Питання і вправи для самопідготовки і контролю засвоєння теми
1. Чому процес розпаду жирних кислот називається «бета-окислення»?
# 946; -Окислення жирних кислот - специфічний шлях катаболізму жирних кислот, що протікає в матриксі мітохондрій тільки в аеробних умовах і закінчується утворенням ацетил-КоА. Метаболічний шлях - # 946; -Окислення - названий так тому, що реакції окислення жирної кислоти відбуваються у # 946; -вуглецевого атома.
Де в клітинах протікає цей процес?
# 946; -Окислення жирних кислот, відбувається в матриксі мітохондрій, тому після активації жирні кислоти повинні транспортуватися всередину мітохондрій.
Який орган не використовує жирні кислоти в якості джерела енергії?
Жирні кислоти не служать джерелом енергії для мозку і інших нервових тканин, так як жирні кислоти не проходять через гематоенцефалічний бар'єр, як і інші гідрофобні вещества.скорость обміну жирних кислот в нервовій тканині істотно менше, ніж в інших тканях.Ерітроціти, в яких відсутні мітохондрії , що не могутокіслять жирні кислоти
2. Напишіть реакцію активації жирних кислот (пальмітинової), вкажіть фермент і клас, до якого він належить.
Пальмітоіл-SКоА + 7ФАД + 7НАД + + 7Н2 O + 7HS-KoA → 8Ацетіл-SКоА + 7ФАДН2 + 7НАДН
3. Що являють собою кінцеві продукти розпаду нейтральних жирів?
Гліцерин і жирні кислоти.
Уявіть у вигляді схеми всі етапи катаболізму, що призводять до утворення кінцевих продуктів.
Жири зберігаються до моменту їх використання. Катаболізм жиру йде в три етапи:
1. Гідроліз жиру до гліцерину і жирних кислот (ліполіз)
Це ферментативний процес. Здійснюють його два ферменти:
Ліпаза жирової тканини.
Першим етапом катаболізму ліпідів є їх ферментативний гідроліз, який носить назву ліполіз. В результаті цього процесу з нейтральних жирів утворюється гліцерин і три молекули жирних кислот. При гідролізі фосфоліпідів утворюється гліцерин, два залишку жирних кислот, залишок фосфорної кислоти і залишок радикала, який був пов'язаний з фосфорною кислотою, що відрізняється у різних фосфоліпідів (рис. 15).
2. Перетворення гліцерину (вступає в ГБФ-шлях) і жирних кислот (піддаються b-окислення) в ацетил-КоА.
3. Загальний шлях - цикл трикарбонових кислот
4. Напишіть окислення гліцерину до глицеральдегид-3-фосфату, Назвіть діючі ферменти і класи, до яких вони належать. Подальшу долю 3-фосфогліцерінового альдегіду покажіть схематично.
Обмін гліцерину може здійснюватися кількома шляхами. Значна частина гліцерину, що утворився при гідролізі ліпідів, використовується для їх ресинтезу. Крім того, продукти, що утворюються при окисленні гліцерину можуть включатися в гліколіз або в глюконеогенез. Спочатку відбувається фосфорилювання гліцерину з утворенням гліцерофосфату, донором фосфатної групи є молекула АТФ.
Велика частина глицерофосфата використовується для синтезу ліпідів. Частина глицерофосфата окислюється до фосфодіоксиацетон, який изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат, який є проміжним продуктом гліколізу і використовується клітиною для отримання енергії (рис. 16).
Розрахуйте кількість АТФ, що утворюється при окисленні 1 молекули гліцерину до СО2 і Н2 О.
Енергетичний ефект окислення гліцерину: За рахунок окислення ацетил-КоА в циклі Кребса - 12 АТФ; за рахунок окислення НАДН в дихальної ланцюга - 3 × 3 = 9 АТФ; за рахунок субстратного фосфорилювання - 2 × 1 = 14; всього - 23 молекули АТФ. Одна молекула АТФ була витрачена на активацію гліцерину, отже, остаточний результат становить 23-1 = 22 молекули АТФ.
5. Напишіть послідовність реакцій бета-окислення (один цикл) стеаринової кислоти. Назвіть діючі ферменти, вкажіть, до яких класів вони належать.
Порахуйте за формулою енергетичний вихід в цьому процесі.
У стеаринової кислоти 18 атомів вуглецю, значить при вступі в бета-окислення вона пройде цикл 8 разів. значить від кожної кислоти ми отримаємо 9 ацетил-КоА і 8 відновлених НАДН + Н і ФАДН2, разом максимальний вихід АТФ від кожної кислоти 9 * 12 + 8 * 3 + 8 * 2 = 148 АТФ, але 2 витрачаємо при активації, отже 146. Разом при бета окисленні 146 * 3 = 438 (т. к. в тригліцеридів їх три)
Яка роль вітаміну В12 в процесі розпаду жирних кислот з непарним числом вуглецевих атомів?
У ссавців і людини виявлені дві ферментні реакції, що вимагають участі одного з двох коферментів вітаміну В12. У першій реакції бере участь метилкобаламін. в другій - 5-дезоксаденозілкобаламін. Перша реакція забезпечує нормальне кровотворення, розмноження епітеліальних клітин шлунково-кишкового тракту. В ході цієї реакції з уридин-монофосфату утворюється тимидин-монофосфат, що включається в ДНК.
При дефіциті вітаміну В12 в організмі накопичується токсична для нервової клітини метилмалонова кислота. Крім того, порушується синтез жирних кислот з непарним числом вуглецевих атомів, а вони входять до складу мієліну нервового волокна.
6. У чому полягає біологічне значення карнітину?
Карнітин є переносником жирних кислот з цитоплазми клітини в мітохондрії, де відбувається їх # 946; -Окислення. Недолік карнітину призведе до уповільнення процесів катаболізму жирних кислот в тканинах і використання їх на синтетичні потреби.
Напишіть освіту пальмитоил-карнітину. Назвіть фермент і клас, до якого він належить. Відомо рідкісне спадкове захворювання, при якому в скелетних м'язах знижена концентрація карнітину, як це відіб'ється на здатності виконувати фізичну роботу?
Існують 2 форми первинного дефіциту карнітину - Міопатичні і генералізована. Міопатичні форма проявляється зазвичай вже в дитинстві загальною слабкістю. Клінічно вона подібна до міопатії і поліміозитом. Основний симптом - наростаюча безболезненнаяслабость проксимальних м'язів. у частини хворих - важка кардіоміопатія.
7. В якій частині клітин і з чого протікає біосинтез вищих жирних кислот?
Повний синтез насичених жирних кислот здійснюється тільки в розчинній частині цитоплазми. Джерелом вуглецю для синтезу жирних кислот служить ацетил-КоА, утворюють-щійся при розпаді глюкози в абсорбтивной періоді. Таким чином, надлишок вуглеводів, що надходять в організм, трансформується в жирні кислоти, а потім в жири.
Напишіть регуляторну реакцію, вкажіть фермент і кофермент. Назвіть клас ферменту.
Освіта Малоні-КоА з ацетил-КоА - регуляторна реакція в біосинтезі жирних кислот.
Перша реакція синтезу жирних кислот - перетворення ацетил-КоА в Малоні-КоА. Фермент, що каталізує цю реакцію (ацетил-КоА-карбоксилаза), відносять до класу лигаз. Він містить ковалентно пов'язаний біотин (рис. 8-36). У першій стадії реакції СО2 ковалентно зв'язується з біотином за рахунок енергії АТФ, у другій стадії СОО - переноситься на ацетил-КоА з утворенням Малоні-КоА. Активність ферменту ацетил-КоА-карбоксилази визначає швидкість всіх наступних реакцій синтезу жирних кислот.
. Вищі жирні кислоти можуть бути синтезовані в організмі з метаболітів вуглеводного обміну. Вихідним з'єднанням для цього біосинтезу є ацетил-КоА. утворюється в мітохондріях з пірувату - продукту гликолитического розпаду глюкози. Місце синтезу жирних кислот - цитоплазма клітин, де є Мультиферментний комплекс синтетаза вищих жирних кислот. Цей комплекс складається з шести ферментів, пов'язаних з ацілпереносящім білком. який містить дві вільні SH-групи (АПБ-SH). Синтез відбувається шляхом полімеризації двууглеродних фрагментів, кінцевим продуктом його є пальмітинова кислота - насичена жирна кислота, яка містить 16 атомів вуглецю. Обов'язковими компонентами, які беруть участь в синтезі, є НАДФН (кофермент, що утворюється в реакціях пентозофосфатного шляху окислення вуглеводів) і АТФ.
20.1.2. Ацетил-КоА надходить з мітохондрій в цитоплазму за допомогою цитратного механізму (рисунок 20.1). В мітохондріях ацетил-КоА взаємодіє з оксалоацетата (фермент -цітратсінтаза), що утворюється цитрат переноситься через мітохондріальну мембрану за допомогою спеціальної транспортної системи. У цитоплазмі цитрат реагує з HS-КоА і АТФ, знову розпадаючись на ацетил-КоА і оксалоацетат (фермент - цітратліаза).
Малюнок 20.1. Перенесення ацетильних груп з мітохондрій в цитоплазму.
Початковою реакцією синтезу жирних кислот є карбоксилирование ацетил-КоА з утворенням Малоні-КоА (рисунок 20.2). Фермент ацетил-КоА-карбоксилаза активується цитратом і відзначено зниження КоА-похідними вищих жирних кислот.
Малюнок 20.2. Реакція карбоксилирования ацетил-КоА.
Потім ацетил-КоА і Малоні-КоА взаємодіють з SH-групами ацілпереносящего білка (рисунок 20.3).
Малюнок 20.3. Взаємодія ацетил-КоА і Малоні-КоА з ацілпереносящім білком.
Далі відбувається їх конденсація, декарбоксилирование і відновлення утворився продукту (малюнок 20.4).
Продукт реакції взаємодіє з новою молекулою Малоні-КоА і цикл багаторазово повторюється аж до утворення залишку пальмітинової кислоти.
Обов'язковими компонентами, які беруть участь в синтезі, є НАДФН (кофермент, що утворюється в реакціях пентозофосфатного шляху окислення вуглеводів) і АТФ.
Запам'ятайте основні особливості біосинтезу жирних кислот у порівнянні з # 946; -Окислення:
· Синтез жирних кислот в основному здійснюється в цитоплазмі клітини, а окислення - в мітохондріях;
· Участь в процесі зв'язування СО2 з ацетил-КоА;
· В синтезі жирних кислот бере участь ацілпереносящій білок, а в окисленні - коензим А;
· Для біосинтезу жирних кислот необхідні окислювально-відновні коферменти НАДФН, а для # 946; -Окислення - НАД + і ФАД.
8. З яких джерел, і якими шляхами виникає ацетил-КоА для синтезу жирних кислот?
Ацетил-КоА утворюється в мітохондріях з пірувату - продукту гликолитического розпаду глюкози.
Назвіть продукт, у вигляді якого ацетил-КоА проникає із мітохондрій в цитоплазму.
Ацетил-КоА надходить з мітохондрій в цитоплазму за допомогою цитратного механізму (рисунок 20.1). В мітохондріях ацетил-КоА взаємодіє з оксалоацетата (фермент -цітратсінтаза), що утворюється цитрат переноситься через мітохондріальну мембрану за допомогою спеціальної транспортної системи. У цитоплазмі цитрат реагує з HS-КоА і АТФ, знову розпадаючись на ацетил-КоА і оксалоацетат (фермент - цітратліаза).
Назвіть два джерела НАДФН для біосинтезу вищих жирних кислот.
Відновлений в результаті дії малик-ферменту NADPH використовується як донор водню для наступних реакцій синтезу жирних кислот. Інше джерело NADPH - окисні стадії пентозофосфатного шляху катаболізму глюкози.
9. Що являє собою синтаза жирних кислот і яка жирна кислота є кінцевим продуктом реакції?
Після утворення Малоні-КоА синтез жирних кислот триває на Мультиферментний комплексі - синтази жирних кислот (пальмітоілсінтетазе). Цей фермент складається з 2 ідентичних протомеров, кожен з яких має доменне будова і, відповідно, 7 центрів, що володіють різними каталітичними активностями (рис. 8-37). Цей комплекс послідовно подовжує радикал жирної кислоти на 2 вуглецевих атома, донором яких служить ма-лоніл-КоА. Кінцевий продукт роботи цього комплексу - пальмітинова кислота, тому колишня назва цього ферменту - пальмітоілсінтетаза.
10. Як синтезуються жирні кислоти довші, ніж пальмітинова кислота?
Жирні кислоти з довгою вуглеводневої ланцюгом переносяться через щільну внутрішню мембрану мітохондрій за допомогою карнітину. Карнітин надходить з їжею або синтезується з незамінних амінокислот лізину і метіоніну. У реакціях синтезу карнітину бере участь вітамін С (аскорбінова кислота).
Як виникають ненасичені жирні кислот? Які специфічні ферменти при цьому беруть участь?
11. Які шляхи метаболізму жирних кислот активуються в період травлення, а які в постабсорбціонной періоді? Які гормони активують ці процеси?
12. З чого і де в організмі утворюється ацетоуксусная кислота? Яке її біологічне значення? Розрахуйте вихід АТФ при окисленні 1 моль ацетоацетата і 1 моль # 946; -Гидроксибутират.
13. З яких речовин в печінці утворюється ацетил-КоА при голодуванні чи цукровому діабеті? Чому кількість ацетил-КоА, окисляющегося в ЦТК клітин печінки в цих умовах менше?
14. Скільки молекул глюкози, і якими шляхами треба затратити, щоб синтезувати 1 молекулу тріпальмітоілгліцерола?
15. За яких умов буде збільшуватися синтез жирних кислот?
А. При підвищенні концентрації глюкози в крові після їжі.
Б. При зниженні секреції інсуліну.
В. При збільшенні секреції глюкагону.
Г. При надмірному надходженні жирів з їжею.
Д. При дефосфорилюванні ацетил-КоА-карбоксилази.
16. Охарактеризуйте зміни обміну ацетил-КоА при дефіциті в клітці: біотину; НАДФН; оксалоацетата.
17. Підберіть до кожного пронумерованому твердженням відповідний літерний відповідь.
1. Жирні кислоти синтезуються А. Лінолева кислота.
в організмі людини з ацетил-КоА. Б. Пальмітинова кислота.
2. Жирна кислота не синтезується В. Олеїнова кислота.
в організмі, повинна надходити Г. Стеаринова кислота.
з їжею. Д. Арахидоновая кислота.
3. Жирна кислота синтезується з
незамінної жирної кислоти,
що надходить з їжею.
18. На схему обміну вуглеводів і загальних шляхів катаболізму нанесіть реакції обміну жирних кислот, гліцерину і кетонових тіл. Стрілками вкажіть шляху взаємоперетворення вуглеводів і жирів. Виділіть регуляторні ферменти метаболічних шляхів, їх активатори та інгібітори. За схемою покажіть шляху освіти і використання ацетил-КоА. в клітинах.
Література для самопідготовки. # 157; Лекційний матеріал; (1) - С. 287-297, 308-309; (2) - С. 373-389; (3) - С. 186-198; (4) - 1т. С. 225-237, 287-296, 2т. С. 287-290, 295-296.