Ар кандай организмдин жашоосунун негизги шарты – бул энергиянын ар кандай клеткалык процесстерге сарпталышы. Мында аш болумдуу кошулмалардын белгилуу белугун дароо пайдаланууга болбойт, бирок запастарга айландырууга болот. Мындай резервуардын ролун глицерин жана май кислоталарынан турган майлар (липиддер) аткарат. Акыркылары клетка тарабынан отун катары колдонулат. Бул учурда, май кислоталары CO2 жана H2O чейин кычкылданат.
Май кислотасынын негиздери
Май кислоталары – химиялык жактан карбон кислоталары катары классификацияланган ар кандай узундуктагы (4төн 36 атомго чейин) көмүртек чынжырлары. Бул чынжырлар бутактанган же бутаксыз болушу мүмкүн жана ар кандай сандагы кош байланыштарды камтыйт. Эгерде акыркысы таптакыр жок болсо, май кислоталары каныккан (жаныбарлардан алынган көптөгөн липиддер үчүн мүнөздүү) деп аталат, башкасы -каныкпаган. Кош байланыштардын жайгашуусу боюнча май кислоталары бир тойбогон жана көп тойбогон болуп бөлүнөт.
Көпчүлүк чынжырларда жуп сандагы көмүртек атомдору бар, бул алардын синтезинин өзгөчөлүгүнө байланыштуу. Бирок, так сандагы шилтемелер менен байланыштар бар. Бул эки түрдөгү кошулмалардын кычкылдануусу бир аз айырмаланат.
Жалпы мүнөздөмөлөр
Май кислотасынын кычкылдануу процесси татаал жана көп баскычтуу. Ал алардын клеткага киришинен башталып, дем алуу чынжырында бүтөт. Ошол эле учурда акыркы этаптар чындыгында углеводдордун катаболизмин кайталайт (Кребс цикли, трансмембраналык градиент энергиясынын макроэргиялык байланышка айланышы). Процесстин акыркы продуктулары: ATP, CO2 жана суу.
Эукариоттук клеткадагы май кислоталарынын кычкылданышы митохондрияда (эң мүнөздүү локализациялоочу жер), пероксисомаларда же эндоплазмалык ретикулумда ишке ашырылат.
Кисденүүнүн түрлөрү (түрлөрү)
Май кислотасынын кычкылданышынын үч түрү бар: α, β жана ω. Көбүнчө, бул процесс β-механизм менен жүрөт жана митохондрияда локализацияланат. Омега жолу β-механизмге анча чоң эмес альтернатива болуп саналат жана эндоплазмалык ретикулумда ишке ашат, ал эми альфа механизми май кислотасынын бир гана түрүнө мүнөздүү (фитаникалык).
Митохондриядагы май кислотасынын кычкылданышынын биохимиясы
Ыңгайлуулук үчүн митохондриялык катаболизм процесси шарттуу түрдө 3 этапка бөлүнөт:
- активация жана митохондрияга ташуу;
- кычкылдануу;
- пайда болгон ацетил-кофермент Анын Кребс цикли жана электрдик транспорт чынжырчасы аркылуу кычкылданышы.
Активдештирүү – бул май кислоталарын биохимиялык трансформациялар үчүн жеткиликтүү формага айландыруучу даярдоо процесси, анткени бул молекулалар өздөрү инерттүү. Мындан тышкары, активдештирүү болбосо, алар митохондриялык мембраналарга кире алышпайт. Бул этап митохондриянын сырткы мембранасында ишке ашат.
Чынында, кычкылдануу процесстеги негизги кадам болуп саналат. Ал төрт этапты камтыйт, андан кийин май кислотасы Ацетил-КоА молекулаларына айланат. Ошол эле продукт карбонгидраттарды пайдалануу учурунда пайда болот, ошондуктан кийинки кадамдар аэробдук гликолиздин акыркы баскычтарына окшош. АТФтин пайда болушу электрондорду ташуу чынжырында жүрөт, мында электрохимиялык потенциалдын энергиясы макроэргиялык байланышты түзүүгө жумшалат.
Май кислотасынын кычкылдануу процессинде Ацетил-КоАдан тышкары NADH жана FADH молекулалары да түзүлөт2, алар да электрон донору катары дем алуу чынжырына кирет. Натыйжада, липиддердин катаболизминин жалпы энергиясы кыйла жогору. Ошентип, мисалы, пальмитин кислотасынын β-механизми менен кычкылданышы 106 ATP молекуласын берет.
Активация жана митохондриялык матрицага өткөрүү
Май кислоталарынын өзүлөрү инерттүү жана кычкылданууга болбойт. Активдештирүү аларды биохимиялык трансформациялар үчүн жеткиликтүү формага алып келет. Мындан тышкары, бул молекулалар өзгөрүүсүз митохондрияга кире албайт.
Активдештирүүнүн маңызымай кислотасынын анын ацил-КоА-тиоэфирге айланышы, ал андан кийин кычкылданууга дуушар болот. Бул процессти митохондриялардын сырткы кабыкчасына жабышкан атайын ферменттер – тиокиназалар (Ацил-КоА синтетазалары) ишке ашырат. Реакция эки АТФ энергиясын сарптоо менен байланышкан 2 этапта жүрөт.
Активдөө үчүн үч компонент талап кылынат:
- ATF;
- HS-CoA;
- Mg2+.
Биринчиден, май кислотасы АТФ менен реакцияга кирип, ациладенилатты (аралык) пайда кылат. Бул өз кезегинде HS-CoA менен реакцияга кирет, анын тиол тобу АМФти ығыстырып, карбоксил тобу менен тиоэфирдик байланышты түзөт. Натыйжада, ацил-КоА заты пайда болот - май кислотасынын туундусу, ал митохондрияга ташылат.
Митохондрияга ташуу
Бул кадам карнитин менен трансэтерификация деп аталат. Ацил-КоАнын митохондриялык матрицага өтүшү карнитиндин жана атайын ферменттердин - карнитин ацилтрансферазалардын катышуусу менен тешикчелер аркылуу ишке ашат.
Мембраналар аркылуу ташуу үчүн КоА ацил-карнитинди пайда кылуу үчүн карнитин менен алмаштырылат. Бул зат матрицага ацил-карнитин/карнитин ташуучу жеңилдетилген диффузия аркылуу ташылат.
Митохондриянын ичинде тескери реакция жүрөт, ал кайрадан мембраналарга кирген торчонун ажырашынан жана ацил-КоАнын калыбына келишинен турат (бул учурда «жергиликтүү» кофермент А колдонулат жана байланыш түзүлгөн эмесжандыруу стадиясында).
Май кислотасынын β-механизм менен кычкылданышынын негизги реакциялары
Май кислоталарынын энергияны колдонуунун эң жөнөкөй түрү бул кош байланыштары жок чынжырлардын β-кычкылдануусу, анда көмүртек бирдиктеринин саны жуп. Бул процесстин субстраты, жогоруда белгиленгендей, ацил кофермент А.
Май кислоталарынын β-кычкылдануу процесси 4 реакциядан турат:
- Дегидрогендөө – бул α жана β-позицияларда (биринчи жана экинчи атомдор) жайгашкан чынжыр звенолорунун ортосунда кош байланыштын пайда болушу менен β-көмүртек атомунан суутектин бөлүнүшү. Натыйжада энил-КоА пайда болот. Реакция ферменти - ацил-КоА дегидрогеназа, ал кофермент FAD менен айкалышып иштейт (акыркысы FADH2ге чейин кыскарган).
- Гидрация – бул энил-КоАга суу молекуласынын кошулушу, натыйжада L-β-гидроксиацил-КоА пайда болушу. Энойл-КоА-гидратаза тарабынан жүзөгө ашырылат.
- Дегидрогендөө - мурунку реакциянын продуктусунун β-кетоацил-коэнзим А пайда болушу менен NADга көз каранды дегидрогеназанын кычкылданышы. Бул учурда NAD NADHге чейин төмөндөйт.
- β-кетоацил-КоАнын ацетил-КоАга жана 2-көмүртектүү кыскартылган ацил-КоАга бөлүнүшү. Реакция тиолазанын таасири астында ишке ашат. Шарт - акысыз HS-CoA болушу.
Андан кийин баары биринчи реакциядан башталат.
Бардык этаптардын циклдик кайталанышы май кислотасынын бардык көмүртек чынжырчасы А ацетил-коферментинин молекулаларына айланганга чейин ишке ашырылат.
Пальмитойл-КоА кычкылдануу мисалында ацетил-КоА жана АТФ пайда болушу
Ар бир циклдин аягында ацил-КоА, NADH жана FADH2 молекулалары бир санда пайда болуп, ацил-КоА-тиоэфир чынжыры эки атомго кыскарат. Электрондорду электротранспорттук чынжырга өткөрүп берүү менен, FADH2 бир жарым ATP молекуласын, ал эми NADH эки молекуланы берет. Натыйжада, ацетил-КоАнын энергетикалык кирешесин эсепке албаганда, бир циклден 4 АТФ молекуласы алынат.
Пальмитин кислотасынын чынжырында 16 көмүртек атому бар. Бул кычкылдануу стадиясында сегиз ацетил-КоА пайда болушу менен 7 цикл жүргүзүлүшү керек дегенди билдирет, ал эми NADH жана FADH2 бул учурда 28 ATP молекуласы болот. (4×7). Ацетил-КоА кычкылдануусу Кребс циклинин продуктыларынын электрдик транспорт чынжырына киришинин натыйжасында сакталган энергиянын пайда болушуна да барат.
Кисденүү кадамдарынын жана Кребс циклинин жалпы кирешеси
Ацетил-КоА кычкылданышынын натыйжасында 10 АТФ молекуласы алынат. Пальмитойл-КоАнын катаболизминде 8 ацетил-КоА пайда болгондуктан, энергиянын чыгышы 80 АТФ (10×8) болот. Эгер муну NADH жана FADH2 кычкылдануусунун натыйжасына кошсоңуз, 108 молекуланы (80+28) аласыз. Бул суммадан май кислотасын активдештирүүгө кеткен 2 ATP алып салуу керек.
Пальмитин кислотасынын кычкылданышынын акыркы теңдемеси төмөнкүдөй болот: пальмитойл-КоА + 16 O2 + 108 Pi + 80 ADP=CoA + 108 ATP + 16 CO2 + 16 H2O.
Энергияны бөлүп чыгарууну эсептөө
Чыгарылган энергиябелгилүү бир май кислотасынын катаболизми анын чынжырындагы көмүртек бирдиктеринин санына жараша болот. ATP молекулаларынын саны формула менен эсептелет:
[4(n/2 - 1) + n/2×10] - 2, мында 4 - NADH жана FADH2 эсебинен ар бир циклде түзүлгөн АТФтин саны, (n/2 - 1) циклдердин саны, n/2×10 - ацетил- кычкылдануудан алынган энергия CoA жана 2 - жандыруу баасы.
Реакциялардын өзгөчөлүктөрү
Каныкпаган май кислоталарынын кычкылданышы кээ бир өзгөчөлүктөргө ээ. Ошентип, кош байланыштары бар кычкылдануучу чынжырлардын кыйынчылыгы, алар цис абалында болгондуктан, эноил-КоА-гидратазага дуушар болушу мүмкүн эместигинде. Бул көйгөй эноил-КоА изомеразасы аркылуу жок кылынат, анын аркасында байланыш транс конфигурацияга ээ болот. Натыйжада, молекула бета-кычкылдануунун биринчи стадиясынын продуктысына толугу менен окшош болуп калат жана гидратацияга дуушар болот. Жалгыз байланыштарды камтыган сайттар каныккан кислоталар сыяктуу кычкылданат.
Кээде процессти улантуу үчүн энол-КоА-изомераза жетишсиз. Бул cis9-cis12 конфигурациясы бар чынжырларга тиешелүү (9-жана 12-көмүртек атомдорундагы кош байланыштар). Бул жерде конфигурация гана эмес, чынжырдагы кош байланыштардын абалы да тоскоолдук жаратат. Акыркысы 2,4-диенойл-КоА редуктаза ферменти менен коррекцияланат.
Так май кислоталарынын катаболизми
Кислотанын бул түрү табигый (табигый) келип чыккан липиддердин көбү үчүн мүнөздүү. Бул белгилүү бир татаалдыкты жаратат, анткени ар бир циклжуп сандагы шилтемелер менен кыскартууну билдирет. Ушул себептен улам, бул топтун жогорку май кислоталарынын циклдик кычкылдануусу продукт катары 5-көмүртектүү кошулма пайда болгонго чейин уланат, ал ацетил-КоА жана пропионил-коэнзим Ага бөлүнөт. Эки кошулма тең үч реакциядан турган башка циклге кирет., мунун натыйжасында сукцинил-КоА пайда болот. Ал Кребс циклине кирет.
Пероксисомалардагы кычкылдануунун өзгөчөлүктөрү
Пероксисомаларда май кислотасынын кычкылдануусу митохондрияга окшош, бирок окшош эмес бета механизми аркылуу ишке ашат. Ал ошондой эле ацетил-КоА түрүндө продуктунун пайда болушу менен аяктаган 4 этаптан турат, бирок анын бир нече негизги айырмачылыктары бар. Ошентип, дегидрогендөө стадиясында бөлүнгөн суутек ФАДды калыбына келтирбейт, бирок суутек перекиси пайда болуу менен кычкылтекке өтөт. Акыркысы каталаза таасири астында дароо бөлүнөт. Натыйжада, дем алуу чынжырында АТФ синтездөө үчүн колдонулушу мүмкүн болгон энергия жылуулук катары бөлүнүп чыгат.
Экинчи маанилүү айырма, кээ бир пероксисома ферменттери азыраак май кислоталарына мүнөздүү жана митохондриялык матрицада жок.
Боор клеткаларынын пероксисомаларынын өзгөчөлүгү Кребс циклинин ферменттик аппаратынын жоктугунда. Демек, бета-кычкылдануунун натыйжасында кыска чынжырлуу продуктылар пайда болуп, алар кычкылдануу үчүн митохондрияга ташылат.
