Внутримитохондриальное окисление жирных кислот

Окисление жирных кислот в митохондриях клетки включает несколько последовательных ферментативных реакций. Общая схема окисления жирных кислот представлена на рис. 14.1.

Рис. 14.1. Общая схема окисления жирных кислот.

Первая стадия дегидрирования. Стадия окисления. АцилСоА в митохондриях прежде всего подвергается ферментативному дегидрированию, при этом ацил-СоА теряет 2 атома водорода в аи p-положениях, превращаясь в СоА-эфир ненасыщенной кислоты. Таким образом, первой реакцией в каждом цикле распада ацилСоА является его окисление ацил-СоА-дегидрогеназой, приводящее к образованию еноил-СоА с двойной связью между вторым и третьим атомами углерода:

Существует несколько FAD-содержащих ацил-СоА-дегидрогеназ, каждая из которых обладает специфичностью по отношению к ацил-СоА с определенной длиной углеродной цепи.

Стадия гидратации. Ненасыщенный ацил-СоА (еноил-СоА) при участии фермента еноил-СоА-гидратазы присоединяет молекулу воды. В результате образуется Р-оксиацил-СоА (или 3-гидроксиацил-СоА):

В результате гидратации двойной связи Д^{2 3}-еноил-СоА-эфиров образуется только Р-оксиацил-СоА.

Вторая стадия дегидрирования. Далее образовавшийся Роксиацил-СоА (3-гидроксиацил-СоА) дегидрируется. Эту реакцию катализируют NAD'-зависимые дегидрогеназы:

Тиолазная реакция. В ходе предыдущих реакций происходило окисление метиленовой группы при С-3 в оксогруппу. Тиолазная реакция представляет собой расщепление 3-оксиацил-СоА с помощью тиоловой группы второй молекулы СоА. В результате образуется укороченный на два углеродных атома ацил-СоА и двууглеродный фрагмент в виде ацетил-СоА. Данная реакция катализируется ацетил-СоА-ацилтрансферазой (ркетотиолазой):

Образовавшийся ацетил-СоА подвергается окислению в цикле трикарбоновых кислот, а ацил-СоА, укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь Р-окисления вплоть до образования бутирил-СоА (4-углеродное соединение), которое в свою очередь окисляется до двух молекул ацетил-СоА.

Итак, в результате описанных стадий расщепления жирных кислот образуется р-кетоацил-СоА со все более укороченной углеводородной цепью, поэтому рассмотренный процесс в целом можно называть /?-окислением жирных кислот. NADH и FADH2, образующиеся при Р-окислении, затем отдают свои электроны митохондриальной электрон-транспортной цепи.

Например, при окислении пальмитиновой кислоты (С|б) повторяется семь циклов Р-окисления. При окислении жирной кислоты, содержащей п углеродных атомов, происходит

цикл р-окисления (т. е. на один цикл меньше, чем , так как при окислении бутирил-СоА сразу происходит образование двух молекул ацетил-СоА), и всего получится молекул ацетил-СоА. Следовательно, суммарное уравнение р-окисления активированной кислоты можно записать следующим образом:

Молекула пальмитиновой кислоты превращается в восемь молекул ацетил-СоА и дополнительно семь молекул NADH и семь молекул FADH2. При окислении NADH синтезируются 2,5 молекулы АТР, а при окислении FADH₂ — 1,5 молекулы АТР. Таким образом, окисление одной молекулы пальмитиновой кислоты приводит к синтезу 106 молекул АТР из ADP и Р, (с учетом затрат двух молекул АТР на образование пальмитоил-СоА и синтеза одной молекулы GTP на каждый ацетил-СоА в цикле лимонной кислоты).

Следует отметить, что окончательным продуктом р-окисления высших жирных кислот с четным числом углеродных атомов является ацетил-СоА, а с нечетным — пропионил-СоА.

Основной путь деградации жирных кислот протекает через Р-окисление. Наряду с этим имеются побочные метаболические пути, такие как разрушение ненасыщенных жирных кислот, разрушение жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов, аи co-окисление жирных кислот, а также деградация жирных кислот в пероксисомах.