Материал: Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

Загальна формула фосфогліцеридів:

вони піддаються гідролізу за допомогою тканин-

O

них ліпаз до гліцеролу і жирних кислот. Останні

з жирових депо в комплексі з альбумінами плаз-

O

CH2

O

R2

C

R1

ми крові розносяться до різних органів і тканин,

C

O

CH

O

де комплекси розпадаються на альбуміни і ВЖК,

O

O R +

CH

P

що використовуються як енергетичний матеріал,

2

3

O-

тобто окиснюються.

Загальна формула сфінголіпідів:

У жировій тканині розрізняють кілька ліпаз:

O

— триацилгліцеролліпаза (гормончутлива

ліпаза) — каталізує розщеплення триацилгліце-

CH

(CH )

12

CH

CH

CH

CH CH

O

P R′′+

ролів до діацилгліцеролу і 1 молекули ВЖК;

3

2

2

3

OH

NH

O-

— діацилгліцеридліпаза — каталізує розщеп-

C O

лення діацилгліцеролів до моноацилгліцеролу і

R′

1 молекули ВЖК;

1-2

Гліколіпіди. Склад: 1) сфінгозин; 2) ВЖК;

— моноацилгліцеролліпаза — каталізує

гідроліз моноацилгліцеролів до гліцеролу і 1 мо-

3) вуглеводний компонент — галактоза, глюко-

за, галактозамін, глюкозамін, нейрамінова, сіа-

лекули ВЖК.

лова кислоти.

Триацилгліцеролліпаза активується гормона-

ми адреналіном, норадреналіном, глюкагоном й

Цереброзиди (у мієліновій оболонці нервів)

містять тільки один вуглеводний залишок, при-

ін. Ці гормони активують фермент аденілатцик-

чому тільки глюкозу або галактозу.

лазу, що каталізує утворення цАМФ із АТФ.

Гангліозиди (у сірій речовині мозку) мають

розгалужений вуглеводний ланцюг, що скла-

АТФ Аденілатциклаза цАМФ

дається з кількох (аж до 7) залишків цукру, при-

- Н4Р2О7

чому обов’язково — мінімум один залишок сіало-

цАМФ активує перетворення неактивної про-

вої кислоти.

теїнкінази на активну протеїнкіназу:

У кишечнику ліпіди піддаються перетравлю-

Неактивна протеїнкіназа

Активна протеїнкіназа

ванню. У цьому процесі беруть участь жовчні

кислоти, ліпаза, холестеролестераза, фосфоліпа-

Протеїнкіназа

зи. Після всмоктування продуктів повного роз-

Неактивна триацил-

Активна триацил-

+ Н3РО4

щеплення ліпідів або їх тонких емульсій вони по-

гліцеролліпаза

гліцеролліпаза

трапляють у лімфатичну систему і кров.

Основні шляхи використання ліпідів після

Триацилгліцерол-

Триацилгліцерол Діацилгліце-

всмоктування (рис. 10.3):

ліпаза

рол + ВЖК

1) частина ліпідів, що всмокталися, піддаєть-

ся окисненню;

2) решта ліпідів, що всмокталися, використо-

Активна протеїнкіназа фосфорилує триацил-

вується по шляху біосинтезу необхідних для

гліцеролліпазу, яка при цьому перетворюється з

організму ліпідів, причому здебільшого іде на біо-

неактивної форму на активну, що гідролізує три-

синтез резервних ліпідів — підшкірної жирової

ацилгліцероли до діацилгліцеролу і ВЖК. Діа-

клітковини, сальника.

цилгліцеролліпаза і моноацилгліцеролліпаза ак-

щених витрат енергії, збільшується споживання

за, вони не є гормончутливими. Отже, лімітую-

триацилгліцеролів жирових депо. При цьому

чою ланкою у цьому процесі є триацилгліцерол-

ліпаза.

Таким чином, гліцерол і ВЖК, що надійшли

Ліпіди(триацилгліцероли)

в організм із їжею або утворені після внутрішньо-

клітинного ліполізу, можуть піддаватися окис-

ненню або використовуватися на біосинтез

Гліцерол

ВЖК

Утворення

ліпідів. Крім цього, частина гліцеролу і жирних

кислот утворюється в процесі метаболічного

ліпопротеїнів

окиснення

β окиснення

відновлення складних ліпідів, зокрема фос-

фоліпідів. Частина гліцеролу утворюється з вуг-

леводів через діоксіацетонфосфат.

Діоксіацетон

Ацетил КоА

фосфат

Окиснення гліцеролу

Цикл

Синтез

Синтез

Утворення

1. Перебігає в кілька етапів: фосфорилування

Кребса

ВЖК

холестеролу

кетонових тіл

гліцеролу в цитозолі клітин до гліцерол-3-фосфа-

ту. Каталізує реакцію фермент гліцеролкіназа,

донором фосфату є АТФ.

CH2

OH

+ ATФ

H2C

OH

Окиснення жирних кислот

CH

OH

HC

OH

Для жирних кислот, що входять до складу

- AДФ

OH

CH2

OH

H C

O

P O

ліпідів організму, а також надходять в організм

2

OH

з їжею, характерні кілька шляхів метаболізму:

Гліцерол

Гліцерол-3-фосфат

1. Окиснення до СО2 і Н2О з утворенням АТФ.

Гліцерофосфат, що утворився, проникає в

Вільні жирні кислоти спочатку окиснюються до

ацетил-КоА, який далі окиснюється в ЦТК до

мітохондрії.

СО2 і Н2О. У ході цього окиснення вивільняється

2. Окиснення гліцерол-3-фосфату в мітохонд-

енергія, причому близько 40 % її акумулюється в

ріях клітини до діоксіацетонфосфату. Каталізує

АТФ. Жирні кислоти є основним субстратом для

реакцію гліцерофосфатдегідрогеназа, кофермен-

енергетичного обміну в печінці.

том якої є ФАД:

2. Утворення кетонових тіл. Надлишок аце-

тил-КоА, що утворився при окисненні жирних

CH2

OH

+ ФАД

CH2

OH

кислот і не використаний печінкою, перетво-

OH

C

O

рюється на кетонові тіла — ацетоацетат і

CH

OH

OH

- ФAДН2

O P

O P O

β -гідроксибутират, які переносяться кров’ю в інші

CH2

O

CH2

OH

OH

тканини, де використовуються для окиснення в

Гліцерол-3-фосфат

Діоксіацетонфосфат

ЦТК. Кетонові тіла можна розглядати як транс-

портну форму легкодоступних субстратів. Висо-

Діоксіацетонфосфат дифундує з мітохондрій у

кодиференційовані тканини (міокард, мозок)

цитозоль.

поглинають ацетоацетат і гідроксибутират із

3. Ізомеризація діоксіацетонфосфату в цито-

крові, тому вони в крові практично не виявля-

золі клітини в гліцеральдегід-3-фосфат і перетво-

ються і не виводяться з сечею. Однак це відбу-

рення його гліколітичним шляхом на піровино-

вається тільки при високоефективному функціо-

градну кислоту (піруват). Піруват піддається

нуванні ЦТК. При різних патологічних проце-

окисному декарбоксилюванню до ацетил-КоА,

сах, що супроводжуються зниженням надхо-

який окиснюється в циклі трикарбонових кислот

дження кисню в тканини і порушенням функції

до СО2 і Н2О. Слід підкреслити, що подібний

циклу трикарбонових кислот, ацетоацетат на-

шлях окиснення поєднаний з переносом протонів

копичується в тканинах, декарбоксилюється до

із цитоплазми, де їхнє нагромадження призво-

ацетону, вміст кетонових тіл у крові збільшуєть-

дить до ацидозу, у мітохондрії, де вони викорис-

ся, вони потрапляють у сечу і розвивається ке-

товуються у тканинному диханні.

тонемія і кетонурія.

3. Біосинтез холестеролу і жирних кислот.

Біологічна роль процесу окиснення гліцеролу

Частина ацетил-КоА, що утворився з жирних

кислот (й із глюкози) використовується на біо-

1. У процесі окиснення гліцеролу вивільняєть-

синтез холестеролу, з якого утворюються жовчні

ся енергія, частина якої резервується в АТФ. При

кислоти.

цьому в результаті окиснення ФАДН2, що утво-

4. Біосинтез ліпопротеїнів плазми крові. Жирні

рюється в мітохондріях у гліцерофосфатдегідроге-

кислоти використовуються в синтезі ліпідної ча-

назній реакції, у ланцюзі дихальних ферментів

стини ліпопротеїнів плазми крові. Ліпопротеїни

синтезуються 2 молекули АТФ. На етапах окис-

функціонують як переносники ліпідів у жирову

нення гліцеральдегід-3-фосфату до пірувату син-

тканину, де вони нагромаджуються у вигляді

тезується 5 молекул АТФ. Із них 3 молекули ут-

триацилгліцеролів.

ворюються при окисненні в ланцюзі дихальних

5. Утворення вільних жирних кислот плазми

ферментів НАДН+Н+, отриманого в гліцеральде-

крові. Вільні жирні кислоти зв’язуються з сиро-

гідфосфатдегідрогеназній реакції, і по 1 молекулі

ватковим альбуміном і далі доставляються кро-

АТФ при перетворенні 1,3-бісфосфогліцеролової

в’ю в серце й скелетні м’язи; ці органи викорис-

кислоти на 3-фосфогліцеролову кислоту, а також

товують жирні кислоти як основний енергетич-

фосфоенолпірувату на піруват. Окиснення

ний матеріал.

НАДН (утворюється в піруватдегідрогеназній

6. Частина жирних кислот використовується

реакції) у ланцюзі дихальних ферментів дає 3 мо-

на біосинтез різних тканинних ліпідів.

лекули АТФ, а окиснення ацетил-КоА в ЦТК —

Теорія біологічного окиснення жирних кислот

12 молекул АТФ. Загалом при окисненні 1 моле-

була запропонована в 1904 р. німецьким біохімі-

кули гліцеролу до СО2 і Н2О синтезуються 22 мо-

ком Францем Кноопом і дістала назву теорії

лекули АТФ, із них одна витрачається в гліце-

β -окиснення, оскільки окиснення жирної кислоти

ролкіназній реакції, тобто загальний баланс ста-

і розрив її молекули відбувається у атома Кар-

новить 21 молекулу АТФ.

бону, що перебуває в β -положенні. Цей процес

2. Гліцерол-3-фосфат може використовувати-

перебігає переважно в мітохондріях печінки, ске-

ся на біосинтез нейтральних жирів і фосфогліце-

летних м’язів і серця. Причому у печінці жирні

ролів.

кислоти окиснюються переважно до ацетоаце-

3. Утворені з гліцеролу діоксіацетонфосфат і

тил-КоА і ацетил-КоА, а в скелетних м’язах і

гліцеральдегід-3-фосфат можуть використовува-

серці — до СО2 і Н2О. До 50 % жирних кислот

тися на біосинтез вуглеводів (глюкози).

крові поглинаються печінкою.

КоА-ацилтрансфераза). Утворений у результаті

КоА. Каталізує реакцію фермент гідроксиметил-

тіолазної реакції ацил-КоА знову багаторазово

глутарил-КоА-синтаза (ГМГ-КоА-синтаза):

проходить шлях β -окиснення. В остаточному

CH3

CH3

COOH

COOH

CH3

підсумку, наприклад, з пальмітинової кислоти

утворюються 8 молекул ацетил-КоА, а із стеари-

C O

C O

+ HOH

CH2

CH2

C O

нової — 9. Утворений у результаті β -окиснення

CH2 +

H3C C OH

C O

+

SKoA

SKoA

- HSKoA

жирних кислот ацетил-КоА окиснюється в ЦТК

C O

Ацетил-

CH2

CH3

до СО2 і Н2О.

SKoA

КоА

C O

Енергетичний баланс окиснення жирних кислот

Ацето-

SKoA

Ацето-

Ацетил-

ГМГ-

Основна біологічна роль окиснення жирних

ацетил-КоА

ацетат

КоА

КоА

кислот — забезпечення організму енергією. Су-

марну реакцію β -окиснення пальмітил-КоА до

2. Розщеплення β -гідрокси-β -метил-глутарил-

ацетил-КоА можна записати так:

КоА на ацетоацетат і ацетил-КоА під впливом

ферменту гідроксиметилглутарил-КоА-ліази

(ГМГ-КоА-ліаза).

II шлях утворення ацетоацетату — шляхом

→

конденсації двох молекул ацетил-КоА. Етапи

При окисненні 1 молекули ацетил-КоА в ЦТК

цього шляху:

1. Конденсація двох молекул ацетил-КоА з

можуть синтезуватися 12 молекул АТФ. При

окисненні 1 молекули ФАДН2 у ланцюзі дихаль-

них ферментів синтезуються 2 молекули АТФ, а

CH3

CH3

CH3

CH3

при окисненні НАДН — 3 молекули АТФ:

O

+

(8 × 12 = 96) + (2 × 7 = 14) + (3 × 7 = 21) = 131

C

C

O -HSKoA C

O

- HSKoA

C

O

SKoA

SKoA

CH2

CH2

Отже, усього при окисненні 1 молекули паль-

C O

C O

SKoA

OH

мітинової кислоти утворюється 131 молекула

АТФ. З урахуванням того, що 1 молекула АТФ

АцетилАцетил-

Ацето-

Ацето-

витрачалася на утворення ациладенілату, енер-

КоА

-КоА

ацетил-КоА

ацетат

гетичний вихід становить 130 молекул АТФ на

1 молекулу окисненої до СО2 і Н2О пальмітино-

Ця реакція каталізується мітохондріальним

вої кислоти. У молекулах АТФ резервується

ферментом ацетил-КоА — ацетилтрансферазою.

близько 40 % енергії окиснення ВЖК, а решта

2. Відщеплення HSKoА від ацетоацетил-КоА

60 % енергії розсіюється у вигляді тепла. Для роз-

і перетворення його на ацетоацетат. Каталізує

рахунку енергетичної цінності окиснення жирних

реакцію фермент ацетоацетил-КоА-гідролаза (де-

кислот, що мають різну довжину вуглеводнево-

ацилаза).

го ланцюга, необхідно виходити з такого: пере-

Однак другий шлях утворення ацетоацетату

важна більшість жирних кислот, що перебувають

в організмі не має істотного значення з таких

в організмі людини і вищих тварин, має парну

причин:

кількість атомів Карбону і в процесі окиснення

1) низька активність ферменту деацилази;

«ділиться» на фрагменти двох атомів Карбону без

2) ацетоацетил-КоА швидко розщеплюється

залишку. Кожний «підготовчий етап», що пере-

тіолазою до двох молекул ацетил-КоА. Ацетил-

дує відриву ацетил-КоА від молекули жирної

КоА, що утворився з 2 молекул ацетоацетил-

кислоти, дає 5 молекул АТФ (1 молекула ФАДН2

КоА, може використовуватися для утворення

і 1 молекула НАДН+Н+). Таких етапів у кожної

ацетоацетату через β -гідрокси-β -метилглутарил-

жирної кислоти, що має у своєму складі Cn атомів

КоА. Ацетоацетат

утворюється в печінці, де він

Карбону, буде (Cn/2 – 1), при цьому утвориться

мало використовується, а надходить у кров і

Cn/2

транспортується до інших органів і тканин (сер-

яких у ЦТК дасть 12 молекул АТФ. Отже, енер-

це, мозок, м’язи, нирки й ін.). У такій формі він

гетичний розрахунок окиснення насиченої жир-

більш стійкий до руйнуючого впливу ферментів,

ної кислоти, що містить n атомів Карбону, мати-

ме такий вигляд:

Ацетоацетат, що утворюється переважно пер-

шим шляхом, піддається в організмі таким

змінам:

1. Перетворення на ацетоацетил-КоА — ак-

Обмін ацетоацетату. Кетонові тіла

тивну форму ацетоацетату, наступне розщеплен-

ня ацетоацетил-КоА на 2 молекули ацетил-КоА

Ацетоацетат утворюється переважно в печін-

і Н2О. При цьому

ці, це може відбуватися двома шляхами

ацетоацетат із крові надходить через плазма-

I шлях — із ацетоацетил-КоА і ацетил-КоА.

тичні мембрани до клітин серця, мозку, м’язів,

Розрізняють такі етапи цього шляху:

нирок та інших тканин. У цих клітинах він і пе-

1. Утворення β -гідрокси-β -метил-глутарил-

ретворюється на ацетоацетил-КоА двома шляха-

КоА (ГМГ-КоА) з ацетоацетил-КоА і ацетил-

ми: