Энергетический баланс окисления жирных кислот

Восстановленные коферменты передают атомы водорода на дыхательную цепь, где за счет окислительного фосфорилирования образуются АТФ (1 ФАДН2 – 2 АТФ, 1 НАДН2 – 3 АТФ). Поскольку при каждом цикле образуются 1 ФАДН2 и 1 НАДН2, а при распаде пальмитиновой кислоты происходят 7 циклов, то образуется 7 ? 5 = 35 молекул АТФ. На втором этапе окисления все молекулы ацетил-КоА окисляются в цикле лимонной кислоты и ацетил-КоА дает при этом 12 молекул АТФ. При распаде пальмитиновой кислоты образуются 8 ацетил-КоА, обеспечивающих синтез 8 ? 12 = 96 молекул АТФ. Отсюда выход АТФ при полном окислении 1 молекулы пальмитиновой кислоты до СО2 и Н2О составит 96 + 35-1 (для активации) = 130 молекул.

При полном окислении 1 моля пальмитиновой кислоты в калориметрической бомбе освобождается около 9800 кДж. В 130 молях АТФ аккумулируется 130 ? 40 = 5200 кДж, что составляет около 55% всей энергии, а остальные рассеивается в виде тепла.

Сравним выход АТФ при окислении углеводов и жирных кислот. Для сравнения возьмем стеариновую кислоту, которая имеет 18 атомов углерода (С17Н35СООН), и 3 молекулы глюкозы, чтобы было одинаковое количество атомов углерода. При окислении 1 моля глюкозы образуются 38 АТФ, с 3 молей – 38 ? 3 = 114 молей АТФ. При окислении 1 моля стеариновой кислоты образуются [(8 ? 5) + (9 ? 12) -1] = 147 молей АТФ.

Таким образом, энергетическая емкость жирных кислот значительно больше, чем глюкозы. При расчете на один атом углерода выход АТФ при окислении стеариновой кислоты составляет 8,2; а при окислении глюкозы – 6,3. Если же расчет вести на 1 г вещества, то выход АТФ при окислении жирных кислот более чем в два раза превышает выход АТФ при окислении углеводов. Причиной этого является высокая степень восстановления атомов углерода в углеродных цепях жирных кислот (-СН 2), тогда как атомы углерода в цепи углерода уже частично окисленные (-СНОН-). Кроме того, при окислении жиров вследствие этого больше потребляется кислорода. Так, дыхательный коэффициент (отношение выделенного СО2 к потребленного О2) при окислении углеводов равен 1, а при окислении жиров – около 0,7. Но катаболизм жирных кислот до конечных продуктов требует одновременного окисления и глюкозы.

Это связано с тем, что в начале метаболизма жирных кислот для их активации необходимо АТФ, который вырабатывается во время окисления глюкозы. Кроме того, для включения в цикл лимонной кислоты, образованных в цикле Кнооп ацетил-КоА, необходим оксалоацетат, который также образуется из промежуточных продуктов обмена углеводов с помощью пируваткарбоксилазы. Именно из-за этих двух причин можно считать вполне оправданным выражение, распространенный в старых учебниках, “жиры сгорают в пламени углеводов”.

Окисление ненасыщенных жирных кислот

Механизм окисления такой же, как при окислении насыщенных кислот, но процесс включает дополнительные реакции. Постепенное отщепление ацетил-КоА от ненасыщенной жирной кислоты приводит к образованию еноил-КоА, в котором двойная связь размещен в положении между 3 и 4 атомами углерода и имеет цис-конфигурацию. Еноил-КоА, который образуется при окислении насыщенных жирных кислот, как рассмотрено выше, имеет двойную связь между 2 (альфа) и 3 (бета) атомами углерода, причем в транс-конфигурации. Существует специфическая Изомеразы, которая перемещает двойная связь из положения 3-4 в положение 2-3, а также изменяет конфигурацию двойной связи с цис в транс-конфигурацию. Образованный еноил-КоА превращается дальше по пути бета-окисления.

Посилання на основну публікацію