Lipaze tkiva postepeno razgrađuju triacilglicerole.

Ključni enzim lipolize je hormonski zavisna TAG lipaza. Glicerol i masne kiseline nastale u ovoj fazi razgradnje masti oksidiraju se u tkivima kako bi proizveli energiju.

Postoji nekoliko opcija za oksidaciju masnih kiselina: α - oksidacija, β - oksidacija, ω - oksidacija. Glavni način oksidacije masnih kiselina je β-oksidacija. Najaktivnije se javlja u masnom tkivu, jetri, bubrezima i srčanom mišiću.

Β - oksidacija sastoji se u postepenom cijepanju dva atoma ugljika iz masne kiseline u obliku acetil-CoA, oslobađajući energiju. Opskrba masnim kiselinama koncentrirana je u citosolu, gdje dolazi do aktivacije masnih kiselina sa stvaranjem acil-CoA

Energetska efikasnost beta oksidacije masnih kiselina sastoji se od energije acetil-CoA oksidacije u Krebsovom ciklusu i energije oslobođene u samom beta ciklusu. Što je duži lanac ugljika, to je veća energija oksidacije masne kiseline. Broj molekula acetil-CoA iz date masne kiseline i broj ATP molekula nastalih od njih određuju se formulama:

n=N/2, gdje je n broj molekula acetil-CoA, N je broj atoma ugljika u masnoj kiselini.

Broj ATP molekula zbog oksidacije acetil-CoA molekula = (N/2)*12

Broj β - oksidacijskih ciklusa je za jedan manji od broja formiranih molekula acetil-CoA, jer se u posljednjem ciklusu maslačna kiselina u jednom ciklusu pretvara u dva acetil-CoA molekula, a izračunava se po formuli

Broj β - ciklusa = (N/2)-1

Broj ATP molekula u β ciklusu izračunava se na osnovu naknadne oksidacije NADH 2 (3 ATP) i FADH 2 (2 ATP) formiranih u njemu prema formuli

Broj ATP molekula proizvedenih u beta ciklusima = ((N/2)-1)*5

2 makroergijske veze ATP-a troše se na aktivaciju masnih kiselina

Formula sažetka za izračunavanje prinosa ATP-a tokom oksidacije zasićene masne kiseline je: 17(N/2)-7.

Kada se oksidiraju masne kiseline s neparnim brojem atoma ugljika, nastaje sukcinil-CoA, koji ulazi u Krebsov ciklus.

Oksidacija nezasićenih masnih kiselina u početnim fazama predstavlja običnu beta oksidaciju do mjesta dvostruke veze. Ako je ova dvostruka veza u beta poziciji, tada se oksidacija masne kiseline nastavlja od druge faze (zaobilazeći fazu redukcije FAD→FADN 2). Ako dvostruka veza nije u beta položaju, onda se veza pomiče u beta poziciju enzimima enoiltransferaze. Dakle, prilikom oksidacije nezasićenih masnih kiselina nastaje manje energije prema formuli (gubi se stvaranje FADH2):

7(N/2)-7-2m, gdje je m broj dvostrukih veza.

Kao što je već navedeno, životinjsko tijelo dobiva značajan dio energije ekstrahovane tokom procesa oksidacije iz masnih kiselina, koje se razgrađuju oksidacijom na β-ugljičnom atomu.

β-oksidaciju masnih kiselina prvi je proučavao F. Knoop 1900. godine. Kasnije je otkriveno da se β-oksidacija događa samo u mitohondrijima. Zahvaljujući radu F. Linena i njegovih kolega (1954-1958), razjašnjeni su glavni enzimski procesi oksidacije masnih kiselina. U čast naučnika koji su otkrili ovaj put oksidacije masnih kiselina, proces β-oksidacije naziva se Knoop-Linen ciklus.

β-oksidacija- specifičan put katabolizma masnih kiselina, u kojem se 2 atoma ugljika uzastopno odvajaju od karboksilnog kraja masne kiseline u obliku acetil-CoA. Metabolički put - β-oksidacija - nazvan je tako jer se reakcije oksidacije masnih kiselina odvijaju na atomu β-ugljika. Reakcije β-oksidacije i naknadne oksidacije acetil-CoA u TCA ciklusu (ciklus trikarboksilne kiseline) služe kao jedan od glavnih izvora energije za sintezu ATP-a kroz mehanizam oksidativne fosforilacije. β-oksidacija masnih kiselina se dešava samo u aerobnim uslovima.

Sve višestepene reakcije oksidacije ubrzavaju se specifičnim enzimima. β-oksidacija viših masnih kiselina je univerzalni biohemijski proces koji se odvija u svim živim organizmima. Kod sisara se ovaj proces javlja u mnogim tkivima, a posebno u jetri, bubrezima i srcu. Oksidacija masnih kiselina događa se u mitohondrijima. Nezasićene više masne kiseline (oleinska, linolna, linolenska, itd.) se preliminarno redukuju u zasićene kiseline.

Prodoru masnih kiselina u mitohondrijski matriks prethodi njihov aktivacija formiranjem veze sa koenzim A(HS~CoA), koji sadrži vezu visoke energije. Ovo poslednje očigledno doprinosi glatkijem toku oksidacionih reakcija nastalog jedinjenja, tzv. acil koenzim A(acil-CoA).

Interakcija viših masnih kiselina sa CoA ubrzava se specifičnim ligazama - acil-CoA sintetaze tri vrste, specifične za kiseline sa kratkim, srednjim i dugim ugljovodoničnim radikalima. Lokalizirani su u membranama endoplazmatskog retikuluma i u vanjskoj membrani mitohondrija. Čini se da su sve acil-CoA sintetaze multimeri; Dakle, enzim iz mikrosoma jetre ima molekulsku težinu od 168 kDa i sastoji se od 6 identičnih podjedinica. Reakcija aktivacije masnih kiselina odvija se u 2 faze:

a) prvo, masna kiselina reaguje sa ATP-om da nastane aciladenilat:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) tada dolazi do stvaranja aktiviranog oblika acil-CoA:

RCO~AMF + NS~KoA → RCO~SKOA + AMF

Pirofosfat (PP) se brzo hidrolizira pirofosfatazom, zbog čega je cijela reakcija ireverzibilna: PP + H 2 O → 2P

Sumarna jednačina:

RCOOH + ATP+ HS~CoA→ RCO~SKOA + AMF + 2P

Masne kiseline kratke i srednje dužine lanca (od 4 do 12 atoma ugljika) mogu difuzijom prodrijeti u mitohondrijski matriks, gdje dolazi do njihove aktivacije. Dugolančane masne kiseline, koje prevladavaju u ljudskom tijelu (12 do 20 atoma ugljika), aktiviraju se acil-CoA sintetazama koje se nalaze na vanjskoj membrani mitohondrija.

Unutrašnja mitohondrijalna membrana je nepropusna za dugolančane acil-CoAs formirane u citoplazmi. Služi kao nosač aktiviranih masnih kiselina karnitin (vitamin B t), koji dolazi iz hrane ili se sintetizira iz esencijalnih aminokiselina lizina i metionina.

Vanjska membrana mitohondrija sadrži enzim karnitin aciltransferaza I(karnitin palmitoiltransferaza I), katalizujući reakciju sa stvaranjem acilkarnitina:

RCO~SKOA + H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH ↔ H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH + HS~KoA

Acil-CoA karnitin (Bt) Acilkarnitin koenzim A

Ovaj enzim je regulatorni, on reguliše brzinu ulaska acilnih grupa u mitohondrije, a samim tim i brzinu oksidacije masnih kiselina.

Nastali acilkarnitin prolazi kroz intermembranski prostor na vanjsku stranu unutrašnje membrane i transportuje se karnitin acilkarnitin translokazom do unutrašnje površine unutrašnje mitohondrijalne membrane, gdje se enzim karnitin aciltransferaza II katalizira prijenos acila u intramitohondrijsku CoA, odnosno obrnutu reakciju (slika 9).

Fig.9. Prijenos masnih kiselina s dugim ugljovodoničnim radikalima preko mitohondrijalnih membrana

Tako, acil-CoA postaje dostupan β-oksidacijskim enzimima. Slobodni karnitin se vraća na citosolnu stranu unutrašnje mitohondrijalne membrane istom translokazom. Nakon toga, acil-CoA se uključuje u reakcije β-oksidacije.

U mitohondrijskom matriksu dolazi do katabolizma (razgradnje) acil-CoA kao rezultat ponavljajućeg niza četiri reakcije.

1) Prva reakcija u svakom ciklusu je njegova oksidacija enzimom acil-CoA dehidrogenaza, čiji je koenzim FAD. Dehidrogenacija se događa između β i α atoma ugljika, što rezultira stvaranjem dvostruke veze u ugljičnom lancu, a proizvod ove reakcije je enoil-CoA:

R-CH 2 -CH 2 CO~SKOA + FAD → R-CH=CHCO~SKOA + FADN 2

Acyl-CoA Enoil-CoA

2) U drugom koraku ciklusa oksidacije masnih kiselina, enoil-CoA dvostruka veza se hidratizira, što rezultira stvaranjem β-hidroksiacil-CoA. Reakciju katalizira enzim enoil-CoA hidrataze:

R-CH=CHCO~SKOA +H 2 O → R-CH-CH 2 CO~SKOA

Enoil-CoA β-hidroksiacil-CoA

3) U trećoj fazi ciklusa, β-hidroksiacil-CoA prolazi kroz dehidrogenaciju (druga oksidacija) uz učešće enzima β-hidroksiacil-CoA dehidrogenaza, čiji je koenzim NAD +. Produkt ove reakcije je β-ketoacil-CoA:

R-CH-CH 2 CO~SKOA + NAD + → R-COCH 2 CO~SKOA + NADH + H +

β-hidroksiacil-CoA β-ketoacil-CoA

4) Konačnu reakciju ciklusa oksidacije masnih kiselina katalizira acetil-CoA aciltransferaza (tiolaza). U ovoj fazi, β-ketoacil-CoA reaguje sa slobodnim CoA i cijepa se da formira, prvo, fragment od dva ugljika koji sadrži dva terminalna atoma ugljika matične masne kiseline u obliku acetil-CoA, i drugo, CoA ester masne kiseline, sada skraćen za dva atoma ugljika. Po analogiji sa hidrolizom, ova reakcija se zove tioliza:

R-COCH 2 CO~SKOA + HS~KoA → CH 3 CO~SKOA + R 1 CO~SKOA

β-ketoacil-CoA Acetil-CoA Acyl-CoA,

skraćeno za

2 atoma ugljika

Skraćeni acil-CoA zatim prolazi kroz sljedeći ciklus oksidacije, počevši od reakcije katalizirane acil-CoA dehidrogenazom (oksidacija), nakon čega slijedi reakcija hidratacije, druga reakcija oksidacije, reakcija tiolaze, odnosno ovaj proces se ponavlja mnogo puta (Sl. 10).

β-oksidacija viših masnih kiselina se dešava u mitohondrijima. U njima su lokalizirani i enzimi respiratornog ciklusa koji dovode do prijenosa atoma vodika i elektrona na kisik u uvjetima oksidativne fosforilacije ADP-a, pa je β-oksidacija viših masnih kiselina izvor energije za sintezu ATP-a.

Slika 10. Oksidacija masnih kiselina

Konačni proizvod β-oksidacije viših masnih kiselina sa paran broj atoma ugljika je acetil-CoA, A sa odd- propionil-CoA.

Ako acetil-CoA akumulirane u organizmu, tada bi se rezerve HS~KoA ubrzo iscrpile, a oksidacija viših masnih kiselina bi prestala. Ali to se ne događa, jer se CoA brzo oslobađa iz acetil-CoA. Brojni procesi dovode do toga: acetil-CoA je uključen u ciklus trikarboksilnih i dikarboksilnih kiselina ili glioksilni ciklus, koji mu je vrlo blizak, ili se acetil-CoA koristi za sintezu sterola i spojeva koji sadrže izoprenoidne grupe, itd.

propionil-CoA, koji je krajnji proizvod β-oksidacije viših masnih kiselina sa neparnim brojem atoma ugljika, pretvara se u sukcinil-CoA, koji se koristi kroz ciklus trikarboksilnih i dikarboksilnih kiselina.

Otprilike polovina masnih kiselina u ljudskom tijelu nezasićeni .

β-oksidacija ovih kiselina se odvija na uobičajen način sve dok se dvostruka veza ne pojavi između trećeg i četvrtog atoma ugljika. Zatim enzim enoil-CoA izomeraza pomiče dvostruku vezu sa položaja 3-4 na poziciju 2-3 i mijenja cis dvostruku vezu u trans konformaciju, koja je potrebna za β-oksidaciju. U ovom ciklusu β-oksidacije ne dolazi do prve reakcije dehidrogenacije, jer je dvostruka veza u radikalu masne kiseline već prisutna. Nadalje, ciklusi β-oksidacije se nastavljaju, ne razlikuju se od uobičajenog puta. Glavni putevi metabolizma masnih kiselina prikazani su na slici 11.

Slika 11. Glavni putevi metabolizma masnih kiselina

Nedavno je otkriveno da je pored β-oksidacije, glavni put katabolizma masnih kiselina, moždano tkivo α-oksidacija masnih kiselina sa brojem atoma ugljika (C 13 -C 18), odnosno sekvencijalnom eliminacijom jednougljičnih fragmenata sa karboksilnog kraja molekula.

Ova vrsta oksidacije je najčešća u biljnim tkivima, ali se može javiti iu nekim životinjskim tkivima. α-Oksidacija je ciklične prirode, a ciklus se sastoji od dvije reakcije.

Prva reakcija se sastoji od oksidacije masne kiseline vodikovim peroksidom u odgovarajući aldehid i CO 2 uz učešće specifičnog peroksidaze:

Kao rezultat ove reakcije, ugljikovodični lanac se skraćuje za jedan atom ugljika.

Suština druge reakcije je hidratacija i oksidacija nastalog aldehida u odgovarajuću karboksilnu kiselinu pod uticajem aldehid dehidrogenaza koji sadrže oksidirani oblik koenzima NAD:

Ciklus α-oksidacije se zatim ponovo ponavlja. U poređenju sa β-oksidacijom, ova vrsta oksidacije je energetski nepovoljnija.

ω-Oksidacija masnih kiselina. U jetri životinja i nekih mikroorganizama postoji enzimski sistem koji obezbeđuje ω-oksidaciju masnih kiselina, odnosno oksidaciju na terminalnoj CH 3 grupi, označenoj slovom ω. Prvo pod uticajem monooksigenaze hidroksilacija se događa da nastane ω-hidroksi kiselina:

ω-hidroksi kiselina se zatim oksidira u ω-dikarboksilnu kiselinu djelovanjem odgovarajućeg dehidrogenaze:

Tako dobivena ω-dikarboksilna kiselina se skraćuje na oba kraja reakcijama β-oksidacije.

javlja se u jetri, bubrezima, skeletnim i srčanim mišićima i masnom tkivu. U moždanom tkivu, stopa oksidacije masnih kiselina je vrlo niska; Glavni izvor energije u moždanom tkivu je glukoza.

oksidacija molekula masne kiseline u tjelesnim tkivima odvija se u β-položaju. Kao rezultat, fragmenti sa dva ugljika se sekvencijalno odvajaju od molekula masne kiseline na strani karboksilne grupe.

Masne kiseline, koje su dio prirodnih masti životinja i biljaka, imaju paran broj atoma ugljika. Svaka takva kiselina iz koje je eliminisan par ugljikovih atoma na kraju prolazi kroz fazu maslačne kiseline. Nakon još jedne β-oksidacije, maslačna kiselina postaje acetosirćetna kiselina. Potonji se zatim hidrolizira u dva molekula sirćetne kiseline.

Dostava masnih kiselina do mjesta njihove oksidacije - do mitohondrija - odvija se na složen način: uz učešće albumina, masna kiselina se transportuje u ćeliju; uz učešće posebnih proteina (fatty acid binding proteins, FABP) – transport unutar citosola; uz učešće karnitina - transport masnih kiselina iz citosola u mitohondrije.

Proces oksidacije masnih kiselina sastoji se od sljedećih glavnih faza.

Aktivacijamasne kiseline. Slobodna masna kiselina, bez obzira na dužinu lanca ugljikovodika, je metabolički inertna i ne može se podvrgnuti bilo kakvim biohemijskim transformacijama, uključujući oksidaciju, sve dok se ne aktivira. Aktivacija masne kiseline nastaje na vanjskoj površini mitohondrijalne membrane uz učešće ATP-a, koenzima A (HS-KoA) i jona Mg 2+. Reakciju katalizira enzim acil-CoA sintetaza:

Kao rezultat reakcije nastaje acil-CoA, koji je aktivni oblik masne kiseline.

Smatra se da se aktivacija masne kiseline odvija u 2 faze. Prvo, masna kiselina reaguje sa ATP-om i formira aciladenilat, koji je estar masne kiseline i AMP. Zatim, sulfhidrilna grupa CoA djeluje na aciladenilat koji je čvrsto vezan za enzim i formira acil-CoA i AMP.

Transportmasne kiselineunutra mitohondrije. Koenzimski oblik masne kiseline, baš kao i slobodne masne kiseline, nema sposobnost prodiranja u mitohondrije, gdje, zapravo, dolazi do njihove oksidacije. Karnitin služi kao nosač aktiviranih dugolančanih masnih kiselina kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu. Acilna grupa se prenosi sa atoma sumpora u CoA na hidroksilnu grupu karnitina da bi se formirao acilkarnitin, koji difunduje kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu:

Reakcija se odvija uz sudjelovanje specifičnog citoplazmatskog enzima, karnitin aciltransferaze. Već na strani membrane koja je okrenuta prema matriksu, acilna grupa se prenosi nazad na CoA, što je termodinamički povoljno, budući da O-acilna veza u karnitinu ima visok potencijal za prijenos grupe. Drugim riječima, nakon što acilkarnitin prođe kroz mitohondrijsku membranu, dolazi do obrnute reakcije - cijepanje acilkarnitina uz sudjelovanje HS-CoA i mitohondrijalne karnitin aciltransferaze:

Intramitohondrijskioksidacije masnih kiselina. Proces oksidacije masnih kiselina u ćelijskim mitohondrijama uključuje nekoliko uzastopnih enzimskih reakcija.

Prva faza dehidrogenacije. Acyl-CoA u mitohondrijima prvo prolazi kroz enzimsku dehidrogenaciju, a acil-CoA gubi 2 atoma vodika u α- i β-položajima, pretvarajući se u CoA ester nezasićene kiseline. Dakle, prva reakcija u svakom ciklusu razgradnje acil-CoA je njegova oksidacija pomoću acil-CoA dehidrogenaze, što dovodi do stvaranja enoil-CoA s dvostrukom vezom između C-2 i C-3:

Postoji nekoliko acil-CoA dehidrogenaza koje sadrže FAD, od kojih svaka ima specifičnost za acil-CoA određene dužine ugljičnog lanca.

Stagehidratacija. Nezasićeni acil-CoA (enoil-CoA), uz učešće enzima enoil-CoA hidrataze, vezuje molekul vode. Kao rezultat, nastaje β-hidroksiacil-CoA (ili 3-hidroksiacil-CoA):

Imajte na umu da je hidratacija enoil-CoA stereospecifična, poput hidratacije fumarata i akonitata (vidi str. 348). Kao rezultat hidratacije trans-Δ 2 dvostruke veze, formira se samo L-izomer 3-hidroksiacil-CoA.

Druga fazadehidrogenacija. Rezultirajući β-hidroksiacil-CoA (3-hidroksiacil-CoA) se zatim dehidrogenira. Ovu reakciju kataliziraju NAD+-zavisne dehidrogenaze:

Tiolazareakcija. Tokom prethodnih reakcija, metilenska grupa na C-3 je oksidirana u okso grupu. Reakcija tiolaze je cijepanje 3-oksoacil-CoA pomoću tiolne grupe drugog CoA molekula. Kao rezultat, formiraju se acil-CoA skraćen za dva atoma ugljika i fragment od dva ugljika u obliku acetil-CoA. Ovu reakciju katalizira acetil-CoA aciltransferaza (β-ketotiolaza):

Rezultirajući acetil-CoA prolazi kroz oksidaciju u ciklusu trikarboksilne kiseline, a acil-CoA, skraćen za dva atoma ugljika, opet uzastopno prolazi kroz cijeli β-oksidacijski put do stvaranja butiril-CoA (4-ugljikova spojeva), koji u turn se oksidira do 2 molekula acetil-CoA

Tokom jednog ciklusa β-oksidacije formira se 1 molekul acetil-CoA čija oksidacija u citratnom ciklusu osigurava sintezu 12 mol ATP. Osim toga, formira se 1 mol FADH 2 i 1 mol NADH+H, pri čijoj oksidaciji se sintetiše u respiratornom lancu 2 i 3 mola ATP-a (ukupno 5).

Tako, tokom oksidacije, na primjer, palmitinske kiseline (C16), 7 β-oksidacijski ciklusi, što rezultira stvaranjem 8 mola acetil-CoA, 7 mola FADH 2 i 7 mola NADH+H. Dakle, izlaz ATP je 35 molekule kao rezultat β-oksidacije i 96 ATP nastaje iz ciklusa citrata, što odgovara ukupnom 131 ATP molekuli.

Biološka oksidacija masnih kiselina može se uporediti sa sagorevanjem ugljovodonika: u oba slučaja primećuje se najveći prinos slobodne energije. Prilikom biološke b-oksidacije ugljovodoničnog dijela masnih kiselina nastaju komponente koje se aktiviraju s dva ugljika, koje se dalje oksidiraju u TCA ciklusu, te veliki broj redukcijskih ekvivalenata, koji dovode do sinteze ATP-a u respiratornom lancu. . Većina aerobnih ćelija je sposobna za potpunu oksidaciju masnih kiselina u ugljični dioksid i vodu.

Izvor masnih kiselina su egzogeni ili endogeni lipidi. Potonji su najčešće predstavljeni triacilgliceridima, koji se talože u stanicama kao rezervni izvor energije i ugljika. Osim toga, ćelije koriste i polarne membranske lipide, čija se metabolička obnova odvija neprestano. Lipidi se razlažu specifičnim enzimima (lipazama) na glicerol i slobodne masne kiseline.

b-oksidacija masnih kiselina. Ovaj osnovni proces oksidacije masnih kiselina događa se kod eukariota u mitohondrijima. Transport masnih kiselina kroz mitohondrijalne membrane je olakšan karnitin(g-trimetilamino-b-hidroksibutirat), koji na poseban način veže molekulu masne kiseline, uslijed čega se približavaju pozitivni (na atomu dušika) i negativni (na atom kisika karboksilne grupe) naboji zajedno i neutrališu jedno drugo.

Nakon transporta u mitohondrijalni matriks, masne kiseline se aktiviraju pomoću CoA u ATP-ovisnoj reakciji koju katalizira acetat tiokinaza (slika 9.1). Derivat acil-CoA se zatim oksidira uz učešće acil dehidrogenaze. U ćeliji postoji nekoliko različitih acil dehidrogenaza koje su specifične za CoA derivate masnih kiselina s različitim dužinama lanca ugljikovodika. Svi ovi enzimi koriste FAD kao protetičku grupu. FADH 2 nastao u reakciji kao dio acil dehidrogenaze oksidira se drugim flavoproteinom, koji prenosi elektrone u respiratorni lanac kao dio mitohondrijalne membrane.

Oksidacijski proizvod, enoil-CoA, hidrira enoil hidrataza da bi se formirao b-hidroksiacil-CoA (slika 9.1). Postoje enoil-CoA hidrataze specifične za cis- i trans-forme enoil-CoA derivata masnih kiselina. U ovom slučaju, trans-enoil-CoA se stereospecifično hidratizira u L-b-hidroksiacil-CoA, a cis-izomeri u D-stereoizomere -b-hidroksiacil-CoA estera.

Poslednji korak u reakcijama b-oksidacije masnih kiselina je dehidrogenacija L-b-hidroksiacil-CoA (slika 9.1). Atom b-ugljika u molekuli podliježe oksidaciji, zbog čega se cijeli proces naziva b-oksidacija. Reakciju katalizira b-hidroksiacil-CoA dehidrogenaza, koja je specifična samo za L-oblike b-hidroksiacil-CoA. Ovaj enzim koristi NAD kao koenzim. Dehidrogenacija D-izomera b-hidroksiacilCoA se vrši nakon dodatne faze izomerizacije u L-b-hidroksiacil-CoA (enzim b-hidroksiacil-CoA epimeraza). Produkt ove faze reakcije je b-ketoacil-CoA, koji se tiolazom lako cijepa na 2 derivata: acil-CoA, koji je kraći od originalnog aktiviranog supstrata za 2 atoma ugljika, i acetil-CoA dvougljična komponenta , odcijepljen od lanca masnih kiselina (slika 9.1). Derivat acil-CoA prolazi kroz daljnji ciklus b-oksidacijskih reakcija, a acetil-CoA može ući u ciklus trikarboksilne kiseline radi dalje oksidacije.

Dakle, svaki ciklus b-oksidacije masnih kiselina je praćen odvajanjem od supstrata dvougljičnog fragmenta (acetil-CoA) i dva para atoma vodika, reducirajući 1 molekul NAD+ i jedan molekul FAD. Proces se nastavlja sve dok se lanac masnih kiselina potpuno ne razgradi. Ako se masna kiselina sastojala od neparnog broja atoma ugljika, tada b-oksidacija završava stvaranjem propionil-CoA, koji se u toku nekoliko reakcija pretvara u sukcinil-CoA i u tom obliku može ući u TCA ciklus.

Većina masnih kiselina koje čine ćelije životinja, biljaka i mikroorganizama sadrže nerazgranate ugljikovodične lance. Istovremeno, lipidi nekih mikroorganizama i biljnih voskova sadrže masne kiseline čiji ugljikovodični radikali imaju tačke grananja (obično u obliku metilnih grupa). Ako ima nekoliko grana, a sve se javljaju na parnim pozicijama (na atomima ugljika 2, 4, itd.), Tada se proces b-oksidacije odvija prema uobičajenoj shemi s formiranjem acetil- i propionil-CoA. Ako se metilne grupe nalaze na neparnim atomima ugljika, proces b-oksidacije je blokiran u fazi hidratacije. Ovo treba uzeti u obzir pri proizvodnji sintetičkih deterdženata: kako bi se osigurala njihova brza i potpuna biorazgradnja u okolišu, za masovnu potrošnju treba dopustiti samo verzije s ravnim lancima ugljikovodika.

Oksidacija nezasićenih masnih kiselina. Ovaj proces se odvija u skladu sa svim zakonima b-oksidacije. Međutim, većina prirodno prisutnih nezasićenih masnih kiselina ima dvostruke veze na mjestima u ugljikovodičnom lancu, tako da uzastopno uklanjanje dijelova s ​​dva ugljika sa karboksilnog kraja proizvodi acil-CoA derivat u kojem je dvostruka veza na poziciji 3-4. Osim toga, dvostruke veze prirodnih masnih kiselina imaju cis konfiguraciju. Da bi se izvršila faza dehidrogenacije uz učešće b-hidroksiacil-CoA dehidrogenaze, specifične za L-oblike b-hidroksiacil-CoA, potrebna je dodatna faza enzimske izomerizacije, tokom koje se dvostruka veza u molekul masne kiseline izveden iz CoA pomiče se sa položaja 3-4 na poziciju 2-3 i konfiguracija dvostruke veze se mijenja iz cis- u trans-. Ovaj metabolit služi kao supstrat za enoil hidratazu, koja pretvara trans-enoil-CoA u L-b-hidroksiacil-CoA.

U slučajevima kada je prijenos i izomerizacija dvostruke veze nemoguć, takva veza se obnavlja uz učešće NADPH. Naknadna degradacija masne kiseline odvija se uobičajenim mehanizmom b-oksidacije.

Manji putevi oksidacije masnih kiselina. b-oksidacija je glavni, ali ne i jedini put katabolizma masnih kiselina. Tako je u biljnim stanicama otkriven proces a-oksidacije masnih kiselina koje sadrže 15-18 atoma ugljika. Ovaj put uključuje početni napad masne kiseline peroksidazom u prisustvu vodikovog peroksida, što rezultira uklanjanjem karboksilnog ugljika kao CO 2 i oksidacijom ugljika u a-poziciji u aldehidnu grupu. Aldehid se zatim uz učešće dehidrogenaze oksidira u višu masnu kiselinu i proces se ponovo ponavlja (slika 9.2). Međutim, ovaj put ne može osigurati potpunu oksidaciju. Koristi se samo za skraćivanje lanaca masnih kiselina i kao zaobilaznica kada je β-oksidacija blokirana zbog prisustva metil bočnih grupa. Proces ne zahtijeva učešće CoA i nije praćen stvaranjem ATP-a.

Neke masne kiseline također mogu biti podvrgnute oksidaciji na w-ugljičnom atomu (w-oksidacija). U ovom slučaju, CH 3 grupa podvrgava se hidroksilaciji pod djelovanjem monooksigenaze, pri čemu nastaje w-hidroksi kiselina, koja se zatim oksidira u dikarboksilnu kiselinu. Dikarboksilna kiselina se može skratiti na oba kraja putem b-oksidacijskih reakcija.

Slično, u ćelijama mikroorganizama i nekih životinjskih tkiva dolazi do razgradnje zasićenih ugljikovodika. U prvoj fazi, uz sudjelovanje molekularnog kisika, molekula se hidroksilira u alkohol, koji se sekvencijalno oksidira u aldehid i karboksilnu kiselinu, aktivira se dodatkom CoA i ulazi u put b-oksidacije.

Trigliceridi u obliku hilomikrona iz epitelnih ćelija tankog crijeva ulaze u jetru, pluća, srce, mišiće i druge organe, gdje se hidroliziraju u glicerol i masne kiseline. Potonje se može oksidirati u visoko eksergonijskom metaboličkom putu poznatom kao