Метаболизм жирных кислот и кетоновых тел

Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Почему процесс распада жирных кислот называется «бета-окисление»?

β- Окисление жирных кислот - специфический путь катаболизма жирных кислот, протекающий в матриксе митохондрий только в аэробных условиях и заканчивающийся образованием ацетил-КоА. Метаболический путь - β-окисление - назван так потому, что реакции окисления жирной кислоты происходят у β-углеродного атома.

β-Окисление жирных кислот, происходит в матриксе митохондрий, поэтому после активации жирные кислоты должны транспортироваться внутрь митохондрий.

Какой орган не использует жирные кислоты в качестве источника энергии?

Жирные кислоты не служат источником энергии для мозга и других нервных тканей, так как жирные кислоты не проходят через гематоэнцефалический барьер, как и другие гидрофобные вещества.скорость обмена жирных кислот в нервной ткани существенно меньше, чем в других тканях.Эритроциты, в которых отсутствуют митохондрии, не могутокислять жирные кислоты

2. Напишите реакцию активации жирных кислот (пальмитиновой), укажите фермент и класс, к которому он относится.

Пальмитоил-SКоА + 7ФАД + 7НАД⁺ + 7Н₂O + 7HS-KoA → 8Ацетил-SКоА + 7ФАДН₂ + 7НАДН

3. Что представляют собой конечные продукты распада нейтральных жиров?

Представьте в виде схемы все этапы катаболизма, приводящие к образованию конечных продуктов.

Жиры хранятся до момента их использования. Катаболизм жира идет в три этапа:

1. Гидролиз жира до глицерина и жирных кислот (липолиз)

Это ферментативный процесс. Осуществляют его два фермента:

Первым этапом катаболизма липидов является их ферментативный гидролиз, который носит название липолиз. В результате этого процесса из нейтральных жиров образуется глицерин и три молекулы жирных кислот. При гидролизе фосфолипидов образуется глицерин, два остатка жирных кислот, остаток фосфорной кислоты и остаток радикала, который был связан с фосфорной кислотой, отличающийся у различных фосфолипидов (рис. 15).

2. Превращение глицерина (вступает в ГБФ-путь) и жирных кислот (подвергаются b-окислению) в ацетил-КоА.

4. Напишите окисление глицерола до глицеральдегид-3-фосфата, Назовите действующие ферменты и классы, к которым они относятся. Дальнейшую судьбу 3-фосфоглицеринового альдегида покажите схематично.

Обмен глицерина может осуществляться несколькими путями. Значительная часть глицерина, образовавшегося при гидролизе липидов, используется для их ресинтеза. Кроме того, продукты, образующиеся при окислении глицерина могут включаться в гликолиз или в глюконеогенез. Сначала происходит фосфорилирование глицерина с образованием глицерофосфата, донором фосфатной группы является молекула АТФ.

Большая часть глицерофосфата используется для синтеза липидов. Часть глицерофосфата окисляется до фосфодиоксиацетона, который изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат, который является промежуточным продуктом гликолиза и используется клеткой для получения энергии (рис. 16).

Рассчитайте количество АТФ, образующееся при окислении 1 молекулы глицерола до СО₂ и Н₂О.

Энергетический эффект окисления глицерола: За счёт окисления ацетил-КоА в цикле Кребса – 12 АТФ; за счёт окисления НАДН в дыхательной цепи - 3×3=9 АТФ; за счёт субстратного фосфорилирования - 2×1=14; всего – 23 молекулы АТФ. Одна молекула АТФ была затрачена на активацию глицерола, следовательно, окончательный результат составляет 23-1=22 молекулы АТФ.

5. Напишите последовательность реакций бета-окисление (один цикл) стеариновой кислоты. Назовите действующие ферменты, укажите, к каким классам они относятся.

Посчитайте по формуле энергетический выход в этом процессе.

В стеариновой кислоте 18 атомов углерода, значит при вступлении в бета-окисление она пройдет цикл 8 раз. значит от каждой кислоты мы получим 9 ацетил-КоА и 8 восстановленных НАДН+Н и ФАДН2, итого максимальный выход АТФ от каждой кислоты 9*12+8*3+8*2=148 АТФ, но 2 тратим при активации, следовательно 146. Итого при бета окислении 146*3 = 438 (т. к. в триглицериде их три)

Какова роль витамина В₁₂ в процессе распада жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов?

У млекопитающих и человека обнаружены две ферментные реакции, требующие участия одного из двух коферментов витамина В12. В первой реакции участвует метилкобаламин, во второй - 5-дезоксаденозилкобаламин. Первая реакция обеспечивает нормальное кроветворение, размножение эпителиальных клеток ЖКТ. В ходе этой реакции из уридин-монофосфата образуется тимидин-монофосфат, включаемый в ДНК.

При дефиците витамина В12 в организме накапливается токсичная для нервной клетки метилмалоновая кислота. Кроме того, нарушается синтез жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов, а они входят в состав миелина нервного волокна.

6. В чем состоит биологическое значение карнитина?

Карнитин является переносчиком жирных кислот из цитоплазмы клетки в митохондрии, где происходит их β-окисление. Недостаток карнитина приведёт к замедлению процессов катаболизма жирных кислот в тканях и использование их на синтетические нужды.

Напишите образование пальмитоил-карнитина. Назовите фермент и класс, к которому он относится. Известно редкое наследственное заболевание, при котором в скелетных мышцах снижена концентрация карнитина, как это отразится на способности выполнять физическую работу?

Существуют 2 формы первичного дефицита карнитина - миопатическая и генерализованная. Миопатическая форма проявляется обычно уже в детстве общей слабостью. Клинически она сходна с миопатиями и полимиозитом. Основной симптом - нарастающая безболезненнаяслабость проксимальных мышц, у части больных - тяжелая кардиомиопатия.

7. В какой части клеток и из чего протекает биосинтез высших жирных кислот?

Полный синтез насыщенных жирных кислот осуществляется только в растворимой части цитоплазмы. Источником углерода для синтеза жирных кислот служит ацетил-КоА, образующийся при распаде глюкозы в абсорбтивном периоде. Таким образом, избыток углеводов, поступающих в организм, трансформируется в жирные кислоты, а затем в жиры.

Напишите регуляторную реакцию, укажите фермент и кофермент. Назовите класс фермента.

Образование малонил-КоА из ацетил-КоА - регуляторная реакция в биосинтезе жирных кислот.

Первая реакция синтеза жирных кислот - превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Фермент, катализирующий эту реакцию (ацетил-КоА-карбоксилаза), относят к классу лигаз. Он содержит ковалентно связанный биотин (рис. 8-36). В первой стадии реакции СО₂ ковалентно связывается с биотином за счёт энергии АТФ, во второй стадии СОО^- переносится на ацетил-КоА с образованием малонил-КоА. Активность фермента ацетил-КоА-карбоксилазы определяет скорость всех последующих реакций синтеза жирных кислот.

. Высшие жирные кислоты могут быть синтезированы в организме из метаболитов углеводного обмена. Исходным соединением для этого биосинтеза является ацетил-КоА, образующийся в митохондриях из пирувата – продукта гликолитического распада глюкозы. Место синтеза жирных кислот – цитоплазма клеток, где имеется мультиферментный комплекс синтетаза высших жирных кислот. Этот комплекс состоит из шести ферментов, связанных с ацилпереносящим белком, который содержит две свободные SH-группы (АПБ-SH). Синтез происходит путём полимеризации двууглеродных фрагментов, конечным продуктом его является пальмитиновая кислота – насыщенная жирная кислота, содержащая 16 атомов углерода. Обязательными компонентами, участвующими в синтезе, являются НАДФН (кофермент, образующийся в реакциях пентозофосфатного пути окисления углеводов) и АТФ.

20.1.2. Ацетил-КоА поступает из митохондрий в цитоплазму при помощи цитратного механизма (рисунок 20.1). В митохондриях ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом (фермент – цитратсинтаза), образующийся цитрат переносится через митохондриальную мембрану при помощи специальной транспортной системы. В цитоплазме цитрат реагирует с HS-КоА и АТФ, вновь распадаясь на ацетил-КоА и оксалоацетат (фермент – цитратлиаза).

Рисунок 20.1. Перенос ацетильных групп из митохондрий в цитоплазму.

Начальной реакцией синтеза жирных кислот является карбоксилирование ацетил-КоА с образованием малонил-КоА (рисунок 20.2). Фермент ацетил-КоА-карбоксилаза активируется цитратом и ингибируется КоА-производными высших жирных кислот.

Рисунок 20.2. Реакция карбоксилирования ацетил-КоА.

Затем ацетил-КоА и малонил-КоА взаимодействуют с SH-группами ацилпереносящего белка (рисунок 20.3).

Рисунок 20.3. Взаимодействие ацетил-КоА и малонил-КоА с ацилпереносящим белком.

Далее происходит их конденсация, декарбоксилирование и восстановление образовавшегося продукта (рисунок 20.4).

Продукт реакции взаимодействует с новой молекулой малонил-КоА и цикл многократно повторяется вплоть до образования остатка пальмитиновой кислоты.

Обязательными компонентами, участвующими в синтезе, являются НАДФН (кофермент, образующийся в реакциях пентозофосфатного пути окисления углеводов) и АТФ.

Запомните основные особенности биосинтеза жирных кислот по сравнению с β-окислением:

· синтез жирных кислот в основном осуществляется в цитоплазме клетки, а окисление – в митохондриях;

· участие в процессе связывания СО2 с ацетил-КоА;

· в синтезе жирных кислот принимает участие ацилпереносящий белок, а в окислении – коэнзим А;

· для биосинтеза жирных кислот необходимы окислительно-восстановительные коферменты НАДФН, а для β-окисления – НАД+ и ФАД.

8. Из каких источников, и какими путями возникает ацетил-КоА для синтеза жирных кислот?

Ацетил-КоА образуется в митохондриях из пирувата – продукта гликолитического распада глюкозы.

Назовите продукт, в виде которого ацетил-КоА проникает из митохондрий в цитоплазму.

Ацетил-КоА поступает из митохондрий в цитоплазму при помощи цитратного механизма (рисунок 20.1). В митохондриях ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом (фермент – цитратсинтаза), образующийся цитрат переносится через митохондриальную мембрану при помощи специальной транспортной системы. В цитоплазме цитрат реагирует с HS-КоА и АТФ, вновь распадаясь на ацетил-КоА и оксалоацетат (фермент – цитратлиаза).

Назовите два источника НАДФН для биосинтеза высших жирных кислот.

Восстановленный в результате действия малик-фермента NADPH используется как донор водорода для последующих реакций синтеза жирных кислот. Другой источник NADPH - окислительные стадии пентозофосфатного пути катаболизма глюкозы.

9. Что представляет собой синтаза жирных кислот и какая жирная кислота является конечным продуктом реакции?

После образования малонил-КоА синтез жирных кислот продолжается на мультиферментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе). Этот фермент состоит из 2 идентичных протомеров, каждый из которых имеет доменное строение и, соответственно, 7 центров, обладающих разными каталитическими активностями (рис. 8-37). Этот комплекс последовательно удлиняет радикал жирной кислоты на 2 углеродных атома, донором которых служит ма-лонил-КоА. Конечный продукт работы этого комплекса - пальмитиновая кислота, поэтому прежнее название этого фермента - пальмитоилсинтетаза.

10. Как синтезируются жирные кислоты более длинные, чем пальмитиновая кислота?

Жирные кислоты с длинной углеводородной цепью переносятся через плотную внутреннюю мембрану митохондрий с помощью карнитина. Карнитин поступает с пищей или синтезируется из незаменимых аминокислот лизина и метионина. В реакциях синтеза карнитина участвует витамин С (аскорбиновая кислота).

Как возникают ненасыщенные жирные кислот? Какие специфические ферменты при этом участвуют?

11. Какие пути метаболизма жирных кислот активируются в период пищеварения, а какие в постабсорбционном периоде? Какие гормоны активируют эти процессы?

12. Из чего и где в организме образуется ацетоуксусная кислота? Каково ее биологическое значение? Рассчитайте выход АТФ при окислении 1 моль ацетоацетата и 1 моль β-гидроксибутирата.

13. Из каких веществ в печени образуется ацетил-КоА при голодании и сахарном диабете? Почему количество ацетил-КоА, окисляющегося в ЦТК клеток печени в этих условиях меньше?

14. Сколько молекул глюкозы, и какими путями нужно затратить, чтобы синтезировать 1 молекулу трипальмитоилглицерола?

15. При каких условиях будет увеличиваться синтез жирных кислот?

А. При повышении концентрации глюкозы в крови после еды.

Г. При избыточном поступлении жиров с пищей.

Д. При дефосфорилировании ацетил-КоА-карбоксилазы.

16. Охарактеризуйте изменения обмена ацетил-КоА при дефиците в клетке: биотина; НАДФН; оксалоацетата.

17. Подберите к каждому пронумерованному утверждению соответствующий буквенный ответ.

1. Жирные кислоты синтезируются А. Линолевая кислота.

в организме человека из ацетил-КоА. Б. Пальмитиновая кислота.

2. Жирная кислота не синтезируется В. Олеиновая кислота.

в организме, должна поступать Г. Стеариновая кислота.

18. На схему обмена углеводов и общих путей катаболизма нанесите реакции обмена жирных кислот, глицерина и кетоновых тел. Стрелками укажите пути взаимопревращений углеводов и жиров. Выделите регуляторные ферменты метаболических путей, их активаторы и ингибиторы. По схеме покажите пути образования и использования ацетил-КоА. в клетках.

Литература для самоподготовки. Лекционный материал; (1) - С. 287-297, 308-309; (2) - С. 373-389; (3) - С. 186-198; (4) - 1т. С. 225-237, 287-296, 2т. С. 287-290, 295-296.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: