist die Anlagerung eines Wassermoleküls an Enoyl-CoA, was zur Bildung von L-β-Hydroxyacyl-CoA führt. Es wird durch Enoyl-CoA-Hydratase durchgeführt.
3. Dehydrierung - Oxidation des Produkts der vorherigen Reaktion durch NAD-abhängige Dehydrogenase unter Bildung von β-Ketoacyl-Coenzym A. In diesem Fall wird NAD zu NADH reduziert.
4. Spaltung von β-Ketoacyl-CoA zu Acetyl-CoA und um 2 Kohlenstoffatome verkürztem Acyl-CoA. Die Reaktion wird durch Thiolase durchgeführt. Voraussetzung ist das Vorhandensein von freiem HS-CoA.

Dann beginnt alles wieder mit der ersten Reaktion.

Es wird eine zyklische Wiederholung aller Stufen durchgeführt, bis die gesamte Kohlenstoffkette der Fettsäure in Acetyl-Coenzym-A-Moleküle umgewandelt wird.

Bildung von Acetyl-CoA und ATP am Beispiel der Oxidation von Palmitoyl-CoA

Am Ende jedes Zyklus werden Acyl-CoA-, NADH- und FADH2-Moleküle in einer einzigen Menge gebildet und die Acyl-CoA-Thioether-Kette wird um zwei Atome kürzer. Durch die Übertragung von Elektronen auf die elektrische Transportkette liefert FADH2 eineinhalb ATP-Moleküle und NADH - zwei. Als Ergebnis werden 4 ATP-Moleküle aus einem Zyklus erhalten, die Energieausbeute von Acetyl-CoA nicht mitgezählt.

Die Palmitinsäurekette enthält 16 Kohlenstoffatome. Dies bedeutet, dass in der Oxidationsstufe 7 Zyklen mit der Bildung von acht Acetyl-CoA stattfinden sollten und die Energieabgabe von NADH und FADH 2 in diesem Fall 28 ATP-Moleküle (4 × 7) beträgt. Die Oxidation von Acetyl-CoA geht auch in die Bildung von Energie ein, die als Ergebnis des Eintritts der Produkte des Krebs-Zyklus in die elektrische Transportkette gespeichert wird.

Gesamtausbeute der Oxidationsstufen und des Krebs-Zyklus

Durch die Oxidation von Acetyl-CoA werden 10 ATP-Moleküle erhalten. Da der Palmitoyl-CoA-Katabolismus 8 Acetyl-CoA ergibt, beträgt die Energieausbeute 80 ATP (10 × 8). Addiert man dies zur Oxidation von NADH und FADH 2, erhält man 108 Moleküle (80 + 28). Von dieser Menge sollten Sie 2 ATP abziehen, die für die Aktivierung der Fettsäure aufgewendet wurden.

Die endgültige Gleichung für die Oxidation von Palmitinsäure sieht wie folgt aus: Palmitoyl-CoA + 16 O 2 + 108 Pi + 80 ADP = CoA + 108 ATP + 16 CO 2 + 16 H 2 O.

Berechnung der Energiefreisetzung

Die Energieabgabe aus dem Katabolismus einer bestimmten Fettsäure hängt von der Anzahl der Kohlenstoffeinheiten in ihrer Kette ab. Die Anzahl der ATP-Moleküle wird nach der Formel berechnet:

wobei 4 die Menge an ATP ist, die während jedes Zyklus aufgrund von NADH und FADH2 gebildet wird, (n / 2 - 1) ist die Anzahl der Zyklen, n / 2 × 10 ist die Energieausbeute aus der Acetyl-CoA-Oxidation und 2 ist die Aktivierung Kosten.

Merkmale von Reaktionen

Die Oxidation hat einige Besonderheiten. So liegt die Komplexität der Oxidation von Ketten mit Doppelbindungen darin, dass diese aufgrund ihrer cis-Position nicht der Enoyl-CoA-Hydratase ausgesetzt werden können. Dieses Problem wird durch die Enoyl-CoA-Isomerase beseitigt, wodurch die Bindung eine trans-Konfiguration annimmt. Dadurch wird das Molekül vollständig identisch mit dem Produkt der ersten Beta-Oxidationsstufe und kann hydratisiert werden. Bereiche, die nur Einfachbindungen enthalten, werden wie gesättigte Säuren oxidiert.

Manchmal reicht die Enoyl-CoA-Isomerase nicht aus, um den Prozess fortzusetzen. Dies gilt für Ketten, in denen die cis9-cis12-Konfiguration vorliegt (Doppelbindungen am 9. und 12. Kohlenstoffatom). Hier ist nicht nur die Konfiguration, sondern auch die Position der Doppelbindungen in der Kette ein Hindernis. Letzteres wird durch das Enzym 2,4-Dienoyl-CoA-Reduktase korrigiert.

Katabolismus von Fettsäuren mit ungerader Atomzahl

Diese Art von Säure ist typisch für die meisten Lipide natürlichen (natürlichen) Ursprungs. Dies schafft eine gewisse Schwierigkeit, da bei jedem Zyklus eine gerade Anzahl von Gliedern gekürzt wird. Aus diesem Grund setzt sich die zyklische Oxidation höherer Fettsäuren dieser Gruppe fort, bis als Produkt eine 5-Kohlenstoff-Verbindung erscheint, die in Acetyl-CoA und Propionyl-Coenzym A gespalten wird. Beide Verbindungen gehen einen weiteren Zyklus von drei Reaktionen ein, als a wodurch Succinyl-CoA gebildet wird ... Er ist es, der in den Krebs-Zyklus eintritt.

Merkmale der Oxidation in Peroxisomen

In Peroxisomen erfolgt die Fettsäureoxidation durch einen Beta-Mechanismus, der dem mitochondrialen ähnlich, aber nicht identisch ist. Es besteht ebenfalls aus 4 Stufen, die in der Bildung des Produkts in Form von Acetyl-CoA gipfeln, es gibt jedoch mehrere wesentliche Unterschiede. Beispielsweise reduziert Wasserstoff, der in der Dehydrierungsstufe abgespalten wird, FAD nicht, sondern geht unter Bildung von Wasserstoffperoxid in Sauerstoff über. Letztere wird sofort durch Katalase abgebaut. Dadurch wird die Energie, die zur Synthese von ATP in der Atmungskette verwendet werden könnte, als Wärme abgegeben.

Der zweite wichtige Unterschied besteht darin, dass einige Peroxisomenenzyme für bestimmte weniger häufig vorkommende Fettsäuren spezifisch sind und in der mitochondrialen Matrix fehlen.

Die Besonderheit von Leberzellperoxisomen besteht darin, dass dort der Enzymapparat des Krebs-Zyklus fehlt. Daher werden durch Beta-Oxidation kurzkettige Produkte gebildet, die zur Oxidation in die Mitochondrien transportiert werden.

β- Oxidation von Fettsäuren- ein spezifischer Stoffwechselweg des Fettsäureabbaus, der in der mitochondrialen Matrix nur unter aeroben Bedingungen abläuft und mit der Bildung von Acetyl-CoA endet. Der Stoffwechselweg – β-Oxidation – wird so genannt, weil am β-Kohlenstoffatom Oxidationsreaktionen von Fettsäure stattfinden.

Wo findet dieser Prozess in den Zellen statt?

Die β-Oxidation von Fettsäuren findet in der mitochondrialen Matrix statt, daher müssen Fettsäuren nach der Aktivierung in die Mitochondrien transportiert werden.

Welches Organ nutzt keine Fettsäuren als Energiequelle?

Fettsäuren dienen dem Gehirn und anderen Nervengeweben nicht als Energiequelle, da Fettsäuren die Blut-Hirn-Schranke nicht wie andere hydrophobe Substanzen passieren.Die Stoffwechselrate der Fettsäuren im Nervengewebe ist deutlich geringer als in anderen Geweben. Rote Blutkörperchen, in denen Mitochondrien fehlen. , können keine Fettsäuren oxidieren

2. Schreiben Sie die Aktivierungsreaktion von Fettsäuren (Palmitinsäure) auf, geben Sie das Enzym und die Klasse an, zu der es gehört.

Die Gesamtgleichung für die Synthese von Palmitinsäure aus Acetyl-CoA und Malonyl-CoA lautet wie folgt: CH 3 -CO-SKoA + 7 HOOC-CH 2 -CO-SKoA + 14 (NADPH + H +) → C 15 H 31 COOH + 7 CO 2 + 6 H 2 O + 8 HSKoA + 14 NADP +.

In jedem Zyklus der Palmitinsäure-Biosynthese finden 2 Reduktionsreaktionen statt, bei denen das Coenzym NADPH als Wasserstoffdonor dient. Die Rückgewinnung von NADP + erfolgt in den folgenden Reaktionen:

• Dehydrierung in den oxidativen Stadien des Pentosephosphatwegs des Glucosekatabolismus;
• Dehydrierung von Malat mit Äpfelsäureenzym;
• Dehydrierung von Isocitrat durch zytosolische NADP-abhängige Dehydrogenase.

3. Was sind die Endprodukte des Abbaus von Neutralfetten (Triglyceriden)?

Die Endprodukte der Triglyceridverdauung sind: Glycerin, höhere Fettsäuren, Monoglyceride

Präsentieren Sie in Form eines Diagramms alle Stadien des Katabolismus, die zur Bildung von Endprodukten führen.

Fette werden gespeichert, bis sie verwendet werden. Der Fettabbau erfolgt in drei Stadien:

1. Hydrolyse von Fett zu Glycerin und Fettsäuren (Lipolyse). Dies ist ein enzymatischer Prozess. Es wird von zwei Enzymen durchgeführt: Fettgewebe-Lipase und Monoglycerid-Lipase. Als Ergebnis dieses Prozesses werden aus neutralen Fetten Glycerin und drei Fettsäuremoleküle gebildet. Bei der Hydrolyse von Phospholipiden entstehen Glycerin, zwei Fettsäurereste, ein Phosphorsäurerest und ein an Phosphorsäure gebundener Radikalrest, der sich in verschiedenen Phospholipiden unterscheidet (Abb. 15).

2. Umwandlung von Glycerin (tritt in den HBF-Weg ein) und Fettsäuren (erfährt b-Oxidation) in Acetyl-CoA.

3. Gemeinsamer Weg – Tricarbonsäurezyklus

4. Schreiben Sie die Oxidation von Glycerin zu Glycerinaldehyd-3-phosphat auf. Nennen Sie die aktiven Enzyme und die Klassen, zu denen sie gehören. Zeigen Sie das weitere Schicksal von 3-Phosphoglycerinaldehyd schematisch.

Glycerinaustausch kann auf mehrere Arten erfolgen. Ein wesentlicher Teil des bei der Lipidhydrolyse gebildeten Glycerins wird für ihre Resynthese verwendet. Darüber hinaus können Produkte, die bei der Oxidation von Glycerin entstehen, an der Glykolyse oder Gluconeogenese beteiligt sein. Zunächst wird Glycerin zu Glycerophosphat phosphoryliert, der Donor der Phosphatgruppe ist das ATP-Molekül.

Der größte Teil des Glycerophosphats wird für die Lipidsynthese verwendet. Ein Teil des Glycerophosphats wird zu Phosphodoxyaceton oxidiert, das zu Glyceraldehyd-3-phosphat isomerisiert wird, das ein Zwischenprodukt der Glykolyse ist und von der Zelle zur Energiegewinnung verwendet wird.

Berechnen Sie die Menge an ATP, die bei der Oxidation von 1 Glycerinmolekül zu CO 2 und H 2 O . gebildet wird.

Energiewirkung der Glycerinoxidation: Aufgrund der Oxidation von Acetyl-CoA im Krebs-Zyklus - 12 ATP; aufgrund der Oxidation von NADH in der Atmungskette - 3 × 3 = 9 ATP; aufgrund von Substratphosphorylierung - 2 × 1 = 14; insgesamt - 23 ATP-Moleküle. Ein ATP-Molekül wurde für die Aktivierung von Glycerin aufgewendet, daher ist das Endergebnis 23-1 = 22 ATP-Moleküle.

Schreiben Sie die Reaktionsfolge der Beta-Oxidation (ein Zyklus) von Stearinsäure auf. Benennen Sie die aktiven Enzyme und geben Sie an, zu welchen Klassen sie gehören.

Hydrolyse Triglyceride führt Pankreaslipase durch. Sein optimaler pH-Wert = 8, hydrolysiert TG hauptsächlich in den Positionen 1 und 3 unter Bildung von 2 freien Fettsäuren und 2-Monoacylglycerin (2-MG). 2-MG ist ein guter Emulgator. 28% von 2-MG werden durch die Wirkung der Isomerase in 1-MG umgewandelt. Der größte Teil von 1-MG wird durch die Pankreaslipase zu Glycerin und Fettsäure hydrolysiert.In der Bauchspeicheldrüse wird die Pankreaslipase zusammen mit der Proteincolipase synthetisiert. Colipase wird in inaktiver Form gebildet und im Darm durch Trypsin durch partielle Proteolyse aktiviert. Mit ihrer hydrophoben Domäne bindet Colipase an die Oberfläche des Lipidtröpfchens, während ihre hydrophile Domäne zur maximalen Annäherung des aktiven Zentrums der Pankreaslipase an TG beiträgt, was ihre Hydrolyse beschleunigt.

Braunes Fettgewebe
Menge	Wenig bei einem Erwachsenen, viel bei einem Neugeborenen
Lokalisierung	Rein: in der Nähe der Nieren und der Schilddrüse. Gemischtes Fettgewebe: zwischen den Schulterblättern, an Brust und Schultern.
Blutversorgung	Sehr gut
Die Struktur der Adipozyten	Es gibt viele kleine Fetttröpfchen im Zytoplasma, der Zellkern und die Organellen befinden sich im Zentrum der Zelle, es gibt viele Mitochondrien und Zytochrome.
	Thermogenese

Die Oxidation findet in der mitochondrialen Matrix statt. Zuerst wird die Fettsäure aktiviert: 1 Im Zytoplasma von jedem wird Säure unter Verwendung von CoA-8H- und ATP-Energie aktiviert. 2. Die aktive Fettsäure Acyl-CoA wird vom Zytosol zur mitochondrialen Matrix (MC) transportiert. CoA-8H verbleibt im Zytosol, und der Fettsäurerest - Acyl - verbindet sich mit Carnitin (von lateinisch - Carnitin - Fleisch) - Carnitin wird aus Muskelgewebe isoliert) zu Acyl-Carnitin, das in den Intermembranraum des MX eindringt. Aus dem Intermembranraum der Mitochondrien wird der Acyl-Carnitin-Komplex in die MX-Matrix transferiert. In diesem Fall verbleibt Carnitin im Intermembranraum. In der Matrix verbindet sich Acyl mit CoA-8H. 3. Oxidation. In der MX-Matrix wird eine aktive Fettsäure gebildet, die dann Oxidationsreaktionen zu Endprodukten durchläuft. Beta-Oxidation oxidiert die -CH2-Gruppe in der Beta-Position der Fettsäure zur -C-Gruppe. In diesem Fall erfolgt die Dehydrierung in zwei Stufen: unter Beteiligung von Acyl-Dehydrogenase (Flavin-Enzym, Wasserstoff wird auf Ubichinon übertragen) und Beta-Hydroxyacyl-Dehydrogenase (Wasserstoff-Akzeptor NAD +). Dann zerfällt Beta-Ketoacyl-CoA unter Einwirkung des Thiolase-Enzyms in Acetyl-CoA und Acyl-CoA, die im Vergleich zum Original um 2 Kohlenstoffatome verkürzt sind. Dieses Acyl-CoA durchläuft erneut eine Beta-Oxidation. Wiederholte Wiederholung dieses Vorgangs führt zum vollständigen Abbau der Fettsäure zu Acyl-CoA. Oxidation von Fettsäuren. Umfasst 2 Stufen: 1. sequentielle Spaltung eines Zwei-Kohlenstoff-Fragments vom C-Terminus der Säure in Form von Acetyl-CoA; 2. Oxidation von Acetyl-CoA im Krebs-Zyklus zu CO2 und H2O. Energiewert der Fettsäureoxidation. Stearinsäure (C 18) durchläuft 8 Oxidationszyklen unter Bildung von 9 Acetyl-CoA. In jedem Oxidationszyklus werden 8 * 5 ATP = 40 ATP gebildet, Acetyl-CoA ergibt 9 * 12 ATP = 108 ATP. Gesamt: 148 ATP, aber 1 ATP wird für die Aktivierung von Fettsäuren im Zytosol ausgegeben, also insgesamt 147 ATP

β - Oxidation von höheren Fettsäuren (HFA). Energieeffizienz des Verfahrens (für gesättigte und ungesättigte Fettsäuren). Einfluss der Gewebeoxidation von IVF auf die Glukoseverwertung durch Gewebe.

β-Oxidation - ein spezifischer Weg des FA-Katabolismus mit unverzweigten mittleren und kurzen Kohlenwasserstoffketten. β-Oxidation findet in der mitochondrialen Matrix statt, in der 2 C-Atome nacheinander vom C-Ende des FA in Form von Acetyl-CoA getrennt werden. Die β-Oxidation von Fettsäuren tritt nur unter aeroben Bedingungen auf und stellt eine große Energiequelle dar. Die β-Oxidation von Fettsäuren läuft aktiv in den roten Skelettmuskeln, dem Herzmuskel, den Nieren und der Leber ab. FS dienen nicht als Energiequelle für Nervengewebe, da FS nicht wie andere hydrophobe Substanzen die Blut-Hirn-Schranke passieren. In diesem Fall steigt die Konzentration der Fettsäuren im Blut durch die Mobilisierung von Fettsäuren aus dem Fettgewebe.

LCD-Aktivierung

Die FA-Aktivierung erfolgt als Ergebnis der Bildung einer hochenergetischen Bindung zwischen FA und HSKoA unter Bildung von Acyl-CoA. Die Reaktion wird durch das Enzym Acyl-CoA-Synthetase katalysiert:

RCOOH + HSKoA + ATP → RCO ~ SCoA + AMP + PPn

Pyrophosphat wird durch das Enzym Pyrophosphatase hydrolysiert: Н 4 Р 2 О 7 + Н 2 О → 2Н 3 РО 4

Acyl-CoA-Synthetasen finden sich sowohl im Zytosol (auf der äußeren mitochondrialen Membran) als auch in der mitochondrialen Matrix. Diese Enzyme unterscheiden sich in ihrer Spezifität für FAs mit unterschiedlichen Kohlenwasserstoffkettenlängen.

Transport-LCD... Der Transport von FA in die mitochondriale Matrix hängt von der Länge der Kohlenstoffkette ab.

FAs mit kurzen und mittleren Kettenlängen (von 4 bis 12 C-Atomen) können durch Diffusion in die mitochondriale Matrix eindringen. Diese FAs werden durch Acyl-CoA-Synthetasen in der mitochondrialen Matrix aktiviert, langkettige FAs werden zunächst im Zytosol aktiviert (Acyl-CoA-Synthetasen an der äußeren mitochondrialen Membran) und dann durch ein spezielles Transportsystem mit Carnitin. Carnitin kommt mit der Nahrung oder wird aus Lysin und Methionin unter Beteiligung von Vitamin C synthetisiert.

• In der äußeren Membran der Mitochondrien katalysiert das Enzym Carnitin-Acyltransferase I (Carnitin-Palmitoyltransferase I) den Acyltransfer von CoA auf Carnitin unter Bildung von Acylcarnitin;

• Acylcarnitin gelangt durch den Intermembranraum zur Außenseite der inneren Membran und wird durch die Carnitinacylcarnitin-Translokase zur inneren Oberfläche der inneren mitochondrialen Membran transportiert;

 Das Enzym Carnitin-Acyltransferase II katalysiert den Acyltransfer von Carnitin auf intramitochondriales HSKoA unter Bildung von Acyl-CoA;

• Freies Carnitin wird durch dieselbe Translokase auf die zytosolische Seite der inneren Mitochondrienmembran zurückgeführt.

Reaktionen β-Oxidation von FA

1. Die β-Oxidation beginnt mit der Dehydrierung von Acyl-CoA durch die FAD-abhängige Acyl-CoA-Dehydrogenase unter Bildung einer Doppelbindung (trans) zwischen den α- und β-C-Atomen in Enoyl-CoA. Reduziertes FADN 2, das in CPE oxidiert wird, ermöglicht die Synthese von 2 ATP-Molekülen;

2. Enoyl-CoA-Hydratase fügt Wasser an die Doppelbindung von Enoyl-CoA hinzu, um β-Hydroxyacyl-CoA zu bilden;

3. β-Hydroxyacyl-CoA wird durch NAD-abhängige Dehydrogenase zu β-Ketoacyl-CoA oxidiert. Reduziertes NADH 2, das in CPE oxidiert wird, ermöglicht die Synthese von 3 ATP-Molekülen;

4. Thiolase unter Beteiligung von HKoA spaltet Acetyl-CoA von β-Ketoacyl-CoA. Als Ergebnis von 4 Reaktionen wird Acyl-CoA gebildet, das um 2 Kohlenstoffatome kürzer ist als das vorherige Acyl-CoA. Gebildetes Acetyl-CoA, das in TCA oxidiert wird, ermöglicht die Synthese von 12 ATP-Molekülen in CPE.

Dann tritt Acyl-CoA wieder in β-Oxidationsreaktionen ein. Die Zyklen werden fortgesetzt, bis aus Acyl-CoA Acetyl-CoA mit 2 C-Atomen (wenn das LC eine gerade Anzahl von C-Atomen hatte) oder Butyryl-CoA mit 3 C-Atomen (wenn das LC eine ungerade Anzahl von C-Atomen hatte) übergeht.

Energiebilanz der Oxidation von gesättigten LCDs mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen

Bei Aktivierung der Fettsäure werden 2 hochenergetische Bindungen von ATP verbraucht.

Bei der Oxidation einer gesättigten Fettsäure mit einer geraden Anzahl von C-Atomen entstehen nur FADH 2, NADH 2 und Acetyl-CoA.

Für 1 Zyklus der β-Oxidation werden 1 FADH 2, 1 NADH 2 und 1 Acetyl-CoA gebildet, die bei der Oxidation 2 + 3 + 12 = 17 ATP ergeben.

Die Zahl der Zyklen bei der β-Oxidation von FA = die Zahl der C-Atome in (LC/2) -1. Palmitinsäure durchläuft eine β-Oxidation (16/2) -1 = 7 Zyklen. Für 7 Zyklen wird 17 * 7 = 119 ATP gebildet.

Der letzte Zyklus der β-Oxidation wird von der Bildung von zusätzlichem Acetyl-CoA begleitet, das bei der Oxidation 12 ATP ergibt.

So erzeugt die Oxidation von Palmitinsäure: -2 + 119 + 12 = 129 ATP.

Gesamtgleichung der β-Oxidation, Palmitoyl-CoA:

C 15 H 31 CO-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 8 CH 3 -CO-KoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2

Energiebilanz der Oxidation von gesättigten LCDs mit einer ungeraden Anzahl von Kohlenstoffatomen

Die β-Oxidation eines gesättigten LCs mit einer ungeraden Anzahl von C-Atomen am Anfang verläuft genauso wie bei einem geraden. Die Aktivierung erfordert 2 hochenergetische Bindungen von ATP.

LC mit 17 C-Atomen findet während der β-Oxidation von 17 / 2-1 = 7 Zyklen statt. Für 1 Zyklus wird aus 1 FADH 2, 1 NADH 2 und 1 Acetyl-CoA 2 + 3 + 12 = 17 ATP gebildet. Für 7 Zyklen wird 17 * 7 = 119 ATP gebildet.

Der letzte β-Oxidationszyklus wird von der Bildung von nicht Acetyl-CoA, sondern Propionyl-CoA mit 3 C-Atomen begleitet.

Propionyl-CoA wird zum Preis von 1 ATP durch Propionyl-CoA-Carboxylase carboxyliert, um D-Methylmalonyl-CoA zu bilden, das nach der Isomerisierung zuerst in L-Methylmalonyl-CoA und dann in Succinyl-CoA umgewandelt wird. Succinyl-CoA ist im CTA enthalten und ergibt bei Oxidation ANA und 6 ATP. PIK kann zur Glukosesynthese in die Glukoneogenese eintreten. Ein Mangel an Vitamin B 12 führt zur Anreicherung im Blut und zur Ausscheidung von Methylmalonil im Urin. Die Oxidation von FA erzeugt: -2 + 119-1 + 6 = 122 ATP.

Die Gesamtgleichung für die β-Oxidation eines LC mit 17 C-Atomen:

C 16 H 33 CO-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 7 CH 3 -CO-KoA + 1 C 2 H 5 -CO-KoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2

Energiebilanz der Oxidation ungesättigter LCDs mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen

Etwa die Hälfte der Fettsäuren im menschlichen Körper sind ungesättigt. Die β-Oxidation dieser Säuren läuft in üblicher Weise ab, bis die Doppelbindung zwischen 3 und 4 C-Atomen liegt, dann verschiebt das Enzym Enoyl-CoA-Isomerase die Doppelbindung von Position 3-4 nach Position 2-3 und ändert die cis-Konformation der Doppelbindung an trans, die für die β-Oxidation notwendig ist. Da in diesem β-Oxidationszyklus bereits eine Doppelbindung im LC vorhanden ist, findet die erste Dehydrierungsreaktion nicht statt und es wird kein FADH 2 gebildet. Außerdem laufen die β-Oxidationszyklen weiter, ohne sich vom üblichen Weg zu unterscheiden.

Die Energiebilanz wird wie bei gesättigten LCs mit gerader C-Anzahl berechnet, nur 1 FADH 2 und dementsprechend 2 ATP fehlen für jede Doppelbindung.

Die Gesamtgleichung der β-Oxidation von Palmitoleyl-CoA:

C 15 H 29 CO-CoA + 6 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 8 CH 3 -CO-KoA + 6 FADH 2 + 7 NADH 2

Energiebilanz der β-Oxidation von Palmitoleinsäure: -2 + 8 * 12 + 6 * 2 + 7 * 3 = 127 ATP.

Hunger, körperliche Aktivität → Glucagon, Adrenalin → Lipolyse von TG in Adipozyten → Fettsäuren im Blut → β-Oxidation unter aeroben Bedingungen in Muskeln, Leber → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, Acetyl-CoA, (FA) → ↓ Glykolyse → Einsparung von Glukose, die für Nervengewebe, Erythrozyten usw. notwendig ist.

Nahrung → Insulin → Glykolyse → Acetyl-CoA → Synthese von Malonyl-CoA und FA

Synthese von Malonyl-CoA → Malonyl-CoA → ↓ Carnitinacyltransferase I in der Leber → ↓ Transport von FA zur mitochondrialen Matrix → ↓ FA in der Matrix → ↓ β-Oxidation von FA

Biosynthese von IVH. Die Struktur des Palmitatsynthase-Komplexes. Chemie und Regelung des Prozesses.

Synthese von Palmitinsäure

Bildung von Malonil-CoA

Die erste Reaktion der FA-Synthese ist die Umwandlung von Acetyl-CoA in Malonyl-CoA. Diese regulatorische Reaktion bei der FA-Synthese wird durch Acetyl-CoA-Carboxylase katalysiert.

Die Acetyl-CoA-Carboxylase besteht aus mehreren biotinhaltigen Untereinheiten.

Die Reaktion erfolgt in 2 Stufen:

1) CO 2 + Biotin + ATP → Biotin-COOH + ADP + Fn

2) Acetyl-CoA + Biotin-COOH → Malonyl-CoA + Biotin

Acetyl-CoA-Carboxylase wird auf verschiedene Weise reguliert:

3) Assoziation/Dissoziation von Enzymuntereinheitskomplexen. In inaktiver Form ist Acetyl-CoA-Carboxylase ein Komplex aus 4 Untereinheiten. Citrat stimuliert die Vereinigung von Komplexen, wodurch die Aktivität des Enzyms erhöht wird. Palmitoyl-CoA verursacht eine Dissoziation von Komplexen und eine Abnahme der Enzymaktivität;

2) Phosphorylierung/Dephosphorylierung von Acetyl-CoA-Carboxylase. Glucagon oder Adrenalin stimuliert durch das Adenylatcyclase-System die Phosphorylierung von Acetyl-CoA-Carboxylase-Untereinheiten, was zu ihrer Inaktivierung führt. Insulin aktiviert Phosphoproteinphosphatase, Acetyl-CoA-Carboxylase wird dephosphoryliert. Dann kommt es unter der Wirkung von Citrat zur Polymerisation der Enzymprotomeren, und es wird aktiv;

3) Der langfristige Verzehr von kohlenhydratreichen und lipidarmen Lebensmitteln führt zu einer erhöhten Insulinsekretion, die die Synthese von Acetyl-CoA-Carboxylase, Palmitatsynthase, Citratlyase, Isocitratdehydrogenase induziert und die Synthese von FA und TG beschleunigt. Fasten oder eine fettreiche Ernährung führt zu einer Abnahme der Synthese von Enzymen und dementsprechend von FA und TG.

Palmitinsäurebildung

Nach der Bildung von Malonyl-CoA geht die Synthese der Palmitinsäure am Multienzymkomplex weiter - Fettsäuresynthetase (Palmitoylsynthetase) .

Palmitoylsynthase ist ein Dimer, das aus zwei identischen Polypeptidketten besteht. Jede Kette hat 7 aktive Zentren und ein Acyltransferprotein (ACP). Jede Kette enthält 2 SH-Gruppen: eine SH-Gruppe gehört zum Cystein, die andere zum Phosphopantethinsäurerest. Die SH-Gruppe von Cystein eines Monomers befindet sich neben der SH-Gruppe von 4-Phoshopantetheinat eines anderen Protomers. Somit befinden sich die Protomeren des Enzyms Kopf-an-Schwanz. Obwohl jedes Monomer alle katalytischen Zentren enthält, ist ein Komplex aus 2 Protomeren funktionell aktiv. Daher werden tatsächlich 2 LCs gleichzeitig synthetisiert.

Dieser Komplex verlängert sukzessive das LC-Radikal um 2 C-Atome, dessen Donor Malonyl-CoA ist.

Palmitinsäure-Synthesereaktionen

1) Übertragung von Acetyl von CoA auf die SH-Gruppe von Cystein durch das Acetyltransacylase-Zentrum;

2) Übertragung von Malonyl von CoA auf die SH-Gruppe von APB durch das Malonyltransacylase-Zentrum;

3) Am Ketoacyl-Synthase-Zentrum kondensiert die Acetylgruppe mit der Malonylgruppe zu Ketoacyl und setzt CO 2 frei.

4) Ketoacil wird durch Ketoacylreduktase zu Oxyacyl reduziert;

5) Oxyacil wird durch Hydratase zu Enoyl dehydratisiert;

6) Enoyl wird durch Enoylreduktase zu Acyl reduziert.

Als Ergebnis des ersten Reaktionszyklus entsteht Acyl mit 4 C-Atomen (Butyryl). Dann wird Butyryl von Position 2 auf Position 1 übertragen (wo Acetyl am Anfang des ersten Reaktionszyklus war). Dann durchläuft Butyryl die gleichen Umwandlungen und wird um 2 C-Atome (aus Malonyl-CoA) verlängert.

Ähnliche Reaktionszyklen werden wiederholt, bis ein Palmitinsäureradikal gebildet wird, das unter Einwirkung des Thioesterasezentrums hydrolytisch vom Enzymkomplex getrennt wird und in freie Palmitinsäure übergeht.

Die Gesamtgleichung für die Synthese von Palmitinsäure aus Acetyl-CoA und Malonyl-CoA lautet wie folgt:

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

H 2 O + 8 HSKoA + 14 NADP +

Synthese von FAs aus Palmitinsäure und anderen FAs

GI-Verlängerung bei elongasalen Reaktionen

Die Dehnung des LCD wird Dehnung genannt. FAs können als Folge der Elongation im EPR von Palmitinsäure und anderen längeren FAs synthetisiert werden. Es gibt Verlängerungen für jede Länge des LC. Der Reaktionsablauf ist ähnlich wie bei der Synthese von Palmitinsäure, allerdings verläuft die Synthese in diesem Fall nicht an APB, sondern an CoA. Das Hauptprodukt der Elongation in der Leber ist Stearinsäure. In Nervengeweben werden langkettige FAs (C = 20-24) gebildet, die für die Synthese von Sphingolipiden notwendig sind.

Synthese ungesättigter Fettsäuren in Desaturase-Reaktionen

Der Einbau von Doppelbindungen in FA-Radikale wird als Desaturierung bezeichnet. Die Entsättigung von FA tritt bei EPR in Monooxygenase-Reaktionen auf, die durch Desaturasen katalysiert werden.

Stearoyl-CoA-Desaturase- ein integrales Enzym, enthält Nicht-Häm-Eisen. Katalysiert die Bildung von 1 Doppelbindung zwischen 9 und 10 Kohlenstoffatomen im LC. Stearoyl-CoA-Desaturase überträgt Elektronen von Cytochrom b 5 auf 1 Sauerstoffatom, unter Beteiligung von Protonen bildet dieser Sauerstoff Wasser. Das zweite Sauerstoffatom schaltet Stearinsäure ein, um sein Oxyacyl zu bilden, das zu Ölsäure dehydratisiert wird.

Die im menschlichen Körper vorhandenen Fettsäuren-Desaturasen können in den Fettsäuren distal des neunten Kohlenstoffatoms keine Doppelbindungen bilden, daher werden die Fettsäuren der ω-3- und ω-6-Familien im Körper nicht synthetisiert, sie sind unersetzlich und müssen mit Lebensmitteln versorgt werden, da sie wichtige Regulationsfunktionen erfüllen. ... Die wichtigsten FS, die im menschlichen Körper durch Entsättigung gebildet werden, sind Palmitoleinsäure und Ölsäure.

Synthese von α-Hydroxy FA

Im Nervengewebe findet die Synthese anderer FA - α-Hydroxysäuren statt. Oxidasen mit gemischten Funktionen hydroxylieren C 22 - und C 24 -Säuren, um Cerebronsäure zu bilden, die nur in Gehirnlipiden vorkommt.

2.1. Oxidation von Fettsäuren in Zellen

Höhere Fettsäuren können in Zellen auf drei Arten oxidiert werden:

a) durch a-Oxidation,

b) durch b-Oxidation,

c) durch w-Oxidation.

Die Prozesse der a- und w-Oxidation höherer Fettsäuren laufen in den Mikrosomen von Zellen unter Beteiligung von Enzymen der Monooxygenasen ab und spielen vor allem eine plastische Funktion - bei diesen Prozessen Hydroxysäuren, Ketosäuren und Säuren mit ungerader Kohlenstoffzahl Atome werden synthetisiert, die für Zellen notwendig sind. So kann bei der a-Oxidation eine Fettsäure nach folgendem Schema um ein Kohlenstoffatom verkürzt und damit in eine Säure mit einer ungeraden Anzahl von "C"-Atomen umgewandelt werden:

2.1.1. b-Oxidation höherer Fettsäuren Die wichtigste Methode zur Oxidation höherer Fettsäuren, zumindest im Verhältnis zur Gesamtmenge der in der Zelle oxidierten Verbindungen dieser Klasse, ist die b-Oxidation, die bereits 1904 von Knoop entdeckt wurde Der Prozess kann als ein Prozess des schrittweisen oxidativen Abbaus höherer Fettsäuren definiert werden, bei dem es zu einer sequentiellen Spaltung von Zwei-Kohlenstoff-Fragmenten in Form von Acetyl-CoA von der Seite der Carboxylgruppe des aktivierten höheren Fettsäuremoleküls kommt.

Höhere Fettsäuren, die in die Zelle gelangen, werden mit ihrer Umwandlung in Acyl-CoA (R-CO-SKoA) aktiviert, und die Aktivierung von Fettsäuren erfolgt im Zytosol. Der eigentliche Prozess der b-Oxidation von Fettsäuren findet in der mitochondrialen Matrix statt. Gleichzeitig ist die innere mitochondriale Membran für Acyl-CoA undurchlässig, was die Frage nach dem Mechanismus des Transports von Acylresten aus dem Zytosol in die mitochondriale Matrix aufwirft.

Acylreste werden mit einem speziellen Träger, dem Carnitin (KH), durch die innere Mitochondrienmembran transportiert:

Im Zytosol wird unter Verwendung des externen AcylCoA-Enzyms Carnitinacyltransferase (E1 im Diagramm unten) der höhere Fettsäurerest von Coenzym A auf Carnitin übertragen, um Acylcarnitin zu bilden:

Acylcarnitinin gelangt unter Beteiligung eines speziellen Carnitin-Acylcarnitin-Translocase-Systems durch die Membran in die Mitochondrien und in die Matrix mit Hilfe des internen Acyl-CoA-Enzyms: Carnitin-Acyltransferase (E2), der Acylrest wird von Carnitin übertragen an den intramitochondrialen Coenzym A-Rest. Fettsäure in Form von Acyl-CoA; das freigesetzte Carnitin gelangt mit Hilfe derselben Translocase durch die Mitochondrienmembran in das Zytosol, wo es in einen neuen Transferzyklus aufgenommen werden kann. Die in die innere Mitochondrienmembran eingebaute Carnitin-Acylcarnitin-Translokase überträgt das Acylcarnitin-Molekül in die Mitochondrien im Austausch für das aus den Mitochondrien entfernte Carnitin-Molekül.

Die aktivierte Fettsäure in der mitochondrialen Matrix unterliegt einer schrittweisen zyklischen Oxidation nach dem Schema:

Durch einen Zyklus der b-Oxidation wird das Fettsäureradikal um 2 Kohlenstoffatome verkürzt und das abgespaltene Fragment in Form von Acetyl-CoA freigesetzt. Die Gesamtgleichung des Zyklus:

Während eines Zyklus der b-Oxidation, zum Beispiel bei der Umwandlung von Stearoyl-CoA zu Palmitoyl-CoA unter Bildung von Acetyl-CoA, werden 91 kcal / mol freie Energie freigesetzt, aber der Hauptteil dieser Energie wird in die Formenergie von reduzierten Coenzymen, während Energieverluste in Form von Wärmen nur etwa 8 kcal/mol betragen.

Das resultierende Acetyl-CoA kann in den Krebs-Zyklus eintreten, wo es zu Endprodukten oxidiert wird, oder es kann für andere Bedürfnisse der Zelle verwendet werden, beispielsweise für die Synthese von Cholesterin. Das um 2 Kohlenstoffatome verkürzte Acyl-CoA tritt in einen neuen b-Oxidationszyklus ein. Durch mehrere aufeinanderfolgende Oxidationszyklen wird die gesamte Kohlenstoffkette der aktivierten Fettsäure in "n" Acetyl-CoA-Moleküle gespalten, wobei der Wert von "n" durch die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Stammfettsäure bestimmt wird.

Die energetische Wirkung eines b-Oxidationszyklus kann anhand der Bildung von 1 FADH2-Molekül und 1 NADH + H-Molekül während des Zyklus abgeschätzt werden. Beim Eintritt in die Atmungsenzymkette werden 5 ATP-Moleküle (2 + 3) synthetisiert. Wird das gebildete Acetyl-CoA im Krebs-Zyklus oxidiert, erhält die Zelle 12 weitere ATP-Moleküle.

Für Stearinsäure lautet die Gesamtgleichung ihrer b-Oxidation:

Berechnungen zeigen, dass bei der Oxidation von Stearinsäure 148 ATP-Moleküle in der Zelle synthetisiert werden. Bei der Berechnung der Energiebilanz der Oxidation aus dieser Menge müssen 2 hochenergetische Äquivalente ausgeschlossen werden, die für die Aktivierung einer Fettsäure aufgewendet werden (während der Aktivierung wird ATP in AMP und 2 H3PO4 gespalten). Wenn Stearinsäure oxidiert wird, erhält die Zelle somit 146 ATP-Moleküle.

Zum Vergleich: Bei der Oxidation von 3 Glucosemolekülen, die ebenfalls 18 Kohlenstoffatome enthalten, erhält die Zelle nur 114 ATP-Moleküle, d.h. höhere Fettsäuren sind im Vergleich zu Monosacchariden ein vorteilhafterer Energiebrennstoff für die Zellen. Anscheinend ist dieser Umstand einer der Hauptgründe dafür, dass die Energiereserven des Körpers hauptsächlich in Form von Triacylglycerolen und nicht von Glykogen präsentiert werden.

Die Gesamtmenge an freier Energie, die bei der Oxidation von 1 Mol Stearinsäure freigesetzt wird, beträgt etwa 2632 kcal, wovon etwa 1100 kcal in Form von Energie hochenergetischer Bindungen synthetisierter ATP-Moleküle angesammelt werden, also etwa 40% freigesetzte freie Energie wird akkumuliert.

Die Geschwindigkeit der b-Oxidation höherer Fettsäuren wird zum einen durch die Konzentration der Fettsäuren in der Zelle und zum anderen durch die Aktivität der externen Acyl-CoA: Carnitinacyltransferase bestimmt. Die Enzymaktivität wird durch Malonyl-CoA gehemmt. Auf die Bedeutung des letzteren Regulationsmechanismus werden wir etwas später eingehen, wenn wir die Koordination der Oxidations- und Syntheseprozesse von Fettsäuren in der Zelle diskutieren.

Orangene Mandeln und Ansammlung von Cholesterinestern in anderen retikuloendothelialen Geweben. Die Pathologie ist mit dem beschleunigten Katabolismus von Apo A-I verbunden. Verdauung und Aufnahme von Lipiden. Galle. Bedeutung. Zu Beginn der Entstehung der modernen Lehre von der exokrinen Funktion der Leber, als Naturwissenschaftler nur die ersten ...

Die Dynamik chemischer Umwandlungen in Zellen wird durch die biologische Chemie untersucht. Die Aufgabe der Physiologie besteht darin, den Gesamtverbrauch an Stoffen und Energie des Körpers zu ermitteln und wie diese mit Hilfe einer adäquaten Ernährung wieder aufgefüllt werden sollen. Der Energiestoffwechsel dient als Indikator für den Allgemeinzustand und die physiologische Aktivität des Körpers. Eine Einheit zur Energiemessung, die in der Biologie und ...

Säuren, die als essentielle Fettsäuren (Linol-, Linolen-, Arachidonsäure) klassifiziert werden, die bei Mensch und Tier nicht synthetisiert werden. Ein Komplex biologisch aktiver Substanzen gelangt mit Fetten in den Körper: Phospholipide, Sterole. Triacylglycerine - ihre Hauptfunktion ist die Lipidspeicherung. Sie liegen im Zytosol in Form von fein verteilten emulgierten Öltröpfchen vor. Komplexe Fette: ...

... α, d - Glucose Glucose - 6 - Phosphat Die Wege der Glykolyse und Glykogenolyse fallen mit der Bildung von Glucose - 6 - Phosphat zusammen. Glucose - 6 - Phosphat spielt eine Schlüsselrolle im Kohlenhydratstoffwechsel. Es tritt in die folgenden Stoffwechselwege ein: Glukose - 6 - Glukosephosphat + H3PO4-Fruktose - 6 - Phosphatpentose-Zerfallsweg (tritt ins Blut usw. ...