Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985
Биоэнергетика и метаболизм
Окисление жирных кислот в тканях животных
Жирные кислоты активируются и окисляются в митохондриях
Триацилглицеролы - очень важный источник энергии в организме животных. Среди главных питательных веществ они самые калорийные (свыше 9 ккал/г); в клетках триацилглицеролы откладываются в запас в виде жировых капелек, состоящих из почти чистого жира, и могут в очень больших количествах накапливаться и сохраняться в жировой ткани. В высокоразвитых странах в среднем не менее 40% суточной потребности человека в энергии покрывается именно за счет содержащихся в его рационе жиров. В некоторых органах, в частности в печени, сердце и в скелетных мышцах, находящихся в состоянии покоя, свыше половины необходимой энергии поставляют триацилглицеролы. У животных, впадающих в спячку, и у перелетных птиц триацилглицеролы служат практически единственным источником энергии. Дальше (гл. 21) мы узнаем, что и углеводы, если только их накапливается слишком много (а способность организма хранить гликоген крайне ограниченна), тоже превращаются в триацилглицеролы для длительного хранения.
Около 95% всей биологически доступной энергии в молекуле триацилглицеролов заключают в себе остатки трех жирных кислот с длинной цепью и только 5% приходится на долю остатка глицерола. В этой главе мы займемся рассмотрением тех метаболических путей, по которым в животном организме идет окисление этих высокоэнергетических жирных кислот до СО2 и воды, сопровождающееся выделением энергии. Мы увидим, что у жирных кислот и углеводов конечный путь окисления одинаков: этим общим конечным путем служит цикл лимонной кислоты.
Поскольку почти все жирные кислоты в животных тканях имеют четное число атомов углерода, уже давно предполагалось, что в клетке жирные кислоты синтезируются и разрушаются путем присоединения или отщепления двухуглеродных фрагментов. Классические эксперименты Франца Кноопа, проведенные им в Германии в начале нашего века, подтвердили это предположение и позволили Кноопу заключить, что окисление жирных кислот происходит путем последовательного отщепления двухуглеродных фрагментов по ß-схеме, т.е. каждый раз окисляется ß-углеродный атом, в результате чего образуется ß-кетокислота, которая затем подвергается расщеплению с образованием двухуглеродного фрагмента (по-видимому, уксусной кислоты) и жирной кислоты, содержащей на два атома углерода меньше, чем исходная кислота (рис. 18-1).
Однако в течение нескольких десятилетий попытки продемонстрировать окисление жирных кислот в бесклеточных экстрактах или в гомогенатах животных тканей оставались безрезультатными. Важный шаг в этой области был сделан, когда Альберт Ленинджер в США обнаружил, что добавление АТР к гомогенатам печени восстанавливает их способность к окислению жирных кислот. Ленинджер предположил, что АТР требуется для активации карбоксильной группы жирной кислоты в какой-то ферментативной реакции. Он также установил, что окисление жирных кислот в гомогенатах печени приводит к образованию активных двухуглеродных фрагментов, способных включаться в цикл лимонной кислоты. Позже Ленинджер показал, что окисление жирных кислот протекает в митохондриях клеток печени. Следующим важным шагом, способствовавшим быстрому выяснению отдельных ферментативных этапов процесса окисления жирных кислот, явились исследования Феодора Линена и его сотрудников в Мюнхене. Они нашли, что АТР-зависимая активация жирных кислот включает ферментативную этерификацию карбоксильной группы жирной кислоты тиоловой группой кофермента А и что все последующие промежуточные продукты процесса окисления жирных кислот представляют собой тиоэфиры кофермента А. Проследим путь окисления жирных кислот в свете современных знаний.