Окисление жирных кислот

Жирными кислотами называют как предельные, так и непредельные высшие карбоновые кислоты, углеводородняая цепь которых содержит более 12 углеродных атомов. В организме окисление жирных кислот – чрезвычайно важный процесс, и оно  может быть направлено на α, β и ω-углеродные атомы молекул карбоновых кислот. Среди этих процессов наиболее часто происходит β-окисление. Установлено, что окисление жирных кислот протекает в печени, почках, скелетных и сердечной мышцах, в жировой ткани. В мозговой ткани скорость окисления жирных кислот весьма незначительна; основным источником энергии в мозговой ткани служит глюкоза.

 В 1904 г. Ф. Кнооп (F. Knoop) выдвинул гипотезу β-окисления жирных кислот на основании опытов по скармливанию собакам различных жирных кислот, в которых один атом водорода в концевой метильной группе (ω-углеродного атома) был замещен радикалом (С6Н5–).

Жирные кислоты, входящие в состав естественных жиров животных и растений, имеют четное число углеродных атомов. Любая такая кислота, от которой отщепляется по паре углеродных атомов, в конце концов проходит через стадию масляной кислоты. После очередного β-окисления масляная кислота становится ацетоуксусной. Последняя затем гидролизуется до двух молекул уксусной кислоты. Теория β-окисления жирных кислот, предложенная Ф. Кноопом, в значительной мере послужила основой современных представлений о механизме окисления жирных кислот.

β-Окисление жирных кислот. Образующийся при гидролизе жиров карбоновые кислоты подвергаются β-окислению в митохондриях, куда они поступают в виде соответствующих ацилкоферментов А. β-Окисление – это 4 последовательных ОВР.

І реакция. Дегидрирование

                                        О                                                      С15Н31          Н

                                       //                       дегидрогеназа                        /

С15Н31 – СН2 – СН2 – С         + ФАД                                           С = С    + ФАД(2Н)

                                                                                                       /       

                                      ЅКоА                                                      Н         СОЅКоА

          Стерилкоэнзим А                                                  трансизомер стерилкоэнзима А

         ІІ реакция Гидратация

    С15Н31          Н                                                                                                О

                     /                      гидратаза                                                            //

            С = С        + Н2О                                           С15Н31 – СН – СН2 – С

            /                                                                                      |                     

         Н         СОЅКоА                                                              ОН                ЅКоА

        Трансизомер стерилкоэнзима А                L-изомер β-окисикарбоноврй кислоты

ІІІ реакция Дегидрирование

                                         О                                                                             О

                                       //                   дегидрогеназа                                   //

С15Н31 – СН – СН2 – С     + НАД+                            С15Н31 – С – СН2 – С      + НАДН + Н+

                   |                                                                               ||                                    

                  ОН                 ЅКоА                                                 О                 ЅКоА

                                                                                                                 β-оксокислота   

ІV реакция. Расщепление

                                     О                                                            О                        О

                                   //                          тиолаза                      //                         //

 С15Н31 – С – СН2 – С   +  НЅКоА                      С15Н31 – С                СН3 – С         

                 ||                                                                                                        

                О                  ЅКоА                                                    ЅКоА                    ЅКоА

                                                                         Пальмитокоэнзим  А     Ацетилкоэнзим А

                                                                         На новое                             в цикл Кребса для

                                                                      β-окисление                          окончательного                

                                                                                                                     окисления   

                                                                                                                      до СО2  и Н2О

Четыре рассмотренные реакции процесса β-окисления представляют собой цикл, в ходе которого происходит укорочение углеродной цепи на два углеродных атома. Пальмитокоэнзим А вновь подвергается β-окислению, повторяя данный цикл. При β-окислении одной молекулы стеариновой кислоты образуется 40 молекул АТФ, а включая и цикл Кребса, котором окисляется образующийся ацетилкоэнзим А – 146 молекул АТФ. Это говорит о важности процессов окисления жирных кислот с точки зрения энергетики организма.

α-Окисление жирных кислот.  В растениях под действием ферментов происходит окисление жирных кислот по α-углеродному атому – α-окисление. Это цикл, состоящий из двух реакций. 

І реакция  заключается в окислении жирной кислоты пероксидом водорода с участием соответствующей пероксидазы в соответствующий альдегид и СО2.

                                                                                              О

                                                      Пероксидаза                 //

 R – СН2 – СООН  + 2 Н2О2                                          R – С    +    СО2

                                                                                             Н

    В результате этой реакции углеродная цепь укорачивается на один углеродный атом.

ІІ реакция состоит в гидратации и окислении образующегося альдегида в соответствующую карбоновую кислоту под действием альдегидодегидрогеназы с окисленной формой НАД+:

          О                                                                 О

            //                                 альдегидо-               //

  R – С    + Н2О + НАД+  дегидрогеназа    R – С       + НАД(Н) + Н+

           Н                                                                                       ОН      

Цикл α-окисления характерен только для растений.

ω-Окисление жирных кислот. В печени животных и у некоторых микроорганизмов существует ферментная система, обеспечивающая ω-окисление, т.е. окисление по концевой СН3-группе. Сначала под действием монооксигеназы происходит гидроксилирование с образованием ω-оксикислоты:

ω                                          монооксигеназа

СН3 –  R – СООН +   «О»                                НОСН2  –  R – СООН

                                                                            ω-оксикислота

Далее ω-оксикислота окисляется в ω-дикарбоновую кислоту:

НОСН2  –  R – СООН   + Н2О + 2НАД+  дегидрогеназа  НООС–  R – СООН + 2 НАД (Н) + 2Н+

                                                                                  ω-дикарбоновая кислота

Полученная ω-дикарбоновая кислота укорачивается с любого конца посредством реакции β-окисления.

 Если карбоновая кислота имеет разветвления, то её биологическое окисление прекращается, дойдя до места разветвления цепи.