Betydningen av lipidmetabolisme: Reaksjoner for enzymatisk hydrolyse i glycerol

Viktigheten av lipidmetabolisme: Reaksjoner for enzymatisk hydrolyse i glycerol!

Det første trinnet i nedbrytning av fett er fordøyelse, det vil si enzymatisk hydrolyse i glycerol og fettsyrer, med lipase som det spesifikke enzymet.

Glycerol kan deretter fosforyleres ved ATP og oksyderes til fosfoglyceraldehyd, PGAL.

Denne prosessen krever en ATP for fosforyleringen, men gir 3 ATP i H2-overføring fra NAD til 02. PGAL kan senere delta i den vanlige sekvensen av karbohydratmetabolisme via glykolyse og Krebs syklus, en prosess som gir 17 ATP for hver enkelt molekyl. Således gir komplett aerob respirasjon av en molekyl glycerol en total nettovinst på 19 ATP.

Beta Oksidasjon av fettsyrer:

Åndedrettsnedbrytningen av fettsyrer er kjent som Beta-oksidasjon som oppstår i fettvev og lever. Mekanismen ble først oppdaget av Franz Knoop. Ved denne oksydasjonen gjennomgår den andre eller p-karbon av fettsyren oksidative forandringer som resulterer i oppdeling av suksessive 2-karbonfragmenter fra en fettsyrekjede til bare det siste 2-karbonfragmentet forblir. De enzymer som kreves ved P-oksidasjon, forekommer i mitokondriene.

1. Aktivering av fettsyre:

I utgangspunktet er et fettsyremolekyl koblet terminalt med CoA, ATP gir den nødvendige energi.

2. Dehydrogenering av aktivert syre:

Ved dehydrogenering fjernes en H fra hver av a- og p-karbonene og en umettet dobbeltbinding, -CH = CH-, opprettes således. Den spesifikke hydrogenbæreren i denne reaksjonen er FAD.

3. Hydrering:

Dette løser den umettede dobbeltbindingen og produserer en alkoholholdig gruppe på p-karbon.

4. Konvertering av p-hydroksylacylderivat til p-keto-derivat:

Denne reaksjonen katalyseres av enzymet, p-hydroksylacyldehydrogenase og NAD virker som hydrogenacceptor. Dette er β-oksidasjon hvorfra hele sekvensen kommer fra sitt navn.

5. Reaksjon av p-keto-acyl CoA med CoA:

Denne reaksjonen katalyseres av P-keto-acyltiolase og resulterer i dannelsen av acetyl-CoA og en aktivert fettsyre som er kortere med 2 karboner enn aktiveringskomplekset dannet i reaksjon 1 ved starten av hele sekvensen. Det kortere komplekset kan nå P-oksyderes i sin egen tur, og påfølgende acetyl-CoA-molekyler kan således bli kuttet av.

Acetyl-CoA produsert i sammenbrudd av fettsyrer kan deretter oksideres til C02 og H20 ved hjelp av Krebs syklus.

Energiutbytte under beta-oksydasjon:

I β-oksydasjon gir overføringen av H2 fra FAD til O2 2ATP (ikke 3, ettersom NAD-trinnet er omgått) og analog overføring fra NAD gir 3 ATP. Derfor er det en gevinst på 5 ATP per molekyl acetyl CoA dannet. Hvis vi for eksempel antar stearinsyre (C 18 ) som det egentlige startbrennstoffet, kan p-oksydasjon av denne fettsyren forekomme suksessivt åtte ganger, noe som gir acetyl CoA hver gang og etterlater et niende acetyl CoA som gjenværende.

Ved 5 ATP per p-oksydasjon er utbyttet derfor 5 x 8 = 40 ATP, minus 1 ATP brukt til den opprinnelige aktiveringen av det frie stearinsyremolekylet. Derfor gir en C18 fettsyre et netto på 39 ATP molekyler og 9 Acetyl CoA. Sistnevnte genererer 9 × 12 eller 108 ATP molekyler i Krebs syklus, slik at total energi oppnådd fra fullstendig respirasjon av stearinsyre er 147 ATP molekyler.

I sammenligning med 38 ATP som er gitt med ett glukose molekyl, (C6), gir stearinsyre (C18) 147 ATP molekyler. Fettsyrer er dermed tydeligvis en rikere kilde til brukbar energi enn tilsvarende mengder karbohydrater. Dette er grunnen til at fett er de foretrukne dyrelagringsmatene, og hvorfor dyrets metabolisme er svært fettorientert.

œ-oksidasjon av fettsyrer:

Oksidasjon av langkjedede fettsyrer til a-hydroksy syrer med ett karbon mindre enn det opprinnelige substratet har blitt påvist i mikrosomene av hjernen og andre vev og i planter, a- Hydroksy langkjedede fettsyrer er bestanddeler av hjerne lipider. Disse hydroksyfettsyrene kan omdannes til a-keto syrer, fulgt av oksidativ dekarboksylering, noe som resulterer i dannelsen av langkjedede fettsyrer med et oddetall karbonatomer.

RCH2-CH2-CH2-COOH-> RCH2-CH2-CHOH-COOH →

RCH2-CH2-CO-COOH-> RCH2-CH2COOH + CO2

Det første a-hydroksyleringstrinnet katalyseres av en monooksygenase som krever 0 2, Fe 2+ og enten ascorbinsyre eller en tetrahydropteridin. Omdannelse av a-hydroksy-syre til en enzymbundet a-keto-syre katalyseres av en NAD-spesifikk dehydrogenase. Den endelige dekarboksylering innebærer NAD, ATP og askorbinsyre.

ɯ-oksidasjon av fettsyrer:

Fettsyrer med gjennomsnittlig kjedelengde og i mindre grad langkjedede fettsyrer kan i utgangspunktet gjennomgå ɯ-oksidasjon til ɯ-hydroksy-fettsyrer som deretter omdannes til ɯ-dikarboksylsyrer. Dette har blitt observert med enzymer i levermikrosomer og med løselige enzympreparater fra bakterier.

I leveren katalyseres den første reaksjonen av en monooksygenase, som krever O 2, NADPH 2 og cytokrom P 450 . Ferrodoksin erstatter den siste forbindelsen i mikrober. Når dikarboksylsyren er dannet, kan den forkortes fra hver ende av molekylet ved hjelp av p-oksydasjons-sekvensen.

Effektivitet av fettrespirasjon:

Bortsett fra det høyere energiinnholdet i fett, er virkningen av fettånding likevel omtrent lik den for karbohydrater, det vil si om lag 40 prosent.

Biosyntese av fettsyrer og fettstoffer:

De fleste levende organismer, inkludert mennesker, er i stand til å syntetisere nesten alle deres fettsyrer fra ikke-lipidstoffer. Byggematerialet er acetyl CoA. Siden karbohydrater og proteiner kan nedbrytes metabolisk til acetyl CoA, kan de tydeligvis gi forløpere for dannelse av fettsyrer.

Syntesen finner sted i endoplasmatisk retikulum og cytoplasma, og innebærer i hovedsak sammenføring av acetyl-CoA-enheter for å danne lange karbonkjedemolekyler med frigjøring av koenzym.

En rekke forskjellige enzymer samt ATP, NADPH, koenzym A, vitaminbiotin og vitamin B 12 er nødvendige i syntese av fettsyrer fra acetyl CoA. Fettsyrene som dannes, reagerer med glycerolfosfat, som dannes ved reduksjon av dihydroksy-acetonfosfat eller direkte fosforylering av glyserol med ATP i nærvær av glycerokinase.

Konvertering av fett til karbohydrat-glykylat-syklusen:

Selv om det er en vanlig observasjon at karbohydrater enkelt omdannes til fett i animalsk vev, er det ikke noe bevis for at omvendt, nemlig omdannelse av fett til karbohydrater, oppstår. I plantevev konverterer imidlertid høyt fettholdige frø raskt deres fettavsetninger til sukrose ved spiring.

Inntil nylig var mekanismen for omdannelse av fett til karbohydrater ikke kjent. Harry Beevers på slutten av 50-tallet og tidlig på 60-tallet oppdaget at omdannelsen av fett til sukker oppstod gjennom glyoksylatsyklus. Syklusen ble først rapportert av HL Kornberg og Krebs i visse mikroorganismer som levde i et medium som inneholdt acetat som den eneste kilden.

Disse mikroorganismer møtte all deres energibehov fra nedbrytning av acetat til CO, og vann via acetyl CoA og bruker acetyl CoA til å bygge sukker og andre cellulære materialer.

Glyoksylat syklus er i hovedsak et bypass fra Krebs syklus. Denne vei er faktisk tilrettelagt av enzymene til Krebs syklus, men to enzymer, isoksidrat og malatsyntetase er helt tall i denne vei.

Syklusen går gjennom 5 trinn, og av disse tre er Krebs syklusreaksjoner.

Reaksjon 1:

(Krebs syklusreaksjon). Acetyl CoA oppnådd ved fettbrudd kommer inn i Krebs syklus ved å reagere med oksaloeddiksyre for å danne sitronsyre. Citratsystetase påvirker denne reaksjonen.

Reaksjon 2:

(Krebs syklusreaksjon) Sitronsyre er isomerisert til isocitrisk syre ved akonitisk dehydratase med cis-aconitsyre som et mellomprodukt.

Reaksjon 3:

(Glyoksylat syklusreaksjon) Isocitrinsyre spaltes for å danne ravsyre og glyoksylsyre, gjennom mediasjon av isokratisering.

Isocitrinsyre → Isocitatase, Glyoksylsyre + Succinsyre

Reaksjon 4:

(Glyoxylat syklusreaksjon). Glyoksylsyre kombinerer med et annet acetyl CoA og danner eplesyre med enzymet malinsyntetase.

Reaksjon 5:

(Krebs syklusreaksjon) Malinsyre omdannes til oksaloeddiksyre gjennom malik dehydrogenase.

Okseeddiksyre anvendt i Reaksjon 1 for å starte syklusen returneres her, i Reaksjon 5. Således for en omgang av denne syklusen omdannes to acetyl-CoA-molekyler til en dikarboksylsyre, som ravsyre. Succinsyre har en nøkkelposisjon fordi den kan benyttes til å produsere porfyriner, amider, pyrimidiner og viktigst sukkerarter.

Når den brukes til å produsere sukker, blir bärnstensyre først omdannet til oksaloeddiksyre ved Krebs syklusreaksjon. Oksaloeddiksyre blir deretter dekarboksylert til fosfoenolpyruvat (PPP), et mellomprodukt av glykolyse. Med PEP som utgangspunkt ved reversering av glykolytisk bane, syntetiserer cellene sukrose.

Glyoksylat syklus er lokalisert i mitokondriene av celler som har svært lite fett. Men i oljefrø som ricinus, oppdaget Beevers glyoksysomer, spesielle organeller som fungerer som sete for syklusen. Dyr har ikke denne banen. Det er hvorfor; de er helt utilgjengelige for fett-karbohydratinter-konvertering. På den annen side har mikroorganismer som lever på acetat, denne syklusen som eneste mekanisme for generering av sukker.