Кетоновые тела. Синтез и катаболизм.

Часть жирных кислот в печени перерабатываются в кетоновые тела. В норме их концентрация в крови невелика - 1-3 мг/дл. При ряде состояний синтез их увеличивается. Кетоновые тела – ацетоацетат и -гидроксибутират – служат источниками энергии в тех случаях, когда снижена возможность утилизировать глюкозу (голодание, постабсорбтивный период, при употреблении пищи, богатой жирами, но бедной углеводами, при длительной физической работе, сахарном диабете).

Кетоновые тела могут проходить через гематоэнцефалический барьер, так как являются гидрофильными молекулами. Мышцы и почки используют кетоновые тела даже при низкой концентрации в крови.

Синтез кетоновых тел происходит в митохондриях печени. Исходный субстрат синтеза – ацетил – КоА образуется в результате -окисления (рис 11).

При голодании гормон глюкагон через аденилатциклазную систему в жировой ткани активирует распад жира. Жирные кислоты выделяются в кровь и транспортируются в комплексе с альбуминами в печень; в печени увеличивается скорость -окисления и образуется большое количество ацетил-КоА; скорость окисления ацетил-КоА в цикле Кребса в этих условиях снижена в результате ингибирования регуляторных ферментов цитратного цикла аллостерическими ингибиторами АТР и NADH, концентрация которых повышена в резуль­тате активного -окисления.

Кроме того, при вы­сокой концентрации NADH оксалоацетат восста­навливается до малата и в такой форме переносится в цитозоль, где реакция идет в обратном направле­нии и оксалоацетат становится субстратом для глюконеогенеза. В результате в митохондриях накап­ливается ацетил-КоА и используется для синтеза кетоновых тел.

У человека основным кетоновым телом явля­ется -гидроксибутират, так как высокая концентрация NADH в митохондриях спо­собствует быстрому восстановлению ацетоацетата.

При длительном голодании и сахарном диабете в крови существенно возрастает концентрациям ацетоацетата. В этих условиях ацетоацетат неферментативно декарбоксилируется, превращаясь в третье кетоновое тело — ацетон. Ацетон не утилизируется организмом как источник энергии и выводится с мочой, потом и выдыхаемым воздухом. Раньше диагноз ставили по запаху ацетона изо рта больного при гипергликемической коме ("запах гнилых яблок").

Биосинтез высших жирных кислот и его регуляция

Синтез жирных кислот происходит в абсорбтивном периоде при высокой концентрации глюкозы в крови, протекает в цитоплазме на мембранах эндоплазматического ретикулума в печени и жировой ткани. В этот период активируются гликолиз и пентозофосфатный путь распада глюкозы, в результате которых образуются субстраты для синтеза жирных кислот: ацетил -КоА, NADPH₂, АТР.

Образование ацетил-КоА в результате окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий, но ацетил-КоА не попа­дает через мембрану митохондрий в цитоплазму, где идет синтез жирных кислот. Поэтому ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом с образованием цитрата и цитрат с помощью транслоказы переносится в цитоплазму (рис.12).

В цитоплазме под действием фермента цитратлиазы идет реакция:

Цитрат + HSKoA + АТР  Ацетил-КоА + ADP + Р_i + Оксалоацетат

Ацетил -КоА, перенесенный в цитоплазму, является исходным субстратом для синтеза жирных кислот. Оксалоацетат в цитозоле подвергается следующим превращениям: Оксалоацетат  малат  пируват. Последняя реакция катализируется малик – ферментом.

Пируват переносится обратно в матрикс митохонд­рий, a NADPH₂, восстановленный в результате дей­ствия малик-фермента, используется как донор во­дорода для последующего синтеза жирных кислот. Другой источник NADPH₂ — пентозофосфатный путь.

Первая реакция синтеза жирных кислот — это пре­вращение ацетил-КоА в малонил-КоА (рис.13).

Фермент, катализирующий эту реакцию, ацетил-КоА-карбоксилаза, является регуляторным в биосин­тезе жирных кислот. Он относится к классу лигаз, кофермент — биотин.

Последующие реакции синтеза жирных кислот происходят на ферменте, который называется синтазой жирных кислот или пальмитатсинтазой, так как основной жирной кислотой в липидах человека является пальмитиновая кислота. Некоторые жирные кислоты могут образовываться в организме из пальмитиновой кислоты.

Рисунок 11

Рис. 12.

Синтаза жирных кислот (фермент фиксирован на мембранах эндоплазматического ретикулума). Синтаза жирных кислот является полифункцио­нальным ферментом, состоящим из 2 идентичных полипептидных цепей, каждая из которых имеет 7 активных центров и ацилпереносящий белок, ко­торый переносит растущую цепь жирной кислоты из одного активного центра в другой. Каждый из белков имеет 2 центра связывания, содержащих SH-группы. Участок, связывающий малонил-КоА, содержит небелковый компонент – витамин B₃ (пантотеновую кислоту).

Синтез жирной кислоты начинается с переноса ацетильного остатка, а затем малонильного с помо­щью ферментов ацетилтрансферазы и малонилтранс-феразы на синтазу жирных кислот. Далее карбоксильная группа малонила вы­деляется в виде СО₂ и по освободившейся валент­ности присоединяется ацетил с образованием ацетоацетил-Е. Последующие реак­ции восстановления, дегидратации, восстановления приводят к образованию радикала бутирила, связанного с ферментом. Затем повторяется такой же цикл реакций и образуется радикал жирной кислоты с 6 углеродными атомами. Цикла повторяются вплоть до образования радикала паль­митиновой кислоты. Фермент тиоэстераза отщепляет от фермента жирную кислоту (рис.13).

Рисунок 13

Биосинтез жирных кислот является процессом, в котором повторяются одни и те же последовательности реакций, поэтому процесс называется цикли­ческим, и в каждом цикле радикал жирной кислоты увеличивается на 2 атома углерода, источником ко­торых является малонил-КоА. В каждом цикле происходят реакции восстановлении с использованием NADPH⁺Н⁺ одним из источни­ков которого является пентозофосфатный пуп окисления глюкозы, другим — малик-фермент.

Другие жирные кислоты в организме человека синтезируются из пальмитиновой кислоты, при эта происходят реакции удлинения углеродного скеле­та также с использованием малонил-КоА и реакции дегидрирования.

В организме человека не синтезируются жирные кислоты с двойными связями, расположенны­ми дистальнее С9-го атома углерода, поэтому человек должен получать незаменимые жирные кислоты с пищей.

Синтезированные жирные кислоты не остаются |в свободном виде, а быстро используются для синтеза жиров и в меньшей степени фосфолипидов.