- •Введение
- •1 Распад (катаболизм) органических веществ
- •1.1 Гидролитическое расщепление углеводов
- •1.1.1 Включение в путь гликолиза гексоз
- •1.1.2 Гликолиз
- •1.1.3 Анаэробная фаза превращения ПВК – брожение
- •1.1.4 Аэробная фаза превращения ПВК – дыхание
- •1.2 Гидролитическое расщепление липидов
- •1.2.1 Включение глицерина
- •1.2.2 Включение высших жирных кислот
- •1.2.2.2 Окисление ненасыщенных жирных кислот
- •1.2.2.3 Окисление жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов
- •1.3 Гидролитическое расщепление белков
- •1.3.1 Катаболизм аминокислот
- •2 Биосинтез (анаболизм) органических веществ
- •2.1 Взаимосвязь липидов и углеводов
- •2.1.1 Синтез углеводов из жиров
- •2.1.1.1 Глиоксилатный цикл
- •2.2 Превращение янтарной кислоты в фосфоенолпировиноградную (ФЕП)
- •2.3 Превращение ФЕП в глюкозу. Глюконеогенез
- •2.3.1 Синтез жиров из углеводов
- •2.3.1.1 Синтез глицерол-3-фосфата
- •2.4 Взаимосвязь липидов и углеводов
- •2.4.1 Синтез жиров из углеводов
- •2.4.1.1 Синтез жирных кислот
- •2.4.1.2 Синтез триацилглицеролов
- •2.5 Взаимосвязь белкового и углеводного обменов
- •2.6 Взаимосвязь белкового и липидного обменов
- •Список использованной литературы
Фосфодиоксиацетон, являясь обычным метаболитом гликолиза, изомеризуется в 3-фосфоглицериновый альдегид и включается в данный метаболический путь до ПВК. Пировиноградная кислота, превращаясь в ацетил-КоА (этап III), полностью окисляется в цикле Кребса (этап IV) до СО2, Н2О и выделением АТФ.
1.2.2 Включение высших жирных кислот
Катаболизм жирных кислот может осуществляться несколькими путями. Считают, что высшие жирные кислоты разрушаются путем β-окисления. Тем не менее, процессы α- и ω-окисление также играют роль в распаде и других превращениях жирных кислот.
Процесс β-окисления жирных кислот складывается из следующих этапов. Активация жирных кислот. Подобно первой стадии гликолиза сахаров
перед β-окислением жирные кислоты подвергаются активации. Эта реакция протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима А(НS-КоА) и ионов Mg2+. Реакция катализируется ацил-КоА-синтетазой:
|
|
|
|
|
|
|
β |
|
|
α |
|
COОН + |
АТФ + НS-КоА |
Mg2+ |
|||||||||
R |
|
(СН2)n |
|
|
CH2 |
|
CH2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ацетил-КоА-синтнтаза |
|||||||||||||||||
|
|
|
жирная кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β |
|
α |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C S |
|
КоА + АМФ + РР |
||||
|
|
|
|
|
R |
|
(СН |
)n |
|
|
CH |
|
CH |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
ацил-КоА
В результате реакции образуется ацил-КоА, являющийся активной формой жирной кислоты.
Транспорт жирных кислот внутрь митохондрий. Коэнзимная форма жирной кислоты, в равной мере как и свободные жирные кислоты, не обладает способностью проникать внутрь митохондрий, где, собственно, и протекает их окисление, переносчиком активированных жирных кислот через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин (γ-триметиламино-β-оксибути-рат):
|
|
|
|
|
β |
|
α |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
цитаплазматическая |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
+ H3C |
|
|
|
N |
+ |
СН2 |
|
СН |
|
СН2 |
|
|
COOH |
|
|
||||||||||||||||
R |
|
(СН2)n |
|
CH2 |
|
CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
карнитин-ацилтранс- |
|||||
|
|
|
|
ацил-КоА |
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
ОН |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фераза |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
карнитин |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
НS-КоА |
+ H3C |
|
N |
+ |
СН2 |
|
СН |
|
СН2 |
|
|
COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
(СН2)n |
|
|
R |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОН |
|
|
|
CH2 |
|
CH2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O
ацил-карнитин (в цитоплазме)
После прохождения ацилкарнитина через мембрану митохондрий происходит обратная реакция – расщепления ацилкарнитина при участии НS-КоА и митохондриальной карнитин-ацилтрансферазы:
16
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
H3C |
|
N |
+ |
СН2 |
|
СН |
|
СН2 |
|
|
COOH |
+ |
|
НS-КоА |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|
β |
|
|
|
|
||||
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
ОН |
|
C |
|
(СН2)n |
|
R |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2 |
|
|
CH2 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ацил-карнитин (в митохондрии) |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β |
α |
|
O |
+ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
(СН2)n |
|
|
CH2 |
|
CH2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
ацил-КоА в митохондрии |
|
S |
КоА |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
митохондриальная
карнитин-ацилтранс- фераза
CH3
H3C N+ СН2 СН СН2 COOH CH3 ОН
карнитин
1.2.2.1β-Окисление жирных кислот с четным числом
углеродных атомов
Этот путь окисления связан с присоединением атома кислорода к углеродному атому жирной кислоты, находящемуся в β-положении (R–СН2–СН2–СООН).
При β-окислении происходит последовательное отщепление от карбоксильного конца углеродной цепи жирной кислоты двууглеродных фрагментов в форме ацетила-КоА и соответствующее укорачивание цепи жирной кислоты:
С СС СС СООН
В матриксе митохондрии ацил-КоА распадается в результате повторяющейся последовательности четырех реакций (рис.5).
1)окисление с участием ацил-КоА-дегидрогеназы (ФАД-зависимой дегидрогеназы);
2)гидратация, катализируемой еноил-КоА-гидратазой;
3)второго окисления под действием 3-гидроксиацетил-КоА-дегидрогеназы (НАД-зависимой дегидрогеназы);
4)тиолиза с участием ацетил-КоА-ацилтрансферазы.
Совокупность этих четырех последовательностей реакций составляет один оборот β-окисления жирной кислоты (см. рис. 5).
В результате одного оборота цепь жирной кислоты укорачивается на два атома углерода с образованием ацетил-КоА и происходит генерирование ФАДН2 и НАДН + Н+ в митохондриальной дыхательной цепи (этап V) с образованием энергии. Отщепившийся ацетил – КоА включается дальше в цикл трикарбоновых кислот (этап VI, см. Приложение А).
Характерной особенностью β-окисления жирных кислот является тот факт, что все его промежуточные продукты являются производными кофермента А. В дальнейшем случае роль кофермента А можно сравнить с ролью фосфата в метаболизме углеводов. Как молекула сахара, перейдя в фосфорилированное производное, вовлекается в цепь реакций гликолиза (этап II) с образованием пирувата, так и жирная кислота превращается в производное кофермента А, в процессе β- окисления превращается в конечный продукт – ацетил-КоА.
17
|
|
|
|
β |
α |
О |
||||
R |
|
(СН2)n |
|
СН2 |
СН2 |
|
С |
S |
|
КоА |
|
|
|
|
ацил-КоА
ФАД
Окисление
(1)
ФАДН2
НН О
R(СН2)n СС СS КоА
енолил-КоА (транс-форма)
Н2О |
Гидратация (2) |
|
|
|
ОН Н О |
R (СН2)n С С СS КоА
НН
L-гидроксиацил-КоА НАД+
Второе окисление (3)
НАДН + Н+
ОО
R (СН2)n С СН2 СS КоА
Оксоацетил-КоА НS - КоА
|
|
Тиолиз (4) |
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
СН3 С |
S КоА |
О |
Ацетил-КоА |
|
|
R |
(СН2)n |
|
|||
С |
КоА |
О |
|
||
|
|
S |
|
||
|
|
|
СН3 |
С |
S КоА |
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
СН3 |
С |
S КоА |
|
|
|
|
О |
|
|
β |
α |
СН3 |
С |
S КоА |
|
О |
|
|
||
|
H3C СН2 |
СН2 |
С |
|
|
|
бутирил-КоА S КоА |
|
|
β − окисление (последний этап)
О |
|
О |
СН3 С |
S КоА |
СН3 С S КоА |
Ацетил-КоА
Рисунок 5 – Схема β-окисления жирной кислоты
18
Затем оба пути катаболизма – гликолиз и β-окисление – сливаются в общий поток, которым является цикл Кребса (этап IV), (см. рис. 2, Приложение А).
1.2.2.2 Окисление ненасыщенных жирных кислот
Олеиновая , линолевая и линолевая кислоты, являющиеся важнейшими компонентами ацилглицеролов, также подвергаются β-окислению. Окисление этих ненасыщенных жирных кислот, в принципе, происходит также, как и окисление насыщенных жирных кислот, но с некоторыми особенностями.
При окислении олеиновой кислоты (содержащей одну двойную связь) в результате трех циклов β-окисления (рис. 5) образуется 3 молекулы ацетил-КоА и 12-углеродная ненасыщенная жирная кислота с цис-двойной связью между 3-им и 4-ым атомами углерода.
|
СН --(СН ) |
-- СН = СН--(СН ) |
|
С |
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
вступает |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
2 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 7 |
|
|
S КоА в путь β |
- окисления |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
СН |
--(СН ) |
4Н |
|
3Н |
2 |
|
|
|
1 |
О |
|
|
+ 3H3C |
|
С |
О |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
С |
|
СН |
2 |
|
С |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
2 7 |
|
С12 |
|
|
|
|
|
S |
|
КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
S КоА |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ацетил-КоА |
|||||||||||||||||
Дело в том, что образовавшаяся 12-углеродная ненасыщенная жирная кис- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
лота должна снова включиться в путь |
β-окисления, но двойные связи природных |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ненасыщенных жирных кислот имеют цис-конфигурацию, а при β-окислении на- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
сыщенных жирных кислот двойные связи имеют транс-конфигурацию. Кроме |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
того, в результате последовательного удаления трех двууглеродных фрагментов |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(ацетил-КоА) до первой двойной связи дает |
|
3,4– ацил-КоА (расположение двой- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ной связи между 3 и 4 атомами углерода), а не |
2,3– ацил-КоА, который является |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
промежуточным продуктом при |
|
β-окислении насыщенных жирных кислот. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поэтому в тканях существует фермент, который осуществляет перемещение двой- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ной связи из положения 3-4 в положение 2-3, а также изменяет конфигурацию |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
двойной связи из цис- в транс-положение. Этот фермент получил название |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3,4–цис |
|
|
2,3 |
транс-еноил-КоА-изомеразы: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
4Н |
3Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3С |
|
|
С |
О |
|||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН2 |
С |
|||||||||||||||||||
|
H3C (СН2)7 |
|
С |
|
|
|
С |
СН2 |
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S КоА |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
S КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
3 ,4 − цис-еноил-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
(СН2)7 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН3 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 , 3 − транс-еноил-КоА |
|||||||||||
|
|
|
|
|
6 H3C |
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
КоА |
|
в путь β - окислении |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ацетил-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Образовавшийся |
|
2,3–транс-еноил-КоА включается в путь β-окисления (см. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
рис.5) в стадию гидратации (2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19