51. Гидролиз липидов в живых организмах. Судьба глицерина и β-окисление жирных кислот

Гидроксилирование жирных кислот у растений осуществляется двумя способами. Первый способ заключается в прямом присоединении атома кислорода к насыщенному атому углерода в жирной кислоте. Второй способ представляет собой гидратацию двойной связи. В первом случае кислород новой гидроксильной группы происходит из молекулярного кислорода, во втором случае – из воды.

Синтез жирных кислот растений происходит в двух компартментах – цитозоле и пластидах. Синтаза жирных кислот, растворенная в цитозоле, участвует в синтезе жирных кислот, необходимых для образования липидных компонентов непластидных мембран. Синтаза жирных кислот хлоропластов, растворенная в строме, участвует в синтезе жирных кислот, нужных для образования липидных компонентов тилакоидных мембран. Помимо синтаз вегетативных клеток в клетках некоторых специализированных тканей семян (например, эндосперм семян клещевины) и плодов (например, мезокарпий авокадо) содержится синтаза жирных кислот, связанная с органеллами, называемыми сферосомами. Сферосомы в большом количестве содержатся в цитоплазме семян и плодов указанных растений. Эти ткани приспособлены к накоплению запасов жира в форме триглицеридов.

Высшие жирные кислоты распадаются преимущественно пу­тем b-окисления, получившего такое название потому, что в молекуле жирной кислоты окисление протекает по b-углеродному атому, при этом от кислоты отщепляется двууглеродный фрагмент. Ненасыщенные высшие жирные кислоты (олеи­новая, линолевая, линоленовая и др.) предварительно восстанав­ливаются до предельных кислот. Окисление предельных высших жирных кислот осуществляется ступенчато. Все реакции многостадий­ного окисления ускоряются специфическими ферментами. b-Окисление высших жирных кислот у млекопитающих происходит во многих тканях, в первую очередь в печени, почках и сердце.

Первым этапом b-окисления высших жирных кислот является их активирование путем образования соединения с коэнзимом А (HS-КоА). Эта реакция протекает в цитоплазме с использованием энергии АТФ и приводит к образованию ацилкоэнзима А (ацил-SКоА). Взаимо­действие высших жирных кислот с коэнзимом А ускоряется спе­цифическими лигазами — ацил-SКоА-синтетазами:

С₁₇Н₃₅-СООН + HS-KoA + АТФ →  С₁₇Н₃₅-СО~ S-KoA + АМФ + ФФ_н

Вторая стадия распада высших жирных кислот состоит в окис­лении ацилкоэнзима А при посредстве ацил-SКоА-дегидрогеназы, содержащей ФАД⁺ в качестве кофермента (реакция 1).

Третья стадия окисления высших жирных кислот состоит в присоединении молекулы воды (гидратация) по месту двойной связи дегидроацил-КоА. Эта реакция ускоряется соответствующими гидролиазами (еноил-SКоА-гидратазами) (реакция 2).

Четвертая стадия распада высших жирных кислот заключает­ся в их новом окислении путем отнятия двух атомов водорода (дегидрирование) в b-положении по отношению к карбоксильной группе (реакция 3). Реакция катализируется оксидоредуктазой, но (в отличие от первой стадии окисления) с участием НАД⁺ в качестве кофермента.

Пятая стадия распада заключается в переносе b-кетоацил-SКоА-ацильной группировки на новую молекулу коэнзима А. Этот процесс ускоряется соответствующей ацилтрансферазой, называемой тиолазой, поскольку реакция по существу представляет расщепление связи -С—С- с присоедине­нием по месту разрыва элементов HS-группы (тиолиз или тиолитическое расщепление) (реакция 4).

В результате описанных выше реакций молекула высшей жир­ной кислоты (стеариновой в рассматриваемом примере) укора­чивается на два углеродных атома, и образуются пальмитиновая и уксусная кислоты в виде производных коэнзима А (пальмитил- и ацетил-SКоА). Этот процесс многократно повторяется. Так, пальмитил-SКоА снова дегидрируется, затем гидратируется, еще раз дегидрируется и расщепляется на С₁₃Н₂₇-CO~S-KoA и новую молекулу ацетил-SКоА. В свою очередь C₁₃H₂₇-CO~S-KoA дает С₁₁Н₂₃-CO~S-КоА и еще молекулу ацетил-SКоА и т.д.

Окончательным продуктом b-окисления выс­ших жирных кислот в организме является ацетил-SКоА.

Реакции b-окисления жирных кислот (на примере стеариновай кислоты)

b-Окисление высших жирных кислот протекает в митохондри­ях, в липопротеидной мембране которых расположены ансамбли ферментов, обеспечивающих ряд индивидуальных реакций, со­ставляющих процесс b-окисления. Поскольку в митохондриях локализованы также ферменты дыхательного цикла, ведущие передачу атомов водорода и электронов на кислород сопряжен­но с окислительным фосфорилированием, b-окисление высших жирных кислот является источником энергии для синтеза АТФ.

В процессе распада пальмитиновой кислоты проходит 7 циклов b-окисления, в каждом из которых образуются 5 молекул АТФ (посредством восстановленных ФАДН₂ и НАДН^.Н⁺).

При окислении пальмитата до ацетил-SКоА обра­зуются 35 молекул АТФ. Восемь молекул ацетил-SКоА дают в ре­зультате полного сгорания в цикле Кребса 8 ^. 12 = 96 молекул АТФ. Одна молекула АТФ затрачивается на активирование пальмитата. Следовательно, энергетический эффект составляет 130 молекул АТФ.

Если бы ацетил-SКоА накапливался в организме, то запасы HS-КоА быстро исчерпались бы, и окисление высших жирных кислот остановилось. Этого не происходит, так как HS-КоА бы­стро освобождается из состава ацетил-SКоА в результате следую­щих процессов:

• ацетил-SКоА включается в ЦТК, где окисляется до СО₂ и Н₂О;
• ацетил-SКоА используется для синтеза полициклических спиртов (стеролов) и соединений, содержащих изопреноидные группировки;
• ацетил-SКоА явля­ется универсальным донором ацетильных групп для реакций ацетилирования (синтез ацетилхолина, N-ацетилглюкозамина и т.п.).