Come già accennato, il corpo animale ottiene una parte significativa dell'energia estratta durante il processo di ossidazione dagli acidi grassi, che vengono scomposti per ossidazione all'atomo di carbonio β.

La β-ossidazione degli acidi grassi fu studiata per la prima volta nel 19004 da F. Knoop. Successivamente si è scoperto che la β-ossidazione avviene solo nei mitocondri. Grazie al lavoro di F. Linen e dei suoi colleghi (1954-1958), furono chiariti i principali processi enzimatici di ossidazione degli acidi grassi. In onore degli scienziati che scoprirono questo percorso di ossidazione degli acidi grassi, viene chiamato il processo di β-ossidazione Ciclo Knoop-Lino.

β-ossidazione- una via specifica del catabolismo degli acidi grassi, in cui 2 atomi di carbonio vengono separati in sequenza dall'estremità carbossilica dell'acido grasso sotto forma di acetil-CoA. La via metabolica - β-ossidazione - è così chiamata perché le reazioni di ossidazione degli acidi grassi avvengono nell'atomo di β-carbonio. Le reazioni di β-ossidazione e successiva ossidazione dell'acetil-CoA nel ciclo TCA (ciclo dell'acido tricarbossilico) servono come una delle principali fonti di energia per la sintesi di ATP attraverso il meccanismo della fosforilazione ossidativa. La β-ossidazione degli acidi grassi avviene solo in condizioni aerobiche.

Tutte le reazioni di ossidazione multistadio sono accelerate da enzimi specifici. La β-ossidazione degli acidi grassi superiori è un processo biochimico universale che si verifica in tutti gli organismi viventi. Nei mammiferi, questo processo avviene in molti tessuti, in particolare nel fegato, nei reni e nel cuore. L'ossidazione degli acidi grassi avviene nei mitocondri. Gli acidi grassi superiori insaturi (oleico, linoleico, linolenico, ecc.) vengono preliminarmente ridotti ad acidi saturi.

La penetrazione degli acidi grassi nella matrice mitocondriale è preceduta dalla loro Attivazione formando una connessione con coenzima A(HS~CoA), contenente un legame ad alta energia. Quest'ultimo apparentemente contribuisce a un corso più regolare delle reazioni di ossidazione del composto risultante, che viene chiamato acil coenzima A(acil-CoA).

L'interazione degli acidi grassi superiori con il CoA è accelerata da ligasi specifiche - acil-CoA sintetasi tre tipologie, specifiche rispettivamente per acidi con radicali idrocarburici corti, medi e lunghi. Sono localizzati nelle membrane del reticolo endoplasmatico e nella membrana esterna dei mitocondri. Tutte le acil-CoA sintetasi sembrano essere multimeri; Pertanto, l'enzima dei microsomi epatici ha un peso molecolare di 168 kDa ed è costituito da 6 subunità identiche. La reazione di attivazione degli acidi grassi avviene in 2 fasi:

a) dapprima l'acido grasso reagisce con l'ATP per formare aciladenilato:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) poi avviene la formazione della forma attivata di acil-CoA:

RCO~AMÔ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Il pirofosfato (PP) viene rapidamente idrolizzato dalla pirofosfatasi, per cui l'intera reazione è irreversibile: PP + H 2 O → 2P

Equazione riassuntiva:

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

Gli acidi grassi con catena corta e media (da 4 a 12 atomi di carbonio) possono penetrare nella matrice mitocondriale per diffusione, dove avviene la loro attivazione. Gli acidi grassi a catena lunga, che predominano nel corpo umano (da 12 a 20 atomi di carbonio), vengono attivati ​​dalle acil-CoA sintetasi situate sulla membrana esterna dei mitocondri.

La membrana mitocondriale interna è impermeabile agli acil-CoA a catena lunga formati nel citoplasma. Serve come trasportatore di acidi grassi attivati carnitina (vitamina Bt), che proviene dal cibo o viene sintetizzato dagli aminoacidi essenziali lisina e metionina.

La membrana esterna dei mitocondri contiene enzima carnitina aciltransferasi I(carnitina palmitoiltransferasi I), catalizzando la reazione con formazione di acilcarnitina:

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 Carnitina (B t) Acilcarnitina Coenzima A

Questo enzima ha un ruolo regolatore; regola la velocità di ingresso dei gruppi acilici nei mitocondri e, di conseguenza, la velocità di ossidazione degli acidi grassi.

L'acilcarnitina risultante passa attraverso lo spazio intermembrana verso il lato esterno della membrana interna e viene trasportata dalla carnitina acilcarnitina translocasi alla superficie interna della membrana mitocondriale interna, dove l'enzima carnitina aciltransferasi II catalizza il trasferimento di acile al CoA intramitocondriale, cioè la reazione inversa (Fig. 9).

Fig.9. Trasferimento di acidi grassi con lunghi radicali idrocarburici attraverso le membrane mitocondriali

Pertanto, l'acil-CoA diventa disponibile per gli enzimi β-ossidazione. La carnitina libera viene restituita al lato citosolico della membrana mitocondriale interna dalla stessa translocasi. Successivamente, l'acil-CoA viene incluso nelle reazioni di β-ossidazione.

Nella matrice mitocondriale, il catabolismo (rottura) dell'acil-CoA avviene come risultato di una sequenza ripetuta di quattro reazioni.

1) La prima reazione in ogni ciclo è la sua ossidazione da parte dell'enzima acil-CoA deidrogenasi, il cui coenzima è FAD. La deidrogenazione avviene tra gli atomi di carbonio β e α, determinando la formazione di un doppio legame nella catena del carbonio e il prodotto di questa reazione è l'enoil-CoA:

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

Acil-CoA Enoil-CoA

2) Nella seconda fase del ciclo di ossidazione degli acidi grassi, il doppio legame enoil-CoA viene idratato, dando luogo alla formazione di β-idrossiacil-CoA. La reazione è catalizzata da un enzima enoil-CoA idratasi:

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

Enoil-CoA β-idrossiacil-CoA

3) Nella terza fase del ciclo, il β-idrossiacil-CoA subisce deidrogenazione (seconda ossidazione) con la partecipazione dell'enzima β-idrossiacil-CoA deidrogenasi, il cui coenzima è NAD+. Il prodotto di questa reazione è il β-chetoacil-CoA:

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

β-idrossiacil-CoA β-chetoacil-CoA

4) La reazione finale del ciclo di ossidazione degli acidi grassi è catalizzata da acetil-CoA aciltransferasi (tiolasi). In questa fase, il β-chetoacil-CoA reagisce con il CoA libero e viene scisso per formare, in primo luogo, un frammento a due atomi di carbonio contenente i due atomi di carbonio terminali dell'acido grasso genitore sotto forma di acetil-CoA, e in secondo luogo, un CoA estere di acido grasso, ora accorciato di due atomi di carbonio. Per analogia con l'idrolisi, questa reazione viene chiamata tiolisi:

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

β-chetoacil-CoA Acetil-CoA Acil-CoA,

accorciato da

2 atomi di carbonio

L'acil-CoA accorciato subisce quindi il successivo ciclo di ossidazione, iniziando con una reazione catalizzata dall'acil-CoA deidrogenasi (ossidazione), seguita da una reazione di idratazione, una seconda reazione di ossidazione, una reazione di tiolasi, cioè questo processo si ripete molte volte (Fig. 10).

β- L'ossidazione degli acidi grassi superiori avviene nei mitocondri. In essi sono localizzati anche gli enzimi del ciclo respiratorio, che portano al trasferimento di atomi di idrogeno ed elettroni all'ossigeno in condizioni di fosforilazione ossidativa dell'ADP, quindi la β-ossidazione degli acidi grassi superiori è una fonte di energia per la sintesi dell'ATP.

Figura 10. Ossidazione degli acidi grassi

Il prodotto finale della β-ossidazione degli acidi grassi superiori con numero pari di atomi di carbonioÈ acetil-CoA, UN con dispari- propionil-CoA.

Se acetil-CoA accumulati nel corpo, le riserve di HS~KoA verrebbero presto esaurite e l'ossidazione degli acidi grassi superiori si fermerebbe. Ma ciò non accade, poiché il CoA viene rapidamente rilasciato dall'acetil-CoA. Numerosi processi portano a questo: l'acetil-CoA è incluso nel ciclo degli acidi tricarbossilici e dicarbossilici o nel ciclo del gliossile, che gli è molto vicino, oppure l'acetil-CoA viene utilizzato per la sintesi di steroli e composti contenenti gruppi isoprenoidi, eccetera.

Propionil-CoA, che è il prodotto finale della β-ossidazione degli acidi grassi superiori con un numero dispari di atomi di carbonio, viene convertito in succinil-CoA, che viene utilizzato attraverso il ciclo degli acidi tricarbossilici e dicarbossilici.

Circa la metà degli acidi grassi nel corpo umano insaturo .

La β-ossidazione di questi acidi procede nel modo consueto fino a quando il doppio legame si trova tra il terzo e il quarto atomo di carbonio. Poi l'enzima enoil-CoA isomerasi sposta il doppio legame dalla posizione 3-4 alla posizione 2-3 e cambia la conformazione da cis a trans, necessaria per la β-ossidazione. In questo ciclo di β-ossidazione non avviene la prima reazione di deidrogenazione, poiché è già presente il doppio legame nel radicale dell'acido grasso. Inoltre, i cicli di β-ossidazione continuano, non diversamente dal percorso abituale. Le principali vie del metabolismo degli acidi grassi sono illustrate nella Figura 11.

Fig. 11. Principali vie del metabolismo degli acidi grassi

Recentemente è stato scoperto che oltre alla β-ossidazione, la via principale del catabolismo degli acidi grassi, anche il tessuto cerebrale α-ossidazione degli acidi grassi con il numero di atomi di carbonio (C 13 -C 18), cioè l'eliminazione sequenziale di frammenti di un carbonio dall'estremità carbossilica della molecola.

Questo tipo di ossidazione è più comune nei tessuti vegetali, ma può verificarsi anche in alcuni tessuti animali. L'α-ossidazione è di natura ciclica e il ciclo consiste di due reazioni.

La prima reazione consiste nell'ossidazione di un acido grasso da parte del perossido di idrogeno nella corrispondente aldeide e CO 2 con la partecipazione di uno specifico perossidasi:

Come risultato di questa reazione, la catena dell'idrocarburo viene accorciata di un atomo di carbonio.

L'essenza della seconda reazione è l'idratazione e l'ossidazione dell'aldeide risultante nel corrispondente acido carbossilico sotto l'influenza di aldeide deidrogenasi contenente la forma ossidata del coenzima NAD:

Il ciclo di α-ossidazione si ripete quindi di nuovo. Rispetto alla β-ossidazione, questo tipo di ossidazione è energeticamente meno favorevole.

ω-Ossidazione degli acidi grassi. Nel fegato degli animali e in alcuni microrganismi esiste un sistema enzimatico che fornisce l'ossidazione ω degli acidi grassi, cioè l'ossidazione nel gruppo terminale CH 3, indicato dalla lettera ω. Prima sotto l'influenza monoossigenasi l'idrossilazione avviene per formare ω-idrossiacido:

L'acido ω-idrossi viene quindi ossidato ad acido ω-dicarbossilico mediante l'azione del corrispondente deidrogenasi:

L'acido ω-dicarbossilico così ottenuto viene accorciato alle due estremità mediante reazioni di β-ossidazione.

Il tessuto adiposo, costituito da adiposociti, svolge un ruolo specifico nel metabolismo dei lipidi. Circa il 65% della massa del tessuto adiposo è costituito da triacilgliceroli (TAG) depositati in esso: rappresentano una forma di accumulo di energia e svolgono la stessa funzione nel metabolismo dei grassi come il glicogeno epatico nel metabolismo dei carboidrati. I grassi immagazzinati nel tessuto adiposo fungono da fonte di acqua endogena e da riserva di energia per il corpo umano. Il TAG viene utilizzato nell'organismo dopo la disgregazione preliminare (lipolisi), durante la quale vengono rilasciati glicerolo e acidi grassi liberi.

Nelle cellule del tessuto adiposo, la rottura dei TAG avviene con la partecipazione delle lipasi. La lipasi è in forma inattiva; viene attivata dagli ormoni (adrenalina, norepinefrina, glucagone, tiroxina, glucocorticoidi, ormone della crescita, ACTH) in risposta allo stress, al digiuno e al raffreddamento; i prodotti di reazione sono monoacilglicerolo e IVH.

Gli IVH con l'aiuto delle albumine vengono trasportati dal sangue alle cellule dei tessuti e degli organi dove avviene la loro ossidazione.

Ossidazione degli acidi grassi superiori.

Fonti della RDC:

Lipidi del tessuto adiposo

Lipoproteine

Triacilgliceroli

Fosfolipidi delle biomembrane cellulari

L'ossidazione della fecondazione in vitro avviene nei mitocondri delle cellule ed è chiamata beta ossidazione. La loro consegna ai tessuti e agli organi avviene con la partecipazione dell'albumina e il trasporto dal citoplasma ai mitocondri con la partecipazione della carnitina.

Il processo di beta-ossidazione dell’IVLC consiste nelle seguenti fasi:

Attivazione degli IVFA sulla superficie esterna della membrana mitocondriale con la partecipazione di ATP, conzima A e ioni magnesio con la formazione della forma attiva di IVFA (acil-CoA).

Il trasporto degli acidi grassi nei mitocondri è possibile attaccando la forma attiva dell'acido grasso alla quarantena situata sulla superficie esterna della membrana mitocondriale interna. Si forma acil-carnitina, che ha la capacità di passare attraverso la membrana. Sulla superficie interna il complesso si disintegra e la carnitina ritorna sulla superficie esterna della membrana.

L'ossidazione intramitocondriale degli acidi grassi consiste in reazioni enzimatiche sequenziali. Al termine di un ciclo di ossidazione, una molecola di acetil-CoA viene separata dall'acido grasso, cioè accorciamento della catena degli acidi grassi di due atomi di carbonio e, a seguito di due reazioni della deidrogenasi, il FAD viene ridotto a FADH 2 e il NAD+ a NADH 2.

riso. Ossidazione degli acidi grassi superiori

Quello. completamento di 1 ciclo di corsa - ossidazione di IVLC, a seguito della quale IVLC è stato accorciato di 2 unità di carbonio. Durante la beta-ossidazione, è stato rilasciato 5ATP e 12ATP durante l'ossidazione dell'ACETIL-COA nel ciclo del TCA e degli enzimi associati della catena respiratoria. L'ossidazione dei VFA avverrà ciclicamente allo stesso modo, ma solo fino all'ultimo stadio: lo stadio di conversione dell'acido butirrico (BUTYRYL-COA), che ha le sue caratteristiche che devono essere prese in considerazione nel calcolo dell'effetto energetico totale di Ossidazione VFA, quando come risultato di un ciclo si formano 2 molecole di ACETYL-COA, una di queste ha subito la beta-ossidazione con il rilascio di 5ATP e l'altra no.

riso. L'ultimo stadio dell'ossidazione degli acidi grassi superiori

OSSIDAZIONE DI IVLC CON UN NUMERO DISPARI DI UNITÀ DI CARBONIO NELLA CATENA

Tali IVH entrano nel corpo umano come parte del cibo con la carne di ruminanti, piante e organismi marini. L'ossidazione di tali IVLC avviene allo stesso modo degli IVLC che hanno un numero pari di unità di carbonio nella catena, ma solo fino all'ultimo stadio: lo stadio di trasformazione del PROPIONIL-COA. che ha le sue caratteristiche.

Quello. Si forma SUCCINIL-COA, che viene ulteriormente ossidato nei MITOCONDRI con la partecipazione degli enzimi del ciclo KREB TCA e degli enzimi associati della catena respiratoria.

I carboidrati costituiscono la maggior parte della dieta umana e forniscono una parte significativa del fabbisogno energetico del corpo. Con una dieta equilibrata, la quantità giornaliera di carboidrati è in media 4 volte superiore alla quantità di proteine ​​e grassi.

Il ruolo dei carboidrati nella nutrizione:

1. I carboidrati sì funzione energetica. Quando 1 g di carboidrati viene ossidato, vengono rilasciate 4,1 kcal di energia. Il glucosio, in cui viene scomposta la maggior parte dei carboidrati, è il principale substrato energetico del corpo.

2. Attività muscolare accompagnato da un significativo consumo di glucosio. Durante il lavoro fisico, i carboidrati vengono consumati per primi e solo quando le loro riserve (glicogeno) sono esaurite vengono inclusi nello scambio i grassi.

3. I carboidrati sono essenziali per il normale funzionamento sistema nervoso centrale, le cui cellule sono molto sensibili alla mancanza di glucosio nel sangue.

4. I carboidrati sì funzione strutturale. I carboidrati semplici servono come fonte di formazione delle glicoproteine, che costituiscono la base del tessuto connettivo.

5. Sono coinvolti i carboidrati nel metabolismo delle proteine ​​e dei grassi. I grassi possono essere formati dai carboidrati.

6. I carboidrati di origine vegetale (cellulosa, sostanze pectiniche) stimolano la motilità intestinale e favoriscono l'eliminazione dei prodotti tossici che si accumulano in esso.

Fonti i carboidrati servono prevalentemente prodotti vegetali, soprattutto prodotti farinacei, cereali, dolci. Nella maggior parte degli alimenti, i carboidrati si presentano sotto forma di amido e, in misura minore, sotto forma di disaccaridi (latte, barbabietola da zucchero, frutta e bacche). Per un migliore assorbimento dei carboidrati, è necessario che la maggior parte di essi entri nel corpo sotto forma di amido.

L'amido viene gradualmente scomposto nel tratto gastrointestinale in glucosio, che entra nel sangue in piccole porzioni, migliorandone l'utilizzo e mantenendo costante il livello di zucchero nel sangue. Quando vengono somministrate grandi quantità di zucchero contemporaneamente, la concentrazione di glucosio nel sangue aumenta notevolmente e inizia ad essere escreto nelle urine. Le condizioni più favorevoli si considerano quando il 64% dei carboidrati viene consumato sotto forma di amido e il 36% sotto forma di zuccheri.

Tasso di consumo i carboidrati dipendono dall'intensità del lavoro. Durante il lavoro fisico, i carboidrati sono necessari in quantità maggiori. In media, è necessario per 1 kg di peso corporeo 4-6-8 g di carboidrati al giorno, ovvero circa 4 volte in più rispetto alle proteine ​​e ai grassi.

Eccessivo apporto di carboidrati può portare all'obesità e al sovraccarico eccessivo del tratto gastrointestinale, perché gli alimenti vegetali ricchi di carboidrati sono generalmente più voluminosi, provocano una sensazione di pesantezza e compromettono la digeribilità complessiva del cibo.

Mancanza di carboidrati nel cibo è anche indesiderabile a causa del rischio di sviluppare condizioni ipoglicemiche. La carenza di carboidrati, di regola, è accompagnata da debolezza generale, sonnolenza, diminuzione della memoria, delle prestazioni mentali e fisiche, mal di testa, ridotta digeribilità delle proteine, vitamine, acidosi, ecc. A questo proposito, la quantità di carboidrati nella dieta quotidiana non dovrebbe essere inferiore a 300 g

Strettamente correlate al gruppo dei carboidrati sono le sostanze presenti nella maggior parte degli alimenti vegetali che sono scarsamente digeribili dal corpo umano: sostanze pectine (carboidrati indigeribili) e fibre.

Le sostanze pectiche sono sostanze gelificanti vegetali ad elevata capacità di assorbimento (assorbente). Hanno un effetto benefico nel trattamento di malattie dell'apparato digerente, ustioni e ulcere e hanno anche la capacità di neutralizzare alcune sostanze tossiche (sono particolarmente attivi nella rimozione dei sali di metalli pesanti, come i composti di piombo, dal corpo).

Ci sono molte sostanze pectiniche nelle arance, nelle mele, nel ribes nero e in altri frutti e bacche.

Cellulosa(altri nomi - verdura grossolana, o indigeribile, o cibo, o fibra alimentare) è un polisaccaride che fa parte delle massicce pareti cellulari degli alimenti vegetali. Ha una struttura fibrosa, piuttosto grossolana.

Fonti comuni di fibre alimentari sono crusca, pane e cereali (soprattutto grano saraceno e farina d'avena). Grandi quantità si trovano in molti ortaggi, frutti, foglie e fusti di piante; ce n'è particolarmente in abbondanza nei gusci dei cereali e nelle bucce dei frutti. Quando si conservano frutta e verdura, la fibra alimentare viene completamente preservata (ad eccezione dei succhi senza polpa).

Senza avere un alto contenuto calorico, la maggior parte delle verdure e della frutta, tuttavia, a causa del loro alto contenuto di carboidrati indigeribili, contribuiscono a un senso di sazietà rapido e abbastanza persistente: poiché le fibre alimentari hanno la capacità di assorbire molti liquidi, si gonfiano lo stomaco, riempie parte del suo volume e di conseguenza la saturazione avviene più velocemente. Le fibre stesse non trasportano una sola caloria nel corpo.

Il valore delle fibre sta nel fatto che, essendo una componente abbastanza voluminosa dell'alimentazione quotidiana, non vengono digerite dal corpo umano. La presenza di una grande quantità di fibre riduce in qualche modo la digeribilità complessiva del cibo. Tuttavia, la sua completa assenza ha un effetto dannoso sul funzionamento del tratto gastrointestinale.

Le fibre provocano una corretta peristalsi (movimento delle pareti) dell'intestino e quindi favoriscono il movimento del cibo attraverso il canale digestivo e la rimozione dei nutrienti non digeriti dal corpo.

La quantità necessaria di fibre negli alimenti è garantita dalla corretta combinazione di prodotti animali e vegetali nella dieta quotidiana.

Dopo la decomposizione, la fibra, come altri polisaccaridi, si trasforma in zuccheri. Tuttavia, nel tratto digestivo umano non sono presenti enzimi in grado di provocare tale disgregazione. Solo una piccola parte può essere digerita sotto l'influenza di microrganismi nell'intestino, ma la maggior parte viene espulsa dal corpo senza modifiche. Grazie a questa inutilità esterna, fibre e pectine vengono chiamate sostanze di zavorra.

Le sostanze di zavorra svolgono anche un'importante funzione nel processo di digestione: le fibre vengono fermentate dai batteri intestinali e aiutano letteralmente a macinare il cibo; irritando le terminazioni nervose delle pareti intestinali, aumentano la peristalsi. Se l'alimento è povero di sostanze di zavorra la motilità intestinale viene disturbata, pertanto, per evitare questi disturbi, si consiglia di utilizzare alimenti crudi ricchi di fibre.

Inoltre, la fibra alimentare ha la capacità di stimolare il metabolismo, poiché le fibre impediscono l'assorbimento delle tossine che arrivano con il cibo o si formano durante la sua lavorazione, e servono come una sorta di frusta: muovendosi lungo il tratto digestivo, portano con sé tutto ciò che si è attaccato alle pareti e rimuoverlo dal corpo.

Un altro vantaggio della fibra alimentare è che ha la capacità di ridurre il livello di colesterolo endogeno (questo è il colesterolo che non entra in noi con il cibo, ma è prodotto dall'organismo stesso nel fegato dagli acidi biliari che entrano nel fegato dall'intestino ).

Emicellulosa: come la fibra, o la cellulosa, fa parte delle pareti cellulari dei prodotti cerealicoli, e piccole quantità si trovano nella polpa di frutta e verdura. È in grado di trattenere l'acqua e legare i metalli.

Ossidazione degli acidi grassi (beta ossidazione). Ruolo H.S. – Ko in questo processo. Energia di ossidazione completa dell'acido steorico CO 2 C H 2 O . Calcolare il numero di molecole di ATP formate durante l'ossidazione.

L'attivazione dell'FA avviene nel citoplasma e la beta-ossidazione avviene nei mitocondri.

L'acil-CoA non può passare attraverso la membrana mitocondriale. Pertanto esiste un meccanismo speciale per il trasporto degli AF dal citoplasma al mitocondrio con la partecipazione della sostanza “carnitina”. Nella membrana interna dei mitocondri si trova una speciale proteina di trasporto che garantisce il trasferimento. Grazie a ciò, l'acilcarnitina penetra facilmente nella membrana mitocondriale.

Le carnitina aciltransferasi citoplasmatica e mitocondriale sono diverse nella struttura e differiscono l'una dall'altra anche nelle caratteristiche cinetiche. La Vmax dell'acilcarnitina transferasi citoplasmatica è inferiore alla Vmax dell'enzima mitocondriale e anche inferiore alla Vmax degli enzimi β-ossidanti. Pertanto, l'acilcarnitina transferasi citoplasmatica è un enzima chiave nella scomposizione degli acidi grassi.

Se un acido grasso entra nei mitocondri, subirà necessariamente il catabolismo in acetil-CoA.

Il “carburante” più compatto che soddisfa i bisogni energetici del corpo sono gli acidi grassi, che sono determinati dalle caratteristiche della loro struttura chimica. Per 1 mole, l'ossidazione completa degli acidi grassi rilascia molte volte più energia chimica utilizzabile rispetto all'ossidazione dei carboidrati; ad esempio, l'ossidazione di 1 mol di acido palmitico produce 130 mol di ATP, mentre l'ossidazione di 1 mol di glucosio produce 38 mol di ATP. Per unità di peso, anche la produzione di energia differisce di più di due volte (9 kcal per 1 g di grassi contro 4 kcal per 1 g di carboidrati o proteine). Questo elevato rendimento energetico si basa sullo stesso motivo che rende la benzina, il petrolio e altri prodotti petroliferi combustibili così efficaci per la generazione di energia termica e meccanica, vale a dire l'elevato grado di riduzione del carbonio nelle lunghe catene alchiliche. La parte principale della molecola di acido grasso è costituita da unità ripetitive (CH2)n, cioè una struttura arricchita al massimo di idrogeno. Come abbiamo visto dalla presentazione precedente, l'energia immagazzinata durante i processi ossidativi biologici si forma principalmente in connessione con il trasferimento controllato di elettroni dagli atomi di idrogeno della catena respiratoria, accoppiato con la fosforilazione dell'ADP in ATP. Poiché gli acidi grassi sono composti principalmente da carbonio e idrogeno e quindi contengono un numero significativamente inferiore di atomi di ossigeno rispetto ai carboidrati, l'ossidazione degli acidi grassi è accompagnata dall'assorbimento di una quantità proporzionalmente maggiore di ossigeno e, quindi, dalla formazione di più ATP durante la fosforilazione ossidativa.

È stato accertato che l'ossidazione degli acidi grassi avviene più intensamente nel fegato, nei reni, nei muscoli scheletrici e cardiaci e nel tessuto adiposo. Nel tessuto cerebrale, il tasso di ossidazione degli acidi grassi è molto basso, perché La principale fonte di energia nel tessuto cerebrale è il glucosio.

La β-ossidazione è una via specifica del catabolismo degli acidi grassi, in cui 2 atomi di carbonio vengono separati in sequenza dall'estremità carbossilica di un acido grasso sotto forma di acetil-CoA. La via metabolica - β-ossidazione - è così chiamata perché le reazioni di ossidazione degli acidi grassi avvengono nell'atomo di β-carbonio. Le reazioni di β-ossidazione e successiva ossidazione dell'acetil-CoA nel ciclo TCA fungono da una delle principali fonti di energia per la sintesi di ATP attraverso il meccanismo della fosforilazione ossidativa. La β-ossidazione degli acidi grassi avviene solo in condizioni aerobiche.

Attivazione degli acidi grassi

Prima di entrare in varie reazioni, gli acidi grassi devono essere attivati, cioè sono collegati da un legame macroergico con il coenzima A:

RCOOH + HSKoA + ATP → RCO ~ CoA + AMP + PPi.

La reazione è catalizzata dall'enzima acil-CoA sintetasi. Il pirofosfato rilasciato durante la reazione viene idrolizzato dall'enzima pirofosfatasi: H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2 H 3 PO 4.

Il rilascio di energia durante l'idrolisi del legame ad alta energia del pirofosfato sposta l'equilibrio della reazione a destra e garantisce la completezza della reazione di attivazione.

Acil-CoA sintetasi si trovano sia nel citosol che nella matrice mitocondriale. Questi enzimi differiscono nella loro specificità per gli acidi grassi con diverse lunghezze di catena di idrocarburi. Gli acidi grassi con catena corta e media (da 4 a 12 atomi di carbonio) possono penetrare nella matrice mitocondriale per diffusione. L'attivazione di questi acidi grassi avviene nella matrice mitocondriale. Gli acidi grassi a catena lunga, che predominano nel corpo umano (da 12 a 20 atomi di carbonio), vengono attivati ​​dalle acil-CoA sintetasi situate sulla membrana esterna dei mitocondri.

La degradazione degli acidi grassi attivati ​​avviene secondo l'ipotesi b - ossidazione F. Knoop, proposto nel 1904 b - l'ossidazione avviene all'interno dei mitocondri

β- Ossidazione degli acidi grassi- una via specifica di catabolismo degli acidi grassi, che si verifica nella matrice mitocondriale solo in condizioni aerobiche e termina con la formazione di acetil-CoA. L'idrogeno derivante dalle reazioni di β-ossidazione entra nel CPE e l'acetil-CoA viene ossidato nel ciclo del citrato, che fornisce anche idrogeno al CPE. Pertanto, la β-ossidazione degli acidi grassi è la via metabolica più importante che fornisce la sintesi di ATP nella catena respiratoria.

La β-ossidazione inizia con la deidrogenazione dell'acil-CoA da parte dell'acil-CoA deidrogenasi FAD-dipendente, formando un doppio legame tra gli atomi di carbonio α e β nel prodotto della reazione, l'enoil-CoA. Il coenzima FADH 2, ripristinato in questa reazione, trasferisce gli atomi di idrogeno nel CPE al coenzima Q. Di conseguenza, vengono sintetizzate 2 molecole di ATP (Fig. 8-27). Nella successiva reazione di p-ossidazione, una molecola d'acqua viene aggiunta al sito del doppio legame in modo che il gruppo OH si trovi sull'atomo di carbonio β dell'acile, formando β-idrossiacil-CoA. Il β-idrossiacil-CoA viene quindi ossidato dalla deidrogenasi NAD+-dipendente. Il NADH ridotto, ossidato in CPE, fornisce energia per la sintesi di 3 molecole di ATP. Il β-chetoacil-CoA risultante subisce la scissione tiolitica da parte dell'enzima tiolasi, poiché nel sito della scissione del legame C-C viene aggiunta, attraverso un atomo di zolfo, una molecola di coenzima A. Come risultato di questa sequenza di 4 reazioni, si forma un il residuo a due atomi di carbonio, acetil-CoA, viene separato dall'acil-CoA. Un acido grasso accorciato di 2 atomi di carbonio subisce nuovamente le reazioni di deidrogenazione, idratazione, deidrogenazione ed eliminazione dell'acetil-CoA. Questa sequenza di reazioni è solitamente chiamata "ciclo di β-ossidazione", nel senso che le stesse reazioni vengono ripetute con il radicale dell'acido grasso finché tutto l'acido non viene convertito in residui acetilici.

β -Ossidazione degli acidi grassi.

Il processo di b-ossidazione è ciclico. Ad ogni giro del ciclo, 2 atomi di carbonio vengono separati dall'acido grasso sotto forma di residuo acetilico.

Successivamente, l'acil-CoA, accorciato di 2 atomi di carbonio, subisce nuovamente l'ossidazione (entra in un nuovo ciclo di reazioni di b-ossidazione). L'acetil-CoA risultante può entrare ulteriormente nel ciclo degli acidi tricarbossilici ed è necessario essere in grado di calcolare il rendimento energetico dalla scomposizione degli acidi grassi. La formula presentata è vera per qualsiasi acido grasso saturo contenente n atomi di carbonio. La scomposizione degli acidi grassi insaturi produce meno ATP. Ogni doppio legame in un acido grasso significa la perdita di 2 molecole di ATP. La b-ossidazione si verifica più intensamente nel tessuto muscolare, nei reni e nel fegato. Come risultato della b-ossidazione dell'FA, si forma l'acetil-CoA. La velocità di ossidazione è determinata dalla velocità dei processi di lipolisi. L'accelerazione della lipolisi è caratteristica di uno stato di carenza di carboidrati e di intenso lavoro muscolare. L'accelerazione della b-ossidazione si osserva in molti tessuti, compreso il fegato. Il fegato produce più acetil-CoA del necessario. Il fegato è un “organo altruista” e quindi invia glucosio ad altri tessuti.

Il fegato cerca di inviare il proprio acetil-CoA ad altri tessuti, ma non ci riesce, poiché le membrane cellulari sono impermeabili all’acetil-CoA. Pertanto, nel fegato vengono sintetizzate sostanze speciali chiamate "corpi chetonici" dall'acetil-CoA. I corpi chetonici sono una forma di trasporto speciale dell'acetil-CoA.

La molecola di acido grasso viene scomposta nei mitocondri mediante la graduale eliminazione di frammenti a due atomi di carbonio sotto forma di acetil coenzima A (acetil-CoA).

C17H35COOH + 26 O2 = 18 CO2 + 18 H2O.

Quando l'acido stearico viene ossidato, la cellula riceverà 146 molecole di ATP.

Knoop nel 1904 avanzò l'ipotesi della β-ossidazione degli acidi grassi sulla base di esperimenti condotti su conigli con vari acidi grassi in cui un atomo di idrogeno nel gruppo metilico terminale (nell'atomo di carbonio ω) era sostituito da un radicale fenile (C 6 H5-).

Knoop ha suggerito che l'ossidazione della molecola di acido grasso nei tessuti corporei avviene nella posizione β; Di conseguenza, si verifica un taglio sequenziale di frammenti a due atomi di carbonio dalla molecola di acido grasso sul lato del gruppo carbossilico.

Gli acidi grassi, che fanno parte dei grassi naturali di animali e piante, appartengono a una serie con un numero pari di atomi di carbonio. Qualsiasi acido di questo tipo, rimuovendo una coppia di atomi di carbonio, passa infine attraverso lo stadio di acido butirrico, che, dopo la successiva β-ossidazione, dovrebbe dare acido acetoacetico. Quest'ultimo viene poi idrolizzato in due molecole di acido acetico.

La teoria della β-ossidazione degli acidi grassi, proposta da Knoop, non ha perso la sua importanza fino ad oggi ed è in gran parte la base delle idee moderne sul meccanismo di ossidazione degli acidi grassi.

Idee moderne sull'ossidazione degli acidi grassi

È stato stabilito che l'ossidazione degli acidi grassi nelle cellule avviene nei mitocondri con la partecipazione di un complesso multienzimatico. È anche noto che gli acidi grassi vengono inizialmente attivati ​​con la partecipazione di ATP e HS-KoA; Gli esteri CoA di questi acidi fungono da substrati in tutte le fasi successive dell'ossidazione enzimatica degli acidi grassi; È stato chiarito anche il ruolo della carnitina nel trasporto degli acidi grassi dal citoplasma ai mitocondri.

Il processo di ossidazione degli acidi grassi consiste nelle seguenti fasi principali.

Attivazione degli acidi grassi e loro penetrazione dal citoplasma nei mitocondri. La formazione della “forma attiva” di un acido grasso (acil-CoA) a partire dal coenzima A e da un acido grasso è un processo endergonico che avviene attraverso l’utilizzo dell’energia ATP:

La reazione è catalizzata dall'acil-CoA sintetasi. Esistono diversi enzimi di questo tipo: uno catalizza l'attivazione di acidi grassi contenenti da 2 a 3 atomi di carbonio, un altro - da 4 a 12 atomi, il terzo - da 12 o più atomi di carbonio.

Come già notato, l'ossidazione degli acidi grassi (acil-CoA) avviene nei mitocondri. Negli ultimi anni è stato dimostrato che la capacità dell'acil-CoA di penetrare dal citoplasma nei mitocondri aumenta notevolmente in presenza di una base azotata, la carnitina (γ-trimetilammino-β-idrossibutirrato). L'acil-CoA, combinandosi con la carnitina, con la partecipazione di uno specifico enzima citoplasmatico (carnitina acil-CoA transferasi), forma l'acilcarnitina (un estere della carnitina e un acido grasso), che ha la capacità di penetrare nei mitocondri:

Dopo che l'acilcarnitina passa attraverso la membrana mitocondriale, si verifica una reazione inversa: la scissione dell'acilcarnitina con la partecipazione di HS-CoA e carnitina mitocondriale acil-CoA transferasi:

In questo caso, la carnitina ritorna nel citoplasma cellulare e l'acil-CoA subisce l'ossidazione nei mitocondri.

Primo stadio della deidrogenazione. L'acil-CoA nei mitocondri è principalmente soggetto a deidrogenazione enzimatica;

in questo caso l'acil-CoA perde due atomi di idrogeno nelle posizioni α e β, trasformandosi nell'estere CoA di un acido insaturo:

Sembra che esistano diverse acil-CoA deidrogenasi contenenti FAD, ciascuna delle quali ha specificità per l'acil-CoA di una specifica lunghezza della catena di carbonio.

Fase di idratazione. L'acil-CoA insaturo (enoil-CoA), con la partecipazione dell'enzima enoil-CoA idratasi, attacca una molecola d'acqua. Di conseguenza, si forma il β-idrossiacil-CoA:

Secondo stadio della deidrogenazione. Il β-idrossiacil-CoA risultante viene quindi deidrogenato. Questa reazione è catalizzata dalle deidrogenasi NAD-dipendenti. La reazione procede secondo la seguente equazione:

In questa reazione, il β-chetoacil-CoA interagisce con il coenzima A. Di conseguenza, il β-chetoacil-CoA viene scisso e si formano un acil-CoA accorciato di due atomi di carbonio e un frammento a due atomi di carbonio sotto forma di acetil-CoA . Questa reazione è catalizzata dall'acetil-CoA aciltransferasi (o tiolasi):

L'acetil-CoA risultante subisce l'ossidazione nel ciclo dell'acido tricarbossilico (ciclo di Krebs) e l'acil-CoA, accorciato di due atomi di carbonio, percorre nuovamente ripetutamente l'intero percorso di β-ossidazione fino alla formazione di butirril-CoA (composto a 4 atomi di carbonio ), che a sua volta viene ossidato a due molecole di acetil-CoA (vedi diagramma).

Ad esempio, nel caso dell'acido palmitico (C 16), si ripetono 7 cicli di ossidazione. Ricordiamo che durante l'ossidazione di un acido grasso contenente n atomi di carbonio si verificano n/2 - 1 cicli di β-ossidazione (ovvero un ciclo in meno di n/2, poiché l'ossidazione del butirril-CoA produce immediatamente due molecole di acetil -CoA) e si otterranno un totale di n/2 molecole di acetil-CoA.

Pertanto, l'equazione complessiva per la p-ossidazione dell'acido palmitico può essere scritta come segue:

Palmitoil-CoA + 7 FAD + 7 NAD + 7H 2 O + 7HS-KoA --> 8 Acetil-CoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2 .

Bilancio energetico. Ad ogni ciclo di β-ossidazione si formano 1 molecola di FADH 2 e 1 molecola di NADH 2. Questi ultimi, nel processo di ossidazione nella catena respiratoria e fosforilazione associata, danno: FADH 2 - due molecole di ATP e NADH 2 - tre molecole di ATP, cioè in totale, in un ciclo si formano 5 molecole di ATP. Nel caso dell'ossidazione dell'acido palmitico si verificano 7 cicli di β-ossidazione (16/2 - 1 = 7) che portano alla formazione di 5X7 = 35 molecole di ATP. Nel processo di β-ossidazione dell'acido palmitico si formano molecole di acetil-CoA, ciascuna delle quali, bruciando nel ciclo dell'acido tricarbossilico, produce 12 molecole di ATP e 8 molecole produrranno 12X8 = 96 molecole di ATP.

Pertanto, in totale, con la completa ossidazione dell'acido palmitico, si formano 35 + 96 = 131 molecole di ATP. Tuttavia, tenendo conto di una molecola di ATP spesa all'inizio per la formazione della forma attiva di acido palmitico (palmitoil-CoA), la resa energetica totale per la completa ossidazione di una molecola di acido palmitico in condizioni animali sarà 131-1 = 130 molecole di ATP (notare che con l'ossidazione completa di una molecola di glucosio si producono solo 36 molecole di ATP).

Si calcola che se la variazione dell'energia libera del sistema (ΔG) dopo la combustione completa di una molecola di acido palmitico è 9797 kJ e il legame fosfato terminale ricco di energia dell'ATP è caratterizzato da un valore di circa 34,5 kJ, si scopre quindi che circa il 45% dell'energia potenziale totale dell'acido palmitico durante la sua ossidazione nell'organismo può essere utilizzata per la risintesi dell'ATP, e la parte rimanente viene apparentemente dispersa sotto forma di calore.

La condizione principale per la vita di qualsiasi organismo è un rifornimento continuo di energia, che viene spesa in vari processi cellulari. In questo caso una certa parte dei composti nutritivi potrebbe non essere utilizzata immediatamente, ma convertita in riserva. Il ruolo di tale serbatoio è svolto dai grassi (lipidi), costituiti da glicerolo e acidi grassi. Questi ultimi vengono utilizzati dalla cellula come combustibile. In questo caso, gli acidi grassi vengono ossidati a CO 2 e H 2 O.

Informazioni di base sugli acidi grassi

Gli acidi grassi sono catene di carbonio di varia lunghezza (da 4 a 36 atomi), che per natura chimica sono classificati come acidi carbossilici. Queste catene possono essere ramificate o non ramificate e contenere un numero diverso di doppi legami. Se questi ultimi sono completamente assenti gli acidi grassi vengono detti saturi (tipici di molti lipidi di origine animale), altrimenti insaturi. In base alla disposizione dei doppi legami gli acidi grassi si dividono in monoinsaturi e polinsaturi.

La maggior parte delle catene contiene un numero pari di atomi di carbonio, dovuto alla particolarità della loro sintesi. Tuttavia, esistono connessioni con un numero dispari di collegamenti. L'ossidazione di questi due tipi di composti è leggermente diversa.

caratteristiche generali

Il processo di ossidazione degli acidi grassi è complesso e multistadio. Inizia con la loro penetrazione nella cellula e termina nelle fasi finali che ripetono effettivamente il catabolismo dei carboidrati (ciclo di Krebs, la conversione dell'energia del gradiente transmembrana in ATP, CO 2 e acqua sono i prodotti finali del processo.

L'ossidazione degli acidi grassi nelle cellule eucariotiche avviene nei mitocondri (la posizione più tipica), nei perossisomi o nel reticolo endoplasmatico.

Varietà (tipi) di ossidazione

Esistono tre tipi di ossidazione degli acidi grassi: α, β e ω. Molto spesso, questo processo avviene attraverso il meccanismo β ed è localizzato nei mitocondri. La via omega è un'alternativa minore al meccanismo β e si verifica nel reticolo endoplasmatico, mentre il meccanismo alfa è caratteristico di un solo tipo di acido grasso (acido fitanico).

Biochimica dell'ossidazione degli acidi grassi nei mitocondri

Per comodità, il processo di catabolismo mitocondriale è convenzionalmente suddiviso in 3 fasi:

• attivazione e trasporto ai mitocondri;
• ossidazione;
• ossidazione dell'acetil-coenzima A risultante attraverso il ciclo di Krebs e la catena di trasporto elettrico.

L'attivazione è un processo preparatorio che converte gli acidi grassi in una forma disponibile per trasformazioni biochimiche, poiché queste stesse molecole sono inerti. Inoltre, senza attivazione non possono penetrare nelle membrane mitocondriali. Questa fase si verifica nella membrana esterna dei mitocondri.

In realtà, l’ossidazione è una fase fondamentale del processo. Comprende quattro fasi, al termine delle quali l'acido grasso viene convertito in molecole di acetil-CoA. Lo stesso prodotto si forma anche durante l'utilizzazione dei carboidrati, per cui le fasi successive sono simili alle ultime fasi della glicolisi aerobica. La formazione di ATP avviene nella catena di trasporto degli elettroni, dove l'energia del potenziale elettrochimico viene utilizzata per formare un legame ad alta energia.

Nel processo di ossidazione degli acidi grassi, oltre all'acetil-CoA, si formano anche molecole di NADH e FADH 2, che entrano anch'esse nella catena respiratoria come donatori di elettroni. Di conseguenza, la produzione energetica totale del catabolismo lipidico è piuttosto elevata. Quindi, ad esempio, l'ossidazione dell'acido palmitico mediante il meccanismo β produce 106 molecole di ATP.

Attivazione e trasferimento nella matrice mitocondriale

Gli stessi acidi grassi sono inerti e non possono subire ossidazione. L'attivazione li porta in una forma disponibile per trasformazioni biochimiche. Inoltre, queste molecole non possono penetrare inalterate nei mitocondri.

L'essenza dell'attivazione è la conversione di un acido grasso nel suo tioestere Acil-CoA, che successivamente subisce l'ossidazione. Questo processo viene eseguito da enzimi speciali - tiochinasi (acil-CoA sintetasi), attaccati alla membrana esterna dei mitocondri. La reazione avviene in 2 fasi, comportando il dispendio di energia da due ATP.

Per l'attivazione sono necessari tre componenti:

• HS-CoA;
• Mg2+.

Innanzitutto, l'acido grasso reagisce con l'ATP per formare un aciladenilato (un intermedio). Questo, a sua volta, reagisce con HS-CoA, il cui gruppo tiolico sostituisce l'AMP, formando un legame tioetere con il gruppo carbossilico. In questo modo si forma la sostanza acil-CoA, un derivato degli acidi grassi, che viene trasportato nei mitocondri.

Trasporto ai mitocondri

Questa fase è chiamata transesterificazione con carnitina. Il trasferimento di acil-CoA nella matrice mitocondriale avviene attraverso i pori con la partecipazione di carnitina ed enzimi speciali: carnitina aciltransferasi.

Per il trasporto attraverso le membrane, il CoA viene sostituito dalla carnitina per formare acil-carnitina. Questa sostanza viene trasferita nella matrice per diffusione facilitata con la partecipazione del trasportatore acil-carnitina/carnitina.

All'interno dei mitocondri avviene una reazione inversa, consistente nel distacco della retina, che rientra nella membrana, e nel ripristino dell'acil-CoA (in questo caso viene utilizzato il coenzima A “locale”, e non quello con cui si lega si è formato nella fase di attivazione).

Reazioni di base dell'ossidazione degli acidi grassi mediante il meccanismo β

Il tipo più semplice di utilizzo energetico degli acidi grassi comprende la β-ossidazione di catene senza doppi legami, in cui il numero di unità di carbonio è pari. Il substrato per questo processo, come notato sopra, è l'acile del coenzima A.

Il processo di β-ossidazione degli acidi grassi consiste di 4 reazioni:

1. La deidrogenazione è l'estrazione di idrogeno dall'atomo di carbonio β con la formazione di un doppio legame tra le unità di catena situate nelle posizioni α e β (primo e secondo atomo). Di conseguenza, si forma l'enoil-CoA. L'enzima di reazione è l'acil-CoA deidrogenasi, che agisce insieme al coenzima FAD (quest'ultimo viene ridotto a FADH2).
2. L'idratazione è l'aggiunta di una molecola d'acqua all'enoil-CoA, con conseguente formazione di L-β-idrossiacil-CoA. Effettuato dall'enoil-CoA idratasi.
3. La deidrogenazione è l'ossidazione del prodotto della reazione precedente da parte della deidrogenasi NAD-dipendente con la formazione del β-chetoacil coenzima A. In questo caso, il NAD viene ridotto a NADH.
4. Scissione del β-chetoacil-CoA in acetil-CoA e acil-CoA accorciato di 2 atomi di carbonio. La reazione viene effettuata sotto l'azione della tiolasi. Un prerequisito è la presenza di HS-CoA libero.

Poi tutto ricomincia dalla prima reazione.

Tutte le fasi vengono ripetute ciclicamente fino a quando l'intera catena di carbonio dell'acido grasso viene convertita in molecole di acetil coenzima A.

Formazione di acetil-CoA e ATP usando l'esempio dell'ossidazione del palmitoil-CoA

Alla fine di ogni ciclo, le molecole di acil-CoA, NADH e FADH2 si formano in un'unica quantità e la catena del tioestere acil-CoA si accorcia di due atomi. Trasferendo gli elettroni alla catena di trasporto elettrico, FADH2 produce una molecola e mezza di ATP e NADH - due. Di conseguenza, da un ciclo si ottengono 4 molecole di ATP, senza contare la produzione di energia dell'acetil-CoA.

La catena dell'acido palmitico contiene 16 atomi di carbonio. Ciò significa che nella fase di ossidazione devono verificarsi 7 cicli con la formazione di otto acetil-CoA e l'energia prodotta da NADH e FADH 2 in questo caso sarà di 28 molecole di ATP (4 × 7). L'ossidazione dell'acetil-CoA produce anche energia, che viene immagazzinata a seguito dell'ingresso dei prodotti del ciclo di Krebs nella catena di trasporto elettrico.

Resa totale degli stadi di ossidazione e ciclo di Krebs

Come risultato dell'ossidazione dell'acetil-CoA, si ottengono 10 molecole di ATP. Poiché il catabolismo del palmitoil-CoA produce 8 acetil-CoA, la resa energetica sarà di 80 ATP (10 × 8). Se a questo aggiungiamo il risultato dell'ossidazione di NADH e FADH 2, otteniamo 108 molecole (80+28). Da questa quantità dovresti sottrarre 2 ATP, che andranno ad attivare l'acido grasso.

L'equazione finale per l'ossidazione dell'acido palmitico sarà: palmitoil-CoA + 16 O 2 + 108 Pi + 80 ADP = CoA + 108 ATP + 16 CO 2 + 16 H 2 O.

Calcolo del rilascio di energia

L'energia prodotta dal catabolismo di un particolare acido grasso dipende dal numero di unità di carbonio nella sua catena. Il numero di molecole di ATP si calcola con la formula:

dove 4 è la quantità di ATP formata durante ciascun ciclo a causa di NADH e FADH2, (n/2 - 1) è il numero di cicli, n/2×10 è l'energia resa dall'ossidazione dell'acetil-CoA e 2 è il costo di attivazione.

Caratteristiche delle reazioni

L'ossidazione ha alcune peculiarità. Pertanto, la difficoltà di ossidare catene con doppi legami sta nel fatto che questi ultimi non possono essere influenzati dall'enoil-CoA idratasi perché si trovano in posizione cis. Questo problema viene eliminato dall'enoil-CoA isomerasi, che fa sì che il legame acquisisca una configurazione trans. Di conseguenza, la molecola diventa completamente identica al prodotto della prima fase di beta-ossidazione e può subire idratazione. I siti contenenti solo legami singoli vengono ossidati allo stesso modo degli acidi saturi.

A volte non c'è abbastanza enoil-CoA isomerasi per continuare il processo. Questo vale per le catene in cui è presente la configurazione cis9-cis12 (doppi legami al 9° e 12° atomo di carbonio). Qui l'interferenza non è solo la configurazione, ma anche la posizione dei doppi legami nella catena. Quest'ultimo viene corretto dall'enzima 2,4-dienoil-CoA reduttasi.

Catabolismo degli acidi grassi con numero dispari di atomi

Questo tipo di acido è caratteristico della maggior parte dei lipidi di origine naturale. Ciò crea una certa complessità, poiché ogni ciclo comporta un accorciamento di un numero pari di collegamenti. Per questo motivo, l'ossidazione ciclica degli acidi grassi superiori di questo gruppo continua finché il prodotto appare come un composto a 5 atomi di carbonio, che viene scisso in acetil-CoA e propionil-coenzima A. Entrambi i composti entrano in un altro ciclo di tre reazioni, risultando nella formazione di succinil-CoA. È lui che entra nel ciclo di Krebs.

Caratteristiche dell'ossidazione nei perossisomi

Nei perossisomi, l'ossidazione degli acidi grassi avviene attraverso un meccanismo beta, che è simile, ma non identico, al meccanismo mitocondriale. Anch'esso consiste di 4 passaggi che culminano nella formazione del prodotto acetil-CoA, ma presenta diverse differenze chiave. Pertanto, l'idrogeno scisso nella fase di deidrogenazione non ripristina il FAD, ma viene trasferito all'ossigeno con la formazione di perossido di idrogeno. Quest'ultimo viene immediatamente scisso dalla catalasi. Di conseguenza, l’energia che avrebbe potuto essere utilizzata per sintetizzare l’ATP nella catena respiratoria viene dissipata sotto forma di calore.

Una seconda importante differenza è che alcuni enzimi perossisomiali sono specifici per alcuni acidi grassi meno abbondanti e non sono presenti nella matrice mitocondriale.

La particolarità dei perossisomi delle cellule epatiche è che sono privi dell'apparato enzimatico del ciclo di Krebs. Pertanto, come risultato della beta-ossidazione, si formano prodotti a catena corta che vengono trasportati nei mitocondri per l'ossidazione.