Տրիացիլգլիցերինները աստիճանաբար քայքայվում են հյուսվածքային լիպազներով։

Լիպոլիզի հիմնական ֆերմենտը հորմոնից կախված TAG լիպազն է: Ճարպի քայքայման այս փուլում ձևավորված գլիցերինը և ճարպաթթուները օքսիդանում են հյուսվածքներում՝ էներգիա արտադրելու համար:

Ճարպաթթուների օքսիդացման մի քանի տարբերակ կա՝ α - օքսիդացում, β - օքսիդացում, ω - օքսիդացում։ Ճարպաթթվի օքսիդացման հիմնական եղանակը β-օքսիդացումն է։ Այն առավել ակտիվ է առաջանում ճարպային հյուսվածքի, լյարդի, երիկամների և սրտի մկանների մեջ:

Β - օքսիդացում բաղկացած է ճարպաթթվից երկու ածխածնի ատոմների աստիճանական անջատումից՝ ացետիլ-CoA-ի տեսքով՝ ազատելով էներգիա։ Ճարպաթթուների մատակարարումը կենտրոնացած է ցիտոզոլում, որտեղ ճարպաթթուների ակտիվացումը տեղի է ունենում ացիլ-CoA-ի ձևավորմամբ:

Ճարպաթթուների բետա օքսիդացման էներգաարդյունավետությունը բաղկացած է ացետիլ-CoA-ի օքսիդացման էներգիայից Կրեբսի ցիկլում և բուն բետա ցիկլում թողարկված էներգիայից: Որքան երկար է ածխածնային շղթան, այնքան բարձր է ճարպաթթվի օքսիդացման էներգիան: Տրված ճարպաթթվից ացետիլ-CoA մոլեկուլների քանակը և դրանցից ձևավորված ATP մոլեկուլների քանակը որոշվում են բանաձևերով.

n=N/2, որտեղ n-ը ացետիլ-CoA մոլեկուլների թիվն է, N՝ ճարպաթթվի ածխածնի ատոմների թիվը։

ATP մոլեկուլների քանակը ացետիլ-CoA մոլեկուլների օքսիդացման պատճառով = (N/2)*12

β-օքսիդացման ցիկլերի թիվը մեկով պակաս է ձևավորված ացետիլ-CoA մոլեկուլների քանակից, քանի որ վերջին ցիկլում բութաթթուն մեկ ցիկլում վերածվում է երկու ացետիլ-CoA մոլեկուլների և հաշվարկվում է բանաձևով.

β - ցիկլերի քանակը = (N/2)-1

ATP մոլեկուլների քանակը β ցիկլում հաշվարկվում է դրանում ձևավորված NADH 2 (3 ATP) և FADH 2 (2 ATP) հետագա օքսիդացման հիման վրա՝ ըստ բանաձևի.

Բետա ցիկլերում ձևավորված ATP մոլեկուլների քանակը = ((N/2)-1)*5

Ճարպաթթուների ակտիվացման վրա ծախսվում է ATP-ի 2 մակրոէերգիկ կապ

Հագեցած ճարպաթթվի օքսիդացման ժամանակ ATP-ի ելքը հաշվարկելու ամփոփ բանաձևը հետևյալն է. 17(N/2)-7.

Երբ կենտ թվով ածխածնի ատոմներով ճարպաթթուները օքսիդանում են, առաջանում է սուկցինիլ-CoA, որը մտնում է Կրեբսի ցիկլը։

Չհագեցած ճարպաթթուների օքսիդացումսկզբնական փուլերում այն ​​ներկայացնում է սովորական բետա օքսիդացում դեպի կրկնակի կապի վայր: Եթե ​​այս կրկնակի կապը գտնվում է բետա դիրքում, ապա ճարպաթթվի օքսիդացումը շարունակվում է երկրորդ փուլից (շրջանցելով FAD→FADN 2 կրճատման փուլը)։ Եթե ​​կրկնակի կապը բետա դիրքում չէ, ապա էնոյլտրանսֆերազային ֆերմենտների միջոցով կապը տեղափոխվում է բետա դիրք։ Այսպիսով, չհագեցած ճարպաթթուների օքսիդացման ժամանակ ավելի քիչ էներգիա է ձևավորվում ըստ բանաձևի (FADH2-ի ձևավորումը կորչում է).

7(N/2)-7-2մ, որտեղ m-ը կրկնակի կապերի թիվն է։

Ինչպես արդեն նշվեց, կենդանական մարմինը օքսիդացման գործընթացում արդյունահանվող էներգիայի զգալի մասը ստանում է ճարպաթթուներից, որոնք քայքայվում են β-ածխածնի ատոմում օքսիդացումով:

Ճարպաթթուների β-օքսիդացումն առաջին անգամ ուսումնասիրվել է 1904 թվականին Ֆ.Նուպի կողմից։ Հետագայում պարզվել է, որ β-օքսիդացում տեղի է ունենում միայն միտոքոնդրիումներում։ Ֆ.Լինենի և նրա գործընկերների (1954-1958) աշխատանքի շնորհիվ պարզվել են ճարպաթթուների օքսիդացման հիմնական ֆերմենտային գործընթացները։ Ի պատիվ այն գիտնականների, ովքեր հայտնաբերել են ճարպաթթուների օքսիդացման այս ուղին, β-օքսիդացման գործընթացը կոչվում է. Knoop-Linen ցիկլ.

β-օքսիդացում- ճարպաթթուների կատաբոլիզմի հատուկ ուղի, որում ածխածնի 2 ատոմ հաջորդաբար բաժանվում են ճարպաթթվի կարբոքսիլային ծայրից ացետիլ-CoA-ի տեսքով: Նյութափոխանակության ուղին` β-օքսիդացում, այդպես է կոչվում, քանի որ ճարպաթթուների օքսիդացման ռեակցիաները տեղի են ունենում β-ածխածնի ատոմում: TCA ցիկլում β-օքսիդացման և դրան հաջորդող ացետիլ-CoA-ի օքսիդացման ռեակցիաները (եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլ) հանդիսանում են էներգիայի հիմնական աղբյուրներից մեկը ATP-ի սինթեզի համար օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման մեխանիզմի միջոցով: Ճարպաթթուների β-օքսիդացումը տեղի է ունենում միայն աերոբիկ պայմաններում:

Բոլոր բազմաստիճան օքսիդացման ռեակցիաները արագանում են հատուկ ֆերմենտների միջոցով: Բարձրագույն ճարպաթթուների β-օքսիդացումը համընդհանուր կենսաքիմիական գործընթաց է, որը տեղի է ունենում բոլոր կենդանի օրգանիզմներում: Կաթնասունների մոտ այս գործընթացը տեղի է ունենում բազմաթիվ հյուսվածքներում, հատկապես՝ լյարդում, երիկամներում և սրտում: Միտոքոնդրիայում տեղի է ունենում ճարպաթթուների օքսիդացում: Չհագեցած բարձր ճարպաթթուները (օլեին, լինոլիկ, լինոլենիկ և այլն) նախապես վերածվում են հագեցած թթուների։

Ճարպաթթուների ներթափանցմանը միտոքոնդրիալ մատրիցա նախորդում է դրանց ակտիվացումհետ կապ ստեղծելով կոֆերմենտ Ա(HS~CoA), որը պարունակում է բարձր էներգիայի կապ։ Վերջինս, ըստ երեւույթին, նպաստում է ստացված միացության օքսիդացման ռեակցիաների ավելի հարթ ընթացքին, որը կոչվում է. ացիլ կոֆերմենտ Ա(ացիլ-CoA):

Ավելի բարձր ճարպաթթուների փոխազդեցությունը CoA-ի հետ արագանում է հատուկ լիգազներով. ացիլ-CoA սինթետազներերեք տեսակի՝ հատուկ, համապատասխանաբար, կարճ, միջին և երկար ածխաջրածնային ռադիկալներով թթուների համար։ Նրանք տեղայնացված են էնդոպլազմիկ ցանցի թաղանթներում և միտոքոնդրիաների արտաքին թաղանթում։ Բոլոր ացիլ-CoA սինթետազները կարծես մուլտիմերներ են. Այսպիսով, լյարդի միկրոսոմներից ստացված ֆերմենտը ունի 168 կԴա մոլեկուլային զանգված և բաղկացած է 6 միանման ենթամիավորներից: Ճարպաթթուների ակտիվացման ռեակցիան տեղի է ունենում 2 փուլով.

ա) նախ, ճարպաթթուն փոխազդում է ATP-ի հետ՝ ձևավորելով ացիլադենիլատ.

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

բ) այնուհետև տեղի է ունենում ացիլ-CoA-ի ակտիվացված ձևի ձևավորում.

RCO~AMФ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Պիրոֆոսֆատը (PP) արագ հիդրոլիզվում է պիրոֆոսֆատազով, ինչի արդյունքում ամբողջ ռեակցիան անշրջելի է՝ PP + H 2 O → 2P.

Ամփոփիչ հավասարում:

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

Կարճ և միջին շղթայի երկարությամբ (4-ից մինչև 12 ածխածնի ատոմ) ճարպաթթուները դիֆուզիոն միջոցով կարող են ներթափանցել միտոքոնդրիալ մատրիցա, որտեղ տեղի է ունենում դրանց ակտիվացում։ Երկար շղթայով ճարպաթթուները, որոնք գերակշռում են մարդու մարմնում (12-ից 20 ածխածնի ատոմ), ակտիվանում են ացիլ-CoA սինթետազներով, որոնք տեղակայված են միտոքոնդրիայի արտաքին թաղանթում։

Ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթն անթափանց է ցիտոպլազմայում ձևավորված երկար շղթայական ացիլ-CoA-ների համար։ Ծառայում է որպես ակտիվացված ճարպաթթուների կրող կարնիտին (վիտամին B t), որը ստացվում է սննդից կամ սինթեզվում է էական ամինաթթուներից՝ լիզինից և մեթիոնինից։

Միտոքոնդրիաների արտաքին թաղանթը պարունակում է ֆերմենտ carnitine acyltransferase I(carnitine palmitoyltransferase I), կատալիզացնում է ռեակցիան ացիլկարնիտինի ձևավորմամբ.

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

Acyl-CoA Carnitine (B t) Acylcarnitine Coenzyme A

Այս ֆերմենտը կարգավորիչ է, այն կարգավորում է ացիլային խմբերի մուտքի արագությունը միտոքոնդրիաներ և, հետևաբար, ճարպաթթուների օքսիդացման արագությունը:

Ստացված ացիլկարնիտինը միջմեմբրանային տարածությամբ անցնում է ներքին թաղանթի արտաքին կողմը և կարնիտինային ացիլկարնիտին տրանսլոկազով տեղափոխվում է ներքին միտոքոնդրիալ մեմբրանի ներքին մակերես, որտեղ ֆերմենտը carnitine acyltransferase IIկատալիզացնում է ացիլի փոխանցումը դեպի ներմիտոխոնդրիալ CoA, այսինքն՝ հակադարձ ռեակցիա (նկ. 9):

Նկ.9. Երկար ածխաջրածնային ռադիկալներով ճարպաթթուների փոխանցում միտոքոնդրիալ թաղանթներով

Այսպիսով, acyl-CoA-ն հասանելի է դառնում β-օքսիդացման ֆերմենտներին: Ազատ կարնիտինը նույն տրանսլոկազի միջոցով վերադարձվում է ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթի ցիտոզոլային կողմ: Դրանից հետո ացիլ-CoA-ն ներառվում է β-օքսիդացման ռեակցիաներում։

Միտոքոնդրիալ մատրիցում ացիլ-CoA-ի կատաբոլիզմը (քայքայումը) տեղի է ունենում կրկնվող հաջորդականության արդյունքում. չորս ռեակցիա.

1) Յուրաքանչյուր ցիկլի առաջին ռեակցիան նրա օքսիդացումն է ֆերմենտի կողմից ացիլ-CoA դեհիդրոգենազ, որի կոֆերմենտը FAD է։ Ջրազրկումը տեղի է ունենում β և α ածխածնի ատոմների միջև, ինչը հանգեցնում է ածխածնի շղթայում կրկնակի կապի ձևավորմանը, և այս ռեակցիայի արդյունքը էնոյլ-CoA է.

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

Acyl-CoA Enoil-CoA

2) Ճարպաթթվի օքսիդացման ցիկլի երկրորդ քայլում էնոյլ-CoA կրկնակի կապը հիդրացվում է, ինչի արդյունքում առաջանում է β-հիդրօքսիացիլ-CoA: Ռեակցիան կատալիզացվում է ֆերմենտի միջոցով էնոյլ-CoA հիդրատազ:

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

Enoyl-CoA β-hydroxyacyl-CoA

3) Ցիկլի երրորդ փուլում β-հիդրօքսիացիլ-CoA-ն ենթարկվում է ջրազրկման (երկրորդ օքսիդացում)՝ ֆերմենտի մասնակցությամբ. β-հիդրօքսիացիլ-CoA դեհիդրոգենազ, որի կոֆերմենտը NAD + է։ Այս ռեակցիայի արդյունքը β-ketoacyl-CoA-ն է.

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

β-hydroxyacyl-CoA β-ketoacyl-CoA

4) Ճարպաթթվի օքսիդացման ցիկլի վերջնական ռեակցիան կատալիզացվում է ացետիլ-CoA ացիլտրանսֆերազ (թիոլազ). Այս փուլում β-ketoacyl-CoA-ն փոխազդում է ազատ CoA-ի հետ և ճեղքվում՝ ձևավորելով, առաջին հերթին, երկածխածնային բեկոր, որը պարունակում է մայր ճարպաթթվի երկու վերջնական ածխածնի ատոմները՝ ացետիլ-CoA-ի տեսքով, և երկրորդը՝ CoA: ճարպաթթվի էսթեր, որն այժմ կրճատվել է երկու ածխածնի ատոմով: Հիդրոլիզի անալոգիայով այս ռեակցիան կոչվում է թիոլիզ:

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

β-ketoacyl-CoA Acetyl-CoA Acyl-CoA,

կրճատվել է

2 ածխածնի ատոմ

Այնուհետև կրճատված ացիլ-CoA-ն անցնում է հաջորդ օքսիդացման ցիկլը, որը սկսվում է ացիլ-CoA դեհիդրոգենազով կատալիզացված ռեակցիայից (օքսիդացում), որին հաջորդում է հիդրացիոն ռեակցիա, երկրորդ օքսիդացման ռեակցիա, թիոլազի ռեակցիա, այսինքն՝ այս գործընթացը կրկնվում է բազմիցս։ (նկ. 10):

β- բարձր ճարպաթթուների օքսիդացում տեղի է ունենում միտոքոնդրիումներում: Նրանցում տեղայնացված են նաև շնչառական ցիկլի ֆերմենտները, ինչը հանգեցնում է ջրածնի ատոմների և էլեկտրոնների տեղափոխմանը թթվածին ADP-ի օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման պայմաններում, հետևաբար ավելի բարձր ճարպաթթուների β-օքսիդացումը էներգիայի աղբյուր է ATP-ի սինթեզի համար:

Նկար 10. Ճարպաթթուների օքսիդացում

Բարձրագույն ճարպաթթուների β-օքսիդացման վերջնական արդյունքը ածխածնի ատոմների զույգ թիվըէ ացետիլ-CoA, Ա կենտով- պրոպիոնիլ-CoA.

Եթե ացետիլ-CoAկուտակված մարմնում, ապա շուտով կսպառվեն HS~KoA-ի պաշարները, և ավելի բարձր ճարպաթթուների օքսիդացումը կդադարի։ Բայց դա տեղի չի ունենում, քանի որ CoA-ն արագորեն ազատվում է ացետիլ-CoA-ից: Դրան են հանգեցնում մի շարք գործընթացներ. ացետիլ-CoA-ն ընդգրկված է եռաքարբոքսիլային և երկկարբոքսիլային թթուների կամ դրան շատ մոտ գտնվող գլիօքսիլ ցիկլի մեջ, կամ ացետիլ-CoA-ն օգտագործվում է ստերոլների և իզոպրենոիդ խմբեր պարունակող միացությունների սինթեզի համար, և այլն:

պրոպիոնիլ-CoA,որը կենտ թվով ածխածնի ատոմներով բարձրագույն ճարպաթթուների β-օքսիդացման վերջնական արդյունքն է, վերածվում է սուկցինիլ-CoA-ի, որն օգտագործվում է եռաքարբոքսիլային և երկկարբոքսիլային թթուների ցիկլով։

Մարդու մարմնի ճարպաթթուների մոտ կեսը չհագեցած .

Այս թթուների β-օքսիդացումն ընթանում է սովորական եղանակով, մինչև կրկնակի կապը լինի երրորդ և չորրորդ ածխածնի ատոմների միջև: Հետո ֆերմենտը էնոյլ-CoA իզոմերազտեղափոխում է կրկնակի կապը 3-4 դիրքից 2-3 դիրք և փոխում է կրկնակի կապի cis-ը տրանս կոնֆորմացիայի, որն անհրաժեշտ է β-օքսիդացման համար: Այս β-օքսիդացման ցիկլում ջրազրկման առաջին ռեակցիան տեղի չի ունենում, քանի որ ճարպաթթուների ռադիկալում կրկնակի կապն արդեն առկա է: Այնուհետև, β-օքսիդացման ցիկլերը շարունակվում են՝ չտարբերվելով սովորական ճանապարհից: Ճարպաթթուների նյութափոխանակության հիմնական ուղիները ներկայացված են Նկար 11-ում:

Նկար 11. Ճարպաթթուների նյութափոխանակության հիմնական ուղիները

Վերջերս պարզվեց, որ բացի β-օքսիդացումից, ճարպաթթուների կատաբոլիզմի հիմնական ուղին ուղեղի հյուսվածքն է. ճարպաթթուների α-օքսիդացումածխածնի ատոմների քանակով (C 13 -C 18), այսինքն՝ մոլեկուլի կարբոքսիլ ծայրից մեկածխածնային բեկորների հաջորդական վերացում։

Այս տեսակի օքսիդացումն առավել տարածված է բույսերի հյուսվածքներում, բայց կարող է առաջանալ նաև որոշ կենդանիների հյուսվածքներում: α-օքսիդացումն իր բնույթով ցիկլային է, և ցիկլը բաղկացած է երկու ռեակցիաներից։

Առաջին ռեակցիան բաղկացած է ճարպաթթվի օքսիդացումից ջրածնի պերօքսիդի միջոցով համապատասխան ալդեհիդի և CO 2-ի մեջ՝ հատուկ մասնիկի մասնակցությամբ: պերօքսիդազներ:

Այս ռեակցիայի արդյունքում ածխաջրածնային շղթան կրճատվում է մեկ ածխածնի ատոմով։

Երկրորդ ռեակցիայի էությունը ստացված ալդեհիդի խոնավացումն ու օքսիդացումն է համապատասխան կարբոքսիլաթթվի ազդեցությամբ: ալդեհիդ դեհիդրոգենազպարունակում է NAD կոֆերմենտի օքսիդացված ձևը.

Այնուհետեւ α-օքսիդացման ցիկլը նորից կրկնվում է: Համեմատած β-օքսիդացման հետ՝ օքսիդացման այս տեսակը էներգետիկ առումով ավելի քիչ բարենպաստ է:

ω-Ճարպաթթուների օքսիդացում.Կենդանիների և որոշ միկրոօրգանիզմների լյարդում կա ֆերմենտային համակարգ, որն ապահովում է ճարպաթթուների ω-օքսիդացում, այսինքն՝ օքսիդացում CH 3 տերմինալի խմբում, որը նշանակված է ω տառով: Նախ ազդեցության տակ մոնօքսիգենազներհիդրօքսիլացումը առաջանում է ω-հիդրօքսի թթու ձևավորելու համար.

ω-հիդրօքսի թթուն այնուհետև օքսիդացվում է մինչև ω-դիկարբոքսիլաթթու՝ համապատասխան թթվի ազդեցությամբ. դեհիդրոգենազներ:

Այսպիսով ստացված ω-դիկարբոքսիլաթթուն երկու ծայրերում էլ կրճատվում է β-օքսիդացման ռեակցիաներով:

առաջանում է լյարդի, երիկամների, կմախքի և սրտի մկանների և ճարպային հյուսվածքի մեջ: Ուղեղի հյուսվածքում ճարպաթթուների օքսիդացման արագությունը շատ ցածր է. Ուղեղի հյուսվածքի էներգիայի հիմնական աղբյուրը գլյուկոզան է:

մարմնի հյուսվածքներում ճարպաթթվի մոլեկուլի օքսիդացումը տեղի է ունենում β- դիրքում: Արդյունքում, երկու ածխածնային բեկորները հաջորդաբար բաժանվում են ճարպաթթվի մոլեկուլից, որը գտնվում է կարբոքսիլ խմբի կողմից:

Ճարպաթթուները, որոնք կենդանիների և բույսերի բնական ճարպերի մի մասն են կազմում, ունեն զույգ թվով ածխածնի ատոմներ։ Ցանկացած նման թթու, որից հեռացվում են ածխածնի զույգ ատոմները, ի վերջո անցնում է բութաթթվի փուլը։ Հերթական β-օքսիդացումից հետո յուղաթթուն դառնում է ացետոքացախաթթու: Այնուհետև վերջինս հիդրոլիզացվում է քացախաթթվի երկու մոլեկուլների:

Ճարպաթթուների առաքումը դրանց օքսիդացման վայր՝ միտոքոնդրիա, տեղի է ունենում բարդ ձևով՝ ալբումինի մասնակցությամբ, ճարպաթթուն տեղափոխվում է բջիջ. հատուկ սպիտակուցների մասնակցությամբ (ճարպաթթու կապող սպիտակուցներ, FABP) – տեղափոխում ցիտոզոլի ներսում; կարնիտինի մասնակցությամբ - ճարպաթթուների տեղափոխում ցիտոզոլից դեպի միտոքոնդրիա:

Ճարպաթթվի օքսիդացման գործընթացը բաղկացած է հետևյալ հիմնական փուլերից.

Ակտիվացումճարպաթթուներ. Ազատ ճարպաթթուն, անկախ ածխաջրածնային շղթայի երկարությունից, նյութափոխանակության առումով իներտ է և չի կարող ենթարկվել որևէ կենսաքիմիական փոխակերպումների, ներառյալ օքսիդացումը, մինչև այն չակտիվանա: Ճարպաթթվի ակտիվացումը տեղի է ունենում միտոքոնդրիումային թաղանթի արտաքին մակերեսին ATP-ի, կոենզիմ A (HS-KoA) և Mg 2+ իոնների մասնակցությամբ։ Ռեակցիան կատալիզացվում է ացիլ-CoA սինթետազ ֆերմենտի կողմից.

Ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է ացիլ-CoA, որը ճարպաթթվի ակտիվ ձևն է։

Ենթադրվում է, որ ճարպաթթվի ակտիվացումը տեղի է ունենում 2 փուլով. Նախ, ճարպաթթուն փոխազդում է ATP-ի հետ՝ ձևավորելով ացիլադենիլատ, որը ճարպաթթվի և AMP-ի էսթեր է: Այնուհետև, CoA-ի սուլֆիդրիլային խումբը գործում է ացիլադենիլատի վրա, որը սերտորեն կապված է ֆերմենտի հետ՝ ձևավորելով ացիլ-CoA և AMP:

Տրանսպորտճարպաթթուներներսում միտոքոնդրիաներ. Ճարպաթթվի կոֆերմենտային ձևը, ինչպես ազատ ճարպաթթուները, չունի միտոքոնդրիա ներթափանցելու հատկություն, որտեղ, ըստ էության, տեղի է ունենում դրանց օքսիդացում։ Կարնիտինը ծառայում է որպես ակտիվացված երկար շղթայական ճարպաթթուների կրող ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթով: Ակիլային խումբը CoA-ի ծծմբի ատոմից տեղափոխվում է կարնիտինի հիդրօքսիլ խումբ՝ ձևավորելով ացիլկարնիտին, որը ցրվում է ներքին միտոքոնդրիալ թաղանթով.

Ռեակցիան տեղի է ունենում հատուկ ցիտոպլազմային ֆերմենտի՝ ​​կարնիտին ացիլտրանսֆերազի մասնակցությամբ։ Արդեն մեմբրանի այն կողմում, որը նայում է մատրիցին, ացիլային խումբը հետ է տեղափոխվում CoA, ինչը թերմոդինամիկորեն բարենպաստ է, քանի որ կարնիտինի O-ացիլային կապը ունի խմբի փոխանցման բարձր ներուժ: Այլ կերպ ասած, այն բանից հետո, երբ ացիլկարնիտինը անցնում է միտոքոնդրիալ մեմբրանի միջով, տեղի է ունենում հակառակ ռեակցիա՝ ացիլկարնիտինի տարանջատում HS-CoA-ի և միտոքոնդրիալ կարնիտինային ացիլտրանսֆերազի մասնակցությամբ.

Ներմիտոքոնդրիալճարպաթթուների օքսիդացում. Բջջային միտոքոնդրիում ճարպաթթուների օքսիդացման գործընթացը ներառում է մի քանի հաջորդական ֆերմենտային ռեակցիաներ:

Ջրազրկման առաջին փուլը. Միտոքոնդրիում ացիլ-CoA-ն սկզբում ենթարկվում է ֆերմենտային ջրազրկման, իսկ ացիլ-CoA-ն կորցնում է ջրածնի 2 ատոմ α- և β- դիրքերում՝ վերածվելով չհագեցած թթվի CoA էսթերի։ Այսպիսով, ացիլ-CoA-ի քայքայման յուրաքանչյուր ցիկլում առաջին ռեակցիան նրա օքսիդացումն է ացիլ-CoA դեհիդրոգենազով, ինչը հանգեցնում է էնոյլ-CoA-ի ձևավորմանը՝ C-2-ի և C-3-ի միջև կրկնակի կապով.

Կան մի քանի FAD պարունակող ացիլ-CoA դեհիդրոգենազներ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի որոշակի ածխածնային շղթայի երկարության ացիլ-CoA-ի առանձնահատկություն:

Բեմխոնավացում. Չհագեցած ացիլ-CoA-ն (ենոյլ-CoA), էնոյլ-CoA հիդրատազ ֆերմենտի մասնակցությամբ, միացնում է ջրի մոլեկուլը։ Արդյունքում ձևավորվում է β-հիդրօքսիացիլ-CoA (կամ 3-հիդրօքսիացիլ-CoA).

Նկատի ունեցեք, որ էնոյլ-CoA-ի խոնավացումը ստերեոսպեցիֆիկ է, ինչպես ֆումարատի և ակոնիտատի հիդրացումը (տես էջ 348): Տրանս-Δ 2 կրկնակի կապի հիդրացիայի արդյունքում առաջանում է միայն 3-հիդրօքսիացիլ-CoA-ի L-իզոմերը։

Երկրորդ փուլջրազրկում. Ստացված β-hydroxyacyl-CoA-ն (3-hydroxyacyl-CoA) այնուհետեւ ջրազրկվում է: Այս ռեակցիան կատալիզացվում է NAD+-ից կախված դեհիդրոգենազներով.

Թիոլազռեակցիա. Նախորդ ռեակցիաների ժամանակ մեթիլենային խումբը C-3-ում օքսիդացվել է օքսո խմբի: Թիոլազի ռեակցիան 3-օքսոացիլ-CoA-ի տարանջատումն է՝ օգտագործելով երկրորդ CoA մոլեկուլի թիոլ խումբը: Արդյունքում ձևավորվում է ածխածնի երկու ատոմներով կրճատված ացիլ-CoA և ացետիլ-CoA-ի տեսքով երկածխածնային բեկոր։ Այս ռեակցիան կատալիզացվում է ացետիլ-CoA ացիլտրանսֆերազով (β-կետոթիոլազ).

Ստացված ացետիլ-CoA-ն ենթարկվում է օքսիդացման եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլում, իսկ ացիլ-CoA-ն, որը կրճատվել է ածխածնի երկու ատոմներով, կրկին բազմիցս անցնում է β-օքսիդացման ամբողջ ճանապարհով մինչև բուտիրիլ-CoA-ի (4-ածխածնային միացություն) ձևավորումը, հերթը օքսիդանում է մինչև 2 ացետիլ-CoA մոլեկուլ

β-օքսիդացման մեկ ցիկլի ընթացքում առաջանում է ացետիլ-CoA-ի 1 մոլեկուլ, որի օքսիդացումը ցիտրատային ցիկլում ապահովում է սինթեզը. 12 մոլ ATP. Բացի այդ, այն ձևավորում է 1 մոլ FADH 2 և 1 մոլ NADH+H, որի օքսիդացման ժամանակ շնչառական շղթայում սինթեզվում է համապատասխանաբար 2 և 3 մոլ ATP (ընդհանուր 5):

Այսպիսով, օրինակ, պալմիթաթթվի (C16) օքսիդացման ժամանակ. 7 β-օքսիդացման ցիկլեր, որոնց արդյունքում առաջանում են 8 մոլ ացետիլ-CoA, 7 մոլ FADH 2 և 7 մոլ NADH+H: Հետևաբար, ATP-ի ելքը կազմում է 35 մոլեկուլները β-օքսիդացման արդյունքում և 96 ATP առաջացած ցիտրատի ցիկլի արդյունքում, որը համապատասխանում է ընդհանուրին 131 ATP մոլեկուլներ.

Ճարպաթթուների կենսաբանական օքսիդացումը կարելի է համեմատել ածխաջրածինների այրման հետ՝ երկու դեպքում էլ նկատվում է ամենաբարձր ազատ էներգիայի ելքը։ Ճարպաթթուների ածխաջրածնային մասի կենսաբանական b-օքսիդացման ժամանակ առաջանում են երկածխածնային ակտիվացված բաղադրիչներ, որոնք հետագայում օքսիդանում են TCA ցիկլում և մեծ թվով վերականգնող համարժեքներ, որոնք հանգեցնում են ATP-ի սինթեզին շնչառական շղթայում: . Աերոբ բջիջների մեծամասնությունն ունակ է ճարպաթթուների ամբողջական օքսիդացմանը մինչև ածխաթթու գազ և ջուր:

Ճարպաթթուների աղբյուրը էկզոգեն կամ էնդոգեն լիպիդներն են։ Վերջիններս առավել հաճախ ներկայացված են տրիացիլգլիցերիդներով, որոնք կուտակվում են բջիջներում՝ որպես էներգիայի և ածխածնի պահուստային աղբյուր։ Բացի այդ, բջիջները օգտագործում են նաև բևեռային թաղանթային լիպիդներ, որոնց նյութափոխանակության նորացումը տեղի է ունենում անընդհատ։ Լիպիդները ճեղքվում են հատուկ ֆերմենտների (լիպազների) կողմից գլիցերինի և ազատ ճարպաթթուների:

բ- ճարպաթթուների օքսիդացում. Ճարպաթթուների օքսիդացման այս հիմնական գործընթացը տեղի է ունենում միտոքոնդրիում գտնվող էուկարիոտներում: Ճարպաթթուների տեղափոխումը միտոքոնդրիալ թաղանթներով հեշտանում է կարնիտին(g-trimethylamino-b-hydroxybutyrate), որը հատուկ ձևով կապում է ճարպաթթվի մոլեկուլը, որի արդյունքում դրական (ազոտի ատոմի վրա) և բացասական (կարբոքսիլ խմբի թթվածնի ատոմի վրա) լիցքերը մոտեցվում են. միասին և չեզոքացնել միմյանց:

Միտոքոնդրիալ մատրիցա տեղափոխելուց հետո ճարպաթթուները ակտիվանում են CoA-ով ATP-ից կախված ռեակցիայի մեջ, որը կատալիզացվում է ացետատ թիոկինազով (նկ. 9.1): Այնուհետև ացիլ-CoA ածանցյալը օքսիդացվում է ացիլդեհիդրոգենազի մասնակցությամբ: Բջջում կան մի քանի տարբեր ացիլդեհիդրոգենազներ, որոնք հատուկ են տարբեր ածխաջրածնային շղթայի երկարությամբ ճարպաթթուների CoA ածանցյալներին: Այս բոլոր ֆերմենտներն օգտագործում են FAD-ը որպես պրոթեզավորման խումբ: FADH 2-ը, որը ձևավորվել է ռեակցիայի մեջ որպես ացիլդեհիդրոգենազի մաս, օքսիդացված է մեկ այլ ֆլավոպրոտեինով, որը էլեկտրոնները փոխանցում է շնչառական շղթա՝ որպես միտոքոնդրիալ մեմբրանի մաս:

Օքսիդացման արտադրանքը՝ էնոյլ-CoA-ն, հիդրատացվում է էնոյլ հիդրատազով՝ առաջացնելով b-hydroxyacyl-CoA (նկ. 9.1): Կան էնոյլ-CoA հիդրատազներ, որոնք հատուկ են ճարպաթթուների էնոյլ-CoA ածանցյալների cis- և trans- ձևերին: Այս դեպքում, trans-enoyl-CoA-ն ստերեոսպեցիֆիկորեն հիդրացվում է L-b-hydroxyacyl-CoA-ի մեջ, իսկ cis-իզոմերները՝ -b-hydroxyacyl-CoA էսթերների D-ստերեոիզոմերների:

Ճարպաթթուների b-օքսիդացման ռեակցիաների վերջին փուլը L-b-hydroxyacyl-CoA-ի ջրազրկումն է (նկ. 9.1): Մոլեկուլի b-ածխածնի ատոմը ենթարկվում է օքսիդացման, այդ իսկ պատճառով ամբողջ գործընթացը կոչվում է b-օքսիդացում։ Ռեակցիան կատալիզացվում է b-hydroxyacyl-CoA դեհիդրոգենազով, որը հատուկ է միայն b-hydroxyacyl-CoA-ի L- ձևերին: Այս ֆերմենտը օգտագործում է NAD-ը որպես կոֆերմենտ: b-hydroxyacylCoA-ի D-իզոմերների ջրազրկումն իրականացվում է L-b-hydroxyacyl-CoA-ի (ֆերմենտ b-hydroxyacyl-CoA էպիմերազ) իզոմերացման լրացուցիչ փուլից հետո: Ռեակցիայի այս փուլի արդյունքը b-ketoacyl-CoA-ն է, որը հեշտությամբ տրոհվում է թիոլազի կողմից 2 ածանցյալների՝ ացիլ-CoA, որն ավելի կարճ է, քան սկզբնական ակտիվացված սուբստրատը 2 ածխածնի ատոմով և ացետիլ-CoA երկածխածնային բաղադրիչ։ , ճեղքված ճարպաթթուների շղթայից (նկ. 9.1): Ակիլ-CoA ածանցյալն անցնում է b-օքսիդացման ռեակցիաների հետագա ցիկլ, և ացետիլ-CoA-ն կարող է մտնել եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլ՝ հետագա օքսիդացման համար:

Այսպիսով, ճարպաթթուների b-օքսիդացման յուրաքանչյուր ցիկլը ուղեկցվում է երկու ածխածնային բեկորի (ացետիլ-CoA) և ջրածնի երկու զույգ ատոմների ենթաշերտից անջատմամբ՝ նվազեցնելով NAD + 1 մոլեկուլ և FAD-ի մեկ մոլեկուլ։ Գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև ճարպաթթուների շղթան ամբողջությամբ քայքայվի։ Եթե ​​ճարպաթթուն բաղկացած է կենտ թվով ածխածնի ատոմներից, ապա b-օքսիդացումն ավարտվում է պրոպիոնիլ-CoA-ի ձևավորմամբ, որը մի քանի ռեակցիաների ընթացքում վերածվում է սուկցինիլ-CoA-ի և այս ձևով կարող է մտնել TCA ցիկլ:

Կենդանիների, բույսերի և միկրոօրգանիզմների բջիջները կազմող ճարպաթթուների մեծ մասը պարունակում է չճյուղավորված ածխաջրածնային շղթաներ: Միաժամանակ որոշ միկրոօրգանիզմների և բույսերի մոմերի լիպիդները պարունակում են ճարպաթթուներ, որոնց ածխաջրածնային ռադիկալներն ունեն ճյուղային կետեր (սովորաբար մեթիլ խմբերի տեսքով)։ Եթե ​​կան մի քանի ճյուղեր, և դրանք բոլորը տեղի են ունենում հավասար դիրքերում (ածխածնի ատոմների 2, 4 և այլն), ապա b-օքսիդացման գործընթացը տեղի է ունենում սովորական սխեմայի համաձայն՝ ացետիլ- և պրոպիոնիլ-CoA-ի ձևավորմամբ: Եթե ​​մեթիլ խմբերը տեղակայված են ածխածնի կենտ ատոմների մոտ, ապա b-օքսիդացման գործընթացը արգելափակվում է հիդրացման փուլում: Սա պետք է հաշվի առնել սինթետիկ լվացող միջոցների արտադրության ժամանակ. շրջակա միջավայրում դրանց արագ և ամբողջական կենսաքայքայումն ապահովելու համար զանգվածային սպառման համար պետք է թույլատրվեն միայն ուղիղ ածխաջրածնային շղթաներով տարբերակները:

Չհագեցած ճարպաթթուների օքսիդացում. Այս գործընթացն իրականացվում է b-օքսիդացման բոլոր օրենքների պահպանմամբ։ Այնուամենայնիվ, բնական չհագեցած ճարպաթթուների մեծ մասը կրկնակի կապեր ունի ածխաջրածնային շղթայի վրա, այնպես որ կարբոքսիլային ծայրից երկու ածխածնային մասերի հաջորդական հեռացումը առաջացնում է ացիլ-CoA ածանցյալ, որում կրկնակի կապը գտնվում է 3-4-րդ դիրքերում: Բացի այդ, բնական ճարպաթթուների կրկնակի կապերն ունեն cis կոնֆիգուրացիա: Որպեսզի անցկացվի ջրազերծման փուլ՝ b-hydroxyacyl-CoA դեհիդրոգենազի մասնակցությամբ, որը հատուկ է b-hydroxyacyl-CoA-ի L- ձևերին, անհրաժեշտ է ֆերմենտային իզոմերացման լրացուցիչ փուլ, որի ընթացքում կրկնակի կապ կա. CoA-ից ստացված ճարպաթթվի մոլեկուլը տեղափոխվում է 3-4 դիրքից 2-3 դիրք, իսկ կրկնակի կապի կոնֆիգուրացիան փոխվում է cis-ից տրանս-ի: Այս մետաբոլիտը ծառայում է որպես էնոյլ հիդրատազի սուբստրատ, որը փոխակերպում է տրանս-ենոյլ-CoA-ն L-b-հիդրօքսիացիլ-CoA-ի:

Այն դեպքերում, երբ կրկնակի կապի փոխանցումը և իզոմերացումը անհնար է, նման կապը վերականգնվում է NADPH-ի մասնակցությամբ: Յուղաթթվի հետագա քայքայումը տեղի է ունենում b-օքսիդացման սովորական մեխանիզմի միջոցով:

Ճարպաթթուների օքսիդացման փոքր ուղիները. բ-Օքսիդացումը ճարպաթթուների կատաբոլիզմի հիմնական, բայց ոչ միակ ճանապարհն է: Այսպիսով, բույսերի բջիջներում հայտնաբերվել է 15-18 ածխածնի ատոմ պարունակող ճարպաթթուների ա-օքսիդացման գործընթացը։ Այս ուղին ներառում է ճարպաթթվի սկզբնական հարձակումը պերօքսիդազի կողմից ջրածնի պերօքսիդի առկայության դեպքում, ինչը հանգեցնում է կարբոքսիլ ածխածնի հեռացմանը որպես CO 2 և a- դիրքի ածխածնի օքսիդացմանը ալդեհիդային խմբի: Այնուհետեւ ալդեհիդը դեհիդրոգենազի մասնակցությամբ օքսիդացվում է ավելի բարձր ճարպաթթվի մեջ, և գործընթացը նորից կրկնվում է (նկ. 9.2): Այնուամենայնիվ, այս երթուղին չի կարող ապահովել ամբողջական օքսիդացում: Այն օգտագործվում է միայն ճարպաթթուների շղթաները կրճատելու համար, ինչպես նաև որպես շրջանցիկ, երբ β-օքսիդացումը արգելափակվում է մեթիլային կողմնակի խմբերի առկայության պատճառով: Գործընթացը չի պահանջում CoA-ի մասնակցությունը և չի ուղեկցվում ATP-ի ձևավորմամբ։

Որոշ ճարպաթթուներ կարող են նաև ենթարկվել օքսիդացման w-ածխածնի ատոմում (w-օքսիդացում): Այս դեպքում CH 3 խումբը մոնօքսիգենազի ազդեցությամբ ենթարկվում է հիդրօքսիլացման, որի ընթացքում առաջանում է w-հիդրօքսի թթու, որն այնուհետ օքսիդացվում է երկկարբոքսիլաթթվի։ Dicarboxylic թթուն կարող է կրճատվել երկու ծայրերում b-օքսիդացման ռեակցիաների միջոցով:

Նմանապես, միկրոօրգանիզմների բջիջներում և որոշ կենդանիների հյուսվածքներում տեղի է ունենում հագեցած ածխաջրածինների քայքայում: Առաջին փուլում, մոլեկուլային թթվածնի մասնակցությամբ, մոլեկուլը հիդրոքսիլացվում է՝ առաջացնելով սպիրտ, որը հաջորդաբար օքսիդացվում է ալդեհիդի և կարբոքսիլաթթվի՝ ակտիվանալով CoA-ի ավելացումով և մտնում b-օքսիդացման ուղի։

Տրիգլիցերիդները բարակ աղիքի էպիթելային բջիջներից քիլոմիկրոնների տեսքով մտնում են լյարդ, թոքեր, սիրտ, մկաններ և այլ օրգաններ, որտեղ դրանք հիդրոլիզացվում են գլիցերինի և ճարպաթթուների: Վերջինս կարող է օքսիդացվել բարձր էկզերգոնիկ նյութափոխանակության ճանապարհով, որը հայտնի է որպես