Hali kuu ya maisha ya kiumbe chochote ni ugavi endelevu wa nishati, ambao hutumiwa kwa michakato mbalimbali ya seli. Wakati huo huo, sehemu fulani ya misombo ya virutubisho haiwezi kutumika mara moja, lakini inaweza kubadilishwa kuwa hifadhi. Jukumu la hifadhi hiyo hufanywa na mafuta (lipids), yenye glycerol na asidi ya mafuta. Mwisho hutumiwa na seli kama mafuta. Katika hali hii, asidi ya mafuta hutiwa oksidi hadi CO2 na H2O.
Misingi ya asidi ya mafuta
Asidi ya mafuta ni minyororo ya kaboni ya urefu tofauti (kutoka atomi 4 hadi 36), ambazo zimeainishwa kemikali kama asidi ya kaboksili. Minyororo hii inaweza kuwa na matawi au isiyo na matawi na ina nambari tofauti za vifungo viwili. Ikiwa mwisho haupo kabisa, asidi ya mafuta huitwa iliyojaa (kawaida kwa lipids nyingi za asili ya wanyama), na vinginevyo -isiyojaa. Kulingana na mpangilio wa vifungo viwili, asidi ya mafuta hugawanywa katika monounsaturated na polyunsaturated.
Minyororo mingi huwa na idadi sawa ya atomi za kaboni, ambayo ni kutokana na upekee wa usanisi wake. Walakini, kuna miunganisho na idadi isiyo ya kawaida ya viungo. Uoksidishaji wa aina hizi mbili za misombo ni tofauti kidogo.
Sifa za jumla
Mchakato wa uoksidishaji wa asidi ya mafuta ni changamano na wa hatua nyingi. Huanza na kupenya kwao ndani ya seli na kuishia katika mnyororo wa kupumua. Wakati huo huo, hatua za mwisho zinarudia ukataboli wa wanga (mzunguko wa Krebs, mabadiliko ya nishati ya gradient ya transmembrane kuwa dhamana ya macroergic). Bidhaa za mwisho za mchakato ni ATP, CO2 na maji.
Uoksidishaji wa asidi ya mafuta katika seli ya yukariyoti hufanywa katika mitochondria (eneo linalojulikana zaidi la ujanibishaji), peroksisomes au retikulamu ya endoplasmic.
Aina (aina) za oksidi
Kuna aina tatu za uoksidishaji wa asidi ya mafuta: α, β na ω. Mara nyingi, mchakato huu unaendelea kwa utaratibu wa β na umewekwa ndani ya mitochondria. Njia ya omega ni mbadala ndogo kwa β-mechanism na inafanywa katika retikulamu ya endoplasmic, wakati utaratibu wa alfa ni tabia ya aina moja tu ya asidi ya mafuta (phytanic).
Bayokemia ya uoksidishaji wa asidi ya mafuta kwenye mitochondria
Kwa urahisi, mchakato wa ukataboli wa mitochondrial kwa kawaida umegawanywa katika hatua 3:
- kuwasha na usafirishaji hadi mitochondria;
- oxidation;
- uoksidishaji wa asetili-coenzyme A kupitia mzunguko wa Krebs na mnyororo wa usafiri wa kielektroniki.
Kuwasha ni mchakato wa maandalizi ambao hubadilisha asidi ya mafuta kuwa fomu inayopatikana kwa mabadiliko ya kibayolojia, kwa kuwa molekuli hizi zenyewe hazifanyi kazi. Kwa kuongeza, bila uanzishaji, hawawezi kupenya utando wa mitochondrial. Hatua hii hufanyika kwenye utando wa nje wa mitochondria.
Kwa kweli, uoksidishaji ni hatua muhimu katika mchakato. Inajumuisha hatua nne, baada ya hapo asidi ya mafuta hubadilishwa kuwa molekuli za Acetyl-CoA. Bidhaa sawa huundwa wakati wa matumizi ya wanga, ili hatua zinazofuata ziwe sawa na hatua za mwisho za glycolysis ya aerobic. Muundo wa ATP hutokea katika mnyororo wa usafiri wa elektroni, ambapo nishati ya uwezo wa kieletrokemikali hutumika kuunda dhamana ya macroergic.
Katika mchakato wa uoksidishaji wa asidi ya mafuta, pamoja na Acetyl-CoA, NADH na molekuli za FADH pia huundwa2, ambazo pia huingia kwenye msururu wa upumuaji kama wafadhili wa elektroni. Kama matokeo, jumla ya pato la nishati ya catabolism ya lipid ni kubwa sana. Kwa hivyo, kwa mfano, uoksidishaji wa asidi ya palmitic kwa β-mechanism hutoa molekuli 106 za ATP.
Kuwasha na kuhamisha kwenye tumbo la mitochondrial
Asidi zenye mafuta haziwezi kuwa na oksidi. Uamilisho huwaleta katika fomu inayopatikana kwa mabadiliko ya biokemikali. Zaidi ya hayo, molekuli hizi haziwezi kuingia kwenye mitochondria bila kubadilika.
Kiini cha kuwezesha niubadilishaji wa asidi ya mafuta kuwa Acyl-CoA-thioester yake, ambayo baadaye hupitia oxidation. Utaratibu huu unafanywa na enzymes maalum - thiokinases (Acyl-CoA synthetases) iliyounganishwa na membrane ya nje ya mitochondria. Majibu huendelea katika hatua 2, zinazohusishwa na matumizi ya nishati ya ATP mbili.
Vipengee vitatu vinahitajika ili kuwezesha:
- ATF;
- HS-CoA;
- Mg2+.
Kwanza, asidi ya mafuta humenyuka pamoja na ATP kuunda acyladenylate (ya kati). Hiyo, kwa upande wake, humenyuka na HS-CoA, kundi la thiol ambalo huondoa AMP, na kutengeneza dhamana ya thioether na kundi la carboxyl. Kwa sababu hiyo, dutu hii acyl-CoA huundwa - derivative ya asidi ya mafuta, ambayo husafirishwa hadi kwenye mitochondria.
Usafiri hadi mitochondria
Hatua hii inaitwa transesterification na carnitine. Uhamisho wa acyl-CoA kwa tumbo la mitochondrial hufanywa kupitia pores kwa ushiriki wa carnitine na enzymes maalum - carnitine acyltransferases.
Kwa usafiri kwenye membrane, CoA inabadilishwa na carnitine kuunda acyl-carnitine. Dutu hii husafirishwa hadi kwenye tumbo na acyl-carnitine/carnitine transporter kuwezesha usambaaji.
Ndani ya mitochondria, mmenyuko wa kinyume hufanyika, unaojumuisha kizuizi cha retina, ambacho huingia tena kwenye utando, na urejesho wa acyl-CoA (katika kesi hii, coenzyme A "ya ndani" hutumiwa, na. sio ile ambayo dhamana iliundwa nayokatika hatua ya kuwezesha).
Mitikio kuu ya uoksidishaji wa asidi ya mafuta kwa β-utaratibu
Aina rahisi zaidi ya matumizi ya nishati ya asidi ya mafuta ni β-oxidation ya minyororo ambayo haina bondi mbili, ambapo idadi ya vitengo vya kaboni ni sawa. Sehemu ndogo ya mchakato huu, kama ilivyoonyeshwa hapo juu, ni acyl coenzyme A.
Mchakato wa β-oxidation ya asidi ya mafuta huwa na athari 4:
- Utoaji hidrojeni ni mgawanyiko wa hidrojeni kutoka kwa atomi ya β-kaboni na uundaji wa kifungo mara mbili kati ya viunganishi vya minyororo vilivyo katika nafasi za α na β (atomi za kwanza na za pili). Matokeo yake, enoyl-CoA huundwa. Kimeng'enya cha mmenyuko ni acyl-CoA dehydrogenase, ambayo hufanya kazi pamoja na coenzyme FAD (hii hupunguzwa hadi FADH2).
- Ugavi wa maji ni nyongeza ya molekuli ya maji kwa enoyl-CoA, kusababisha kuundwa kwa L-β-hydroxyacyl-CoA. Hufanywa na enoyl-CoA-hydratase.
- Kuondoa hidrojeni - uoksidishaji wa bidhaa ya mmenyuko wa awali kwa dehydrogenase inayotegemea NAD kwa kuundwa kwa β-ketoacyl-coenzyme A. Katika hali hii, NAD hupunguzwa hadi NADH.
- Kupasuka kwa β-ketoacyl-CoA hadi asetili-CoA na acyl-CoA iliyofupishwa ya kaboni 2. Mmenyuko unafanywa chini ya hatua ya thiolase. Sharti ni uwepo wa HS-CoA bila malipo.
Kisha kila kitu kinaanza tena na mwitikio wa kwanza.
Mrudio wa mzunguko wa hatua zote unafanywa hadi mnyororo mzima wa kaboni wa asidi ya mafuta ugeuzwe kuwa molekuli za acetyl-coenzyme A.
Uundaji wa Acetyl-CoA na ATP kwa mfano wa uoksidishaji wa palmitoyl-CoA
Mwishoni mwa kila mzunguko, molekuli za acyl-CoA, NADH na FADH2 huundwa kwa kiwango kimoja, na mnyororo wa acyl-CoA-thioether huwa mfupi kwa atomi mbili. Kwa kuhamisha elektroni kwenye mnyororo wa electrotransport, FADH2 inatoa molekuli moja na nusu ya ATP, na NADH mbili. Kwa hivyo, molekuli 4 za ATP hupatikana kutoka kwa mzunguko mmoja, bila kuhesabu mavuno ya nishati ya asetili-CoA.
Msururu wa asidi ya palmitic una atomi 16 za kaboni. Hii ina maana kwamba katika hatua ya oxidation mizunguko 7 inapaswa kufanywa na kuundwa kwa acetyl-CoA nane, na mavuno ya nishati kutoka kwa NADH na FADH2 katika kesi hii itakuwa molekuli 28 za ATP. (4×7). Uoksidishaji wa acetyl-CoA pia huenda kwenye uundaji wa nishati, ambayo huhifadhiwa kama matokeo ya bidhaa za mzunguko wa Krebs zinazoingia kwenye mnyororo wa usafiri wa umeme.
Jumla ya mavuno ya hatua za oksidi na mzunguko wa Krebs
Kutokana na uoksidishaji wa asetili-CoA, molekuli 10 za ATP hupatikana. Kwa kuwa catabolism ya palmitoyl-CoA hutoa 8 acetyl-CoA, mavuno ya nishati yatakuwa 80 ATP (10 × 8). Ukiongeza hii kwenye matokeo ya uoksidishaji wa NADH na FADH2, utapata molekuli 108 (80+28). Kutoka kwa kiasi hiki, ATP 2 inapaswa kutolewa, ambayo ilienda kuwezesha asidi ya mafuta.
Mlinganyo wa mwisho wa uoksidishaji wa asidi ya palmitic utakuwa: palmitoyl-CoA + 16 O2 + 108 Pi + 80 ADP=CoA + 108 ATP + 16 CO2 + 16 H2O.
Hesabu ya kutolewa kwa nishati
Moshi wa nishatijuu ya catabolism ya asidi fulani ya mafuta inategemea idadi ya vitengo vya kaboni katika mlolongo wake. Idadi ya molekuli za ATP huhesabiwa kwa fomula:
[4(n/2 - 1) + n/2×10] - 2, ambapo 4 ni kiasi cha ATP kinachozalishwa wakati wa kila mzunguko kutokana na NADH na FADH2, (n/2 - 1) ni idadi ya mizunguko, n/2×10 ni mavuno ya nishati kutoka kwa oxidation ya asetili- CoA, na 2 ndio gharama ya kuwezesha.
Vipengele vya maoni
Uoksidishaji wa asidi isiyojaa mafuta ina sifa fulani. Kwa hivyo, ugumu wa minyororo ya oxidizing yenye vifungo viwili iko katika ukweli kwamba mwisho hauwezi kuonyeshwa kwa enoyl-CoA-hydratase kutokana na ukweli kwamba wao ni katika nafasi ya cis. Tatizo hili linaondolewa na enoyl-CoA isomerase, kutokana na ambayo dhamana hupata usanidi wa trans. Kama matokeo, molekuli inakuwa sawa kabisa na bidhaa ya hatua ya kwanza ya oxidation ya beta na inaweza kupitia uhamishaji. Tovuti zilizo na bondi moja pekee huongeza oksidi kwa njia sawa na asidi iliyojaa.
Wakati mwingine enoyl-CoA-isomerase haitoshi kuendeleza mchakato. Hii inatumika kwa minyororo ambayo usanidi wa cis9-cis12 upo (bondi mbili kwenye atomi za kaboni za 9 na 12). Hapa, si tu usanidi ni kizuizi, lakini pia nafasi ya vifungo viwili katika mlolongo. Mwisho hurekebishwa na kimeng'enya cha 2,4-dienoyl-CoA reductase.
Ukataboli wa asidi ya mafuta isiyo ya kawaida
Aina hii ya asidi ni ya kawaida kwa lipids nyingi za asili (asili). Hii inajenga utata fulani, tangu kila mzungukoinamaanisha kufupisha kwa idadi sawa ya viungo. Kwa sababu hii, oxidation ya mzunguko wa asidi ya juu ya mafuta ya kundi hili inaendelea hadi kuonekana kwa kiwanja cha 5-kaboni kama bidhaa, ambacho hupasuka ndani ya acetyl-CoA na propionyl-coenzyme A. Misombo yote miwili huingia mzunguko mwingine wa athari tatu., kama matokeo ya ambayo succinyl-CoA huundwa. Ni yeye anayeingia kwenye mzunguko wa Krebs.
Vipengele vya oxidation katika peroksisomes
Katika peroksisomes, uoksidishaji wa asidi ya mafuta hutokea kupitia utaratibu wa beta ambao ni sawa, lakini si sawa, na mitochondrial. Pia ina hatua 4, na kufikia kilele cha kuundwa kwa bidhaa kwa namna ya acetyl-CoA, lakini ina tofauti kadhaa muhimu. Kwa hivyo, mgawanyiko wa hidrojeni katika hatua ya dehydrogenation haurejeshi FAD, lakini hupita kwa oksijeni na uundaji wa peroxide ya hidrojeni. Mwisho mara moja hupitia cleavage chini ya hatua ya catalase. Kwa sababu hiyo, nishati ambayo ingeweza kutumika kuunganisha ATP katika mnyororo wa kupumua hutawanywa kama joto.
Tofauti ya pili muhimu ni kwamba baadhi ya vimeng'enya vya peroksisome ni maalum kwa asidi fulani ya mafuta ambayo ni nyingi kidogo na haipo kwenye tumbo la mitochondrial.
Hulka ya peroksimu za seli za ini ni kwamba hakuna vifaa vya enzymatic katika mzunguko wa Krebs. Kwa hivyo, kama matokeo ya oxidation ya beta, bidhaa za mnyororo mfupi huundwa, ambazo husafirishwa hadi mitochondria kwa oxidation.
