Тема 4.6. Метаболизм жирных кислот и кетоновых тел

Цель занятия. Усвоить механизмы биохимических реакций окисления и синтеза высших жирных кислот, а также механизмы регуляции этих процессов. Изучить метаболизм кетоновых тел для понимания изменений в обмене веществ, происходящих при голодании и сахарном диабете. Выполнить качественные реакции на кетоновые тела в моче.

Исходный уровень. Формирование и характеристика сложноэфирной связи. Строение и номенклатуру высших жирных кислот, перекисное окисление липидов (ПОЛ) (курс биоорганической химии).

Повторить. Строение митохондриальной ЦПЭ, окислительное фосфорилирование, общие пути катаболизма (ОДПВК, ЦТК), коферменты.

Содержание теоретического материала. 1. β-окисление – специфический путь катаболизма жирных кислот. Характеристика процесса: определение, значение, сущность, внутриклеточная локализация, активация жирных кислот, транспорт в митохондриию Химизм и регуляторный фермент, связь с общими путями катаболизма и с ЦПЭ. Энергетический выход: количество молекул АТФ при полном окислении пальмитата. 2. Окисление жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов. 3. Пути превращения глицерола в тканях; окисление и энергетика. 4. Пути использования ацетил-КоА в клетках. Метаболизм кетоновых тел. Химизм реакций. Причины возникновения кетоза при длительном голодании и сахарном диабете. 5. Биосинтез высших жирных кислот. Характеристика процесса. Особенности строения пальмитатсинтазного комплекса, роль малик-фермента. Удлинение углеводородной цепи жирных кислот. 6. Гормональная регуляция метаболизма жирных кислот. (*)8. Резистентность и склонность к кетозу у детей.

Для усвоения материала темы следует обратить внимание на то, что:

1) Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме из ацетил-КоА, а β-окисление – в митохондриях до ацетил-КоА. Оба процесса имеют циклический характер. Все превращения свободных жирных кислот начинаются с образования ацил-КоА (активация жирных кислот).

2) В гепатоцитах может происходить с большой скоростью как синтез жирных кислот, так и окисление. При активации одного из процессов, скорость протекания другого - снижается.

3) В каждом цикле β-окисления образуется ацетил-КоА, который в ЦТК окисляется до углекислого газа. Число молей ацетил-КоА, образующихся в результате окисления жирных кислот с четным числом атомов углерода (п), можно рассчитать по формуле: п/2.

4) В последний цикл вступает бутирил-КоА и при его окислении образуется 2 ацети-КоА, поэтому число циклов для жирной кислоты с п- числом атомов углерода рассчитывают по формуле: п/2-1. Суммарный выход образования АТФ рассчитывают по формуле:

[(п /2)_*12+(п /2-1)_*5]-1.

5) Процесс β-окисления связан с ЦПЭ через две реакции дегидрирования, в которых восстанавливаются 1 молекула ФАД и молекула НАД.

6) Источником двууглеродных единиц для наращивания цепи жирных кислот при их синтезе является малонил-КоА.

7) Донором водорода в реакциях восстановления является кофермент НАДФН+Н⁺, поставляемый пентозофосфатным путем и с участием малик-фермента (НАДФ-зависимая малатдегидрогеназа).

8) Реакции биосинтеза жирных кислот катализируются полифункциональным ферментным комплексом (пальмитатсинтаза), который локализован в цитозоле клетки и представляет собой доменный белок.

9) Синтез кетоновых тел в печени из ацетил-КоА, образующегося преимущественно из жирных кислот увеличивается в тех условиях, когда клетки испытывают недостаток в глюкозе (голодание, сахарный диабет). Кетоновые тела, окисляясь до СО₂ и Н₂О, могут использоваться в качестве источника энергии всеми органами, кроме печени (т.к. в печени нет фермента, обеспечивающего активацию кетоновых тел).

10) Глицерол может распадаться в тканях до СО₂ и Н₂О по гликолитическому пути через глицеральдегид-3-фосфат.

Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Почему процесс распада жирных кислот называется «бета-окисление»? Где в клетках протекает этот процесс? Какой орган не использует жирные кислоты в качестве источника энергии?

2. Напишите реакцию активации жирных кислот (пальмитиновой), укажите фермент и класс, к которому он относится.

3. Что представляют собой конечные продукты распада нейтральных жиров? Представте в виде схемы все этапы катаболизма, приводящие к образованию конечных продуктов.

4. Напишите окисление глицерола до глицеральдегид-3-фосфата, Назовите действующие ферменты и классы, к которым они относятся. Дальнейшую судьбу 3-фосфоглицеринового альдегида покажите схематично. Рассчитайте количество АТФ, образующееся при окислении 1 молекулы глицерола до СО₂ и Н₂О.

5. Напишите последовательность реакций бета-окисление (один цикл) стеариновой кислоты. Назовите действующие ферменты, укажите, к каким классам они относятся. Посчитайте по формуле энергетический выход в этом процессе. Какова роль витамина В₁₂ в процессе распада жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов?

6. В чем состоит биологическое значение карнитина? Напишите образование пальмитоил-карнитина. Назовите фермент и класс, к которому он относится. Известно редкое наследственное заболевание, при котором в скелетных мышцах снижена концентрация карнитина, как это отразится на способности выполнять физическую работу?

7. В какой части клеток и из чего протекает биосинтез высших жирных кислот? Напишите регуляторную реакцию, укажите фермент и кофермент. Назовите класс фермента.

8. Из каких источников, и какими путями возникает ацетил-КоА для синтеза жирных кислот? Назовите продукт, в виде которого ацетил-КоА проникает из митохондрий в цитоплазму. Назовите два источника НАДФН для биосинтеза высших жирных кислот.

9. Что представляет собой синтаза жирных кислот и какая жирная кислота является конечным продуктом реакции?

10. Как синтезируются жирные кислоты более длинные, чем пальмитиновая кислота? Как возникают ненасыщенные жирные кислот? Какие специфические ферменты при этом участвуют?

11. Какие пути метаболизма жирных кислот активируются в период пищеварения, а какие в постабсорбционном периоде? Какие гормоны активируют эти процессы?

12. Из чего и где в организме образуется ацетоуксусная кислота? Каково ее биологическое значение? Рассчитайте выход АТФ при окислении 1 моль ацетоацетата и 1 моль β-гидроксибутирата.

13. Из каких веществ в печени образуется ацетил-КоА при голодании и сахарном диабете? Почему количество ацетил-КоА, окисляющегося в ЦТК клеток печени в этих условиях меньше?

14. Сколько молекул глюкозы, и какими путями нужно затратить, чтобы синтезировать 1 молекулу трипальмитоилглицерола?

15. При каких условиях будет увеличиваться синтез жирных кислот?

А. При повышении концентрации глюкозы в крови после еды.

Б. При снижении секреции инсулина.

В. При увеличении секреции глюкагона.

Г. При избыточном поступлении жиров с пищей.

Д. При дефосфорилировании ацетил-КоА-карбоксилазы.

16. Охарактеризуйте изменения обмена ацетил-КоА при дефиците в клетке: биотина; НАДФН; оксалоацетата.

17. Подберите к каждому пронумерованному утверждению соответствующий буквенный ответ.

1. Жирные кислоты синтезируются А. Линолевая кислота.

в организме человека из ацетил-КоА. Б. Пальмитиновая кислота.

2. Жирная кислота не синтезируется В. Олеиновая кислота.

в организме, должна поступать Г. Стеариновая кислота.

с пищей. Д. Арахидоновая кислота.

3. Жирная кислота синтезируется из

незаменимой жирной кислоты,

поступающей с пищей.

18. На схему обмена углеводов и общих путей катаболизма нанесите реакции обмена жирных кислот, глицерина и кетоновых тел. Стрелками укажите пути взаимопревращений углеводов и жиров. Выделите регуляторные ферменты метаболических путей, их активаторы и ингибиторы. По схеме покажите пути образования и использования ацетил-КоА. в клетках.

Литература для самоподготовки.  Лекционный материал; (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.

Дата добавления: 2015-07-25