100 RUR bonus för första beställningen

Välj typ av arbete Diplomarbete Kursarbete Abstrakt Magisteruppsats Övningsrapport Artikel Rapport Granskning Provarbete Monografi Problemlösning Affärsplan Svar på frågor Kreativt arbete Uppsats Ritning Uppsatser Översättning Presentationer Maskinskrivning Annat Öka textens unika magisteruppsats Laboratoriearbete Onlinehjälp

Ta reda på priset

Fettsyror är både mättade och omättade högre karboxylsyror, vars kolvätekedja innehåller mer än 12 kolatomer. I kroppen är fettsyraoxidation en extremt viktig process, och den kan riktas mot α-, β- och ω-kolatomerna i karboxylsyramolekyler. Bland dessa processer förekommer β-oxidation oftast. Det har fastställts att oxidation av fettsyror sker i levern, njurarna, skelett- och hjärtmusklerna och i fettvävnaden. I hjärnvävnad är graden av fettsyraoxidation mycket låg; Den huvudsakliga energikällan i hjärnvävnaden är glukos.

1904 lade F. Knoop fram hypotesen om β-oxidation av fettsyror baserad på experiment med att mata hundar med olika fettsyror där en väteatom i den terminala metylgruppen (ω-kolatom) ersatts av en radikal (C6H5– ).

Fettsyror, som ingår i de naturliga fetterna hos djur och växter, har ett jämnt antal kolatomer. Varje sådan syra från vilken ett par kolatomer elimineras passerar så småningom genom smörsyrasteget. Efter ytterligare en β-oxidation blir smörsyra till acetoättiksyra. Den senare hydrolyseras sedan till två molekyler ättiksyra. Teorin om β-oxidation av fettsyror, föreslagen av F. Knoop, tjänade till stor del som grunden för moderna idéer om mekanismen för fettsyraoxidation.

β-Oxidation av fettsyror. Karboxylsyror som bildas under hydrolysen av fetter genomgår β-oxidation i mitokondrier, där de kommer in i form av motsvarande acylkoenzymer A. β-Oxidation är 4 på varandra följande ORP.

Jag reagerar. Dehydrering

// dehydrogenas /

C15H31 – CH2 – CH2 – C + FAD C = C + FAD(2H)

SCoA H COSCoA

Sterylkoenzym A är en transisomer av sterylkoenzym A

II reaktion Hydrering

/hydratas //

C = C + H2O C15H31 – CH – CH2 – C

H COSCoA OH SCoA

Transisomer av sterylkoenzym En L-isomer av β-hydroxikarboxylsyra

III reaktion Dehydrering

// dehydrogenas //

C15H31 – CH – CH2 – C + NAD+ C15H31 – C – CH2 – C + NADH + H+

OH SCoA O SCoA

β-oxosyra

IV reaktion. Dela

// tiolas // //

C15H31 – C – CH2 – C + HSCoA C15H31 – C CH3 – C

Om SCoA SCoA SCoA

Palmitokoenzym A Acetylkoenzym A

Om vad som är nytt i Krebs-cykeln för

β-oxidation av slutlig

oxidation

till CO2 och H2O

De fyra reaktionerna av β-oxidationsprocessen som betraktas representerar en cykel under vilken kolkedjan förkortas med två kolatomer. Palmitokoenzym A genomgår β-oxidation igen och upprepar denna cykel. Under β-oxidationen av en molekyl stearinsyra bildas 40 ATP-molekyler, inklusive Krebs-cykeln, som oxiderar det resulterande acetylkoenzym A - 146 ATP-molekyler. Detta indikerar vikten av processerna för fettsyraoxidation ur synvinkeln av kroppens energi.

α-Oxidation av fettsyror. I växter, under inverkan av enzymer, oxideras fettsyror vid α-kolatomen - α-oxidation. Detta är en cykel som består av två reaktioner.

Jag reagerar består av oxidation av en fettsyra med väteperoxid med deltagande av motsvarande peroxidas till motsvarande aldehyd och CO2.

Peroxidas //

R – CH2 – COOH + 2 H2O2 R – C + CO2

Som ett resultat av denna reaktion förkortas kolkedjan med en kolatom.

II reaktion består av hydratisering och oxidation av den resulterande aldehyden till motsvarande karboxylsyra under inverkan av aldehyddehydrogenas med den oxiderade formen av NAD+:

// aldehyd- //

R – C + H2O + NAD+ dehydrogenas R – C + NAD(H) + H+

α-oxidationscykeln är karakteristisk endast för växter.

ω-Oxidation av fettsyror. I levern hos djur och vissa mikroorganismer finns ett enzymsystem som ger ω-oxidation, d.v.s. oxidation vid den terminala CH3-gruppen. Först, under verkan av monooxygenas, sker hydroxylering för att bilda en ω-hydroxisyra:

ω monooxygenas

CH3 – R – COOH + “O” HOCH2 – R – COOH

HOCH2 – R – COOH + H2O + 2NAD+ dehydrogenas HOOC– R – COOH + 2 NAD (H) + 2H+

ω-dikarboxylsyra

Den resulterande ω-dikarboxylsyran förkortas i vardera änden av en β-oxidationsreaktion.

Om en karboxylsyra har förgreningar, upphör dess biologiska oxidation när den når punkten för kedjeförgrening.

Processen för fettsyraoxidation består av följande huvudsteg.

Aktivering av fettsyror. Fri fettsyra, oavsett längden på kolvätekedjan, är metaboliskt inert och kan inte genomgå några biokemiska omvandlingar, inklusive oxidation, förrän den är aktiverad. Aktivering av fettsyran sker på den yttre ytan av mitokondriella membranet med deltagande av ATP, koenzym A (HS-KoA) och Mg 2+ joner. Reaktionen katalyseras av enzymet acyl-CoA-syntetas:

Som ett resultat av reaktionen bildas acyl-CoA, som är den aktiva formen av fettsyran.

Första steget av dehydrering. Acyl-CoA i mitokondrier genomgår först enzymatisk dehydrering, och acyl-CoA förlorar 2 väteatomer i α- och β-positionerna och förvandlas till CoA-estern av en omättad syra.

Hydreringsstadiet. Omättad acyl-CoA (enoyl-CoA), med deltagande av enzymet enoyl-CoA-hydratas, fäster en vattenmolekyl. Som ett resultat bildas β-hydroxyacyl-CoA (eller 3-hydroxyacyl-CoA):

Andra steget av dehydrering. Den resulterande p-hydroxiacyl-CoA (3-hydroxiacyl-CoA) dehydreras sedan. Denna reaktion katalyseras av NAD+-beroende dehydrogenaser:

Tiolasreaktion. är klyvningen av 3-oxoacyl-CoA av tiolgruppen i den andra CoA-molekylen. Som ett resultat bildas en acyl-CoA förkortad med två kolatomer och ett tvåkolsfragment i form av acetyl-CoA. Denna reaktion katalyseras av acetyl-CoA acyltransferas (β-ketotiolas):

Den resulterande acetyl-CoA genomgår oxidation i trikarboxylsyracykeln, och acyl-CoA, förkortad med två kolatomer, går återigen upprepade gånger genom hela β-oxidationsvägen tills bildandet av butyryl-CoA (4-kolförening), som i tur oxideras upp till 2 molekyler acetyl-CoA.

Energi balans. Varje cykel av β-oxidation producerar en molekyl av FADH 2 och en molekyl av NADH. De sistnämnda, i processen med oxidation i andningskedjan och tillhörande fosforylering, ger: FADH 2 - 2 ATP-molekyler och NADH - 3 ATP-molekyler, d.v.s. totalt bildas 5 ATP-molekyler i en cykel. Oxidationen av palmitinsyra producerar 5 x 7 = 35 ATP-molekyler. I processen med β-oxidation av palmitinsyra bildas 8 molekyler acetyl-CoA, som var och en "brinner" i trikarboxylsyracykeln ger 12 molekyler ATP och 8 molekyler acetyl-CoA ger 12 x 8 = 96 molekyler ATP.

Således, totalt, med fullständig β-oxidation av palmitinsyra, bildas 35 + 96 = 131 ATP-molekyler. Med hänsyn till en ATP-molekyl som användes i början på bildningen av den aktiva formen av palmitinsyra (palmitoyl-CoA), kommer det totala energiutbytet för fullständig oxidation av en palmitinsyramolekyl under djurförhållanden att vara 131 – 1 = 130 ATP-molekyler.

Hydrolys triglycerider utförs av pankreatisk lipas. Dess optimala pH = 8, det hydrolyserar TG huvudsakligen i position 1 och 3, med bildning av 2 fria fettsyror och 2-monoacylglycerol (2-MG). 2-MG är ett bra emulgeringsmedel. 28 % av 2-MG omvandlas till 1-MG av isomeras. Det mesta av 1-MG hydrolyseras av pankreaslipas till glycerol och fettsyra.I pankreas syntetiseras pankreaslipas tillsammans med proteinet kolipas. Kolipas bildas i en inaktiv form och aktiveras i tarmen av trypsin genom partiell proteolys. Kolipas, med sin hydrofoba domän, binder till ytan av lipiddroppen, och dess hydrofila domän hjälper till att föra det aktiva centret av pankreaslipas så nära TG som möjligt, vilket påskyndar deras hydrolys.

Oxidation sker i mitokondriella matrisen. Först aktiveras fettsyran: 1 .I cytoplasman av varje syra aktiveras med hjälp av CoA-8H och ATP energi. 2. Den aktiva fettsyran, acyl-CoA, transporteras från cytosolen in i mitokondriella matrisen (MC). CoA-8H finns kvar i cytosolen, och fettsyraresten - acyl - kombineras med karnitin (från latin - karnitin - kött - karnitin isoleras från muskelvävnad) för att bilda acyl-karnitin, som kommer in i mitokondriernas intermembranutrymme. Från mitokondriernas intermembranutrymme överförs acyl-karnitinkomplexet till mitokondriernas matris. I detta fall förblir karnitin i intermembranutrymmet. I matrisen kombineras acylen med CoA-8H. 3. Oxidation. En aktiv fettsyra bildas i MC-matrisen, som därefter genomgår oxidationsreaktioner till slutprodukter. Vid betaoxidation oxideras CH2-gruppen i fettsyrans betaposition till C-gruppen. I detta fall sker dehydrering i två steg: med deltagande av acyldehydrogenas (flavinenzym, väte överförs till ubikinon) och beta-hydroxiacyldehydrogenas (väteacceptor NAD+). Sedan bryts beta-ketoacyl-CoA, under inverkan av enzymet tiolas, ner till acetyl CoA och acyl-CoA, förkortat med 2 kolatomer jämfört med originalet. Denna acyl-CoA genomgår återigen beta-oxidation. Upprepad upprepning av denna process leder till fullständig nedbrytning av fettsyran till acyl-CoA. Oxidation av fettsyror. Inkluderar 2 steg: 1. Sekventiell klyvning av ett tvåkolsfragment i form av acetyl-CoA från syrans C-terminal; 2. oxidation av acetyl-CoA i Krebs-cykeln till CO2 och H2O. Energivärdet av fettsyraoxidation. Stearinsyra (C 18) genomgår 8 oxidationscykler med bildning av 9 acetyl-CoA. I varje oxidationscykel bildas 8 * 5 ATP = 40 ATP, acetyl-CoA producerar 9 * 12 ATP = 108 ATP. Totalt: 148 ATP, men 1 ATP går åt till aktivering av fettsyra i cytosolen, så totalt är 147 ATP

β - oxidation av högre fettsyror (HFA). Processens energieffektivitet (för mättade och omättade fettsyror). Inverkan av vävnadsoxidation av IVFA på vävnadernas utnyttjande av glukos.

β-oxidation - en specifik väg för nedbrytning av fettsyror med ogrenade medelstora och korta kolvätekedjor. β-oxidation sker i mitokondriella matrisen, under vilken 2 C-atomer separeras sekventiellt från C-änden av FA i form av Acetyl-CoA. β-oxidation av FA sker endast under aeroba förhållanden och är en källa till stora mängder energi.β-oxidation av FA sker aktivt i röda skelettmuskler, hjärtmuskel, njurar och lever. FAs fungerar inte som energikälla för nervvävnader, eftersom FA inte passerar blod-hjärnbarriären, som andra hydrofoba ämnen. β-oxidation av FA ökar under den post-absorptiva perioden, under fasta och fysiskt arbete. Samtidigt ökar koncentrationen av FA i blodet som ett resultat av mobilisering av FA från fettvävnad.

LCD-aktivering

Aktivering av FA sker som ett resultat av bildandet av en högenergibindning mellan FA och HSCoA med bildandet av Acyl-CoA. Reaktionen katalyseras av enzymet Acyl-CoA-syntetas:

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

Pyrofosfat hydrolyseras av enzymet pyrofosfatas: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2H 3 PO 4

Acyl-CoA-syntetaser finns både i cytosolen (på mitokondriernas yttre membran) och i mitokondriernas matris. Dessa enzymer skiljer sig i sin specificitet för FA med olika kolvätekedjelängder.

Transport LCD. Transport av FA till mitokondriella matris beror på längden på kolkedjan.

FA med korta och medelhöga kedjor (från 4 till 12 C-atomer) kan penetrera in i mitokondriella matrisen genom diffusion. Aktivering av dessa FA sker av acyl-CoA-syntetaser i mitokondriella matrisen Långkedjiga FA:er aktiveras först i cytosolen (av acyl-CoA-syntetaser på det yttre mitokondriella membranet), och överförs sedan till mitokondriell matris genom ett speciellt transportsystem använder karnitin. Karnitin kommer från mat eller syntetiseras från lysin och metionin med deltagande av C-vitamin.

I mitokondriernas yttre membran katalyserar enzymet karnitinacyltransferas I (karnitinpalmitoyltransferas I) överföringen av acyl från CoA till karnitin för att bilda acylkarnitin;

Acylkarnitin passerar genom intermembranutrymmet till den yttre sidan av det inre membranet och transporteras av karnitin acylkarnitin translokas till den inre ytan av det inre mitokondriella membranet;

Enzymet karnitinacyltransferas II katalyserar överföringen av acyl från karnitin till intramitokondriell HSCoA för att bilda Acyl-CoA;

Fritt karnitin återförs till den cytosoliska sidan av det inre mitokondriella membranet av samma translokas.

Reaktioner β-oxidation av FA

1.​ β-oxidation börjar med dehydreringen av acyl-CoA med FAD-beroende acyl-CoA-dehydrogenas, vilket bildar en dubbelbindning (trans) mellan α- och β-C-atomerna i Enoyl-CoA. Reducerad FADN 2, oxiderande i CPE, säkerställer syntesen av 2 ATP-molekyler;

2. Enoyl-CoA-hydratas tillsätter vatten till dubbelbindningen av Enoyl-CoA för att bilda β-hydroxyacyl-CoA;

3. β-hydroxyacyl-CoA oxideras av NAD-beroende dehydrogenas till β-ketoacyl-CoA. Reducerad NADH 2, som oxiderar till CPE, säkerställer syntesen av 3 ATP-molekyler;

4. Tiolas med deltagande av HCoA klyver Acetyl-CoA från β-ketoacyl-CoA. Som ett resultat av 4 reaktioner bildas Acyl-CoA, som är kortare än den tidigare Acyl-CoA med 2 kol. Den bildade Acetyl-CoA, oxiderad i TCA-cykeln, säkerställer syntesen av 12 ATP-molekyler i CPE.

Acyl-CoA går sedan återigen in i β-oxidationsreaktioner. Cyklerna fortsätter tills Acyl-CoA förvandlas till Acetyl-CoA med 2 C-atomer (om FA hade ett jämnt antal C-atomer) eller Butyryl-CoA med 3 C-atomer (om FA hade ett udda antal C-atomer).

Energibalans för oxidation av mättade fettsyror med ett jämnt antal kolatomer

När FA aktiveras förbrukas 2 makroerga bindningar av ATP.

Under oxidationen av en mättad FA med ett jämnt antal C-atomer bildas endast FADH 2, NADH 2 och Acetyl-CoA.

Under 1 cykel av β-oxidation bildas 1 FADH 2 , 1 NADH 2 och 1 Acetyl-CoA, som vid oxidation producerar 2 + 3 + 12 = 17 ATP.

Antal cykler under β-oxidation av FA = antal C-atomer i (FA/2)-1. Under β-oxidation genomgår palmitinsyra (16/2)-1 = 7 cykler. I 7 cykler bildas 17*7=119 ATP.

Den sista cykeln av β-oxidation åtföljs av bildandet av ytterligare Acetyl-CoA, som vid oxidation producerar 12 ATP.

Således ger oxidationen av palmitinsyra: -2+119+12=129 ATP.

Sammanfattande ekvation för β-oxidation, palmitoyl-CoA:

C15H31CO-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 8 CH3-CO-KoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2

Energibalans för oxidation av mättade fettsyror med ett udda antal kolatomer

β-oxidation av en mättad FA med ett udda antal C-atomer i början sker på samma sätt som med ett jämnt tal. 2 makroerga bindningar av ATP spenderas på aktivering.

FA med 17 C-atomer genomgår β-oxidation 17/2-1 = 7 cykler. I 1 cykel bildas 2+3+12=17 ATP från 1 FADN 2, 1 NADH 2 och 1 Acetyl-CoA. I 7 cykler bildas 17*7=119 ATP.

Den sista cykeln av β-oxidation åtföljs av bildningen inte av Acetyl-CoA, utan av Propionyl-CoA med 3 C-atomer.

Propionyl-CoA karboxyleras till priset av 1 ATP av propionyl-CoA-karboxylas för att bilda D-metylmalonyl-CoA, som efter isomerisering omvandlas först till L-metylmalonyl-CoA och sedan till Succinyl-CoA. Succinyl-CoA ingår i TCA-cykeln och producerar vid oxidation PCA och 6 ATP. PIKE kan gå in i glukoneogenes för glukossyntes. Vitamin B12-brist leder till ackumulering av metylmalonyl i blodet och utsöndring i urinen. Vid oxidationen av FA bildas följande: -2+119-1+6=122 ATP.

Den övergripande ekvationen för β-oxidation av FA med 17 C-atomer:

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

Energibalans för oxidation av omättade fettsyror med ett jämnt antal kolatomer

Ungefär hälften av FA i människokroppen är omättade. β-oxidation av dessa syror fortgår på vanligt sätt tills dubbelbindningen är mellan C-atomerna 3 och 4. Enzymet enoyl-CoA-isomeras flyttar sedan dubbelbindningen från position 3-4 till position 2-3 och ändrar cis-konformationen av dubbelbindningen till trans, som är nödvändig för β-oxidation. I denna β-oxidationscykel, eftersom dubbelbindningen redan finns i FA, inträffar inte den första dehydreringsreaktionen och FADH 2 bildas inte. Vidare fortsätter β-oxidationscykler, inte annorlunda än den vanliga vägen.

Energibalansen beräknas på samma sätt som för mättade FA med ett jämnt antal C-atomer, endast för varje dubbelbindning saknas 1 FADN 2 och följaktligen 2 ATP.

Den övergripande ekvationen för β-oxidation av palmitoleyl-CoA är:

C15H29CO-CoA + 6 FAD + 7 NAD + + 7 HSKoA → 8 CH3-CO-KoA + 6 FADH 2 + 7 NADH 2

Energibalans av β-oxidation av palmitoleinsyra: -2+8*12+6*2+7*3=127 ATP.

Hunger, fysisk aktivitet → glukagon, adrenalin → TG lipolys i adipocyter → FA i blodet → β-oxidation under aeroba förhållanden i muskler, lever → 1) ATP; 2) ATP, NADH 2, Acetyl-CoA, (FA) → ↓ glykolys → glukosbesparingar nödvändiga för nervvävnad, röda blodkroppar, etc.

Mat → insulin → glykolys → Acetyl-CoA → syntes av malonyl-CoA och FA

Syntes av malonyl-CoA → malonyl-CoA → ↓ karnitinacyltransferas I i levern → ↓ transport av FAs in i mitokondriematrisen → ↓ FAs i matrisen → ↓ β-oxidation av FAs

Biosyntes av IVFA. Struktur av palmitatsyntaskomplexet. Kemi och reglering av processen.

Palmitinsyrasyntes

Bildning av malonyl-CoA

Den första reaktionen i FA-syntesen är omvandlingen av acetyl-CoA till malonyl-CoA. Denna regulatoriska reaktion vid FA-syntes katalyseras av acetyl-CoA-karboxylas.

Acetyl-CoA-karboxylas består av flera subenheter som innehåller biotin.

Reaktionen sker i två steg:

1) CO2 + biotin + ATP → biotin-COOH + ADP + Fn

2) acetyl-CoA + biotin-COOH → malonyl-CoA + biotin

Acetyl-CoA-karboxylas regleras på flera sätt:

3) Association/dissociation av enzymsubenhetskomplex. I sin inaktiva form är acetyl-CoA-karboxylas ett komplex som består av 4 subenheter. Citrat stimulerar föreningen av komplex, som ett resultat av vilket enzymaktiviteten ökar. Palmitoyl-CoA orsakar dissociation av komplex och en minskning av enzymaktivitet;

2) Fosforylering/defosforylering av acetyl-CoA-karboxylas. Glukagon eller adrenalin, genom adenylatcyklassystemet, stimulerar fosforylering av subenheterna av acetyl-CoA-karboxylas, vilket leder till dess inaktivering. Insulin aktiverar fosfoproteinfosfatas, acetyl-CoA-karboxylas defosforyleras. Sedan, under inverkan av citrat, sker polymerisation av enzymprotomererna, och det blir aktivt;

3) Långtidskonsumtion av mat rik på kolhydrater och fattig på lipider leder till en ökning av utsöndringen av insulin, vilket inducerar syntesen av acetyl-CoA-karboxylas, palmitatsyntas, citratlyas, isocitratdehydrogenas och påskyndar syntesen av FA och TG. Fasta eller äta en kost rik på fett leder till en minskning av syntesen av enzymer och följaktligen FA och TG.

Bildning av palmitinsyra

Efter bildandet av malonyl-CoA fortsätter syntesen av palmitinsyra i multienzymkomplexet - fettsyrasyntas (palmitoylsyntetas) .

Palmitoylsyntas är en dimer som består av två identiska polypeptidkedjor. Varje kedja har 7 aktiva ställen och ett acylöverföringsprotein (ACP). Varje kedja har 2 SH-grupper: en SH-grupp tillhör cystein, den andra tillhör fosfopanteinsyraresten. Cystein-SH-gruppen i en monomer är belägen bredvid 4-fosfopanteinat-SH-gruppen i den andra protomeren. Således är protomererna av enzymet arrangerade "huvud mot svans". Även om varje monomer innehåller alla katalytiska ställen, är ett komplex av 2 protomerer funktionellt aktivt. Därför syntetiseras faktiskt 2 LCs samtidigt.

Detta komplex utökar FA-radikalen sekventiellt med 2 C-atomer, vars donator är malonyl-CoA.

Palmitinsyrasyntesreaktioner

1) Överföring av acetyl från CoA till SH-gruppen av cystein genom acetyltransacylascentret;

2) Överföring av malonyl från CoA till SH-gruppen i ACP genom malonyltransacylascentret;

3) Vid ketoacylsyntascentrum kondenserar acetylgruppen med malonylgruppen för att bilda en ketoacyl och frigöra CO 2 .

4) Ketoacyl reduceras av ketoacylreduktas till hydroxiacyl;

5) Oxyacyl dehydratiseras av hydratas till enoyl;

6) Enoyl reduceras av enoylreduktas till acyl.

Som ett resultat av den första reaktionscykeln bildas en acyl med 4 C-atomer (butyryl). Därefter överförs butyryl från position 2 till position 1 (där acetyl fanns i början av den första reaktionscykeln). Butyryl genomgår sedan samma omvandlingar och förlängs med 2 C-atomer (från malonyl-CoA).

Liknande reaktionscykler upprepas tills en palmitinsyraradikal bildas, som under inverkan av tioesterascentret hydrolytiskt separeras från enzymkomplexet och omvandlas till fri palmitinsyra.

Den övergripande ekvationen för syntesen av palmitinsyra från acetyl-CoA och malonyl-CoA är följande:

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

H2O + 8 HSKoA + 14 NADP+

Syntes av FA från palmitinsyra och andra FA

Förlängning av FA i förlängningsreaktioner

Förlängning av fettsyran kallas förlängning. FA kan syntetiseras som ett resultat av förlängning av palmitinsyra och andra längre FA i ER. Det finns förlängningar för varje LC-längd. Reaktionssekvensen liknar syntesen av palmitinsyra, men i detta fall sker syntesen inte med ACP utan med CoA. Den huvudsakliga förlängningsprodukten i levern är stearinsyra. I nervvävnader bildas långkedjiga FAs (C = 20-24), som är nödvändiga för syntesen av sfingolipider.

Syntes av omättade FA i desaturasreaktioner

Inkluderandet av dubbelbindningar i FA-radikaler kallas desaturation. Desaturation av FA sker i ER i monooxygenasreaktioner katalyserade av desaturaser.

Stearoyl-CoA-desaturas– integralt enzym, innehåller icke-hemjärn. Katalyserar bildningen av 1 dubbelbindning mellan 9 och 10 kolatomer i FA. Stearoyl-CoA-desaturas överför elektroner från cytokrom b 5 till 1 syreatom, med deltagande av protoner bildar detta syre vatten. Den andra syreatomen införlivas i stearinsyra för att bilda dess hydroxyacyl, som dehydreras till oljesyra.

FA-desaturaser som finns i människokroppen kan inte bilda dubbelbindningar i FA distalt till den nionde kolatomen, därför syntetiseras inte FA från familjerna ω-3 och ω-6 i kroppen, är nödvändiga och måste tillföras mat, eftersom de utföra viktiga regulatoriska funktioner. De huvudsakliga FA som bildas i människokroppen som ett resultat av desaturation är palmitolein och oljesyra.

Syntes av a-hydroxi-FA

Syntes av andra FA, a-hydroxisyror, sker också i nervvävnad. Oxidaser med blandad funktion hydroxylerar C22- och C24-syror för att bilda cerebronsyra, som endast finns i hjärnlipider.

Kolhydrater utgör huvuddelen av människans kost och ger en betydande del av kroppens energibehov. Med en balanserad kost är den dagliga mängden kolhydrater i genomsnitt 4 gånger högre än mängden proteiner och fetter.

Kolhydraternas roll i näring:

1. Kolhydrater gör energifunktion. När 1 g kolhydrater oxideras frigörs 4,1 kcal energi. Glukos, till vilken huvuddelen av kolhydrater bryts ner, är det huvudsakliga energisubstratet i kroppen.

2. Muskelaktivitetåtföljd av betydande glukoskonsumtion. Under fysiskt arbete konsumeras kolhydrater först, och först när deras reserver (glykogen) är uttömda ingår fetter i utbytet.

3. Kolhydrater är avgörande för normal funktion centrala nervsystemet, vars celler är mycket känsliga för brist på glukos i blodet.

4. Kolhydrater gör strukturell funktion. Enkla kolhydrater fungerar som en källa till bildning av glykoproteiner, som utgör grunden för bindväv.

5. Kolhydrater är inblandade i metabolismen av proteiner och fetter. Fett kan bildas av kolhydrater.

6. Kolhydrater av vegetabiliskt ursprung (cellulosa, pektinämnen) stimulerar tarmens motilitet och främjar elimineringen av giftiga produkter som ackumuleras i den.

Källor kolhydrater tjänar övervägande växtprodukter, speciellt mjölprodukter, spannmål, godis. I de flesta livsmedel presenteras kolhydrater i form av stärkelse och, i mindre utsträckning, i form av disackarider (mjölk, sockerbetor, frukt och bär). För bättre absorption av kolhydrater är det nödvändigt att de flesta av dem kommer in i kroppen i form av stärkelse.

Stärkelse bryts gradvis ner i mag-tarmkanalen till glukos, som kommer in i blodet i små portioner, vilket förbättrar dess utnyttjande och bibehåller en konstant blodsockernivå. När stora mängder socker administreras på en gång ökar koncentrationen av glukos i blodet kraftigt, och det börjar utsöndras i urinen. De mest gynnsamma förhållandena anses när 64% av kolhydraterna konsumeras i form av stärkelse och 36% i form av sockerarter.

Konsumtionstakt kolhydrater beror på intensiteten i arbetet. Vid fysiskt arbete krävs kolhydrater i större mängder. I genomsnitt krävs per 1 kg kroppsvikt 4-6-8 g kolhydrater per dag, dvs. cirka 4 gånger mer än proteiner och fetter.

Överskott av kolhydratintag kan leda till fetma och överdriven överbelastning av mag-tarmkanalen, eftersom vegetabiliska livsmedel rika på kolhydrater är vanligtvis mer voluminösa, orsakar en känsla av tyngd och försämrar matens övergripande smältbarhet.

Brist på kolhydrater i mat är också oönskat på grund av risken att utveckla hypoglykemiska tillstånd. Kolhydratbrist, som regel, åtföljs av allmän svaghet, dåsighet, minskat minne, mental och fysisk prestation, huvudvärk, minskad smältbarhet av proteiner, vitaminer, acidos etc. I detta avseende bör mängden kolhydrater i den dagliga kosten inte vara mindre än 300 g

Nära besläktade med gruppen kolhydrater finns ämnen som finns i de flesta vegetabiliska livsmedel som är svårsmälta av människokroppen - pektinämnen (osmältbara kolhydrater) och fibrer.

Pektinämnen är vegetabiliska gelningsämnen med hög sorptions- (absorberande) förmåga. De har en gynnsam effekt vid behandling av sjukdomar i matsmältningssystemet, brännskador och sår, och har också förmågan att neutralisera vissa giftiga ämnen (de är särskilt aktiva för att ta bort tungmetallsalter, såsom blyföreningar, från kroppen).

Det finns mycket pektinämnen i apelsiner, äpplen, svarta vinbär och andra frukter och bär.

Cellulosa(andra namn - grov grönsak, eller svårsmält, eller mat, eller kostfiber) är en polysackarid som är en del av de massiva cellväggarna i växtföda. Den har en fibrös, ganska grov struktur.

Vanliga källor till kostfiber är kli, bröd och spannmål (särskilt bovete och havregryn). Stora mängder finns i många grönsaker, frukter, blad och stjälkar av växter; det finns särskilt mycket av det i skalen på spannmål och i skalet på frukter. När man konserverar grönsaker och frukter bevaras kostfiber helt (förutom juice utan fruktkött).

Utan att ha ett högt kaloriinnehåll bidrar de flesta grönsaker och frukter dock på grund av det höga innehållet av svårsmälta kolhydrater till en snabb och ganska ihållande mättnadskänsla: eftersom kostfibrer har förmågan att absorbera mycket vätska sväller de i sig. magen, fyll en del av dess volym - och som ett resultat sker mättnad snabbare. Fibrerna själva bär inte en enda kalori in i kroppen.

Värdet av fibrer ligger i det faktum att de, eftersom de är en ganska voluminös komponent i den dagliga näringen, inte smälts av människokroppen. Närvaron av en stor mängd fibrer minskar matens totala smältbarhet något. Dess fullständiga frånvaro har dock en skadlig effekt på funktionen av mag-tarmkanalen.

Fiber orsakar korrekt peristaltik (rörelse av väggarna) i tarmarna och främjar därigenom matens rörelse genom matsmältningskanalen och avlägsnandet av osmälta näringsämnen från kroppen.

Den nödvändiga mängden fibrer i maten säkerställs genom den korrekta kombinationen av animaliska och växtprodukter i den dagliga kosten.

Efter nedbrytning förvandlas fibrer, liksom andra polysackarider, till sockerarter. Det finns dock inga enzymer i den mänskliga matsmältningskanalen som skulle kunna utföra en sådan nedbrytning. Endast en liten del av det kan smältas under påverkan av mikroorganismer i tarmarna, men huvuddelen tas bort från kroppen utan förändringar. Tack vare denna yttre värdelöshet kallas fibrer och pektiner för ballastämnen.

Ballastämnen fyller också en viktig funktion i matsmältningsprocessen: fibrer fermenteras av tarmbakterier och hjälper bokstavligen till att mala mat; genom att irritera tarmväggarnas nervändar ökar de peristaltiken. Om maten är fattig på barlastämnen störs tarmens rörlighet, därför rekommenderas att använda grovfoderfoder rik på fiber för att undvika dessa störningar.

Dessutom har kostfiber förmågan att stimulera ämnesomsättningen, eftersom fibrer förhindrar absorptionen av gifter som kommer med maten eller som bildas under dess bearbetning och fungerar som en slags visp: rör sig längs matsmältningskanalen, de tar med sig allt som har fastnat på väggarna och tagit bort från kroppen.

En annan fördel med kostfiber är att den har förmågan att sänka nivån av endogent kolesterol (detta är kolesterol som inte kommer in i oss med mat, utan produceras av kroppen själv i levern från gallsyror som kommer in i levern från tarmarna ).

Hemicellulosa: som fiber eller cellulosa är det en del av cellväggarna i spannmålsprodukter, och små mängder finns i fruktköttet och grönsakerna. Det kan hålla kvar vatten och binda metaller.

Oxidation av fettsyror (betaoxidation). Roll H.S. – Ko i denna process. Energi för fullständig oxidation av steorinsyra till CO 2 c H 2 O . Beräkna antalet ATP-molekyler som bildas under oxidation.

FA-aktivering sker i cytoplasman och betaoxidation sker i mitokondrier.

Acyl-CoA kan inte passera genom mitokondriella membranet. Därför finns det en speciell mekanism för transport av FA från cytoplasman till mitokondrien med deltagande av ämnet "karnitin". I mitokondriernas inre membran finns ett speciellt transportprotein som säkerställer överföring. Tack vare detta tränger acylkarnitin lätt in i mitokondriella membranet.

Cytoplasmatiska och mitokondriella karnitinacyltransferaser är olika i struktur, och de skiljer sig också från varandra i kinetiska egenskaper. Vmax för cytoplasmatiskt acylkarnitintransferas är lägre än Vmax för mitokondriella enzym, och även lägre än Vmax för β-oxidationsenzymer. Därför är cytoplasmatiskt acylkarnitintransferas ett nyckelenzym i nedbrytningen av fettsyror.

Om en fettsyra kommer in i mitokondrierna, kommer den nödvändigtvis att genomgå katabolism till acetyl-CoA.

Det mest kompakta "bränslet" som tillfredsställer kroppens energibehov är fettsyror, som bestäms av egenskaperna hos deras kemiska struktur. Per 1 mol frigör fullständig oxidation av fettsyror flera gånger mer användbar kemisk energi än oxidation av kolhydrater; till exempel ger oxidationen av 1 mol palmitinsyra 130 mol ATP, medan oxidationen av 1 mol glukos ger 38 mol ATP. Per viktenhet skiljer sig energiproduktionen också mer än två gånger (9 kcal per 1 g fett mot 4 kcal per 1 g kolhydrater eller proteiner). Detta höga energiutbyte är baserat på samma skäl som gör bensin, petroleum och andra petroleumprodukter till så effektiva bränslen för att generera termisk och mekanisk energi, nämligen den höga graden av reduktion av kol i långa alkylkedjor. Huvuddelen av fettsyramolekylen består av repeterande enheter (CH2)n, det vill säga en struktur som är maximalt berikad på väte. Som vi såg från föregående presentation bildas energin som lagras under biologiska oxidativa processer huvudsakligen i samband med kontrollerad överföring av elektroner från väteatomerna i andningskedjan, kopplat till fosforyleringen av ADP till ATP. Eftersom fettsyror huvudsakligen består av kol och väte och därmed innehåller betydligt färre syreatomer än kolhydrater, åtföljs oxidationen av fettsyror av absorption av proportionellt mer syre och därför bildandet av mer ATP under oxidativ fosforylering.

Det har konstaterats att oxidationen av fettsyror sker mest intensivt i levern, njurarna, skelett- och hjärtmusklerna samt i fettvävnad. I hjärnvävnad är graden av fettsyraoxidation mycket låg, eftersom Den huvudsakliga energikällan i hjärnvävnaden är glukos.

β-oxidation är en specifik väg för fettsyrakatabolism, där 2 kolatomer sekventiellt separeras från karboxyländen av en fettsyra i form av acetyl-CoA. Den metaboliska vägen - β-oxidation - heter så eftersom fettsyraoxidationsreaktioner sker vid β-kolatomen. Reaktionerna av β-oxidation och efterföljande oxidation av acetyl-CoA i TCA-cykeln fungerar som en av huvudenergikällorna för ATP-syntes via den oxidativa fosforyleringsmekanismen. β-Oxidation av fettsyror sker endast under aeroba förhållanden.

Aktivering av fettsyror

Innan man går in i olika reaktioner måste fettsyror aktiveras, d.v.s. är förbundna med en makroergisk bindning med koenzym A:

RCOOH + HSKoA + ATP → RCO ~ CoA + AMP + PPi.

Reaktionen katalyseras av enzymet acyl-CoA-syntetas. Pyrofosfatet som frigörs under reaktionen hydrolyseras av enzymet pyrofosfatas: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2 H 3 PO 4.

Frigörandet av energi under hydrolys av högenergibindningen av pyrofosfat förskjuter reaktionens jämvikt åt höger och säkerställer att aktiveringsreaktionen är fullständig.

Acyl-CoA-syntetas finns både i cytosolen och i mitokondriematrisen. Dessa enzymer skiljer sig i sin specificitet för fettsyror med olika kolvätekedjelängder. Fettsyror med kort och medelkedjelängd (från 4 till 12 kolatomer) kan tränga in i mitokondriematrisen genom diffusion. Aktivering av dessa fettsyror sker i mitokondriematrisen. Långkedjiga fettsyror, som dominerar i människokroppen (12 till 20 kolatomer), aktiveras av acyl-CoA-syntetaser som finns på mitokondriernas yttre membran.

Nedbrytningen av aktiverade fettsyror sker i enlighet med hypotesen b - oxidation F. Knoop, föreslagen 1904 b - oxidation sker inuti mitokondrier

β- Fettsyraoxidation- en specifik väg för fettsyrakatabolism, som förekommer i mitokondriematrisen endast under aeroba förhållanden och slutar med bildning av acetyl-CoA. Väte från β-oxidationsreaktioner kommer in i CPE, och acetyl-CoA oxideras i citratcykeln, vilket också tillför väte till CPE. Därför är β-oxidation av fettsyror den viktigaste metaboliska vägen som tillhandahåller ATP-syntes i andningskedjan.

β-oxidation börjar med dehydreringen av acyl-CoA med FAD-beroende acyl-CoA-dehydrogenas, vilket bildar en dubbelbindning mellan α- och β-kolatomerna i reaktionsprodukten, enoyl-CoA. Koenzymet FADH 2, som återställs i denna reaktion, överför väteatomer i CPE till koenzym Q. Som ett resultat syntetiseras 2 ATP-molekyler (fig. 8-27). I följande p-oxidationsreaktion tillsätts en vattenmolekyl vid platsen för dubbelbindningen så att OH-gruppen är belägen vid β-kolatomen i acylen och bildar β-hydroxiacyl-CoA. β-hydroxyacyl-CoA oxideras sedan av NAD+-beroende dehydrogenas. Reducerad NADH, oxiderad i CPE, ger energi för syntesen av 3 ATP-molekyler. Den resulterande β-ketoacyl-CoA genomgår tiolytisk klyvning av enzymet tiolas, eftersom vid platsen för klyvningen av C-C-bindningen tillsätts en molekyl av koenzym A genom en svavelatom. Som ett resultat av denna sekvens av 4 reaktioner, en tvåkolsresten, acetyl-CoA, separeras från acyl-CoA. En fettsyra förkortad med 2 kolatomer genomgår återigen reaktionerna av dehydrering, hydratisering, dehydrering och eliminering av acetyl-CoA. Denna sekvens av reaktioner brukar kallas "β-oxidationscykeln", vilket betyder att samma reaktioner upprepas med fettsyraradikalen tills all syra omvandlas till acetylrester.

β -Oxidation av fettsyror.

b-oxidationsprocessen är cyklisk. För varje varv i cykeln spjälkas 2 kolatomer från fettsyran i form av en acetylrest.

Efter detta genomgår acyl-CoA, förkortad med 2 kolatomer, återigen oxidation (går in i en ny cykel av b-oxidationsreaktioner). Den resulterande Acetyl-CoA kan ytterligare komma in i trikarboxylsyracykeln.Du måste kunna beräkna energiutbytet från nedbrytningen av fettsyror. Den presenterade formeln gäller för alla mättade fettsyror som innehåller n kolatomer. Nedbrytningen av omättade fettsyror ger mindre ATP. Varje dubbelbindning i en fettsyra innebär förlust av 2 ATP-molekyler. b-oxidation sker mest intensivt i muskelvävnad, njurar och lever. Som ett resultat av b-oxidation av FA bildas Acetyl-CoA. Oxidationshastigheten bestäms av graden av lipolysprocesser. Acceleration av lipolys är karakteristisk för ett tillstånd av kolhydratsvält och intensivt muskelarbete. Acceleration av b-oxidation observeras i många vävnader, inklusive levern. Levern producerar mer Acetyl-CoA än den behöver. Levern är ett "altruistiskt organ" och därför skickar levern glukos till andra vävnader.

Levern strävar efter att skicka sin egen Acetyl-CoA till andra vävnader, men kan inte, eftersom cellmembran är ogenomträngliga för Acetyl-CoA. Därför syntetiseras speciella ämnen som kallas "ketonkroppar" i levern från Acetyl-CoA. Ketonkroppar är en speciell transportform av acetyl-CoA.

Fettsyramolekylen bryts ner till mitokondrier genom gradvis eliminering av tvåkolsfragment i form av acetylkoenzym A (acetyl-CoA).

C17H35COOH + 26 O2 = 18 CO2 + 18 H2O.

När stearinsyra oxideras kommer cellen att ta emot 146 ATP-molekyler.

För att omvandla energin som finns i fettsyrorna till energin från ATP-bindningar finns det en metabolisk väg för oxidation av fettsyror till CO 2 och vatten, som är nära relaterad till trikarboxylsyracykeln och andningskedjan. Denna väg kallas β-oxidation, därför att oxidation av den 3:e kolatomen i fettsyran (β-position) till en karboxylgrupp sker och samtidigt klyvs acetylgruppen, inklusive C 1 och C 2 i den ursprungliga fettsyran, från syran.

Elementärt diagram av β-oxidation

β-oxidationsreaktioner inträffar i mitokondrier de flesta celler i kroppen (förutom nervceller). Fettsyror som kommer in i cytosolen från blodet eller dyker upp under lipolys av sina egna intracellulära TAG används för oxidation. Den övergripande ekvationen för oxidationen av palmitinsyra är följande:

Palmitoyl-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H2O + 7HS-KoA → 8Acetyl-SCoA + 7FADH2 + 7NADH

Stadier av fettsyraoxidation

1. Innan den tränger in i mitokondriematrisen och oxiderar måste fettsyran Aktivera i cytosolen. Detta åstadkoms genom tillsats av koenzym A till det för att bilda acyl-SCoA. Acyl-SCoA är en högenergiförening. Reaktionens irreversibilitet uppnås genom hydrolys av difosfat till två molekyler av fosforsyra.

Acyl-SCoA-syntetaser finns i det endoplasmatiska retikulumet, på mitokondriernas yttre membran och inom dem. Det finns ett brett utbud av syntetaser som är specifika för olika fettsyror.

Fettsyraaktiveringsreaktion

2. Acyl-SCoA kan inte passera genom mitokondriemembranet, så det finns ett sätt att transportera det i kombination med ett vitaminliknande ämne karnitin. Det finns ett enzym på mitokondriernas yttre membran karnitinacyltransferas I.

Karnitinberoende transport av fettsyror in i mitokondrien

Karnitin syntetiseras i levern och njurarna och transporteras sedan till andra organ. I intrauterin period och in tidiga år I livet är karnitinets betydelse för kroppen extremt stor. Energitillförsel till nervsystemet barns kroppen och i synnerhet hjärnan utförs på grund av två parallella processer: karnitinberoende oxidation av fettsyror och aerob oxidation av glukos. Karnitin är nödvändigt för tillväxten av hjärnan och ryggmärgen, för samspelet mellan alla delar av nervsystemet som ansvarar för rörelse och muskelinteraktion. Det finns studier som kopplar ihop karnitinbrist cerebral pares och fenomen" döden i vaggan".

Små barn, för tidigt födda barn och barn med låg födelsevikt är särskilt känsliga för karnitinbrist. Deras endogena reserver förbrukas snabbt under olika stressiga situationer (infektionssjukdomar, gastrointestinala störningar, ätstörningar). Karnitinbiosyntesen är kraftigt begränsad på grund av låg muskelmassa, och intag från vanliga livsmedel kan inte upprätthålla tillräckliga nivåer i blodet och vävnaderna.

3. Efter bindning till karnitin transporteras fettsyran över membranet med translokas. Här, på insidan av membranet, bildar enzymet karnitinacyltransferas II återigen acyl-SCoA, som kommer in i β-oxidationsvägen.

4. Själva processen β-oxidation består av 4 reaktioner som upprepas cykliskt. De händer sekventiellt oxidation(acyl-SCoA dehydrogenas), hydrering(enoyl-SCoA-hydratas) och igen oxidation 3:e kolatom (hydroxyacyl-SCoA-dehydrogenas). I den sista, transferasreaktionen, spjälkas acetyl-SCoA från fettsyran. HS-CoA tillsätts till den återstående (förkortade med två kol) fettsyran, och den återgår till den första reaktionen. Detta upprepas tills den sista cykeln producerar två acetyl-SCoAs.

Sekvens av reaktioner av β-oxidation av fettsyror

Beräkning av energibalansen för β-oxidation

Tidigare, vid beräkning av oxidationseffektiviteten, togs P/O-koefficienten för NADH lika med 3,0, för FADH 2 – 2,0.

Enligt moderna data motsvarar värdet på P/O-koefficienten för NADH 2,5, för FADH 2 – 1,5.

Vid beräkning av mängden ATP som bildas under β-oxidation av fettsyror är det nödvändigt att ta hänsyn till:

• mängden bildad acetyl-SCoA bestäms av den vanliga uppdelningen av antalet kolatomer i fettsyran med 2.
• siffra β-oxidationscykler. Antalet β-oxidationscykler är lätt att bestämma utifrån konceptet med en fettsyra som en kedja av tvåkolenheter. Antalet avbrott mellan enheterna motsvarar antalet β-oxidationscykler. Samma värde kan beräknas med formeln (n/2 -1), där n är antalet kolatomer i syran.
• antal dubbelbindningar i en fettsyra. I den första β-oxidationsreaktionen bildas en dubbelbindning med deltagande av FAD. Om en dubbelbindning redan finns i fettsyran finns det inget behov av denna reaktion och FADN 2 bildas inte. Antalet förlorade FADN 2 motsvarar antalet dubbelbindningar. De återstående reaktionerna i cykeln fortsätter utan förändringar.
• mängden ATP-energi som spenderas på aktivering (motsvarar alltid två högenergibindningar).

Exempel. Oxidation av palmitinsyra

• eftersom det finns 16 kolatomer, producerar β-oxidation 8 acetyl-SCoA-molekyler. Den senare går in i TCA-cykeln, när den oxideras i ett varv av cykeln bildas 3 molekyler NADH (7,5 ATP), 1 molekyl FADH 2 (1,5 ATP) och 1 molekyl GTP, vilket motsvarar 10 molekyler av ATP. Så, 8 molekyler av acetyl-SCoA kommer att ge bildandet av 8 × 10 = 80 ATP-molekyler.
• för palmitinsyra antalet β-oxidationscykler är 7. I varje cykel produceras 1 molekyl FADH 2 (1,5 ATP) och 1 molekyl NADH (2,5 ATP). När de går in i andningskedjan "ger" de totalt 4 ATP-molekyler. I 7 cykler bildas alltså 7 × 4 = 28 ATP-molekyler.
• dubbelbindningar i palmitinsyra Nej.
• 1 molekyl ATP används för att aktivera fettsyran, som dock hydrolyseras till AMP, dvs den förbrukas 2 makroergiska anslutningar eller två ATP.

Så sammanfattningsvis får vi 80+28-2 =106 ATP-molekyler bildas under oxidationen av palmitinsyra.