تری اسیل گلیسرول ها به تدریج توسط لیپازهای بافتی تجزیه می شوند.

آنزیم کلیدی لیپولیز TAG لیپاز وابسته به هورمون است. گلیسرول و اسیدهای چرب تشکیل شده در این مرحله از تجزیه چربی در بافت ها اکسید می شوند تا انرژی تولید کنند.

چندین گزینه برای اکسیداسیون اسیدهای چرب وجود دارد: α - اکسیداسیون، β - اکسیداسیون، ω - اکسیداسیون. روش اصلی اکسیداسیون اسیدهای چرب بتا اکسیداسیون است. این به طور فعال در بافت چربی، کبد، کلیه ها و عضله قلب رخ می دهد.

β - اکسیداسیون شامل جدا شدن تدریجی دو اتم کربن از یک اسید چرب به شکل استیل کوآ و آزاد شدن انرژی است. عرضه اسیدهای چرب در سیتوزول متمرکز می شود، جایی که فعال شدن اسیدهای چرب با تشکیل acyl-CoA رخ می دهد.

بازده انرژی اکسیداسیون بتا اسیدهای چرب شامل انرژی اکسیداسیون استیل کوآ در چرخه کربس و انرژی آزاد شده در خود چرخه بتا است. هرچه زنجیره کربن طولانی تر باشد، انرژی اکسیداسیون اسید چرب بیشتر است. تعداد مولکول های استیل کوآ از یک اسید چرب معین و تعداد مولکول های ATP تشکیل شده از آنها با فرمول های زیر تعیین می شود:

n=N/2، که در آن n تعداد مولکول‌های استیل کوآ است، N تعداد اتم‌های کربن موجود در اسید چرب است.

تعداد مولکول های ATP ناشی از اکسیداسیون مولکول های استیل کوآ = (N/2)*12

تعداد چرخه های اکسیداسیون β یک کمتر از تعداد مولکول های استیل-CoA تشکیل شده است، زیرا در آخرین چرخه اسید بوتیریک در یک چرخه به دو مولکول استیل-CoA تبدیل می شود و با فرمول محاسبه می شود.

تعداد چرخه β = (N/2)-1

تعداد مولکول های ATP در چرخه β بر اساس اکسیداسیون بعدی NADH 2 (3 ATP) و FADH 2 (2 ATP) تشکیل شده در آن طبق فرمول محاسبه می شود.

تعداد مولکول های ATP تشکیل شده در چرخه های بتا = ((N/2)-1)*5

2 پیوند ماکرو ارژیک ATP برای فعال سازی اسیدهای چرب صرف می شود

فرمول خلاصه برای محاسبه بازده ATP در طی اکسیداسیون یک اسید چرب اشباع به صورت زیر است: 17 (N/2) -7.

هنگامی که اسیدهای چرب با تعداد فرد اتم کربن اکسید می شوند، سوکسینیل-CoA تشکیل می شود که وارد چرخه کربس می شود.

اکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباعدر مراحل اولیه نشان دهنده اکسیداسیون بتا معمولی به محل پیوند دوگانه است. اگر این پیوند دوگانه در وضعیت بتا باشد، اکسیداسیون اسید چرب از مرحله دوم ادامه می یابد (با دور زدن مرحله کاهش FAD→FADN 2). اگر پیوند دوگانه در موقعیت بتا نباشد، پیوند توسط آنزیم های انویل ترانسفراز به موقعیت بتا منتقل می شود. بنابراین، در طی اکسیداسیون اسیدهای چرب غیراشباع، انرژی کمتری مطابق فرمول تشکیل می شود (تشکیل FADH2 از بین می رود):

7 (N/2) -7-2m، که m تعداد پیوندهای دوگانه است.

همانطور که قبلاً نشان داده شد، بدن حیوان بخش قابل توجهی از انرژی استخراج شده در طی فرآیند اکسیداسیون را از اسیدهای چرب به دست می آورد که توسط اکسیداسیون در اتم بتا کربن تجزیه می شوند.

بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب برای اولین بار در سال 1900 توسط F. Knoop مورد مطالعه قرار گرفت. بعدها مشخص شد که اکسیداسیون β فقط در میتوکندری اتفاق می افتد. به لطف کار F. Linen و همکارانش (1954-1958)، فرآیندهای آنزیمی اصلی اکسیداسیون اسیدهای چرب روشن شد. به افتخار دانشمندانی که این مسیر اکسیداسیون اسیدهای چرب را کشف کردند، فرآیند بتا اکسیداسیون نامیده می شود. چرخه Knoop-Linen.

بتا اکسیداسیون- یک مسیر خاص کاتابولیسم اسیدهای چرب، که در آن 2 اتم کربن به صورت متوالی از انتهای کربوکسیل اسید چرب به شکل استیل-CoA جدا می شوند. مسیر متابولیک - اکسیداسیون β - به این دلیل نامیده می شود که واکنش های اکسیداسیون اسیدهای چرب در اتم β-کربن رخ می دهد. واکنش های اکسیداسیون β و اکسیداسیون متعاقب آن استیل کوآ در چرخه TCA (چرخه اسید تری کربوکسیلیک) به عنوان یکی از منابع اصلی انرژی برای سنتز ATP از طریق مکانیسم فسفوریلاسیون اکسیداتیو عمل می کند. بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب فقط در شرایط هوازی اتفاق می افتد.

تمام واکنش های اکسیداسیون چند مرحله ای توسط آنزیم های خاص تسریع می شود. بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر یک فرآیند بیوشیمیایی جهانی است که در همه موجودات زنده رخ می دهد. در پستانداران، این فرآیند در بسیاری از بافت ها، به ویژه کبد، کلیه ها و قلب رخ می دهد. اکسیداسیون اسیدهای چرب در میتوکندری اتفاق می افتد. اسیدهای چرب غیراشباع بالاتر (اولئیک، لینولئیک، لینولنیک و غیره) ابتدا به اسیدهای اشباع کاهش می یابد.

قبل از نفوذ اسیدهای چرب به ماتریکس میتوکندری، آنها وجود دارند فعال سازیبا ایجاد ارتباط با کوآنزیم A(HS~CoA)، حاوی یک پیوند با انرژی بالا. ظاهراً دومی به روند صاف‌تر واکنش‌های اکسیداسیون ترکیب حاصل کمک می‌کند که به نام آسیل کوآنزیم A(Acyl-CoA).

برهمکنش اسیدهای چرب بالاتر با CoA توسط لیگازهای خاص تسریع می شود - آسیل کوآ سنتتازهاسه نوع، به ترتیب مخصوص اسیدهای با رادیکال های هیدروکربنی کوتاه، متوسط ​​و بلند. آنها در غشاهای شبکه آندوپلاسمی و در غشای خارجی میتوکندری قرار دارند. به نظر می رسد تمام سنتتازهای acyl-CoA مولتیمر باشند. بنابراین، آنزیم از میکروزوم های کبد دارای وزن مولکولی 168 کیلو دالتون است و از 6 زیر واحد یکسان تشکیل شده است. واکنش فعال سازی اسیدهای چرب در 2 مرحله انجام می شود:

الف) ابتدا اسید چرب با ATP واکنش داده و آسیلادنیلات تشکیل می دهد:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

ب) سپس تشکیل شکل فعال شده آسیل کوآ رخ می دهد:

RCO~AMФ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

پیروفسفات (PP) به سرعت توسط پیروفسفاتاز هیدرولیز می شود، در نتیجه کل واکنش غیرقابل برگشت است: PP + H 2 O → 2P

معادله خلاصه:

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

اسیدهای چرب با طول زنجیره کوتاه و متوسط ​​(از 4 تا 12 اتم کربن) می توانند از طریق انتشار به ماتریکس میتوکندری نفوذ کنند، جایی که فعال شدن آنها اتفاق می افتد. اسیدهای چرب با زنجیره بلند، که در بدن انسان غالب هستند (12 تا 20 اتم کربن)، توسط سنتتازهای آسیل کوآ واقع در غشای خارجی میتوکندری فعال می شوند.

غشای میتوکندری داخلی نسبت به آسیل کوآهای با زنجیره بلند که در سیتوپلاسم تشکیل شده است نفوذناپذیر است. به عنوان حامل اسیدهای چرب فعال عمل می کند کارنیتین (ویتامین B t)که از غذا می آید یا از اسیدهای آمینه ضروری لیزین و متیونین سنتز می شود.

غشای خارجی میتوکندری شامل آنزیم کارنیتین آسیل ترانسفراز I(کارنیتین پالمیتوئیل ترانسفراز I)، که واکنش را با تشکیل آسیل کارنیتین کاتالیز می کند:

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

آسیل کوآ کارنیتین (B t) آسیل کارنیتین کوآنزیم A

این آنزیم تنظیم کننده است، سرعت ورود گروه های آسیل به میتوکندری و در نتیجه سرعت اکسیداسیون اسیدهای چرب را تنظیم می کند.

آسیل کارنیتین حاصل از فضای بین غشایی به سمت بیرونی غشای داخلی عبور می کند و توسط کارنیتین آسیل کارنیتین ترانسلوکاز به سطح داخلی غشای میتوکندری داخلی، جایی که آنزیم کارنیتین آسیل ترانسفراز IIانتقال آسیل به CoA داخل میتوکندری، یعنی واکنش معکوس را کاتالیز می کند (شکل 9).

شکل 9. انتقال اسیدهای چرب با رادیکال های هیدروکربنی طولانی در غشاهای میتوکندری

بنابراین، acyl-CoA در دسترس آنزیم های β-اکسیداسیون قرار می گیرد. کارنیتین آزاد توسط همان ترانسلوکاز به سمت سیتوزولی غشای میتوکندری داخلی بازگردانده می شود. پس از این، acyl-CoA در واکنش های β-اکسیداسیون گنجانده می شود.

در ماتریکس میتوکندری، کاتابولیسم (تجزیه) acyl-CoA در نتیجه یک توالی تکراری رخ می دهد. چهار واکنش.

1) اولین واکنش در هر چرخه اکسیداسیون آن توسط آنزیم است آسیل کوآ دهیدروژنازکه کوآنزیم آن FAD است. هیدروژن زدایی بین اتم‌های کربن β و α اتفاق می‌افتد و در نتیجه یک پیوند دوگانه در زنجیره کربن ایجاد می‌شود و محصول این واکنش انویل-CoA است:

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

Acyl-CoA Enoil-CoA

2) در مرحله دوم چرخه اکسیداسیون اسیدهای چرب، پیوند دوگانه انویل-CoA هیدراته می شود و در نتیجه β-هیدروکسی سیل-CoA تشکیل می شود. واکنش توسط یک آنزیم کاتالیز می شود enoyl-CoA هیدراتاز:

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

Enoyl-CoA β-hydroxyacyl-CoA

3) در مرحله سوم چرخه، β-hydroxyacyl-CoA با مشارکت آنزیم تحت هیدروژناسیون (اکسیداسیون دوم) قرار می گیرد. β-هیدروکسی سیال-CoA دهیدروژنازکه کوآنزیم آن NAD + است. محصول این واکنش β-کتوآسیل-CoA است:

R-CH-CH 2 CO~SKoA + NAD + → R-CОCH 2 CO~SKoA + NADH + H +

β-hydroxyacyl-CoA β-ketoacyl-CoA

4) واکنش نهایی چرخه اکسیداسیون اسیدهای چرب توسط کاتالیز می شود استیل کوآ آسیل ترانسفراز (تیولاز). در این مرحله، β-کتواسیل-CoA با CoA آزاد واکنش می دهد و اولاً یک قطعه دو کربنی حاوی دو اتم کربن انتهایی اسید چرب مادر به شکل استیل-CoA و ثانیاً یک CoA تشکیل می شود. استر اسید چرب که اکنون با دو اتم کربن کوتاه شده است. در قیاس با هیدرولیز، این واکنش نامیده می شود تیولیز:

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

β-ketoacyl-CoA Acetyl-CoA Acyl-CoA,

کوتاه شده توسط

2 اتم کربن

سپس آسیل کوآ کوتاه شده تحت چرخه اکسیداسیون بعدی قرار می گیرد، که با واکنشی کاتالیز شده توسط آسیل کوآ دهیدروژناز (اکسیداسیون) شروع می شود، پس از آن یک واکنش هیدراتاسیون، یک واکنش اکسیداسیون دوم، یک واکنش تیولاز، یعنی این فرآیند چندین بار تکرار می شود. (شکل 10).

β- اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر در میتوکندری اتفاق می افتد. آنزیم های چرخه تنفسی نیز در آنها موضعی می شوند و منجر به انتقال اتم های هیدروژن و الکترون ها به اکسیژن در شرایط فسفوریلاسیون اکسیداتیو ADP می شوند، بنابراین اکسیداسیون β اسیدهای چرب بالاتر منبع انرژی برای سنتز ATP است.

شکل 10. اکسیداسیون اسیدهای چرب

محصول نهایی بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر با تعداد زوج اتم های کربناست استیل کوآ، آ با عجیب و غریب- پروپیونیل-CoA.

اگر استیل کوآدر بدن انباشته می شود، سپس ذخایر HS~KoA به زودی تمام می شود و اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر متوقف می شود. اما این اتفاق نمی افتد، زیرا CoA به سرعت از استیل-CoA آزاد می شود. تعدادی از فرآیندها منجر به این می شود: استیل-CoA در چرخه اسیدهای تری کربوکسیلیک و دی کربوکسیلیک یا چرخه گلیوکسیل که بسیار نزدیک به آن است، یا استیل-CoA برای سنتز استرول ها و ترکیبات حاوی گروه های ایزوپرنوئید استفاده می شود. و غیره.

پروپیونیل کوآ،که محصول نهایی بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب بالاتر با تعداد فرد اتم کربن است، به سوکسینیل-CoA تبدیل می شود که از طریق چرخه اسیدهای تری کربوکسیلیک و دی کربوکسیلیک استفاده می شود.

حدود نیمی از اسیدهای چرب موجود در بدن انسان غیر اشباع .

بتا اکسیداسیون این اسیدها به روش معمول ادامه می یابد تا زمانی که پیوند دوگانه بین اتم های کربن سوم و چهارم ایجاد شود. سپس آنزیم enoyl-CoA ایزومرازپیوند دوگانه را از موقعیت 3-4 به موقعیت 2-3 منتقل می کند و سیس پیوند دوگانه را به ترانس تغییر می دهد که برای اکسیداسیون β ضروری است. در این چرخه اکسیداسیون β، اولین واکنش هیدروژن زدایی رخ نمی دهد، زیرا پیوند دوگانه در رادیکال اسید چرب از قبل وجود دارد. علاوه بر این، چرخه‌های اکسیداسیون β ادامه می‌یابند، بدون اینکه تفاوتی با مسیر معمولی داشته باشند. مسیرهای اصلی متابولیسم اسیدهای چرب در شکل 11 نشان داده شده است.

شکل 11. مسیرهای اصلی متابولیسم اسیدهای چرب

اخیراً کشف شد که علاوه بر اکسیداسیون بتا، مسیر اصلی کاتابولیسم اسیدهای چرب، بافت مغز است. آلفا اکسیداسیون اسیدهای چرببا تعداد اتم های کربن (C 13 - C 18)، یعنی حذف متوالی قطعات تک کربنی از انتهای کربوکسیل مولکول.

این نوع اکسیداسیون در بافت های گیاهی رایج است، اما می تواند در برخی از بافت های حیوانی نیز رخ دهد. آلفا اکسیداسیون طبیعت حلقوی دارد و چرخه از دو واکنش تشکیل شده است.

اولین واکنش شامل اکسیداسیون یک اسید چرب توسط پراکسید هیدروژن به آلدئید مربوطه و CO 2 با مشارکت یک ماده خاص است. پراکسیدازها:

در نتیجه این واکنش زنجیره هیدروکربنی توسط یک اتم کربن کوتاه می شود.

ماهیت واکنش دوم هیدراتاسیون و اکسیداسیون آلدئید حاصله به اسید کربوکسیلیک مربوطه تحت تأثیر آلدهید دهیدروژنازحاوی شکل اکسید شده کوآنزیم NAD:

سپس چرخه اکسیداسیون α دوباره تکرار می شود. در مقایسه با اکسیداسیون β، این نوع اکسیداسیون از نظر انرژی کمتر مطلوب است.

ω-اکسیداسیون اسیدهای چرب.در کبد حیوانات و برخی میکروارگانیسم ها، یک سیستم آنزیمی وجود دارد که اکسیداسیون ω اسیدهای چرب را فراهم می کند، یعنی اکسیداسیون در گروه پایانی CH 3 که با حرف ω مشخص شده است. اول تحت تأثیر مونواکسیژنازهاهیدروکسیلاسیون برای تشکیل ω-هیدروکسی اسید رخ می دهد:

سپس ω-هیدروکسی اسید با عمل مربوطه به اسید ω-دی کربوکسیلیک اکسید می شود. دهیدروژنازها:

اسید ω-دی کربوکسیلیک به دست آمده در هر دو طرف توسط واکنش های اکسیداسیون β کوتاه می شود.

در کبد، کلیه ها، ماهیچه های اسکلتی و قلبی و بافت چربی رخ می دهد. در بافت مغز، سرعت اکسیداسیون اسیدهای چرب بسیار کم است. منبع اصلی انرژی در بافت مغز گلوکز است.

اکسیداسیون مولکول اسید چرب در بافت های بدن در موقعیت β رخ می دهد. در نتیجه، قطعات دو کربنه به طور متوالی از مولکول اسید چرب در سمت گروه کربوکسیل جدا می شوند.

اسیدهای چرب که بخشی از چربی های طبیعی حیوانات و گیاهان هستند دارای تعداد زوج اتم کربن هستند. هر اسیدی که یک جفت اتم کربن از آن حذف شود، در نهایت از مرحله اسید بوتیریک عبور می کند. پس از یک اکسیداسیون دیگر، اسید بوتیریک به اسید استواستیک تبدیل می شود. سپس دومی به دو مولکول اسید استیک هیدرولیز می شود.

تحویل اسیدهای چرب به محل اکسیداسیون آنها - به میتوکندری - به روشی پیچیده انجام می شود: با مشارکت آلبومین، اسید چرب به داخل سلول منتقل می شود. با مشارکت پروتئین های ویژه (پروتئین های اتصال دهنده اسیدهای چرب، FABP) - انتقال در داخل سیتوزول. با مشارکت کارنیتین - انتقال اسیدهای چرب از سیتوزول به میتوکندری.

فرآیند اکسیداسیون اسیدهای چرب شامل مراحل اصلی زیر است.

فعال سازیاسیدهای چرب. اسید چرب آزاد، صرف نظر از طول زنجیره هیدروکربنی، از نظر متابولیکی بی اثر است و تا زمانی که فعال نشود، نمی تواند تحت هیچ گونه تبدیل بیوشیمیایی از جمله اکسیداسیون قرار گیرد. فعال شدن اسید چرب در سطح بیرونی غشای میتوکندری با مشارکت یون‌های ATP، کوآنزیم A (HS-KoA) و Mg 2+ رخ می‌دهد. واکنش توسط آنزیم آسیل کوآ سنتتاز کاتالیز می شود:

در نتیجه واکنش، acyl-CoA تشکیل می شود که شکل فعال اسید چرب است.

اعتقاد بر این است که فعال شدن اسید چرب در 2 مرحله اتفاق می افتد. اول، اسید چرب با ATP واکنش می دهد و آسیلادنیلات را تشکیل می دهد که یک استر از اسید چرب و AMP است. در مرحله بعد، گروه سولفیدریل CoA بر روی آسیلادنیلات که محکم به آنزیم متصل است، عمل می کند تا acyl-CoA و AMP را تشکیل دهد.

حمل و نقلاسیدهای چربداخل میتوکندری. شکل کوآنزیمی اسید چرب، درست مانند اسیدهای چرب آزاد، توانایی نفوذ به داخل میتوکندری را ندارد، جایی که در واقع اکسیداسیون آنها اتفاق می افتد. کارنیتین به عنوان یک حامل اسیدهای چرب با زنجیره بلند فعال در سراسر غشای داخلی میتوکندری عمل می کند. گروه آسیل از اتم گوگرد CoA به گروه هیدروکسیل کارنیتین برای تشکیل آسیل کارنیتین منتقل می شود که در غشای داخلی میتوکندری منتشر می شود:

این واکنش با مشارکت یک آنزیم سیتوپلاسمی خاص، کارنیتین آسیل ترانسفراز رخ می دهد. قبلاً در سمت غشاء که رو به ماتریس است، گروه آسیل به CoA بازگردانده می شود که از نظر ترمودینامیکی مطلوب است، زیرا پیوند O-acyl در کارنیتین دارای پتانسیل انتقال گروه بالایی است. به عبارت دیگر، پس از عبور آسیل کارنیتین از غشای میتوکندری، یک واکنش معکوس رخ می دهد - برش آسیل کارنیتین با مشارکت HS-CoA و میتوکندری کارنیتین آسیل ترانسفراز:

داخل میتوکندریاکسیداسیون اسیدهای چرب. فرآیند اکسیداسیون اسیدهای چرب در میتوکندری سلولی شامل چندین واکنش آنزیمی متوالی است.

مرحله اول هیدروژن زدایی Acyl-CoA در میتوکندری ابتدا تحت هیدروژن زدایی آنزیمی قرار می گیرد و acyl-CoA 2 اتم هیدروژن را در موقعیت های α- و β از دست می دهد و به استر CoA یک اسید غیراشباع تبدیل می شود. بنابراین، اولین واکنش در هر چرخه تجزیه acyl-CoA اکسیداسیون آن توسط acyl-CoA دهیدروژناز است که منجر به تشکیل enoyl-CoA با پیوند دوگانه بین C-2 و C-3 می شود:

چندین آسیل-CoA دهیدروژناز حاوی FAD وجود دارد که هر کدام دارای ویژگی برای acyl-CoA با طول زنجیره کربنی خاص هستند.

صحنههیدراتاسیون. آسیل-CoA غیراشباع (enoyl-CoA)، با مشارکت آنزیم enoyl-CoA هیدراتاز، یک مولکول آب را متصل می کند. در نتیجه، β-هیدروکسی سیل-CoA (یا 3-هیدروکسی سیل-CoA) تشکیل می شود:

توجه داشته باشید که هیدراتاسیون enoyl-CoA مانند هیدراتاسیون فومارات و aconitate استریو اختصاصی است (به صفحه 348 مراجعه کنید). در نتیجه هیدراتاسیون پیوند دوگانه trans-Δ2، فقط L-ایزومر 3-hydroxyacyl-CoA تشکیل می شود.

مرحله دومهیدروژن زدایی. سپس β-هیدروکسی سیل-CoA (3-hydroxyacyl-CoA) به دست آمده هیدروژنه می شود. این واکنش توسط دهیدروژنازهای وابسته به NAD کاتالیز می شود:

تیولازواکنش. در طی واکنش های قبلی، گروه متیلن در C-3 به یک گروه اکسو اکسید شد. واکنش تیولاز برش 3-oxoacyl-CoA با استفاده از گروه تیول دومین مولکول CoA است. در نتیجه یک acyl-CoA که توسط دو اتم کربن کوتاه شده و یک قطعه دو کربنی به شکل استیل-CoA تشکیل می شود. این واکنش توسط استیل کوآ آسیل ترانسفراز (β-کتوتیولاز) کاتالیز می شود:

استیل-CoA حاصل در چرخه اسید تری کربوکسیلیک تحت اکسیداسیون قرار می گیرد و acyl-CoA که توسط دو اتم کربن کوتاه شده است، دوباره به طور مکرر از کل مسیر اکسیداسیون β می گذرد تا زمانی که بوتیریل-CoA (ترکیب 4 کربنی) تشکیل شود. نوبت تا 2 مولکول استیل کوآ اکسید می شود

در طی یک چرخه اکسیداسیون β، 1 مولکول استیل کوآ تشکیل می شود که اکسیداسیون آن در چرخه سیترات سنتز را تضمین می کند. 12 مول ATP. علاوه بر این، شکل می گیرد 1 مول FADH 2 و 1 مول NADH+H، در طی اکسیداسیون که به ترتیب در زنجیره تنفسی سنتز می شود 2 و 3 مول ATP (در کل 5 مول).

بنابراین، در طی اکسیداسیون، به عنوان مثال، اسید پالمیتیک (C16)، 7 چرخه های اکسیداسیون β، منجر به تشکیل 8 مول استیل کوآ، 7 مول FADH 2 و 7 مول NADH+H می شود. بنابراین، خروجی ATP است 35 مولکول ها در نتیجه اکسیداسیون β و 96 ATP حاصل از چرخه سیترات، که مربوط به کل است 131 مولکول های ATP

اکسیداسیون بیولوژیکی اسیدهای چرب را می توان با احتراق هیدروکربن ها مقایسه کرد: در هر دو مورد، بالاترین بازده انرژی آزاد مشاهده می شود. در طی اکسیداسیون بیولوژیکی b بخش هیدروکربنی اسیدهای چرب، اجزای فعال شده با دو کربن تشکیل می شوند که بیشتر در چرخه TCA اکسید می شوند و تعداد زیادی معادل کاهنده که منجر به سنتز ATP در زنجیره تنفسی می شود. . اکثر سلول های هوازی قادر به اکسیداسیون کامل اسیدهای چرب به دی اکسید کربن و آب هستند.

منبع اسیدهای چرب لیپیدهای اگزوژن یا درون زا هستند. دومی اغلب توسط تری گلیسریدها نشان داده می شود که در سلول ها به عنوان منبع ذخیره انرژی و کربن رسوب می کنند. علاوه بر این، سلول ها همچنین از لیپیدهای غشای قطبی استفاده می کنند که تجدید متابولیک آنها به طور مداوم اتفاق می افتد. لیپیدها توسط آنزیم های خاص (لیپازها) به گلیسرول و اسیدهای چرب آزاد تجزیه می شوند.

b- اکسیداسیون اسیدهای چرب. این فرآیند اصلی اکسیداسیون اسیدهای چرب در یوکاریوت های موجود در میتوکندری رخ می دهد. انتقال اسیدهای چرب از طریق غشاهای میتوکندری توسط تسهیل می شود کارنیتین(g-trimethylamino-b-hydroxybutyrate) که یک مولکول اسید چرب را به روش خاصی متصل می کند و در نتیجه بارهای مثبت (روی اتم نیتروژن) و منفی (روی اتم اکسیژن گروه کربوکسیل) به هم نزدیک می شود. با هم و خنثی کردن یکدیگر.

پس از انتقال به ماتریکس میتوکندری، اسیدهای چرب توسط CoA در یک واکنش وابسته به ATP که توسط استات تیوکیناز کاتالیز می شود، فعال می شوند (شکل 9.1). سپس مشتق acyl-CoA با مشارکت آسیل دهیدروژناز اکسید می شود. چندین آسیل دهیدروژناز مختلف در سلول وجود دارد که مختص مشتقات CoA اسیدهای چرب با طول زنجیره هیدروکربنی متفاوت است. همه این آنزیم ها از FAD به عنوان یک گروه مصنوعی استفاده می کنند. FADH 2 که در واکنش به عنوان بخشی از آسیل دهیدروژناز تشکیل می شود توسط فلاووپروتئین دیگری اکسید می شود که الکترون ها را به عنوان بخشی از غشای میتوکندری به زنجیره تنفسی منتقل می کند.

محصول اکسیداسیون، enoyl-CoA، توسط انویل هیدراتاز هیدراته می شود تا b-hydroxyacyl-CoA را تشکیل دهد (شکل 9.1). enoyl-CoA هیدراتازهای خاص برای شکل های سیس و ترانس مشتقات enoyl-CoA اسیدهای چرب وجود دارد. در این مورد، trans-enoyl-CoA به صورت استریو اختصاصی به L-b-hydroxyacyl-CoA و سیس-ایزومرها به D-stereoizomers از استرهای -b-hydroxyacyl-CoA هیدراته می شود.

آخرین مرحله در واکنش های b-اکسیداسیون اسیدهای چرب، هیدروژن زدایی L-b-hydroxyacyl-CoA است (شکل 9.1). اتم b-کربن مولکول تحت اکسیداسیون قرار می گیرد، به همین دلیل است که کل فرآیند را اکسیداسیون b می نامند. این واکنش توسط b-hydroxyacyl-CoA دهیدروژناز کاتالیز می شود، که فقط به فرم های L از b-hydroxyacyl-CoA اختصاص دارد. این آنزیم از NAD به عنوان کوآنزیم استفاده می کند. هیدروژن زدایی ایزومرهای D b-hydroxyacylCoA پس از یک مرحله اضافی از ایزومریزاسیون به L-b-hydroxyacyl-CoA (آنزیم b-hydroxyacyl-CoA اپیمراز) انجام می شود. محصول این مرحله از واکنش ها b-ketoacyl-CoA است که به راحتی توسط تیولاز به 2 مشتق تقسیم می شود: acyl-CoA که با 2 اتم کربن کوتاه تر از بستر فعال اصلی است و یک جزء دو کربنی استیل-CoA. ، از زنجیره اسیدهای چرب جدا شده است (شکل 9.1). مشتق acyl-CoA تحت یک چرخه بیشتر از واکنش های اکسیداسیون b قرار می گیرد و استیل-CoA می تواند برای اکسیداسیون بیشتر وارد چرخه اسید تری کربوکسیلیک شود.

بنابراین، هر چرخه b-اکسیداسیون اسیدهای چرب با جدا شدن از بستر یک قطعه دو کربنی (استیل-CoA) و دو جفت اتم هیدروژن همراه است و 1 مولکول NAD + و یک مولکول FAD را کاهش می دهد. این روند تا زمانی ادامه می یابد که زنجیره اسیدهای چرب به طور کامل شکسته شود. اگر اسید چرب از تعداد فرد اتم کربن تشکیل شده باشد، اکسیداسیون b با تشکیل پروپیونیل-CoA خاتمه می یابد که در طی چندین واکنش به سوکسینیل-CoA تبدیل می شود و به این شکل می تواند وارد چرخه TCA شود.

اکثر اسیدهای چرب که سلول های حیوانات، گیاهان و میکروارگانیسم ها را تشکیل می دهند دارای زنجیره های هیدروکربنی بدون انشعاب هستند. در عین حال، لیپیدهای برخی از میکروارگانیسم ها و موم های گیاهی حاوی اسیدهای چرب هستند که رادیکال های هیدروکربنی آنها دارای نقاط انشعاب (معمولاً به شکل گروه های متیل) هستند. اگر تعداد کمی شاخه وجود داشته باشد، و همه آنها در موقعیت های مساوی (در اتم های کربن 2، 4، و غیره) رخ می دهند، فرآیند اکسیداسیون b مطابق با طرح معمول با تشکیل استیل و پروپیونیل-CoA اتفاق می افتد. اگر گروه های متیل در اتم های کربن فرد قرار گیرند، فرآیند اکسیداسیون b در مرحله هیدراتاسیون مسدود می شود. این باید در هنگام تولید شوینده های مصنوعی در نظر گرفته شود: به منظور اطمینان از تجزیه سریع و کامل آنها در محیط زیست، تنها نسخه هایی با زنجیره های هیدروکربنی مستقیم باید برای مصرف انبوه مجاز باشند.

اکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع. این فرآیند با رعایت تمام قوانین اکسیداسیون b انجام می شود. با این حال، اکثر اسیدهای چرب غیراشباع طبیعی دارای پیوندهای دوگانه در مکان‌هایی روی زنجیره هیدروکربنی هستند، به طوری که حذف متوالی بخش‌های دو کربنه از انتهای کربوکسیل، مشتقات acyl-CoA را تولید می‌کند که در آن پیوند دوگانه در موقعیت 3-4 قرار دارد. علاوه بر این، پیوندهای دوگانه اسیدهای چرب طبیعی دارای یک پیکربندی cis هستند. برای اینکه مرحله هیدروژن زدایی با مشارکت b-hydroxyacyl-CoA دهیدروژناز، خاص برای فرم های L از b-hydroxyacyl-CoA انجام شود، یک مرحله اضافی از ایزومریزاسیون آنزیمی مورد نیاز است که طی آن پیوند دوگانه در مولکول اسید چرب مشتق از CoA از موقعیت 3-4 به موقعیت 2-3 حرکت می کند و پیکربندی پیوند دوگانه از cis- به trans- تغییر می کند. این متابولیت به عنوان سوبسترا برای انویل هیدراتاز عمل می کند که ترانس انویل-CoA را به L-b-هیدروکسی سیل-CoA تبدیل می کند.

در مواردی که انتقال و ایزومریزاسیون یک پیوند دوگانه غیرممکن باشد، چنین پیوندی با مشارکت NADPH بازسازی می شود. تخریب بعدی اسید چرب از طریق مکانیسم معمول اکسیداسیون b اتفاق می افتد.

مسیرهای جزئی اکسیداسیون اسیدهای چرب. b- اکسیداسیون مسیر اصلی، اما نه تنها، کاتابولیسم اسیدهای چرب است. بنابراین، در سلول های گیاهی، فرآیند a-اکسیداسیون اسیدهای چرب حاوی 15-18 اتم کربن کشف شد. این مسیر شامل حمله اولیه یک اسید چرب توسط پراکسیداز در حضور پراکسید هیدروژن است که منجر به حذف کربن کربوکسیل به صورت CO 2 و اکسید شدن کربن موقعیت a به یک گروه آلدهیدی می شود. سپس آلدهید با مشارکت دهیدروژناز به اسید چرب بالاتر اکسید می شود و این فرآیند دوباره تکرار می شود (شکل 9.2). با این حال، این مسیر نمی تواند اکسیداسیون کامل را تضمین کند. این تنها برای کوتاه کردن زنجیره های اسید چرب و همچنین به عنوان یک بای پس زمانی که اکسیداسیون β به دلیل وجود گروه های جانبی متیل مسدود می شود، استفاده می شود. این فرآیند نیازی به مشارکت CoA ندارد و با تشکیل ATP همراه نیست.

برخی از اسیدهای چرب نیز می توانند در اتم w-کربن اکسید شوند (w-oxidation). در این حالت، گروه CH 3 تحت اثر مونواکسیژناز تحت هیدروکسیلاسیون قرار می گیرد که در طی آن یک اسید w-hydroxy تشکیل می شود که سپس به اسید دی کربوکسیلیک اکسید می شود. یک اسید دی کربوکسیلیک را می توان در هر دو طرف از طریق واکنش های اکسیداسیون b کوتاه کرد.

به همین ترتیب، در سلول های میکروارگانیسم ها و برخی از بافت های حیوانی، تجزیه هیدروکربن های اشباع رخ می دهد. در مرحله اول، با مشارکت اکسیژن مولکولی، مولکول هیدروکسیله می شود تا الکلی تشکیل شود که به طور متوالی به یک آلدهید و یک اسید کربوکسیلیک اکسید می شود و با افزودن CoA فعال می شود و وارد مسیر اکسیداسیون b می شود.

تری گلیسیریدها به شکل شیلومیکرون از سلول های اپیتلیال روده کوچک وارد کبد، ریه ها، قلب، ماهیچه ها و سایر اندام ها می شوند و در آنجا به گلیسرول و اسیدهای چرب هیدرولیز می شوند. دومی را می توان در یک مسیر متابولیک بسیار اگزرگونیک به نام اکسید شد