Betydelsen av lipidmetabolism: Reaktioner för enzymatisk hydrolys i glycerol

Betydelsen av lipidmetabolism: Reaktioner för enzymatisk hydrolys i glycerol!

Det första steget i nedbrytningen av fetter är matsmältning, det vill säga enzymatisk hydrolys i glycerol och fettsyror, med lipas som det specifika enzymet.

Glycerol kan sedan fosforyleras med ATP och oxideras till fosfoglyceraldehyd, PGAL.

Denna process kräver en ATP för fosforyleringen men ger 3 ATP i H2-överföring från NAD till O2. PGAL kan därefter delta i den vanliga sekvensen av kolhydratmetabolism via glykolys och Krebs cykel, en process som ger 17 ATP för varje molekyl. Således ger fullständig aerob andning av en molekyl glycerol en total nettovinst på 19 ATP.

Betaoxidation av fettsyror:

Andningsupplösningen av fettsyror är känd som Beta-oxidation som förekommer i fettvävnad och lever. Mekanismen upptäcktes först av Franz Knoop. Vid denna oxidation genomgår andra eller p-kolet av fettsyran oxidativa förändringar vilket resulterar i uppdelning av successiva 2-kolsfragment från en fettsyrakedja tills endast sista 2-kolfragmentet förblir. De enzymer som krävs vid P-oxidation förekommer i mitokondrier.

1. Aktivering av fettsyra:

Initialt är en fettsyramolekyl kopplad terminalt med CoA, ATP som ger den nödvändiga energin.

2. Dehydrogenering av aktiverad syra:

Vid dehydrogenering avlägsnas en H från var och en av a- och p-karbonerna och en omättad dubbelbindning, -CH = CH-, skapas sålunda. Den specifika vätebäraren i denna reaktion är FAD.

3. Hydrering:

Detta löser den omättade dubbelbindningen och producerar en alkoholgrupp på p-kolet.

4. Omvandling av p-hydroxylacylderivat till p-keto-derivat:

Denna reaktion katalyseras av enzymet, p-hydroxylacyldehydrogenas och NAD fungerar som väteacceptorn. Detta är β-oxidation, från vilken hela sekvensen härleder sitt namn.

5. Reaktion av p-keto-acyl CoA med CoA:

Denna reaktion katalyseras av P-keto-acyltiolas och resulterar i bildningen av acetyl-CoA och en aktiverad fettsyra som är kortare med 2 kolatomer än aktiveringskomplexet bildat i reaktion 1 vid början av hela sekvensen. Det kortare komplexet kan nu P-oxideras i sin tur och följaktligen kan konsekutiva acetyl-CoA-molekyler avskuras.

Acetyl-CoA producerat vid nedbrytning av fettsyror kan därefter oxideras till C02 och H20 med hjälp av Krebs cykel.

Energianvändning under betoxidation:

Vid β-oxidation ger överföringen av H2 från FAD till O2 2ATP (inte 3, då NAD-steget omges) och analog överföring från NAD ger 3 ATP. Därför erhålles en ökning av 5 ATP per molekyl bildad acetyl CoA. Om vi ​​till exempel antar stearinsyra (C ₁₈ ) som själva startbränslet, kan p-oxidation av denna fettsyra uppträda successivt åtta gånger, vilket ger acetyl CoA varje gång och lämnar en nionde acetyl CoA som återstående.

Vid 5 ATP per p-oxidation är utbytet därför 5 x 8 = 40 ATP, minus 1 ATP tillbringad för den ursprungliga aktiveringen av den fria stearinsyramolekylen. Därför ger en C18-fettsyra ett netto av 39 ATP-molekyler och 9 Acetyl CoA. Den senare genererar 9 × 12 eller 108 ATP-molekyler i Krebs cykel, så att den totala energin som erhålls från fullständig andning av stearinsyra är 147 ATP-molekyler.

I jämförelse med 38 ATP som erhållits med en glukosmolekyl, (C6) ger stearinsyra (C18) 147 ATP-molekyler. Således är fettsyror uppenbarligen en rikare källa till användbar energi än motsvarande mängder kolhydrater. Detta är anledningen till att fetter är de föredragna djurförvaringsföda och varför djurmetabolism är mycket fettorienterad.

œ-Oxidation av fettsyror:

Oxidation av långkedjiga fettsyror till a-hydroxisyror med ett kol mindre än det ursprungliga substratet har påvisats i mikrosomerna i hjärnan och andra vävnader och i växter. A- Hydroxid långkedjiga fettsyror utgörs av hjärnlipider. Dessa hydroxifettsyror kan omvandlas till a-keto-syrorna, följt av oxidativ dekarboxylering, vilket resulterar i bildning av långkedjiga fettsyror med ett udda antal kolatomer.

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

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

Det initiala a-hydroxyleringssteget katalyseras av en monooxygenas som kräver 0 ₂, Fe ²⁺ och antingen askorbinsyra eller en tetrahydropteridin. Omvandling av a-hydroxisyran till en enzymbunden a-keto-syra katalyseras av ett NAD-specifikt dehydrogenas. Den slutliga dekarboxyleringen innefattar NAD, ATP och askorbinsyra.

ɯ-oxidation av fettsyror:

Fettsyror med medelkedjelängd och i mindre utsträckning långkedjiga fettsyror kan initialt genomgå ɯ-oxidation till ɯ-hydroxifettsyror som därefter omvandlas till ɯ-dikarboxylsyror. Detta har observerats med enzymer i levermikrosomer och med lösliga enzympreparat från bakterier.

I lever katalyseras den ursprungliga reaktionen av en monooxygenas, som kräver O ₂, NADPH ₂ och cytokrom P ₄₅₀ . Ferrodoxin ersätter den sista föreningen i mikrober. När en gång bildats kan dikarboxylsyran förkortas från vardera änden av molekylen genom p-oxidationssekvensen.

Effektivitet av fettrespiration:

Bortsett från den högre energiinnehållet i fetter är effektiviteten hos fet andning likväl ungefär lika med kolhydrater, det vill säga cirka 40 procent.

Biosyntes av fettsyror och fetter:

De flesta levande organismer, inklusive människan, kan syntetisera nästan alla sina fettsyror från icke-lipidämnen. Byggmaterialet är acetyl CoA. Eftersom kolhydrater och proteiner kan nedbrytas metaboliskt till acetyl CoA, kan de tydligt ge precursorerna för bildning av fettsyror.

Syntesen äger rum i endoplasmatisk retikulum och cytoplasma, och innefattar väsentligen sammansättning av acetyl CoA-enheter för att bilda långa kol-kedjemolekyler med frigöring av koenzym.

Ett antal olika enzymer samt ATP, NADPH, koenzym A, vitaminbiotinet och vitamin B ₁₂ är nödvändiga vid syntes av fettsyror från acetyl CoA. De så bildade fettsyrorna reagerar med glycerolfosfat, som bildas genom reduktion av dihydroxiacetonfosfat eller direkt fosforylering av glycerol med ATP i närvaro av glycerokinas.

Omvandling av fett till kolhydrat-glyoxylatcykeln:

Även om det är en vanlig observation att kolhydrater lätt omvandlas till fetter i djurvävnader, finns det inget bevis på att det omvända, det vill säga omvandlingen av fett till kolhydrater, inträffar. I växtvävnader omvandlas emellertid fettinnehållande frön snabbt till fettsyror till sackaros vid spiring.

Till sist var mekanismen för omvandling av fett till kolhydrater inte känd. Harry Beevers i slutet av 50-talet och början av 60-talet upptäckte att omvandlingen av fetter till socker inträffade genom glyoxylatcykeln. Cykeln hade först rapporterats av HL Kornberg och Krebs i vissa mikroorganismer som levde i ett medium innehållande acetat som den enda källan av kol.

Dessa mikroorganismer uppfyllde allt sitt energibehov från nedbrytning av acetat till CO och vatten via acetyl CoA och använd acetyl CoA för att bygga sockerarter och andra cellulära material.

Glyoxylatcykeln är i huvudsak en bypass från Krebs cykel. Denna vägen underlättas faktiskt av enzymerna i Krebs cykel, men två enzymer, isokitratas och malatsyntetas är helt siffror i denna väg.

Cykeln går igenom 5 steg och av dessa tre är Krebs cykelreaktioner.

Reaktion 1:

(Krebs cykelreaktion). Acetyl CoA erhållet från fettfördelning går in i Krebs cykel genom att reagera med oxaloättiksyra för att bilda citronsyra. Citratsystetas påverkar denna reaktion.

Reaktion 2:

(Krebs cykelreaktion) Citronsyra är isomeriserad till isocitrisk syra med akonitisk dehydratas med cis-akonitsyra som en mellanprodukt.

Reaktion 3:

(Glyoxylatcykelreaktion) Isocitrinsyra klyvs för att bilda bärnstenssyra och glyoxylsyra genom mediering av isokratisktas.

Isocitrinsyra → Isocitatas, Glyoxylsyra + Succinsyra

Reaktion 4:

(Glyoxylatcykelreaktion). Glyoxylsyra kombinerar med ett annat acetyl CoA och bildar äppelsyra med enzymet malinsyntetas.

Reaktion 5:

(Krebs cykelreaktion) Malinsyra omvandlas till oxaloättiksyra genom malik dehydrogenas.

Oxaloättiksyra, som användes i reaktion 1 för att initiera cykeln, returneras här, i reaktion 5. Således omvandlas två acetyl CoA-molekyler till en vändning av denna cykel till en dikarboxylsyra, såsom bärnstenssyra. Succinsyra har en nyckelposition eftersom den kan användas för att producera porfyriner, amider, pyrimidiner och viktigast av sockerarter.

När den används för att producera socker omvandlas bärnstenssyra först till oxaloättiksyra genom Krebs-cykelreaktion. Oxaloättiksyra avkolariseras sedan till fosfoenolpyruvat (PPP), en intermediär med glykolys. Med PEP som utgångspunkt genom reversering av glykolytisk väg syntetiserar cellerna sackaros.

Glyoxylatcykeln ligger i mitokondrier av celler som har mycket lite fett. Men i oljeväxter som castor upptäckte Beevers glyoxysomer, speciella organeller som fungerar som säte för cykeln. Djur har inte denna väg. Det är därför de är fullständigt oförmögna för att omvandla fettkolhydrat. Å andra sidan har mikroorganismerna som lever på acetat denna cykel som enda mekanism för generering av sockerarter.