Транспорт ацил-КоА в митохондрии

В процессе окисления жирных кислот в митохондриях происходит их распад на двухуглеродные фрагменты – остатки уксусной кислоты, связанные с коэнзимом А (ацетил-КоА). Каждый двухуглеродный фрагмент отщепляется от молекулы жирной кислоты (ацил-коэнзима А) в результате одного цикла ферментативных реакций. Для полного распада 16-угле-родной молекулы пальмитиновой кислоты требуется семь таких повторяющихся циклов (рис. 101).

Цикл распада жирной кислоты в процессе β-окисления представляет собой последовательность ферментативных реакций, в результате которой от ацил-коэнзима А отщепляется молекула ацетил-коэнзима А.

Рассмотрим процесс β-окисления пальмитоил-коэнзима А. В первой реакции цикла β-окисления, пальмитоил – КоА подвергается окислению с помощью ФАД-зависимого фермента – ацил-КоА дегидрогеназы. Продуктом реакции является ненасыщенное производное жирной кислоты – еноил-КоА. Заместители по месту двойной связи в этом промежуточном продукте находятся в trans-положении. В то же время природные ненасыщенные жирные кислоты представляют собой cis-изомеры.

В следующей реакции еноильное производное коэнзима А подвергается гидратации под действием фермента еноил-КоА-гидратазы. В качестве продукта реакции при этом образуется 3-гидроксиацил-КоА. Этот метаболит далее подвергается окислению под действием НАД-зависимого фермента 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы с образованием следующего промежуточного продукта – 3-кетоацил-КоА. В заключительной реакции цикла β-окисления 3-кетоацил-КоА под действием фермента тиолазы распадается на два продукта – ацетил-КоА и миристоил-КоА.

Рисунок 101 – Цикл β-окисления пальмитоил-КоА в митохондриях

Далее в аналогичный цикл превращений вступает миристоил-КоА. В результате он распадается с образованием в качестве продуктов реакции молекулы ацетил-КоА и тиоэфирлауриновой кислоты с коэнзимом А (лаурил-КоА). Процесс продолжается до тех пор, пока углеводородная цепь остатка теперь уже лауриновой кислоты окончательно не распадется на шесть молекул ацетил-КоА. Таким образом, в результате распада пальмитиновой кислоты в процессе β-окисления, в качестве продукта образуются 8 молекул ацетил-коэнзима А (рис. 102).

Рисунок 102 – Схема последовательного распада пальмитиновой

кислоты (C₁₆) до 8 остатков ацетил-КоА (C₂)

Балансовое уравнение β-окисления пальмитиновой кислоты может быть представлено в следующем виде:

Образующиеся в процессе β-окисления в митохондриальном матриксе молекулы ацетил-КоА далее подвергаются распаду до конечных продуктов в цикле трикарбоновых кислот. Учитывая это, можно рассчитать энергетичес-кий баланс распада жирных кислот в митохондриях (на примере пальмитиновой кислоты):

В процессе семи циклов β-окисления образуется по семь молекул восстановленного НАД и ФАД. При их окислении в дыхательной цепи образуются по 21 и 14 молекул АТФ соответственно. Окисление в ЦТК восьми молекул ацетил-КоА сопровождается образованием еще (8 × 12) = = 96 молекул АТФ. Итого полное аэробное окисление пальмитиновой кислоты в митохондриях сопровождается образованием (21 + 14 + 96) =

= 131 АТФ. Учитывая, что активация жирной кислоты связана с использованием одной молекулы АТФ в ацил-КоА-синтазной реакции, общий энергетический выход при полном окислении молекулы пальмитиновой кислоты составляет 130 АТФ.

Процесс β-окисления предполагает распад высших жирных кислот с четным числом углеродных атомов. Однако в клетках живых организмов в определенных количествах содержатся и жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов. Их окисление имеет некоторые особенности. Подобно этому некоторые особенности характерны и для ненасыщенных жирных кислот.