Lipid Metabolizmasının Önemi: Enzimatik Hidrolizin Gliserole Tepkimeleri

Lipid Metabolizmasının Önemi: Enzimatik Hidrolizin Gliserol İçindeki Reaksiyonları!

Yağların parçalanmasındaki ilk adım, sindirim, yani gliserol ve yağ asitlerine enzimatik hidroliz, spesifik enzim olarak lipaz ile sindirimdir.

Gliserol daha sonra ATP ile fosforile edilebilir ve PGAL olarak fosfogliseraldehit'e oksitlenebilir.

Bu işlem, fosforilasyon için bir ATP gerektirir, ancak H2'de NAD'den 0 _2'ye 3 ATP verir. PGAL daha sonra glikoliz yoluyla normal karbonhidrat metabolizması sekansına ve her bir molekül için 17 ATP veren bir işlem olan Kreb döngüsüne katılabilir. Böylece, bir gliserol molekülünün tam aerobik solunumunun toplam net 19 ATP kazancı elde edilir.

Yağ Asitlerinin Beta Oksidasyonu:

Yağ asitlerinin solunumda ayrışması, yağ dokusunda ve karaciğerde oluşan Beta-oksidasyon olarak bilinir. Mekanizma ilk önce Franz Knoop tarafından keşfedildi. Bu oksidasyonda, yağ asidinin ikinci veya p-karbonu, bir yağ asidi zincirinden ardışık 2-karbon fragmanlarının ayrılması, sadece son 2-karbon fragmanı kalıncaya kadar oksidatif değişikliklere uğrar. P-oksidasyonda gereken enzimler mitokondride meydana gelir.

1. Yağ Asitinin Aktivasyonu:

Başlangıçta bir yağ asidi molekülü, gerekli enerjiyi sağlayan, ATA ile birlikte terminal olarak bağlanır.

2. Aktif Asidin Dehidrojenasyonu:

Dehidrojenasyonda, a ve p karbonlarının her birinden bir H çıkarılır ve böylece doymamış bir çift bağ, -CH = CH- oluşturulur. Bu reaksiyondaki spesifik hidrojen taşıyıcı FAD'dir.

3. Hidrasyon:

Bu, doymamış ikili bağı giderir ve resol-karbon üzerinde bir alkolik grup oluşturur.

4. β-Hidrotoil Asil türevinin β-Keto-türevine dönüşümü:

Bu reaksiyon, β-hidroksil asil-dehidrojenaz enzimi tarafından katalize edilir ve NAD, hidrojen alıcı olarak görev yapar. Bu, tüm sekansın adını aldığı β-oksidasyondur.

5. β-Keto-asil CoA'nın CoA ile Reaksiyonu:

Bu reaksiyon, P-keto-asil tiolaz ile katalize edilir ve asetil-CoA ve tüm sekansın başlangıcında reaksiyon 1'de oluşturulan aktivasyon kompleksinden 2 karbon daha kısa olan aktifleştirilmiş bir yağ asidi oluşumu ile sonuçlanır. Daha kısa olan kompleks şimdi kendi sırasına göre P-oksitlenebilir ve ardışık asetil-CoA molekülleri böylelikle kesilebilir.

Yağ asitlerinin parçalanmasında üretilen asetil-CoA daha sonra Kreb çevrimi vasıtasıyla C02 ve H2O'ya oksitlenebilir.

Beta Yükseltgenme Sırasında Enerji Verimi:

P-oksidasyonda, H2'nin FAD'den O2'ye transferi 2ATP (NAD basamağı atlandığı için 3 değil) verir ve NAD'den benzer bir transfer 3 ATP verir. Bu nedenle oluşan asetil CoA molekülü başına 5 ATP kazancı vardır. Örneğin, gerçek başlangıç ​​yakıtı olarak stearik asidi ( _C18 ) varsayarsak, o zaman bu yağ asidinin p-oksidasyonu art arda sekiz kez meydana gelebilir, her seferinde asetil CoA verir ve dokuzuncu asetil CoA'yı geri kalan olarak bırakır.

Bu nedenle, p-oksidasyon başına 5 ATP'de verim, 5 x 8 = 40 ATP'dir, eksi 1 ATP, serbest stearik asit molekülünün orijinal aktivasyonu için harcanır. Bu nedenle bir _C18 yağ asidi, 39 ATP molekülü ve 9 Asetil CoA'dan oluşan bir net verir. Sonuncusu Kreb döngüsünde 9 x 12 veya 108 ATP molekülü üretir, böylece stearik asidin tam solunumundan elde edilen toplam enerji 147 ATP molekülüdür.

Bir glikoz molekülü ( _C6 ) tarafından üretilen 38 ATP'ye kıyasla, stearik asit ( _C18 ) 147 ATP molekülü verir. Bu nedenle yağ asitleri açıkça eşdeğer miktarda karbonhidrattan daha zengin bir kullanılabilir enerji kaynağıdır. Bu, yağların tercih edilen hayvan depolama yiyecekleri olmasının ve hayvan metabolizmasının yüksek oranda yağ yönelimli olmasının nedenidir.

Yağ Asitlerinin Oksidasyonu:

Uzun zincirli yağ asitlerinin orijinal substrattan bir karbon az karbon ile a-hidroksi asitlere oksidasyonunun beyin ve diğer dokuların mikrozomlarında ve bitkilerde a-Hidroksi uzun zincirli yağ asitlerinin beyin lipidlerinin bileşenleri olduğu gösterilmiştir. Bu hidroksi yağ asitleri, a-keto asitlerine, ardından oksidatif dekarboksilasyona dönüştürülebilir, bu da tek sayıda karbon atomu ile uzun zincirli yağ asitlerinin oluşumuna neden olur.

RCH _{2 -} CH2 —CH2 —COOH–> RCH ₂ —CH2 —CHOH-COOH →

RCH _{2 -} CH _{2 -} CO - COOH -> RCH _{2 -} CH _{2 -} COOH + CO ₂

İlk a-hidroksilasyon aşaması, 0 ₂, Fe2 ⁺ ve askorbik asit veya bir tetrahidropteridin gerektiren bir monooksigenaz ile katalize edilir. A-hidroksi asidin bir enzime bağlı a-keto aside dönüştürülmesi, NAD'ye özgü bir dehidrojenaz ile katalize edilir. Son dekarboksilasyon, NAD, ATP ve askorbik asidi içerir.

Yağ Asitlerinin Oksidasyonu:

Ortalama zincir uzunluğundaki yağ asitleri ve daha az ölçüde, uzun zincir yağ asitleri başlangıçta ɯ-dikarboksilik asitlere dönüştürülen ɯ-hidroksi yağ asitlerine ɯ-oksidasyonundan geçebilir. Bu, karaciğer mikrozomlarındaki enzimler ve bakterilerden çözünebilen enzim preparatları ile gözlenmiştir.

Karaciğerde, ilk reaksiyon O2, NADPH2 ve sitokrom P ₄₅₀ gerektiren bir monooksigenaz ile katalize edilir. Ferrodoxin son bileşiği mikroplarla değiştirir. Oluştuktan sonra, dikarboksilik asit, β-oksidasyon sekansı ile molekülün her iki ucundan kısaltılabilir.

Yağ Solunumunun Verimliliği:

Yağların daha yüksek enerji içeriğinin yanı sıra, yağ solunumu etkinliği yine de yaklaşık yüzde 40 olan karbonhidratlarınkine eşdeğerdir.

Yağ Asitleri ve Yağların Biyosentezi:

İnsan dahil çoğu canlı organizma, neredeyse tüm yağ asitlerini lipit olmayan maddelerden sentezleyebilir. Yapı malzemesi asetil CoA'dır. Karbonhidratlar ve proteinler asetil CoA'ya metabolik olarak bozunabildiklerinden, yağ asitlerinin oluşumu için öncülleri açıkça sağlayabilirler.

Sentez, endoplazmik retikulum ve sitoplazmada gerçekleşir ve temel olarak, asetil CoA birimlerinin, koenzimin serbest bırakılmasıyla uzun karbon zinciri moleküller oluşturmak üzere birleştirilmesini içerir.

Asetil CoA'dan elde edilen yağ asitlerinin sentezinde ATP, NADPH, koenzim A, vitamin biotin ve vitamin ₁₂ gibi bir dizi farklı enzim gereklidir. Bu şekilde oluşan yağ asitleri, dihidroksi aseton fosfatın indirgenmesi ile oluşan gliserol fosfat ile reaksiyona girer veya gliserokinaz varlığında direkt olarak ATP ile gliserolün fosforilasyonunu sağlar.

Yağın Karbonhidrata Dönüştürülmesi - Glyoksilat Döngüsü:

Her ne kadar karbonhidratların hayvansal dokulardaki yağlara kolayca dönüştürüldüğü yaygın bir gözlem olsa da, bunun tersine, yani yağların karbonhidratlara dönüşümünün gerçekleştiğine dair bir kanıt yoktur. Bununla birlikte, bitki dokularında, yüksek yağ içeren tohumlar, hızlı bir şekilde yağ tortularını çimlenme sırasında sakaroza dönüştürür.

Yakın zamana kadar, yağın karbonhidratlara dönüşüm mekanizması bilinmiyordu. 50'li yılların sonlarında ve 60'ların başında Harry Beevers, yağların şekerlere dönüşümünün glikolat döngüsü ile gerçekleştiğini keşfetti. Döngü ilk olarak HL Kornberg ve Krebs tarafından tek bir karbon kaynağı olarak asetat içeren bir ortamda yaşayan belirli mikroorganizmalarda rapor edilmiştir.

Bu mikroorganizmalar, tüm enerji gereksinimlerini asetattan CO'ya ve sudan asetil CoA yoluyla karşılarlar ve bu asetil CoA'yı şekerler ve diğer hücresel materyalleri oluşturmak için kullanırlar.

Glyoksilat döngüsü esasen Kreb'in döngüsünden bir bypasstır. Bu yol aslında Kreb döngüsünün enzimleriyle kolaylaştırılmıştır, bununla birlikte iki enzim izositrataz ve malat sentetazı tamamen bu yolun içindedir.

Döngü 5 adımdan geçiyor ve bu üçünün de Kreb's Döngüsü reaksiyonları var.

1. reaksiyon:

(Kreb'in döngü reaksiyonu). Yağ parçalanmasından elde edilen asetil CoA, sitrik asit oluşturmak üzere oksaloasetik asit ile reaksiyona girerek Kreb'in döngüsüne girer. Sitrat syshetaz bu reaksiyonu etkiler.

Reaksiyon 2:

(Krebs döngüsü reaksiyonu) Sitrik asit, bir ara madde olarak cis-akonitik asit ile aconitik dehidrataz ile izositik aside izomerleştirilir.

Reaksiyon 3:

(Glyoksilat döngüsü reaksiyonu) İzositik asit, izositrataz aracılığı ile süksinik asit ve glikoksilik asit oluşturmak üzere ayrılır.

İzositik asit → İzositataz, Glyoksilik asit + Süksinik asit

Reaksiyon 4:

(Glyoksilat döngüsü reaksiyonu). Glyoksilik asit, başka bir asetil CoA ile birleşir ve malik asit sentetaz enzimi tarafından malik asit oluşturur.

Reaksiyon 5:

(Kreb döngüsü reaksiyonu) Malik asit, malik dehidrojenaz yoluyla oksaloasetik aside dönüştürülür.

Bu reaksiyonun bir dönüşü için çevrimi başlatmak için Tepkime 1'de kullanılan oksaloasetik asit buraya Tepki 5'te geri döndürülür. Böylece bu devirin bir dönüşü için, iki asetil CoA molekülü süksinik asit gibi bir dikarboksilik asit haline dönüştürülür. Süksinik asit kilit bir pozisyonda bulunur çünkü porfirin, amid, pirimidin ve en önemlisi şeker üretmek için kullanılabilir.

Şeker üretmek için kullanıldığında, süksinik asit ilk olarak Krebs çevrim reaksiyonu ile oksaloasetik aside dönüştürülür. Oksaloasetik asit daha sonra glikolizin bir aracı olan fosfonenol piruvat (PPP) ile dekarboksilatlanır. Glikolitik yolun tersine çevrilmesinin başlangıç ​​noktası olarak PEP ile hücreler sükrozu sentezler.

Glyoksilat döngüsü, çok az yağ içeren hücrelerin mitokondrisinde bulunur. Ancak hint gibi yağ tohumlarında, Beevers, döngünün yeri olarak görev yapan özel organeller olan glisoksizomları keşfetti. Hayvanlar bu yola sahip değildir. Bu yüzden; bunlar tamamen yağ-karbonhidrat dönüşümleri arasında yetersiz kalmaktadırlar. Öte yandan, asetatta yaşayan mikroorganizmalar, bu çevrime, şeker üretimi için tek mekanizma olarak sahiptir.