10.3.2. Метаболизм жирных кислот

Свободные жирные кислоты после всасывания в тонкий кишечник и поступления в печень участвуют в различных путях метаболизма (рис. 10.2). Они являются субстратом энергетического обмена в печени. Свободные жирные кислоты прежде всего подвергаются активации и окислению с образованием ацетил-СоА и АТФ.

Избыток ацетил-СоА, не использованный печенью, превращается в кетоновые тела: ацетоацетат и β-D-гидрооксибутират. Эти соединения переносятся кровью в периферические ткани, где окисляются в цикле Кребса.

Свободные жирные кислоты участвуют в биосинтезе холестерина и желчных кислот. Определенная часть ацетил-СоА является основным предшественником в биосинтезе холестерина, который участвует в синтезе желчных кислот, ускоряющих переваривание и всасывание жиров

Свободные жирные кислоты участвуют в биосинтезе липопротеинов плазмы крови, переносящих липиды в жировую ткань.

Свободные жирные кислоты способны связываться с сывороточным альбумином и по кровяному руслу доставляться в сердце и скелетные мышцы, в которых жирные кислоты всасываются и используются в качестве энергетического материала

Рассмотрим более подробно окисление продуктов гидролиза жиров.

Глицерин фосфорилируется аденозинтрифосфатом (АТФ), превращаясь в глицерофосфат, который затем окисляется НАД-содержащим ферментом в диоксиацетонфосфат, который появляется и на одной из стадий окисления глюкозы.

Липиды печени

Липопроте-ины плазмы

Жирные кислоты

Свободные жирные кислоты плазмы

Цикл окисления жирных кислот

АТФ

Соли желчных кислот

Кетоновые тела

Кровь

Холестерин

Ацетил-СоА

АТФ

Цикл Кребса

Окислительное фосфорилирование

СО₂ + Н₂О

Рис. 10.2. Схема метаболизма жирных кислот в печени.

Прямоцепочечные жирные кислоты окисляются таким образом, что от их молекул в один прием сразу отщепляется по два атома углерода, пока не образуется ацетоуксусная кислота, содержащая всего 4 атома углерода, и та, в свою очередь, расщепляется на два ацетильных (двууглеродных) фрагмента. Процесс отщепления от жирной кислоты одновременно пары атомов углерода получил название β-окисления, так как при этом происходит окисление углеродного атома, находящегося в β-положении по отношению к карбоксильной группе жирной кислоты

R–СН₂–СН₂–СН₂–СООН

γ β α

Подобно окислению глюкозы, β-окисление жирных кислот самопроизвольно не протекает. Для его осуществления необходимо затратить некоторое количество энергии (энергия активации). И здесь энергия поставляется за счет АТФ, но при активировании одной молекулы жирной кислоты расходуются сразу две макроэнергетические фосфатные связи одной молекулы АТФ, которая превращается в аденозинмонофосфат (АМФ). Кроме того, процесс β-окисления жирных кислот в начальной стадии отличается от процесса окисления глюкозы еще и тем, что энергия от АТФ к жирной кислоте переходит не за счет фосфорилирования молекулы субстрата, а путем образования продукта взаимодействия жирной кислоты с коферментом А. Этот процесс катализирует фермент тиокиназа.

Дальнейшее окисление жиров протекает довольно сложно. Так, ацилкофермент А (все остатки жирных кислот типа RСО называются ацилами) окисляется затем ферментом дегидрогеназой флавопротеинового ряда, после чего под действием фермента лиазы по месту двойной связи, образовавшейся в предыдущей реакции, присоединяется молекула воды и образуется β-оксиацилкофермент А.

Далее еще один фермент, на этот раз НАД-содержащий, превращает β-оксиацил-КоА в β-кетоацил-КоА. Последняя реакция заключается в расщеплении углеводородной цепи продукта превращения исходной жирной кислоты. Из отщепляющегося при этом осколка, состоящего из двух атомов углерода и кофермента А образуется ацетил-КоА, а из остатка жирной кислоты – новое ацилпроизводное кофермента А и жирная кислота, в которой на два углеродных атома меньше, чем в исходной молекуле, вступившей в цепь превращений. Эту реакцию называют процессом тиолиза, ее отличительная особенность заключается в том, что молекула кофермента А образует соединение с остатком жирной кислоты RСН₂СО без затраты энергии, обычно получаемой за счет АТФ.

Помимо ацетил-КоА, в реакции образуется также активированная форма жирной кислоты – ацил-КоА, которая может превращаться далее, минуя требующую затраты АТФ стадию. Эта новая молекула активированной жирной кислоты вполне подготовлена к тому, чтобы пройти всю серию таких же превращений.

Таким образом, каждая молекула жирной кислоты подвергается в клетке нескольким сериям превращений, состоящим из четырех последовательно протекающих реакций, причем в результате одной такой серии она укорачивается на два атома углерода, которые выделяются в виде ацил-КоА.

Однако окисление жирных кислот все же не столь эффективно, как это кажется на первый взгляд. В приведенных выше материалах мы исходим из того, что вся жирная кислота расщепляется на ацетил-КоА, который далее подвергается окислению. Но, как уже отмечалось, жирные кислоты являются основным поставщиком энергии только во время голодания организма или при диабете, когда в организме образуется в большом количестве ацетоуксусная кислота. Источником этого продукта служит реакция между двумя молекулами ацил-КоА, получающихся при окислении жирных кислот.

Следовательно, образование каждой молекулы ацетоуксусной кислоты сначала накапливается в печени, а затем выбрасывается из нее. Это означает, что две молекулы ацетил-КоА с запасенной в них потенциальной энергией, которая должна была бы выделиться при окислении, не входят в цикл. Выделение из организма ацетоуксусной кислоты является ни чем иным, как выбрасыванием топлива, которое сгорело лишь наполовину.

Причины этого лежат в том, что для работы цикла необходима щавелево-уксусная кислота, получающаяся из пировиноградной кислоты. Но пировиноградная кислота – продукт метаболизма глюкозы, а не окисления жирных кислот. Это означает, что при углеводном голодании организма дополнительное снабжение клеток щавелево-уксусной кислотой резко понижено. Иначе говоря, когда отсутствуют углеводы, клетка, вынужденная искать источник энергии в жировых запасах организма, оказывается не в состоянии использовать это горючее эффективно, как если бы имела дело с глюкозой – источником необходимой щавелево-уксусной кислоты. Этот пример позволяет еще раз подчеркнуть важность углеводов для энергетического обмена веществ.

Таким образом, свободные жирные кислоты в печени используются как энергетический материал, участвуют в синтезе триацилглицеринов, холестерина, липопротеинов плазмы, кетоновых тел, поставляемых по кровяному руслу в другие ткани организма.