Importanza del metabolismo dei lipidi: reazioni per l'idrolisi enzimatica in glicerolo
Importanza del metabolismo dei lipidi: reazioni per l'idrolisi enzimatica in glicerolo!
Il primo passo nella degradazione dei grassi è la digestione, cioè l'idrolisi enzimatica in glicerolo e acidi grassi, con la lipasi come enzima specifico.
Il glicerolo può quindi essere fosforilato da ATP e ossidato a fosfogliceraldeide, PGAL.
Questo processo richiede un ATP per la fosforilazione ma produce 3 ATP in trasferimento H 2 da NAD a 0 2 . PGAL può successivamente prendere parte alla normale sequenza del metabolismo dei carboidrati attraverso la glicolisi e il ciclo di Kreb, un processo che produce 17 ATP per ogni singola molecola. Pertanto, la completa respirazione aerobica di una molecola di glicerolo produce un guadagno netto totale di 19 ATP.
Beta ossidazione degli acidi grassi:
La decomposizione respiratoria degli acidi grassi è nota come beta-ossidazione che si verifica nel tessuto adiposo e nel fegato. Il meccanismo è stato scoperto per la prima volta da Franz Knoop. In questa ossidazione, il secondo o p-carbonio dell'acido grasso subisce cambiamenti ossidativi con conseguente scissione di successivi frammenti di 2-carbonio da una catena di acidi grassi fino a quando rimane solo l'ultimo frammento di carbonio. Gli enzimi richiesti nella P-ossidazione si verificano nei mitocondri.
1. Attivazione di acido grasso:
Inizialmente una molecola di acido grasso è collegata terminale con CoA, ATP fornisce l'energia necessaria.
2. Deidrogenazione dell'acido attivato:
Nella deidrogenazione, una H viene rimossa da ciascuno dei carboni a e p e viene quindi creato un doppio legame insaturo, -CH = CH-. Il vettore specifico di idrogeno in questa reazione è FAD.
3. Idratazione:
Questo risolve il doppio legame insaturo e produce un gruppo alcolico sul β-carbonio.
4. Conversione di β-idrossile Acil derivato in β-Keto-derivato:
Questa reazione è catalizzata dall'enzima, β-idrossile-acil-deidrogenasi e il NAD agisce come accettore di idrogeno. Questa è la β-ossidazione da cui l'intera sequenza deriva il suo nome.
5. Reazione di β-Keto-acil CoA con CoA:
Questa reazione è catalizzata dalla P-cheto-acil tiolasi e porta alla formazione di acetil-CoA e di un acido grasso attivato che è più corto di 2 atomi di carbonio rispetto al complesso di attivazione formato nella reazione 1, all'inizio dell'intera sequenza. Il complesso più corto può ora essere P-ossidato a sua volta, e le molecole consecutive di acetil-CoA possono quindi essere tagliate.
L'acetil-CoA prodotto nella decomposizione degli acidi grassi può essere successivamente ossidato a C0 2 e H 2 0 mediante il ciclo di Kreb.
Resa di energia durante l'ossidazione beta:
Nella β-ossidazione, il trasferimento di H 2 da FAD a O 2 produce 2ATP (non 3, poiché il passaggio NAD è bypassato) e il trasferimento analogo da NAD produce 3 ATP. Quindi c'è un guadagno di 5 ATP per molecola di acetile CoA formata. Se, ad esempio, assumiamo l'acido stearico (C 18 ) come combustibile iniziale effettivo, quindi, la p-ossidazione di questo acido grasso può verificarsi successivamente per otto volte, ottenendo acetil CoA ogni volta e lasciando un nono acetil CoA come resto.
A 5 ATP per p-ossidazione, la resa è quindi 5 x 8 = 40 ATP, meno 1 ATP speso per l'attivazione originale della molecola di acido stearico libero. Pertanto un acido grasso C 18 produce una rete di 39 molecole di ATP e 9 acetil CoA. Quest'ultimo genera 9 × 12 o 108 molecole di ATP nel ciclo di Kreb, in modo che l'energia totale ottenuta dalla respirazione completa dell'acido stearico sia di 147 molecole di ATP.
In confronto al 38 ATP prodotto da una molecola di glucosio (C 6 ), l'acido stearico (C 18 ) produce 147 molecole di ATP. Quindi gli acidi grassi sono evidentemente una fonte più ricca di energia utilizzabile rispetto alle quantità equivalenti di carboidrati. Questo è il motivo per cui i grassi sono gli alimenti preferiti per lo stoccaggio degli animali e perché il metabolismo degli animali è fortemente orientato al grasso.
œ-Ossidazione degli acidi grassi:
L'ossidazione degli acidi grassi a catena lunga con α-idrossiacidi con un carbonio inferiore al substrato originale è stata dimostrata nei microsomi del cervello e di altri tessuti e nelle piante, gli acidi grassi a catena lunga idrossilato sono costituiti da lipidi cerebrali. Questi acidi grassi idrossilati possono essere convertiti agli α-chetoacidi, seguiti dalla decarbossilazione ossidativa, con conseguente formazione di acidi grassi a catena lunga con un numero dispari di atomi di carbonio.
RCH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH-> RCH 2 -CH 2 -CHOH-COOH →
RCH 2 -CH 2 -CO-COOH-> RCH 2 -CH 2 -COOH + CO 2
La fase iniziale di a-idrossilazione è catalizzata da una monoossigenasi che richiede 0 2, Fe 2+ e acido ascorbico o tetraidropteridina. La conversione dell'acido-idrossiacido in un acido cheto legato agli enzimi è catalizzata da una deidrogenasi specifica per NAD. La decarbossilazione finale coinvolge NAD, ATP e acido ascorbico.
ɯ-Ossidazione degli acidi grassi:
Gli acidi grassi di lunghezza media della catena e, in misura minore, gli acidi grassi a catena lunga possono inizialmente subire ɯ -ossidazione a acidi grassi ɯ-idrossi che vengono successivamente convertiti in acidi dic-dicarbossilici. Questo è stato osservato con enzimi nei microsomi epatici e con preparati enzimatici solubili da batteri.
Nel fegato, la reazione iniziale è catalizzata da una monoossigenasi, che richiede O 2, NADPH 2 e citocromo P 450 . Ferrodoxin sostituisce l'ultimo composto nei microbi. Una volta formato, l'acido dicarbossilico può essere accorciato da entrambe le estremità della molecola mediante la sequenza di β-ossidazione.
Efficienza della respirazione grassa:
A parte il maggior contenuto energetico dei grassi, l'efficienza della respirazione dei grassi è comunque all'incirca equivalente a quella dei carboidrati, cioè circa il 40%.
Biosintesi di acidi grassi e grassi:
La maggior parte degli organismi viventi, compreso l'uomo, è in grado di sintetizzare quasi tutti i loro acidi grassi da sostanze non lipidiche. Il materiale da costruzione è acetilico. Poiché i carboidrati e le proteine possono essere degradati metabolicamente in acetil CoA, possono chiaramente fornire i precursori per la formazione di acidi grassi.
La sintesi ha luogo nel reticolo endoplasmatico e nel citoplasma e coinvolge essenzialmente l'unione di unità di acetil CoA per formare lunghe molecole di catena del carbonio con la liberazione del coenzima.
Un numero di enzimi diversi come ATP, NADPH, coenzima A, vitamina biotina e vitamina B 12 sono necessari nella sintesi degli acidi grassi dell'acido acetilico. Gli acidi grassi così formati reagiscono con il glicerolo fosfato, che è formato dalla riduzione del diidrossi acetone fosfato, o dalla fosforilazione diretta del glicerolo con ATP in presenza di glicerokinasi.
Conversione di grasso in carboidrati: ciclo degli gliossilato:
Sebbene, è un'osservazione comune che i carboidrati sono facilmente convertiti nei grassi nei tessuti animali, non vi è alcuna prova che il contrario, vale a dire la conversione dei grassi in carboidrati si verifica. Nei tessuti vegetali, tuttavia, i semi ricchi di grassi convertono rapidamente i loro depositi di grasso in saccarosio durante la germinazione.
Fino a poco tempo fa il meccanismo di conversione del grasso in carboidrati non era noto. Harry Beevers tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60 scoprì che la conversione dei grassi in zuccheri avveniva attraverso il ciclo del gliossilato. Il ciclo era stato segnalato per la prima volta da HL Kornberg e Krebs in alcuni microrganismi che vivevano in un mezzo contenente acetato come unica fonte di carbonio.
Questi microrganismi hanno soddisfatto tutti i loro fabbisogni energetici dalla rottura di acetato a CO e acqua attraverso acetil CoA e utilizzano quell'Actilil CoA per costruire zuccheri e altri materiali cellulari.
Il ciclo degli gliossilato è essenzialmente un bypass del ciclo di Kreb. Questo percorso è in effetti facilitato dagli enzimi del ciclo di Kreb, sebbene due enzimi, isocitratasi e malate sintetasi rappresentino interamente in questo percorso.
Il ciclo passa attraverso 5 passaggi e di questi tre sono le reazioni del ciclo di Kreb.
Reazione 1:
(La reazione al ciclo di Kreb). L'acetile CoA ottenuto dalla decomposizione del grasso entra nel ciclo di Kreb reagendo con acido ossalacetico per formare acido citrico. La citrato sysnthetase effettua questa reazione.
Reazione 2:
(Reazione del ciclo di Krebs) L'acido citrico viene isomerizzato in acido isocitrico mediante deidratasi aconitica con acido cis-aconitico come intermedio.
Reazione 3:
(Reazione del ciclo degli gliossilato) L'acido isocitrico viene scisso per formare acido succinico e acido gliossilico, attraverso la mediazione di isocitratasi.
Acido isocitrico → Isocitatasi, acido gliossilico + acido succinico
Reazione 4:
(Reazione al ciclo degli gliossilato). L'acido gliossilico si combina con un altro acetil CoA e forma l'acido malico dall'enzima malico sintetasi.
Reazione 5:
(La reazione al ciclo di Kreb) L'acido malico viene convertito in acido ossalacetico attraverso la deidrogenasi malica.
L'acido ossalacetico utilizzato nella reazione 1 per iniziare il ciclo viene riportato qui, in Reazione 5. Quindi per un giro di questo ciclo, due molecole di acetil CoA vengono convertite in un acido dicarbossilico, come l'acido succinico. L'acido succinico occupa una posizione chiave perché potrebbe essere utilizzato per produrre porfirine, ammidi, pirimidine e soprattutto zuccheri.
Quando viene utilizzato per produrre zuccheri, l'acido succinico viene prima convertito in acido ossalacetico dalla reazione al ciclo di Krebs. L'acido ossalacetico viene quindi decarbossilato al fosfoenolo piruvato (PPP), un intermedio della glicolisi. Con la PEP come punto di partenza dall'inversione della via glicolitica, le cellule sintetizzano il saccarosio.
Il ciclo degli gliossilato si trova nei mitocondri di cellule che hanno pochissimo grasso. Ma nei semi oleosi come il ricino, Beevers ha scoperto gliossosomi, organelli speciali che fungono da sede del ciclo. Gli animali non possiedono questo percorso. È per questo; sono totalmente incapaci di inter-conversione grassi-carboidrati. D'altra parte, i microrganismi che vivono su acetato, hanno questo ciclo come unico meccanismo per la generazione di zuccheri.
