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

тоацетат (основний шлях). Каталізує цей пере-

нізму з сечею.

нос фермент сукциніл-КоА-ацетоацетаттрансфе-

Уперше кетонові тіла були знайдені в сечі у

раза.

хворих із цукровим діабетом. Оскільки їх було

CH3

COOH

CH3

COOH

виявлено при патологічному стані, виникла дум-

ка, що вони є всього лише зайвими продуктами

C O

CH2

C O

CH2

метаболізму і нагромаджуються в крові тільки у

CH2 +

CH2

CH2 +

CH2

випадку патології. Однак в 30-ті рр. ХХ ст. було

COOH

C

O

C O

C O

встановлено, що кетонові тіла можуть окиснюва-

SKoA

SKoA

OH

тися деякими тканинами (крім печінки); виник-

Ацето-

Сукциніл-

Ацетоаце-

Сукци-

ло припущення, що в цих тканинах вони є зруч-

ною формою утилізації жиру.

ацетат

КоА

тил-КоА

нат

Встановлено, що ацетоацетат і β -гідроксибу-

б) з використанням АТФ, HSKoА і ферменту

тират — це свого роду постачальники енергетич-

ного матеріалу (палива) для скелетних м’язів,

ацил-КоА-синтетази:

серцевого м’яза, мозку, нирок й інших тканин.

CH3

CH3

Для печінки кетонові тіла не є енергетичним ма-

C

O

C O

теріалом. Серцевий м’яз і кірковий шар нирок пе-

CH2

+ ATФ +HSKoA

CH2

реважно використовують із цією метою ацето-

- AMФ -H4P2O7

ацетат, а не глюкозу. На противагу цьому, глю-

COOH

C O

SKoA

коза є головним паливом для мозку при збалан-

сованому харчуванні, однак при голодуванні

Ацетоацетат

Ацетоацетил-КоА

мозок використовує і ацетоацетат як енергетич-

ний матеріал.

Ацетоацетил-КоА, що утворився, розщеп-

При патологічних станах, коли швидкість ут-

люється за участю тіолази на 2 молекули ацетил-

ворення кетонових тіл перевищує швидкість

КоА, що, як уже відомо, окиснюється в ЦТК до

їхньої утилізації, розвивається кетоз. При цьому

СО2 і Н2О.

в крові різко зростає концентрація кетонових тіл

2. Перетворення ацетоацетату на β -гідрокси-

(кетонемія), вони з’являються у сечі (кетонурія),

бутират. Частина ацетоацетату ще в печінці

у видихуваному повітрі відчувається запах аце-

піддається відновленню до β -гідроксибутирату

тону. Ці три симптоми поєднуються під загаль-

під впливом НАД+-залежної β -гідроксибутират-

ною назвою «кетоз». Наприклад, при голоду-

дегідрогенази. Фермент пов’язаний із внутріш-

ванні й цукровому діабеті значно знижується

вміст глікогену в печінці, тому відбувається по-

CH3

CH3

силене надходження ВЖК із жирових депо в кров

і печінку, а внаслідок цього — інтенсивне утво-

C O

+ НAДH + H+

H

C

OH

рення ацетил-КоА. Оскільки в результаті інтен-

CH2

CH2

сивного окиснення ВЖК ацетил-КоА, що утво-

COOH

C

O

рюється, не встигає окиснюватися в ЦТК, ство-

OH

рюються умови для утворення з нього ацетоаце-

Ацетоацетат

β

-Гідроксибутират

тату, β -гідроксибутирату й ацетону. Ацетоаце-

тат і β -гідроксибутират транспортуються кров’ю

β -Гідроксибутират, як і ацетоацетат, надхо-

з печінки до периферичних тканин, які викорис-

дить із печінки через кров в інші тканини, там пе-

товують кетонові тіла як енергетичний матеріал.

ретворюється на ацетоацетат, ацетоацетил-КоА,

Однак внаслідок незвичайно високої концент-

ацетил-КоА, СО2

і Н2О.

рації кетонових тіл у крові, що надходить, м’язи

3. Перетворення ацетоацетату на ацетон. Де-

та інші органи не справляються з їхнім окиснен-

яка частина ацетоацетату декарбоксилюється,

ням, через що виникає стан патологічного кето-

спонтанно або під впливом ферменту ацетоаце-

зу.

Біосинтез триацилгліцеролів складається з

Ацетон, що утворюється, очевидно, не має

трьох взаємозалежних процесів:

певного фізіологічного значення і є нераціональ-

1. Утворення активної форми гліцеролу —

ним шляхом використання ацетоацетату як мож-

гліцерол-3-фосфату.

ливого енергетичного матеріалу. Ацетоацетат,

2. Утворення активної форми вищої жирної

β -гідроксибутират і ацетон називаються ацето-

кислоти — ацил-КоА.

новими, або кетоновими тілами. У нормі їх у

3. Біосинтез триацилгліцеролу з активних

крові міститься 0–516 мкмоль/л. Частина їх

форм гліцеролу і вищих жирних кислот.

Біосинтез активної форми

АТФ розщеплюється на ацетил-КоА і оксало-

вищої жирної кислоти

ацетат:

Цей процес перебігає в кілька етапів:

O

O

C

COOH

+ НАДН+Н+

COOH

C SKoA +

СНОН

I. Транспорт ацетилу з мітохондрій у цито-

CH2

- НАД

плазму клітини. Біосинтез жирних кислот відбу-

CH3

COOH

СН2

вається в цитоплазмі клітин з ацетил-КоА. Аце-

Ацетил-

Оксало-

СООН

тил-КоА утворюється в мітохондріях у резуль-

Малат

КоА

ацетат

таті:

— окиснення жирних кислот;

— окисного декарбоксилювання пірувату;

Оксалоацетат відновлюється до малату (яб-

— окиснення деяких амінокислот.

лучної кислоти) за участю цитоплазматичної

Мітохондріальна мембрана непроникна для

малатдегідрогенази. Малат за допомогою пере-

ацетил-КоА, тому перенос ацетилу здійснюєть-

носника дикарбоксилатів переходить із цито-

ся в основному за допомогою цитрату. Каталі-

плазми в мітохондрії, де за участю мітохондріаль-

зує реакцію цитратсинтаза:

ної малатдегідрогенази окиснюється до оксало-

ацетату (рис. 10.4).

O

O

C

COOH

+ НОН

Крім цього, перенос ацетилу з мітохондрій у

C SKoA

+

цитоплазму клітини може відбуватись і за учас-

CH2

- HS-KoA

CH3

COOH

тю карнітину (карнітиновий човник). Механізм

Ацетил-КоА

Оксалоацетат

цього процесу зворотний до транспорту ацилу

COOH

з цитоплазми до мітохондрій, тобто карнітино-

+ НОН

вий човник працює в обидва боки.

CH2

Цитратсинтаза

II. Карбоксилювання ацетил-КоА до малоніл-

HO

C

COOH

- HS-KoA

- АДФ - Н3РО4

КоА. У даній реакції ацетил-КоА і СО2 взаємоді-

CH

2

ють за участю АТФ, Н2О і ферменту ацетил-КоА-

COOH

Цитрат

карбоксилази з утворенням малоніл-КоА. Аце-

тил-КоА-карбоксилаза є складним ферментом,

що містить, крім білка, небілкову частину (про-

Цитрат, що утворився, за допомогою пере-

стетичну групу) біотин. Активаторами даного

носника трикарбоксилатів проникає з міто-

ферменту є цитрат й ізоцитрат. У неактивній

хондрій у цитоплазму клітини, де під впливом

формі фермент складається з протомерів, кожний

ферменту АТФ-цитратліази за участю НSКоА й

з яких утворений із 4 субодиниць. Активація цит-

Малоніл-КоА, що утворився, в структуру

жирної кислоти не входить. У процесі біосинтезу

CH3

жирної кислоті він піддається декарбоксилюван-

O

COOH

Кетоацил-АПБ-

C

O

ню з утворенням залишку оцтової кислоти —

C

S1-E +

CH2

CH2

ацетилу і СО

- СО2 - HS1

- E

CH3

C

O

C O

2

для синтезу жирних кислот. Можливо, ця реак-

S2-АПБ

S2-АПБ

ція існує для залучення ацетил-КоА до процесу

синтезу.

Ацетил-фермент

Малоніл-АПБ

Ацетоацетил-АПБ

III. Перенос ацетилу від ацетил-КоА на тіо-

VI. Відновлення ацетоацетил-АПБ (або β -ке-

лову (SH) групу, яка належить цистеїну, що вхо-

дить до складу одного з шести ферментів синта-

тоацил-АПБ) до β -гідроксибутирил-ПБ (або

зи жирних кислот — β -кетоацил-АПБ-синтази.

β -гідроксіацил-АПБ) під дією ферменту β -гідрок-

Цей і наступні етапи синтезу жирних кислот ка-

сіацил-АПБ-редуктази (четвертий із шести) за

талізує синтаза жирних кислот — поліфермент-

участю НАДФ+Н+.

ний комплекс, що складається з АПБ і шести фер-

CH3

CH3

ментів, кожний з яких каталізує певну реакцію

Кетоацил-АПБ-редуктаза

C

O

CHOH

синтезу жирних кислот.

АПБ — низькомолекулярний складний білок,

CH2

- НАДФ+

CH2

C

O

C

O

що містить як небілкову частину похідне вітамі-

ну пантотенової кислоти — 4-фосфопантотеїн,

S2-АПБ

S2-АПБ

у складі якого є тіолова (SH) група; він скла-

Ацетоацетил-АПБ

β -Гідроксіацил-АПБ

дається з фосфорної кислоти, похідного бутира-

(β -гідроксибутирил-АПБ)

ту, β -аланіну і меркаптоетиламіну. Фосфопан-

тотеїн виступає назовні з центральної частини

VII. Дегідратація β -гідроксибутирил-АПБ

комплексу і служить «обертовим маніпулято-

(або β -гідроксіацил-АПБ) до кротоніл-АПБ (або

ром», що переміщає проміжні сполуки від одно-

еноїл-АПБ — α ,β -ненасичена форма ацил-АПБ)

го ферменту до іншого. Фосфопантотеїн з’єдна-

під дією еноїл-АПБ-гідратази (п’ятий із шести).

ний складноефірним зв’язком через фосфорну

кислоту з серином поліпептидного ланцюга

CH3

CH3

АПБ.

Молекули шести ферментів

і АПБ

CHOH

Еноїл-АПБ-гідратаза

CH

об’єднані в комплекс, після дисоціації якого всі

CH2

- HOH

CH

вони виявляються неактивними. Таке об’єднан-

C O

C

O

ня кількох ферментів у єдиний недисоційований

S2-АПБ

S2-АПБ

комплекс біологічно вигідне, оскільки при цьо-

Гідроксіацил-АПБ

Еноїл-АПБ

му скорочується відстань, на яку молекули суб-

страту повинні дифундувати в міру перебігу ок-

(гідроксибутирил-АПБ)

(кротоніл-АПБ)

ремих реакцій зазначеного метаболічного про-

VIII. Відновлення кротоніл-АПБ (або еноїл-

цесу.

АПБ) до бутирил-АПБ (або ацил-АПБ) під дією

Отже, на даному етапі ацетил переноситься

від ацетил-КоА на тіолову групу цистеїну

еноїл-АПБ-редуктази і НАДФН+Н+ (шостий із

β -кетоацил-АПБ-синтази. Каталізує цей пере-

шести).

нос перший із шести ферментів синтази жирних

CH3

Еноїл-АПБ-редуктаза

CH3

кислот — ацетилтрансацилаза:

CH

СН2

CH

- НАДФ+

CH

O

Ацил-транс-

O

2

C O

C

O

SKoA + HS1-кетоацил-

ацилаза

C

C

S1–E

- HSKoA

CH3

АПБ-синтаза

CH3

S2-АПБ

S2-АПБ

Ацетил-КоА

Ацетил-фермент

Еноїл-АПБ (кротоніл-АПБ) Ацил-АПБ (бутирил-АПБ)

IX. Нарощування вуглецевого ланцюга вищої

форма ацилів відновлюються за рахунок атомів

жирної кислоти.

Гідрогену НАДФН+Н+, що утворюються у реак-

На даному етапі бутирил перекидається на

ціях пентозофосфатного шляху обміну вуглеводів

SH-групу цистеїну β -кетоацил-синтази, малоніл

(близько 50 %). Частина НАДФН+Н+ утво-

знову переноситься на HS-АПБ, і знову повторю-

рюється в ізоцитратдегідрогеназній реакції, де-

ються реакції конденсації, відновлення, дегідра-

карбоксилюючій малатдегідрогеназній реакції

тації та відновлення.

(перетворення малату на піруват) й ін. Отже, це

X. Взаємодія ацил-АПБ (наприклад пальмітил-

повторюється, доки не утвориться повний вугле-

АПБ) з HSКоА з утворенням пальмітил-КоА.

цевий ланцюг вищої жирної кислоти — такою

CH3

CH3

кислотою є пальмітинова. Подальша елонгація

може відбуватися шляхом використання малоніл-

(CH2)14 + HSKoA

(CH2)14

КоА в ендоплазматичному ретикулумі. У міто-

O

C O

хондріях подальший шлях синтезу вищих жир-

C

S2-АПБ

SKoA

них кислот — нарощування вуглецевого ланцю-

Пальмітил-АПБ

Пальмітил-КоА

га жирних кислот від 12 до 16 атомів Карбону —

відбувається за рахунок не малоніл-КоА, а аце-

Сумарний процес синтезу пальмітил-КоА

тил-КоА. Враховуючи кількість атомів Карбону

в структурі жирної кислоти і залучення мета-

можна представити рівнянням:

болітів для синтезу, можна підрахувати необхід-

Ацетил-КоА + 7Малоніл-КоА + 14НАДН →

ну кількість молекул метаболітів, що використо-

вуються для синтезу.

→ Пальмітил-КоА + 7НSКоА + 7СО2 +

Сумарне рівняння

2

Активна форма жирної кислоти, що утвори-

реакції синтезу ВЖК

лася, — ацил-КоА використовується на біосин-

nАцетил-КоА + (n-1)(АТФ + СО2) +

тез триацилгліцеролів. Ацил-АПБ може піддава-

+ 2(n-1)НАДФН+Н+ → С2n-жирна к-та

тися гідролізу на вільну жирну кислоту і НS-

АПБ. Вільна жирна кислота за участю АТФ і

НSКоА перетворюється на ацил-КоА. У процесі

Синтез вищих жирних кислот схематично по-

синтезу жирних кислот кетоформа і ненасичена

дано на рис. 10.5.

Синтез ненасичених вищих жирних кислот на

випадку гліцерол-3-фосфат утворюється з діоксі-

початкових етапах відбувається аналогічно син-

ацетонфосфату — проміжного продукту гліколі-

тезу насичених вищих жирних кислот, і лише на

тичного розпаду глюкози. Так, при зниженні

заключному етапі насичена жирна кислота пе-

вмісту глюкози в жировій тканині (при голоду-

ретворюється на ненасичену (рис. 10.6).

ванні) утворюється незначна кількість гліцерол-

3-фосфату, вивільнювані в ході ліполізу вільні

жирні кислоти не можуть використовуватися на

ресинтез триацилгліцеролів, тому вони залиша-

Пальмітил-КоА

ють жирову тканину.

+ Малоніл-КоА

2) Фосфорилування гліцеролу до гліцерол-3-

фосфату.

+ НАДФН + Н+

Гліцерол фосфорилується АТФ за участю фер-

менту гліцеролкінази.

Стеарил-КоА

Гліцеролкіназа

CH2

OH

CH2

OH

+ НАДФН + Н+ + О2

CHOH

CHOH

OH

-АДФ

- НАДФ+ - 2Н

O

CH2

OH

CH2

O

P

O

2

OH

Гліцерол

Гліцерол-3-фосфат

При цьому фосфорилуванню може піддавати-

Рис. 10.6. Схема синтезу ненасичених

ся гліцерол, що всмоктався після гідролізу ліпідів

жирних кислот

у кишечнику, і той гліцерол, що утворився в ре-

зультаті ліполізу. Гліцерол-3-фосфат таким шля-

Ацетил-КоА-карбоксилаза є лімітуючим фер-

хом інтенсивно поповнюється в печінці. У жи-

ровій тканині основним шляхом утворення гліце-

ментом біосинтезу вищих жирних кислот, пози-

рол-3-фосфату є відновлення діоксіацетонфосфа-

тивним модулятором якого є цитрат. Нагрома-

ту, тому що в цій тканині дуже слабка активність

дження цитрату в мітохондріях відбувається

ферменту гліцеролкінази і висока — гліцерофос-

внаслідок збільшення вмісту АТФ, який блокує

фатдегідрогенази. Тому основним шляхом синте-

ізоцитратдегідрогеназу, чим сприяє виходу цит-

зу гліцерол-3-фосфату є перший. Гліцерол-3-фос-

рату з мітохондрій у цитоплазму і перетворенню

фат, що утворився, використовується для біосин-

останнього на оксалоацетат та ацетил-КоА,

тезу триацилгліцеролів і фосфоліпідів, однак час-

який у цитоплазмі використовується для біосин-

тина його під впливом ферменту фосфатази гідро-

тетичних процесів (перш за все, синтезу вищих

лізується до гліцеролу і фосфорної кислоти:

жирних кислот і холестеролу). Негативними мо-

дуляторами активності ацетил-КоА-карбоксила-

CH2 OH

Фосфатаза

CH2

OH

зи є кінцеві продукти синтезу, тобто вищі жирні

OH

CHOH

CHOH

кислоти. Активність ацетил-КоА-карбоксилази

- Н3РО4

CH2 O

Р

O

CH2

ОН

знаходиться під гормональним контролем, оскіль-

OH

ки інгібується шляхом фосфорилування за учас-

Гліцерол-3-фосфат

Гліцерол

тю цАМФ-залежних протеїнкіназ, які, у свою

чергу, активуються адреналіном, глюкагоном й

Біосинтез триацилгліцеролів

інгібуються інсуліном. Крім того, синтез фермент-

ного білка ацетил-КоА-карбоксилази збільшу-

Біосинтез триацилгліцеролів перебігає в 3 ета-

ється при надмірному споживанні вуглеводів і

пи (рис. 10.7):

зменшується при голодуванні або споживанні

І етап — взаємодія гліцерол-3-фосфату з 2 мо-

великої кількості ліпідів.

лекулами ацил-КоА з утворенням фосфатидної

кислоти. Каталізує реакцію фермент гліцерол-3-

Утворення гліцерол-3-фосфату

фосфатацилтрансфераза.

ІІ етап — дефосфорилування фосфатидної кис-

Цей процес може відбуватися двома шляхами:

лоти до 1,2-діацилгліцеролу за участю ферменту

1) Відновлення діоксіацетонфосфату до гліце-

фосфатидатфосфатази.

рол-3-фосфату.

III етап — сполучення третьої молекули ацил-

Каталізує реакцію гліцерофосфатдегідрогена-

КоА з 1,2-діацилгліцеролом з утворенням три-

за, коферментом якої є НАД+:

ацилгліцеролу. Каталізує реакцію діацилгліце-

ролацилтрансфераза: