Betydningen af ​​lipidmetabolisme: Reaktioner for enzymatisk hydrolyse ind i glycerol

Betydningen af ​​lipidmetabolisme: Reaktioner for enzymatisk hydrolyse i glycerol!

Det første trin i nedbrydning af fedtstoffer er fordøjelse, det vil sige enzymatisk hydrolyse i glycerol og fedtsyrer, med lipase som det specifikke enzym.

Glycerol kan derefter phosphoryleres ved ATP og oxideres til phosphoglyceraldehyd, PGAL.

Denne proces kræver en ATP til phosphoryleringen, men giver 3 ATP i H2-overførsel fra NAD til O2. PGAL kan efterfølgende deltage i den sædvanlige rækkefølge af carbohydratmetabolisme via glycolyse og Krebs cyklus, en proces, som giver 17 ATP for hvert enkelt molekyle. Således giver fuldstændig aerob respiration af et molekyle glycerol en total nettovinst på 19 ATP.

Beta Oxidation af fedtsyrer:

Den respiratoriske nedbrydning af fedtsyrer er kendt som beta-oxidation, som forekommer i fedtvæv og lever. Mekanismen blev først opdaget af Franz Knoop. Ved denne oxidation gennemgår den anden eller p-carbon af fedtsyren oxidative ændringer, hvilket resulterer i opsplitning af successive 2-carbonfragmenter fra en fedtsyrekæde, indtil kun det sidste 2-carbonfragment forbliver. De enzymer, der kræves ved P-oxidation, forekommer i mitokondrier.

1. Aktivering af fedtsyre:

I første omgang er et fedtsyremolekyle koblet terminalt med CoA, ATP tilvejebringer den nødvendige energi.

2. Dehydrogenering af Aktiveret syre:

Ved dehydrogenering fjernes en H fra hver af a- og p-carbonerne, og der dannes således en umættet dobbeltbinding, -CH = CH-. Den specifikke hydrogenbærer i denne reaktion er FAD.

3. Hydrering:

Dette løser den umættede dobbeltbinding og producerer en alkoholgruppe på p-carbon.

4. Omdannelse af p-hydroxylacylderivat til p-keto-derivat:

Denne reaktion katalyseres af enzymet, p-hydroxylacyl-dehydrogenase, og NAD virker som hydrogenacceptor. Dette er β-oxidation, hvorfra hele sekvensen henter sit navn.

5. Reaktion af β-keto-acyl CoA med CoA:

Denne reaktion katalyseres af P-ketoacylthiolase og resulterer i dannelsen af ​​acetyl-CoA og en aktiveret fedtsyre, der er kortere med 2 carbonatomer end aktiveringskomplekset dannet i reaktion 1 ved starten af ​​hele sekvensen. Det kortere kompleks kan nu P-oxideres i sin egen tur, og på hinanden følgende acetyl-CoA-molekyler kan således skæres af.

Acetyl-CoA produceret i nedbrydning af fedtsyrer kan efterfølgende oxideres til C02 og H20 ved hjælp af Krebs cyklus.

Energiudbytte under beta-oxidation:

Ved β-oxidation giver overførslen af ​​H2 fra FAD til O2 2ATP (ikke 3, da NAD-trinet er omgået) og analog overførsel fra NAD giver 3 ATP. Der er således en gevinst på 5 ATP pr. Molekyle af acetyl CoA dannet. Hvis vi for eksempel antager stearinsyre (C ₁₈ ) som det egentlige startbrændstof, kan p-oxidation af denne fedtsyre forekomme successivt otte gange, hvilket giver acetyl CoA hver gang og efterlader et niende acetyl CoA som resten.

Ved 5 ATP pr. P-oxidation er udbyttet derfor 5 x 8 = 40 ATP, minus 1 ATP brugt til den oprindelige aktivering af det frie stearinsyremolekyle. Derfor giver en C18 fedtsyre et netto på 39 ATP molekyler og 9 Acetyl CoA. Sidstnævnte genererer 9 × 12 eller 108 ATP molekyler i Krebs cyklus, således at den samlede energi opnået fra den fuldstændige respiration af stearinsyre er 147 ATP molekyler.

I sammenligning med 38 ATP frembragt af et glukosemolekyle, (C6) giver stearinsyre (C18) 147 ATP molekyler. Således er fedtsyrer tydeligvis en rigere kilde til brugbar energi end de tilsvarende mængder kulhydrater. Dette er grunden til, at fedtstoffer er de foretrukne dyreoplagringsfødevarer, og hvorfor animalsk metabolisme er meget fedtorienteret.

œ-oxidation af fedtsyrer:

Oxidation af langkædede fedtsyrer til a-hydroxysyrer med et carbon mindre end det oprindelige substrat er blevet påvist i mikrosomerne af hjernen og andre væv og i planter, a- Hydroxy langkædede fedtsyrer er bestanddele af hjerne lipider. Disse hydroxyfedtsyrer kan omdannes til a-keto syrer efterfulgt af oxidativ decarboxylering, hvilket resulterer i dannelsen af ​​langkædede fedtsyrer med et ulige antal carbonatomer.

RCH2-CH2-CH2-COOH-> RCH2-CH2-CHOH-COOH →

RCH2-CH2-CO-COOH-> RCH2-CH2COOH + CO2

Det oprindelige a-hydroxyleringstrin katalyseres af en monooxygenase, der kræver 0 ₂, Fe ²⁺ og enten ascorbinsyre eller en tetrahydropteridin. Omdannelse af a-hydroxysyren til en enzymbundet a-keto-syre katalyseres af en NAD-specifik dehydrogenase. Den endelige decarboxylering involverer NAD, ATP og ascorbinsyre.

ɯ-oxidation af fedtsyrer:

Fedtsyrer med gennemsnitlig kædelængde og i mindre grad langkædede fedtsyrer kan i første omgang gennemgå ɯ-oxidation til ɯ-hydroxy fedtsyrer, der efterfølgende omdannes til ɯ-dicarboxylsyrer. Dette er blevet observeret med enzymer i levermikrosomer og med opløselige enzympræparater fra bakterier.

I lever katalyseres den første reaktion af en monooxygenase, der kræver O2, NADPH2 og cytochrom P ₄₅₀ . Ferrodoxin erstatter den sidste forbindelse i mikrober. Efter dannelse kan dicarboxylsyren forkortes fra begge ender af molekylet ved hjælp af β-oxidationssekvensen.

Effektivitet af fedtrespiration:

Bortset fra det højere energiindhold i fedtstoffer er effektiviteten af ​​fedtsandning alligevel stort set den samme som for kulhydrater, det vil sige omkring 40 procent.

Biosyntese af fedtsyrer og fedtstoffer:

De fleste levende organismer, herunder mennesker, er i stand til at syntetisere næsten alle deres fedtsyrer fra ikke-lipidstoffer. Byggematerialet er acetyl CoA. Da kulhydrater og proteiner kan nedbrydes metabolisk til acetyl CoA, kan de tydeligt tilvejebringe forstadierne til dannelse af fedtsyrer.

Syntesen finder sted i det endoplasmatiske retikulum og cytoplasma og involverer i det væsentlige sammenføjning af acetyl CoA-enheder til dannelse af lange carbonkæde-molekyler med frigørelse af coenzym.

En række forskellige enzymer såvel som ATP, NADPH, coenzym A, vitaminbiotin og vitamin B ₁₂ er nødvendige i syntese af fedtsyrer fra acetyl CoA. De således dannede fedtsyrer reagerer med glycerolphosphat, som dannes ved reduktion af dihydroxyacetonphosphat eller direkte phosphorylering af glycerol med ATP i nærværelse af glycerokinase.

Omdannelse af fedt til carbohydrat-glyoxylatcyklussen:

Selvom det er en fælles bemærkning, at kulhydrater nemt omdannes til fedtstoffer i dyrevæv, er der intet bevis for, at omvendt, nemlig omdannelse af fedt til kulhydrater, forekommer. I plantevæv omdanner fedtindholdet hurtigt fedtindskud til saccharose ved spiring.

Indtil nylig var mekanismen for omdannelse af fedt til kulhydrater ikke kendt. Harry Beevers i slutningen af ​​50'erne og begyndelsen af ​​60'erne opdagede, at omdannelsen af ​​fedt til sukker opstod gennem glyoxylatcyklus. Cyklusen var først blevet rapporteret af HL Kornberg og Krebs i visse mikroorganismer, der levede i et medium indeholdende acetat som den eneste kilde til kulstof.

Disse mikroorganismer opfyldte al deres energibehov fra nedbrydning af acetat til CO og vand via acetyl CoA og bruger acetyl CoA til at opbygge sukker og andre cellulære materialer.

Glyoxylatcyklus er i det væsentlige et bypass fra Krebs cyklus. Denne vej er faktisk letteret af enzymerne i Krebs cyklus, selvom to enzymer, isocitratase og malatsyntetase helt figurerer i denne vej.

Cyklusen går gennem 5 trin, og af disse tre er Krebs cykelreaktioner.

Reaktion 1:

(Krebs cyklereaktion). Acetyl CoA opnået ved fedtopdeling indgår Krebs cyklus ved at reagere med oxaloeddikesyre for at danne citronsyre. Citrat sysnethetase påvirker denne reaktion.

Reaktion 2:

(Krebs cykelreaktion) Citronsyre er isomeriseret til isocitrisk syre ved aconitisk dehydratase med cis-aconitsyre som et mellemprodukt.

Reaktion 3:

(Glyoxylatcyklusreaktion) Isocitrinsyre spaltes for at danne ravsyre og glyoxylsyre gennem mediation af isocitratase.

Isocitrinsyre → Isocitatase, Glyoxylsyre + Succinsyre

Reaktion 4:

(Glyoxylatcyklusreaktion). Glyoxylsyre kombinerer med et andet acetyl CoA og danner æblesyre med enzymet æblesyntetase.

Reaktion 5:

(Krebs cyklereaktion) Malinsyre omdannes til oxaloeddikesyre via æblesyre dehydrogenase.

Oxaloeddikesyre, der anvendes i reaktion 1 til at initiere cyklussen, returneres her i reaktion 5. Således for en omgang af denne cyklus omdannes to acetyl CoA-molekyler til en dicarboxylsyre, som ravsyre. Succinsyre indtager en nøgleposition, fordi den kunne anvendes til fremstilling af porfyriner, amider, pyrimidiner og vigtigst sukkerarter.

Når det bruges til at producere sukker, omdannes bärnstensyre først til oxaloeddikesyre ved Krebs-cyklereaktion. Oxaloeddikesyren dekarboxyleres derefter til phosphoenolpyruvat (PPP), et mellemprodukt med glycolyse. Med PEP som udgangspunkt ved reversering af glycolytisk vej syntetiseres cellerne saccharose.

Glyoxylatcyklus er placeret i mitokondrier af celler, der har meget lidt fedt. Men i oliefrø som ricinus opdagede Beevers glyoxysomer, særlige organeller, der tjener som cyklus sæde. Dyr besidder ikke denne vej. Det er derfor; de er fuldstændig ude af stand til at omdanne fedt-kulhydrat. På den anden side har mikroorganismerne, som lever på acetat, denne cyklus som eneste mekanisme til generering af sukkerarter.