Kushti kryesor për jetën e çdo organizmi është furnizimi i vazhdueshëm me energji, e cila shpenzohet në procese të ndryshme qelizore. Në të njëjtën kohë, një pjesë e caktuar e përbërjeve ushqyese nuk mund të përdoret menjëherë, por mund të shndërrohet në rezerva. Roli i një rezervuari të tillë kryhet nga yndyrat (lipidet), të përbërë nga glicerina dhe acidet yndyrore. Këto të fundit përdoren nga qeliza si lëndë djegëse. Në këtë rast, acidet yndyrore oksidohen në CO2 dhe H2O.
Bazat e acideve yndyrore
Acidet yndyrore janë zinxhirë karboni me gjatësi të ndryshme (nga 4 deri në 36 atome), të cilat klasifikohen kimikisht si acide karboksilike. Këto zinxhirë mund të jenë ose të degëzuar ose të padegëzuar dhe përmbajnë numra të ndryshëm të lidhjeve të dyfishta. Nëse këto të fundit mungojnë plotësisht, acidet yndyrore quhen të ngopura (tipike për shumë lipide me origjinë shtazore), dhe përndryshe -të pangopura. Sipas renditjes së lidhjeve të dyfishta, acidet yndyrore ndahen në të pangopura dhe të pangopura.
Shumica e zinxhirëve përmbajnë një numër çift atomesh karboni, gjë që është për shkak të veçantisë së sintezës së tyre. Megjithatë, ka lidhje me një numër tek të lidhjeve. Oksidimi i këtyre dy llojeve të përbërjeve është paksa i ndryshëm.
Karakteristika të përgjithshme
Procesi i oksidimit të acideve yndyrore është kompleks dhe me shumë faza. Fillon me depërtimin e tyre në qelizë dhe përfundon në zinxhirin respirator. Në të njëjtën kohë, fazat përfundimtare në të vërtetë përsërisin katabolizmin e karbohidrateve (cikli i Krebsit, shndërrimi i energjisë së gradientit transmembranor në një lidhje makroergjike). Produktet përfundimtare të procesit janë ATP, CO2 dhe uji.
Oksidimi i acideve yndyrore në një qelizë eukariote kryhet në mitokondri (vendi më karakteristik i lokalizimit), peroksizome ose në rrjetin endoplazmatik.
Llojet (llojet) e oksidimit
Ekzistojnë tre lloje të oksidimit të acideve yndyrore: α, β dhe ω. Më shpesh, ky proces vazhdon nga mekanizmi β dhe lokalizohet në mitokondri. Rruga omega është një alternativë e vogël ndaj mekanizmit β dhe kryhet në rrjetin endoplazmatik, ndërsa mekanizmi alfa është karakteristik vetëm për një lloj acidi yndyror (fitanik).
Biokimia e oksidimit të acideve yndyrore në mitokondri
Për lehtësi, procesi i katabolizmit mitokondrial ndahet në mënyrë konvencionale në 3 faza:
- aktivizimi dhe transporti në mitokondri;
- oksidim;
- oksidimi i acetil-koenzimës A të formuar përmes ciklit të Krebsit dhe zinxhirit të transportit elektrik.
Aktivizimi është një proces përgatitor që transformon acidet yndyrore në një formë të disponueshme për transformimet biokimike, pasi vetë këto molekula janë inerte. Përveç kësaj, pa aktivizim, ato nuk mund të depërtojnë në membranat mitokondriale. Kjo fazë zhvillohet në membranën e jashtme të mitokondrive.
Në fakt, oksidimi është një hap kyç në proces. Ai përfshin katër faza, pas të cilave acidi yndyror shndërrohet në molekula Acetyl-CoA. I njëjti produkt formohet gjatë përdorimit të karbohidrateve, në mënyrë që hapat e mëpasshëm të jenë të ngjashëm me hapat e fundit të glikolizës aerobike. Formimi i ATP ndodh në zinxhirin e transportit të elektroneve, ku energjia e potencialit elektrokimik përdoret për të formuar një lidhje makroergjike.
Në procesin e oksidimit të acideve yndyrore, përveç Acetyl-CoA, formohen edhe molekulat NADH dhe FADH2, të cilat gjithashtu hyjnë në zinxhirin e frymëmarrjes si dhurues elektronesh. Si rezultat, prodhimi total i energjisë i katabolizmit të lipideve është mjaft i lartë. Kështu, për shembull, oksidimi i acidit palmitik nga mekanizmi β jep 106 molekula ATP.
Aktivizimi dhe transferimi në matricën mitokondriale
Vetë acidet yndyrore janë inerte dhe nuk mund të oksidohen. Aktivizimi i sjell ato në një formë të disponueshme për transformimet biokimike. Përveç kësaj, këto molekula nuk mund të hyjnë në mitokondri të pandryshuara.
Thelbi i aktivizimit ështëshndërrimi i një acidi yndyror në Acil-CoA-tioesterin e tij, i cili më pas i nënshtrohet oksidimit. Ky proces kryhet nga enzima speciale - tiokinaza (Acil-CoA sintetaza) të ngjitura në membranën e jashtme të mitokondrive. Reaksioni zhvillohet në 2 faza, të shoqëruara me shpenzimin e energjisë së dy ATP.
Kërkohen tre komponentë për aktivizim:
- ATF;
- HS-CoA;
- Mg2+.
Së pari, acidi yndyror reagon me ATP për të formuar aciladenilate (një ndërmjetës). Kjo, nga ana tjetër, reagon me HS-CoA, grupi tiol i të cilit zhvendos AMP, duke formuar një lidhje tioeter me grupin karboksil. Si rezultat, formohet substanca acyl-CoA - një derivat i acidit yndyror, i cili transportohet në mitokondri.
Transporti në mitokondri
Ky hap quhet transesterifikim me karnitinë. Transferimi i acil-CoA në matricën mitokondriale kryhet përmes poreve me pjesëmarrjen e karnitinës dhe enzimave speciale - aciltransferazave karnitine.
Për transportin nëpër membrana, CoA zëvendësohet nga karnitina për të formuar acil-karnitinë. Kjo substancë transportohet në matricë nga difuzioni i lehtësuar nga acil-carnitine/carnitine.
Brenda mitokondrive, zhvillohet një reaksion invers, i cili konsiston në shkëputjen e retinës, e cila përsëri hyn në membranat, dhe restaurimin e acil-CoA (në këtë rast përdoret koenzima "lokale" A, dhe jo ai me të cilin u krijua lidhjanë fazën e aktivizimit).
Reaksionet kryesore të oksidimit të acideve yndyrore nga mekanizmi β
Lloji më i thjeshtë i shfrytëzimit të energjisë së acideve yndyrore është β-oksidimi i zinxhirëve që nuk kanë lidhje të dyfishta, në të cilat numri i njësive të karbonit është çift. Substrati për këtë proces, siç u përmend më lart, është acil koenzima A.
Procesi i β-oksidimit të acideve yndyrore përbëhet nga 4 reaksione:
- Dehidrogjenimi është ndarja e hidrogjenit nga një atom β-karboni me formimin e një lidhjeje të dyfishtë midis lidhjeve të zinxhirit të vendosura në pozicionet α dhe β (atomet e parë dhe të dytë). Si rezultat, formohet enoyl-CoA. Enzima e reaksionit është acil-CoA dehidrogjenaza, e cila vepron në kombinim me koenzimën FAD (kjo e fundit reduktohet në FADH2).
- Hidratimi është shtimi i një molekule uji në enoyl-CoA, duke rezultuar në formimin e L-β-hidroksiacil-CoA. Kryer nga enoyl-CoA-hidrataza.
- Dehidrogjenimi - oksidimi i produktit të reaksionit të mëparshëm nga dehidrogjenaza e varur nga NAD me formimin e β-ketoacil-koenzimës A. Në këtë rast, NAD reduktohet në NADH.
- Ndarja e β-ketoacil-CoA në acetil-CoA dhe një acil-CoA e shkurtuar me 2-karbon. Reaksioni kryhet nën veprimin e tiolazës. Një parakusht është prania e HS-CoA falas.
Më pas gjithçka fillon përsëri me reagimin e parë.
Përsëritja ciklike e të gjitha fazave kryhet derisa i gjithë zinxhiri karbonik i acidit yndyror të shndërrohet në molekula të acetil-koenzimës A.
Formimi i acetil-CoA dhe ATP në shembullin e oksidimit të palmitol-CoA
Në fund të çdo cikli, molekulat acil-CoA, NADH dhe FADH2 formohen në një sasi të vetme, dhe zinxhiri acil-CoA-tioeter bëhet më i shkurtër me dy atome. Duke transferuar elektrone në zinxhirin e elektrotransportit, FADH2 jep një molekula e gjysmë ATP dhe NADH dy. Si rezultat, 4 molekula ATP merren nga një cikël, pa llogaritur rendimentin e energjisë të acetil-CoA.
Zinxhiri i acidit palmitik ka 16 atome karboni. Kjo do të thotë që në fazën e oksidimit duhet të kryhen 7 cikle me formimin e tetë acetil-CoA, dhe rendimenti i energjisë nga NADH dhe FADH2 në këtë rast do të jetë 28 molekula ATP. (4×7). Oksidimi i acetil-CoA shkon gjithashtu në formimin e energjisë, e cila ruhet si rezultat i hyrjes së produkteve të ciklit të Krebs në zinxhirin e transportit elektrik.
Rendimenti total i hapave të oksidimit dhe cikli i Krebsit
Si rezultat i oksidimit të acetil-CoA, fitohen 10 molekula ATP. Meqenëse katabolizmi i palmitol-CoA jep 8 acetil-CoA, rendimenti i energjisë do të jetë 80 ATP (10×8). Nëse ia shtoni këtë rezultatit të oksidimit të NADH dhe FADH2, ju merrni 108 molekula (80+28). Nga kjo sasi duhen zbritur 2 ATP, e cila shkoi për të aktivizuar acidin yndyror.
Ekuacioni përfundimtar për oksidimin e acidit palmitik do të jetë: palmitoyl-CoA + 16 O2 + 108 Pi + 80 ADP=CoA + 108 ATP + 16 CO2 + 16 H2O.
Llogaritja e çlirimit të energjisë
Shter energjienga katabolizmi i një acidi yndyror të caktuar varet nga numri i njësive të karbonit në zinxhirin e tij. Numri i molekulave ATP llogaritet me formulën:
[4(n/2 - 1) + n/2×10] - 2, ku 4 është sasia e ATP e gjeneruar gjatë çdo cikli për shkak të NADH dhe FADH2, (n/2 - 1) është numri i cikleve, n/2×10 është rendimenti i energjisë nga oksidimi i acetil- CoA, dhe 2 është kostoja e aktivizimit.
Veçoritë e reagimeve
Oksidimi i acideve yndyrore të pangopura ka disa veçori. Pra, vështirësia e zinxhirëve oksidues me lidhje dyfishe qëndron në faktin se këto të fundit nuk mund të ekspozohen ndaj enoyl-CoA-hidratazës për faktin se janë në pozicionin cis. Ky problem eliminohet nga izomeraza enoyl-CoA, për shkak të së cilës lidhja fiton një konfigurim trans. Si rezultat, molekula bëhet plotësisht identike me produktin e fazës së parë të beta-oksidimit dhe mund t'i nënshtrohet hidratimit. Vendet që përmbajnë vetëm lidhje të vetme oksidohen në të njëjtën mënyrë si acidet e ngopura.
Ndonjëherë enoyl-CoA-izomeraza nuk mjafton për të vazhduar procesin. Kjo vlen për zinxhirët në të cilët është i pranishëm konfigurimi cis9-cis12 (lidhjet e dyfishta në atomet e 9-të dhe të 12-të të karbonit). Këtu, jo vetëm konfigurimi është një pengesë, por edhe pozicioni i lidhjeve të dyfishta në zinxhir. Kjo e fundit korrigjohet nga enzima 2,4-dienoil-CoA reduktaza.
Katabolizmi i acideve yndyrore teke
Ky lloj acidi është tipik për shumicën e lipideve me origjinë natyrore (natyrore). Kjo krijon një kompleksitet të caktuar, që nga çdo cikëlnënkupton shkurtimin me një numër çift lidhjesh. Për këtë arsye, oksidimi ciklik i acideve yndyrore më të larta të këtij grupi vazhdon deri në shfaqjen e një përbërje 5-karbonike si produkt, i cili ndahet në acetil-CoA dhe propionil-koenzimë A. Të dy përbërësit hyjnë në një cikël tjetër prej tre reaksionesh., si rezultat i së cilës formohet succinyl-CoA. Është ai që hyn në ciklin e Krebsit.
Veçoritë e oksidimit në peroksizomet
Në peroksizomet, oksidimi i acideve yndyrore ndodh nëpërmjet një mekanizmi beta që është i ngjashëm, por jo identik, me mitokondrial. Ai gjithashtu përbëhet nga 4 faza, duke kulmuar me formimin e produktit në formën e acetil-CoA, por ka disa dallime kryesore. Kështu, hidrogjeni i ndarë në fazën e dehidrogjenimit nuk e rikthen FAD, por kalon në oksigjen me formimin e peroksidit të hidrogjenit. Kjo e fundit pëson menjëherë copëtim nën veprimin e katalazës. Si rezultat, energjia që mund të ishte përdorur për të sintetizuar ATP në zinxhirin e frymëmarrjes shpërndahet si nxehtësi.
Dallimi i dytë i rëndësishëm është se disa enzima peroksizome janë specifike për disa acide yndyrore më pak të bollshme dhe nuk janë të pranishme në matricën mitokondriale.
Veçori e peroksisomeve të qelizave të mëlçisë është se nuk ka aparat enzimatik të ciklit Krebs. Prandaj, si rezultat i beta-oksidimit, formohen produkte me zinxhir të shkurtër, të cilët transportohen në mitokondri për oksidim.
