Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 38
Текст из файла (страница 38)
17.2. Жирные кислоты варьируют по длине цепи и но степени ненасыщеиностя Жирные кислоты в биологических системах (табл. 17.1) содержат обычно четное число атомов углерода, как правило от 14 до 24. Наиболее широко распространены Таблииа 17.1. Некоторые ирвролиые ивриые кислоты у ива лиых Тривиальиос Систематическое иазваиис Формула иазаавие Чи с.то атомов утлероЛа Число лаойиых связей СНз (СНг),сСОО СН (СН,), СОО СН (СН,), СОО СН» (СНг), „СОО СН,(СН,), СОО СН [СН ) СОО' СН, (СН,)„СОО а-Долекаиоат и-Тетралекаиоат и-Гексалскаиоат и-Окталекаиоат и-Зйкозаиоат и-Докозаиоат и-Тетракозалоат Лаурат Миристат Пальмитат Стеарат Арахилат Бехеиат Лигиолерат 12 14 1б 18 20 22 24 СНз(СН,),СН= =СН(СН,)гСОО СНз(СНг),СН— =-СН(СНг),СОО СНз(СН,ЫСН— =снсн Б(сн,),соо СН,(СНг1(СН=СНСНг)з— (СН,),СООСН,(СН,),(СНсс — СНСН,)з(СН,)гСОО иис-Ь"-1ексалекеиоаг Пальмито- лсаз !б иис-Ьз-Окталекеиоат Олеат 18 ииззисс-Ь'.Ь'г-Окталека- лисиоат П ° В .Ь',Ь",Ьза окгааекатрисиоат Полисстью вись',ь',ь' ',ь'*- Лииолеат Лииолеиат 18 Ьрахиаоиат 20 зикозаг ° зраеиоат 139 17.
Обмен жирных кислот жирные кислоты, содержащие 16-18 атомов углерода. В жирных кислотах животных тканей углеводородная цепь почти всегда ие разветвлеиа. Алкильная цепь может быть насыщенной или содержать одну илн более двойных связей. В большинстве ненасыщенных жирных кислот двойная связь имеет цис-конфнгурацию. В полиеновых (полиненасыщениых) жирных кислотах двойные связи разделены по меньшей мере олной метиленовой группой. Свойства жирных кислот и липидов, в состав которых оии входят, в большой мере зависят от длины цепи жирных кислот н степени их иенасышенностн.
Ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкую т.емпературу плавления, чем насыщенные кислоты с той же длиной цепи. Например, точка плавления стеариновой кислоты 69,6'С, а олеиновой (содержащей одну цис-двойную связь) 13,4'С. Точки плавления полиеновых жирных кислот серии С,в еше ниже. Длина цепи также оказывает влияние иа точку плавления. Так, в частности, гемпература плавления пальмитиновой кислоты (С„) на 6,5 С ниже„ чем температура плавления сгеарииовой кислоты (С,а). Таким образом, малая длина цели и наличие иенасьлценвых связей повышают текучесть жирных кислот и их производных.
Значение текучести мембран уже обсуждалось ранее (гл. 10). !7.3. Трнацнлглицерояы (трнглнцерилы)— высококовнентрнрованные резервы энергии Трнацилглицеролы (триглицериды) в силу своего восстановленного и абвзважениага состояния представляют собою высококоицеитрироваиные резервы метаболической энергии. Выход энергии в результате полного окисления жирных кислот составляет около 9ккалгзг, тогда как лля углеводов и белков эта величина равна примерно 4 ккалуг. Такое большое различие в выходе энергии объясняется тем, что жирные кислоты являются значительно более высоко- восстановленными соединениями.
Кроме того, трнацилглицеролы обладают сильно выраженной неполярностью и поэтому резервируются в почти обезвоженной форме„ тогда как белки н углеводы значительно более полярны и соответственно более высокогидратированы, Действительно„одни грамм сухого гликагена связывает около Рнс. 17.1. Микрофотография жировой клетки. Большая жировая глобула окружена тонким ободком цитоплазмы и выпуклым ядром. (Печатается с любезного разрешения д-ра Редго Спаггесазаз.) двух граммов воды. Следовательно, количество энергии, запасенной в одном грамме почти обезвоженного жира, более чем в б раз превышает количество энергии, запасенной в одном гром.ие гидратированного гликогена.
Этим и объясняется тот факт, что именно триацилглицеролы, а не гликоген были отобраны в ходе эволюции в качестве основного источника энергии. У человека весом в 70 кг резервы топлива в норме распределяются следующим образом: 100000 ккал в триацилглицеролах, 25 000 ккал в белках (преимущественно в мышечных), б00 ккал в гликогене и 40 ккал в глюкозе. На триацилглицеролы из общего веса тела приходится 11 кг. Если бы это же количество энергии запаса- лось в виде гликогена, общий вес тела должен был быть на 55 кг больше. У млекопитающих основным местом накопления триацилглицеролов является цитоплазма жировых клеток.
Капли триацилглицерола сливаются, образуя большие глобулы, которые могут занимать большую часть клеточного объема. Жировые клетки специализированы для синтеза и хранения триацилглицеролов, а также для их мобилизации в качестве топливных молекул, способных переноситься кровью к другим тканям. Часзь Н. Гецернрованне 140 н хранение энергии Рис. 17.2. Сканирующая электронная микрофотография жировой клетки. (Кевве! )1. Сз., Кагбоп К.Н., Т)ззнез апб огйапз, 1979, %.Н.
РНешап апг) Сатрапу.) 17.4. Трнацилглнцеролы гндролизуются лнпазамп, регулируемыми циклическим АМР Первым этапом в использовании жира как источника энергии является гидролиз триацилглицерола под действием липаз. Активность липазы в жировой клетке регулируется гормонами. Адреналин, норалреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон стимулируют аденилатциклазу жировых клеток. Повышенное содержание циклического аденозинмонофосфата (циклического АМР) приводит палее к стимуляции протеинкиназы, которая активирует липазу путем ее фосфорилирования.
Таким образом, адреналин, норадреналин, глюкагон и адренокортикотропный гормон вызывают липолиз. Циклический АМР играет роль второго посредника в активации липолизи в жировых клетках, которая аналогична его роли в активации распада гликогена 1гл. 1б). В отличие от перечисленных гормонов инсулин ингнбирует липолиз. Глицерол, образованный при липолнзе, фосфорилируется и восстанавливается до дигидроксиацетонфосфата, который в свою очередь изомеризуется в глицеральдегид-3- фосфат. Последний служит промежуточным продуктом и гликолнза, и глюконеогенеза.
Слеловательно, в печени, содержащей соответствующие ферменты, глицерол может превращаться в пируват или глюкозу. Возможен и обратный процесс— восстановление дигидроксиацетонфосфата в глицерол-З-фосфат, который затем ги- сн,он пилаты 1 + ЗНΠ— тНΠ— СН СН,ОН СН,— Π—- ) - — Π— СН ) СН вЂ” Π— ' т +ЗН+ трмацилглицерол Гимцерол Жирные кислоты н+ + СНтОН няо+ няон СНтОН НΠ— С вЂ” Н вЂ” -' ) Глицеролфоофат. СНРОРОтт дегидрогенллл СнтОРОтт м Глицерол- Днгмдрокенлцлтои3 фоефат фоефкт СНтОН АТР АОР нΠ— Сн ) ) ГлицеролСНтОН кинете Глмцерол О О и — С + АТР + Нб — СоА и — С вЂ” 3 — СоА + АМР + РР, О дролизуется фасфатаэой с образованием глицерола. Таким образом, глицерол и промежуточные продукты гликолиза легко подвергаются взаимопревращению. 17.5.
Жирные кнсцоты распадаются путем последовательного удаления двухуглеродных фрагментов В 1904 г, Франц Кноп (Ргапх Кпоор) сделал решающий вклад в выяснение механизма окисления жирных кислот. Он скармливал собакам жирные кислоты с неразветвленной цепью, в которых ет-углеродный атом был присоединен к фенильной группе. Кноп установил, что при скармливании собакам фенилбутирата в моче обнарухгивается производное фенилуксусной кислоты, а при скармливании фенилпропионата-производное бензойной кислоты.
Итак, скармливаиие жирной кислоты с четным числом атомов углерода сопровождалось образованием феиилуксусной кислоты, тогда как скар. мливание кислоты, содержащей нечетное числа атомов углерода,— образованием бензойной кислоты (рис. 17.3). На основе этих данных Кноп пришел к выводу, что жирные кислоты расщепляются путем окисления нри В-углерадном атоме. Описанные эксперименты представляют собою веху в развитии биохимии, поскольку в них впервые было использовано синтетическое меченое соединение для изучения биохимического механизма. Дейтерий и радиактнвные изотопы начали использоваться в биохимии несколькими десятилетиями позднее.
17.б. Окисяению жирных кислот предшествует связывание с коферментом А В 1949 г, Юджин Кеннеди и Альберт Ленинджер (Епйепе Кеппеду, А1Ьегг БеЬшпйег) обнаружили, что окисление жирных кисло~ происходит в митохондриях. Последующие работы показали, что проникновению жирных кислот в митохондриальный матрикс предшествует их активация. Аденозннтрифосфат (АТР) стимулирует образование тиоэфирнай связи между карбоксипьной грушюй жирной кислоты и сульфгидрильной группой СоА. Эта реакция активации происходит в митохондриальиой мембране, где она катализируегся адил-СаА — гинтетазай (называемой также тиокинаэой жирных кислот). Пауль Берг (Рап1 Веги) установил, чт.о активация жирной кислоты протекает в два этапа. Сначала жирная кислота реагирует с АТР с образованием ациладенилата.
В этом смешанном ангидриде карбоксильная группа жирной кислоты присоединена к фасфорильной группе АМР. Другис две 17. Обмен жирных кислот 141 сн, н О ' — 8 — СоА + Н С вЂ” Н вЂ” СН вЂ” С вЂ” СН вЂ” С =НЯ вЂ” СоА у ) ' 'О СН ОН Карнмтнн Ацмл СаА сн, н О ) ) у + Н>С вЂ” Н вЂ” СН> — С вЂ” СН> — С СН О з Ацмлнарнмтмн зованием ацилкарпитипа, который диффундирует через внут'реннюю мит'охондриальную мембрану. На той стороне этой мембраны, которая обращена к матриксу, ацильная группа переносится обратно на СоА, чго термодинамически выгодно, поскольку О-ацильная' связь в карнитине обладает высоким потенциалом переноса группы. Эти реакции трансацетилирования катализируются ацил-СоА: карпитии— — ацилтрапсферазой. Можно было думать, что у людей с дефектом данной трансферазы или недостаточностью карнитина должно быть нарушено окисление жирных кислот с длинной цепью. Такое нарушение действительно было обнаружено у идентичных близнецов, у которых с раннего детства наблюдались болезненные мышечные судороги.
Боли снимались при голодании, упражнениях и при потреблении богатой жиром пищи; во всех этих трех состояниях основным процессом, обеспечивающим энергию, является окисление жирных кислот. Ферменты гликолиза и гликогенолиза не отличались от нормы. Липолиз триацилглицеролов также был в пределах нормы, о чем свидетельствовало повышение концентрации неэтерифицированных жирных кислот в плазме после голодания. Анализ биопсийного материала мышечной ткани показал, что синтетаза СоА-производных жирных кислот (апил-СоА) с длинной цепью была полностью активна. Кроме того, нормально протекал метаболизм жирных кислот со средней длиной цепи (Св и С,о). Известно, что для проникновения вмнтохондриальный матрикс ацил-СоА со средней длиной цепи карнитина не требуется. Описанный случай отчетливо показывает, что нарушение перехода метаболита из одного клеточного компартмепта в другой может явиться причиной болезни.
17дй В каждом цикле окисления жирной кислоты происходит генерирование апетнл-СоА, )ч)АРН и ГАРНг Насыщенный ацил-СоА распадается в ре- зультате повторяющейся последовательно- сти нз четырех реакций; окисления с участием флавинадениндинуклеотида (ГАР) гидратации, окисления с участием ХАР' и тиолиза с участием СоА (рис. 17.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
