Har qanday organizm hayotining asosiy sharti turli xil hujayra jarayonlariga sarflanadigan energiyaning uzluksiz ta'minlanishidir. Shu bilan birga, ozuqaviy birikmalarning ma'lum bir qismini darhol ishlatish mumkin emas, lekin zahiraga aylanishi mumkin. Bunday rezervuarning rolini glitserin va yog 'kislotalaridan tashkil topgan yog'lar (lipidlar) bajaradi. Ikkinchisi hujayra tomonidan yoqilg'i sifatida ishlatiladi. Bunday holda, yog 'kislotalari CO2 va H2O ga oksidlanadi.
Yog 'kislotasi asoslari
Yogʻ kislotalari turli uzunlikdagi (4 dan 36 atomgacha) uglerod zanjirlari boʻlib, ular kimyoviy jihatdan karboksilik kislotalar deb tasniflanadi. Bu zanjirlar shoxlangan yoki shoxlanmagan bo'lishi mumkin va ular turli xil sonli qo'sh bog'larni o'z ichiga oladi. Agar ular to'liq bo'lmasa, yog 'kislotalari to'yingan deb ataladi (hayvonlarning ko'plab lipidlari uchun xosdir), aks holda -to'yinmagan. Qo'sh bog'lanishlarning joylashishiga ko'ra yog' kislotalari bir to'yinmagan va ko'p to'yinmaganlarga bo'linadi.
Koʻpchilik zanjirlar juft sonli uglerod atomlarini oʻz ichiga oladi, bu ularning sintezining oʻziga xosligi bilan bogʻliq. Biroq, toq sonli havolalar mavjud. Bu ikki turdagi birikmalarning oksidlanishi biroz farq qiladi.
Umumiy xususiyatlar
Yog 'kislotalarining oksidlanish jarayoni murakkab va ko'p bosqichli. Bu ularning hujayra ichiga kirib borishi bilan boshlanadi va nafas olish zanjirida tugaydi. Shu bilan birga, yakuniy bosqichlar aslida uglevodlarning katabolizmini takrorlaydi (Krebs tsikli, transmembran gradienti energiyasini makroergik bog'lanishga aylantirish). Jarayonning yakuniy mahsulotlari ATP, CO2 va suvdir.
Eukaryotik hujayradagi yog 'kislotalarining oksidlanishi mitoxondriyada (eng xarakterli lokalizatsiya joyi), peroksizomalarda yoki endoplazmatik retikulumda amalga oshiriladi.
Oksidlanish navlari (turlari)
Yog 'kislotalari oksidlanishining uch turi mavjud: a, b va ō. Ko'pincha, bu jarayon b-mexanizm bilan davom etadi va mitoxondriyalarda lokalizatsiya qilinadi. Omega yo'li b-mexanizmga kichik alternativ bo'lib, endoplazmatik retikulumda amalga oshiriladi, alfa mexanizmi esa faqat bitta turdagi yog' kislotalari (fitanik) uchun xosdir.
Mitoxondriyadagi yog 'kislotalari oksidlanishining biokimyosi
Qulaylik uchun mitoxondriyal katabolizm jarayoni shartli ravishda 3 bosqichga bo'linadi:
- aktivatsiya va mitoxondriyaga tashish;
- oksidlanish;
- hosil boʻlgan atsetilkoenzim Aning Krebs sikli va elektr transport zanjiri orqali oksidlanishi.
Aktivizatsiya - bu yog 'kislotalarini biokimyoviy o'zgarishlar uchun mavjud bo'lgan shaklga aylantiruvchi tayyorgarlik jarayoni, chunki bu molekulalarning o'zi inertdir. Bundan tashqari, faollashmasdan, ular mitoxondriyal membranalarga kira olmaydi. Bu bosqich mitoxondriyaning tashqi membranasida sodir bo'ladi.
Aslida oksidlanish jarayonning asosiy bosqichidir. U to'rt bosqichni o'z ichiga oladi, shundan so'ng yog' kislotasi atsetil-KoA molekulalariga aylanadi. Xuddi shu mahsulot uglevodlarni utilizatsiya qilish jarayonida hosil bo'ladi, shuning uchun keyingi bosqichlar aerob glikolizning oxirgi bosqichlariga o'xshaydi. ATP hosil bo'lishi elektron tashish zanjirida sodir bo'ladi, bu erda elektrokimyoviy potentsialning energiyasi makroergik bog'lanishni hosil qilish uchun ishlatiladi.
Yog 'kislotalarining oksidlanishi jarayonida atsetil-KoA dan tashqari NADH va FADH molekulalari ham hosil bo'ladi2, ular ham elektron donor sifatida nafas olish zanjiriga kiradi. Natijada, lipidlar katabolizmining umumiy energiya chiqishi ancha yuqori. Masalan, palmitik kislotaning b-mexanizm bilan oksidlanishi 106 ATP molekulasini beradi.
Aktivatsiya va mitoxondrial matritsaga oʻtkazish
Yogʻ kislotalarining oʻzi inert va oksidlanmaydi. Faollashtirish ularni biokimyoviy o'zgarishlar uchun mavjud bo'lgan shaklga keltiradi. Bundan tashqari, bu molekulalar o'zgarmagan holda mitoxondriyaga kira olmaydi.
Aktivlashtirishning mohiyati shundan iboratyog 'kislotasini uning Acyl-CoA-tioesteriga aylantirish, keyinchalik oksidlanishga uchraydi. Bu jarayon mitoxondriyalarning tashqi membranasiga biriktirilgan maxsus fermentlar - tiokinazalar (Asil-KoA sintetazalari) tomonidan amalga oshiriladi. Reaksiya 2 bosqichda davom etadi, bu ikki ATP energiyasining sarflanishi bilan bog'liq.
Faollashtirish uchun uchta komponent kerak:
- ATF;
- HS-CoA;
- Mg2+.
Birinchidan, yog 'kislotasi ATP bilan reaksiyaga kirishib, atsiladenilat (oraliq mahsulot) hosil qiladi. Bu, o'z navbatida, HS-CoA bilan reaksiyaga kirishadi, uning tiol guruhi AMP ni siqib chiqaradi va karboksil guruhi bilan tioeter bog'ini hosil qiladi. Natijada asil-KoA moddasi - yog 'kislotasi hosilasi hosil bo'lib, mitoxondriyalarga ko'chiriladi.
Mitoxondriyaga tashish
Bu bosqich karnitin bilan transesterifikatsiya deb ataladi. Acyl-CoA ning mitoxondriyal matritsaga o'tishi karnitin va maxsus fermentlar - karnitin atsiltransferazalar ishtirokida teshiklar orqali amalga oshiriladi.
Membranlar boʻylab tashish uchun CoA asil-karnitin hosil qilish uchun karnitin bilan almashtiriladi. Ushbu modda matritsaga atsil-karnitin/karnitin tashuvchisi yordamida osonlashtirilgan diffuziya orqali uzatiladi.
Mitoxondriya ichida teskari reaktsiya sodir bo'ladi, u yana membranalarga kiradigan retinaning ajralishi va asil-KoA ning tiklanishidan iborat (bu holda "mahalliy" koenzim A ishlatiladi va rishta tuzilgani emasfaollashtirish bosqichida).
B-mexanizm bilan yog' kislotalari oksidlanishining asosiy reaktsiyalari
Yog 'kislotalarining energiyadan foydalanishning eng oddiy turi qo'sh bog'lanishga ega bo'lmagan, uglerod birliklari soni juft bo'lgan zanjirlarning b-oksidlanishidir. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, bu jarayon uchun substrat asil koenzim A hisoblanadi.
Yogʻ kislotalarining b-oksidlanish jarayoni 4 ta reaksiyadan iborat:
- Dehidrogenlanish - vodorodning b-uglerod atomidan boʻlinishi, a va b-pozitsiyalarda joylashgan zanjir zanjirlari (birinchi va ikkinchi atomlar) oʻrtasida qoʻsh bogʻlanish hosil boʻlishi. Natijada enoil-KoA hosil bo'ladi. Reaksiya fermenti atsil-KoA dehidrogenaza boʻlib, FAD koenzimi bilan birgalikda harakat qiladi (ikkinchisi FADH2 ga kamayadi).
- Hidratlanish - enol-KoA ga suv molekulasi qoʻshilishi, natijada L-b-gidroksiatsil-KoA hosil boʻladi. Enoil-CoA-gidrataz tomonidan amalga oshiriladi.
- Degidrogenatsiya - oldingi reaksiya mahsulotining NADga bog'liq degidrogenaza ta'sirida b-ketoatsil-koenzim A hosil bo'lishi bilan oksidlanishi. Bunda NAD NADH gacha qaytariladi.
- b-ketoatsil-KoA ning atsetil-KoA va 2-uglerodli qisqartirilgan atsil-KoA ga bo'linishi. Reaktsiya tiolaza ta'sirida amalga oshiriladi. Majburiy shart - bu bepul HS-CoA mavjudligi.
Keyin hamma narsa birinchi reaktsiya bilan yana boshlanadi.
Barcha bosqichlarning tsiklik takrorlanishi yog 'kislotasining butun uglerod zanjiri atsetil-koenzim A molekulalariga aylanmaguncha amalga oshiriladi.
Palmitoil-KoA oksidlanishi misolida atsetil-KoA va ATP hosil boʻlishi
Har bir sikl oxirida bir miqdorda atsil-CoA, NADH va FADH2 molekulalari hosil bo`ladi va atsil-KoA-tioefir zanjiri ikki atomga qisqaradi. Elektronlarni elektrotransport zanjiriga o'tkazish orqali FADH2 bir yarim ATP molekulasini va NADH ikkitasini beradi. Natijada, atsetil-KoA ning energiya hosildorligini hisobga olmaganda, bir sikldan 4 ta ATP molekulasi olinadi.
Palmit kislotasi zanjirida 16 ta uglerod atomi mavjud. Bu shuni anglatadiki, oksidlanish bosqichida sakkizta atsetil-KoA hosil bo'lishi bilan 7 tsikl amalga oshirilishi kerak va bu holda NADH va FADH 2 dan energiya chiqishi 28 ATP molekulasini tashkil qiladi. (4×7). Atsetil-KoA ning oksidlanishi Krebs sikli mahsulotlarining elektr transport zanjiriga kirishi natijasida to'planadigan energiya hosil bo'lishiga ham boradi.
Oksidlanish bosqichlari va Krebs siklining umumiy rentabelligi
Asetil-KoA ning oksidlanishi natijasida 10 ta ATP molekulasi olinadi. Palmitoil-KoA ning katabolizmi 8 atsetil-KoA hosil qilganligi sababli energiya unumi 80 ATP (10×8) ni tashkil qiladi. Agar siz buni NADH va FADH2 oksidlanish natijasiga qo'shsangiz, siz 108 molekula (80+28) olasiz. Bu miqdordan yog 'kislotasini faollashtirish uchun ketgan 2 ATPni olib tashlash kerak.
Palmitik kislota oksidlanishining yakuniy tenglamasi quyidagicha bo'ladi: palmitoil-CoA + 16 O2 + 108 Pi + 80 ADP=CoA + 108 ATP + 16 CO2 + 16 H2O.
Energiya chiqarishni hisoblash
Energiya chiqarishma'lum bir yog 'kislotasining katabolizmi uning zanjiridagi uglerod birliklari soniga bog'liq. ATP molekulalari soni quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
[4(n/2 - 1) + n/2×10] - 2, bu erda 4 - NADH va FADH2 tufayli har bir tsiklda hosil bo'lgan ATP miqdori, (n/2 - 1) tsikllar soni, n/2 × 10 - atsetil oksidlanishidan olingan energiya CoA va 2 - faollashtirish narxi.
Reaksiyalarning xususiyatlari
Toʻyinmagan yogʻ kislotalarining oksidlanishining oʻziga xos xususiyatlari bor. Shunday qilib, qo'sh bog'li oksidlovchi zanjirlarning qiyinligi shundaki, ular sis holatida bo'lganligi sababli ular enoil-CoA-gidratazaga ta'sir qila olmaydi. Bu muammo enoil-CoA izomeraza tomonidan bartaraf qilinadi, buning natijasida bog'lanish trans konfiguratsiyasiga ega bo'ladi. Natijada, molekula beta-oksidlanishning birinchi bosqichi mahsuloti bilan butunlay bir xil bo'ladi va hidratsiyadan o'tishi mumkin. Tarkibida faqat bitta bogʻ boʻlgan joylar toʻyingan kislotalar kabi oksidlanadi.
Ba'zida jarayonni davom ettirish uchun enol-KoA-izomeraz etarli emas. Bu cis9-cis12 konfiguratsiyasi mavjud bo'lgan zanjirlar uchun amal qiladi (9 va 12-uglerod atomlarida qo'sh aloqalar). Bu erda nafaqat konfiguratsiya, balki zanjirdagi er-xotin bog'lanishlarning holati ham to'sqinlik qiladi. Ikkinchisi 2,4-dienoil-CoA reduktaza fermenti tomonidan tuzatiladi.
Toq yogʻ kislotalarining katabolizmi
Bu turdagi kislota tabiiy (tabiiy) kelib chiqishi koʻpchilik lipidlar uchun xosdir. Bu ma'lum bir murakkablikni yaratadi, chunki har bir tsikljuft sonli havolalar bilan qisqartirishni nazarda tutadi. Shu sababli, ushbu guruhning yuqori yog 'kislotalarining tsiklik oksidlanishi mahsulot sifatida 5-uglerodli birikma paydo bo'lguncha davom etadi, u atsetil-KoA va propionil-koenzim A ga bo'linadi. Ikkala birikma ham uchta reaktsiyadan iborat yana bir tsiklga kiradi., buning natijasida suksinil-KoA hosil bo'ladi. Aynan u Krebs tsikliga kiradi.
Peroksizomalarda oksidlanish xususiyatlari
Peroksizomalarda yog 'kislotalarining oksidlanishi mitoxondriyaga o'xshash, ammo bir xil bo'lmagan beta-mexanizm orqali sodir bo'ladi. U shuningdek, atsetil-KoA shaklida mahsulot hosil bo'lishi bilan yakunlangan 4 bosqichdan iborat, biroq u bir nechta asosiy farqlarga ega. Shunday qilib, dehidrogenatsiya bosqichida ajralgan vodorod FADni tiklamaydi, balki vodorod peroksid hosil bo'lishi bilan kislorodga o'tadi. Ikkinchisi katalaza ta'sirida darhol parchalanadi. Natijada, nafas olish zanjirida ATP sintez qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan energiya issiqlik sifatida tarqaladi.
Ikkinchi muhim farq shundaki, ba'zi peroksizoma fermentlari kam miqdorda yog' kislotalariga xos bo'lib, mitoxondriyal matritsada mavjud emas.
Jigar hujayralari peroksizomalarining xususiyati shundaki, Krebs siklining fermentativ apparati mavjud emas. Shu sababli, beta-oksidlanish natijasida qisqa zanjirli mahsulotlar hosil bo'lib, ular oksidlanish uchun mitoxondriyalarga o'tkaziladi.
