Hər bir orqanizmin həyatının əsas şərti müxtəlif hüceyrə proseslərinə sərf olunan enerjinin fasiləsiz təchizatıdır. Eyni zamanda, qidalı birləşmələrin müəyyən bir hissəsi dərhal istifadə edilə bilməz, lakin ehtiyata çevrilə bilər. Belə bir anbarın rolunu qliserin və yağ turşularından ibarət olan yağlar (lipidlər) yerinə yetirir. Sonuncular hüceyrə tərəfindən yanacaq kimi istifadə olunur. Bu halda yağ turşuları CO2 və H2O-ya oksidləşir.
Yağ turşusu əsasları
Yağ turşuları kimyəvi cəhətdən karboksilik turşular kimi təsnif edilən müxtəlif uzunluqlu (4 atomdan 36 atoma qədər) karbon zəncirləridir. Bu zəncirlər həm budaqlanmış, həm də budaqsız ola bilər və müxtəlif sayda qoşa bağlar ehtiva edir. Sonuncular tamamilə yoxdursa, yağ turşuları doymuş adlanır (heyvan mənşəli bir çox lipidlər üçün xarakterikdir), əks halda -doymamış. Qoşa bağların düzülüşünə görə yağ turşuları monodoymamış və çoxlu doymamışlara bölünür.
Əksər zəncirlərdə cüt sayda karbon atomu var ki, bu da onların sintezinin özəlliyi ilə bağlıdır. Bununla belə, tək sayda keçidləri olan əlaqələr var. Bu iki növ birləşmənin oksidləşməsi bir qədər fərqlidir.
Ümumi xüsusiyyətlər
Yağ turşularının oksidləşməsi prosesi mürəkkəb və çoxmərhələlidir. Onların hüceyrəyə daxil olması ilə başlayır və tənəffüs zəncirində bitir. Eyni zamanda, son mərhələlər əslində karbohidratların katabolizmini təkrarlayır (Krebs dövrü, transmembran qradiyentin enerjisinin makroergik bağa çevrilməsi). Prosesin son məhsulları ATP, CO2 və sudur.
Eukaryotik hüceyrədə yağ turşularının oksidləşməsi mitoxondriyada (ən xarakterik lokalizasiya yeri), peroksizomlarda və ya endoplazmatik retikulumda həyata keçirilir.
Oksidləşmənin növləri (növləri)
Yağ turşularının oksidləşməsinin üç növü var: α, β və ω. Çox vaxt bu proses β-mexanizmlə gedir və mitoxondriyada lokallaşdırılır. Omeqa yolu β-mexanizmə kiçik bir alternativdir və endoplazmatik retikulumda həyata keçirilir, alfa mexanizmi isə yalnız bir növ yağ turşusu (fitanik) üçün xarakterikdir.
Mitoxondriyada yağ turşularının oksidləşməsinin biokimyası
Rahatlıq üçün mitoxondrial katabolizm prosesi şərti olaraq 3 mərhələyə bölünür:
- aktivasiya və mitoxondriyaya nəql;
- oksidləşmə;
- əmələ gələn asetil-koenzim A-nın Krebs dövrü və elektrik nəqli zənciri vasitəsilə oksidləşməsi.
Aktivləşdirmə yağ turşularını biokimyəvi transformasiyalar üçün mövcud formaya çevirən hazırlıq prosesidir, çünki bu molekulların özləri inertdirlər. Bundan əlavə, aktivləşdirmə olmadan, onlar mitoxondrial membranlara nüfuz edə bilməzlər. Bu mərhələ mitoxondriyanın xarici membranında baş verir.
Əslində oksidləşmə prosesdə əsas addımdır. O, dörd mərhələdən ibarətdir, bundan sonra yağ turşusu Asetil-KoA molekullarına çevrilir. Eyni məhsul karbohidratların utilizasiyası zamanı əmələ gəlir, belə ki, sonrakı mərhələlər aerob qlikolizin son mərhələlərinə bənzəyir. ATP-nin əmələ gəlməsi elektrokimyəvi potensialın enerjisinin makroergik əlaqə yaratmaq üçün istifadə olunduğu elektron nəqli zəncirində baş verir.
Yağ turşusunun oksidləşməsi prosesində Asetil-KoA ilə yanaşı NADH və FADH molekulları da əmələ gəlir2, onlar da elektron donor kimi tənəffüs zəncirinə daxil olurlar. Nəticədə, lipid katabolizminin ümumi enerji çıxışı kifayət qədər yüksəkdir. Beləliklə, məsələn, palmitik turşunun β-mexanizmi ilə oksidləşməsi 106 ATP molekulunu verir.
Aktivləşdirmə və mitoxondrial matrisə köçürmə
Yağ turşularının özləri inertdirlər və oksidləşə bilməzlər. Aktivləşdirmə onları biokimyəvi çevrilmələr üçün mövcud formaya gətirir. Bundan əlavə, bu molekullar dəyişmədən mitoxondriyaya daxil ola bilməz.
Aktivləşdirmənin mahiyyəti ondan ibarətdiryağ turşusunun sonradan oksidləşməyə məruz qalan Acyl-CoA-tioesterinə çevrilməsi. Bu proses mitoxondrilərin xarici membranına yapışmış xüsusi fermentlər - tiokinazalar (Asil-KoA sintetazaları) tərəfindən həyata keçirilir. Reaksiya iki ATP enerjisinin xərclənməsi ilə əlaqəli 2 mərhələdə gedir.
Aktivləşdirmə üçün üç komponent tələb olunur:
- ATF;
- HS-CoA;
- Mg2+.
Əvvəla, yağ turşusu ATP ilə reaksiyaya girərək asildenilat (aralıq) əmələ gətirir. Bu da öz növbəsində HS-CoA ilə reaksiya verir, onun tiol qrupu AMP-ni sıxışdıraraq, karboksil qrupu ilə tioeter bağı əmələ gətirir. Nəticədə asil-CoA maddəsi əmələ gəlir - yağ turşusu törəməsi mitoxondriyaya daşınır.
Mitoxondriyaya nəql
Bu mərhələ karnitinlə transesterifikasiya adlanır. Acyl-CoA-nın mitoxondrial matrisə ötürülməsi karnitin və xüsusi fermentlərin - karnitin asiltransferazaların iştirakı ilə məsamələr vasitəsilə həyata keçirilir.
Membranlar arasında daşınma üçün CoA asil-karnitin yaratmaq üçün karnitinlə əvəz olunur. Bu maddə asil-karnitin/karnitin daşıyıcısı ilə asanlaşdırılmış diffuziya ilə matrisə daşınır.
Mitoxondriyanın daxilində yenidən membranlara daxil olan tor qişanın ayrılmasından və asil-CoA-nın bərpasından ibarət olan tərs reaksiya baş verir (bu vəziyyətdə "yerli" koenzim A istifadə olunur və bağın yarandığı biri deyilaktivləşdirmə mərhələsində).
β-mexanizmlə yağ turşularının oksidləşməsinin əsas reaksiyaları
Yağ turşularının enerji istifadəsinin ən sadə növü karbon vahidlərinin sayı cüt olan ikiqat rabitəsi olmayan zəncirlərin β-oksidləşməsidir. Bu prosesin substratı, yuxarıda qeyd edildiyi kimi, asil koenzim A-dır.
Yağ turşularının β-oksidləşməsi prosesi 4 reaksiyadan ibarətdir:
- Dehidrogenləşmə α və β-mövqelərində (birinci və ikinci atomlar) yerləşən zəncir halqaları arasında qoşa bağın əmələ gəlməsi ilə β-karbon atomundan hidrogenin ayrılmasıdır. Nəticədə enol-CoA əmələ gəlir. Reaksiya fermenti FAD koenzimi ilə birlikdə fəaliyyət göstərən asil-CoA dehidrogenazdır (sonuncu FADH2-yə endirilir).
- Hidrasiya enol-CoA-ya su molekulunun əlavə edilməsidir və nəticədə L-β-hidroksiasil-CoA əmələ gəlir. Enoyl-CoA-hidrataz tərəfindən həyata keçirilir.
- Dehidrogenləşmə - əvvəlki reaksiya məhsulunun β-ketoasil-koenzim A əmələ gəlməsi ilə NAD-dan asılı dehidrogenaz tərəfindən oksidləşməsi. Bu zaman NAD NADH-ə qədər azalır.
- β-ketoasil-CoA-nın asetil-CoA-ya və 2 karbonlu qısaldılmış asil-CoA-ya parçalanması. Reaksiya tiolazanın təsiri altında aparılır. İlkin şərt pulsuz HS-CoA-nın olmasıdır.
Sonra hər şey ilk reaksiya ilə yenidən başlayır.
Bütün mərhələlərin tsiklik təkrarı yağ turşusunun bütün karbon zənciri asetil-koenzim A molekullarına çevrilənə qədər həyata keçirilir.
Palmitoil-CoA oksidləşməsi nümunəsində Asetil-KoA və ATP əmələ gəlməsi
Hər dövrün sonunda tək miqdarda asil-CoA, NADH və FADH2 molekulları əmələ gəlir və asil-CoA-tioefir zənciri iki atom qısalır. Elektronları elektrotransport zəncirinə köçürməklə, FADH2 bir yarım ATP molekulu, NADH isə iki verir. Nəticədə, asetil-KoA-nın enerji məhsuldarlığını nəzərə almadan, bir sikldən 4 ATP molekulu əldə edilir.
Palmitik turşu zəncirində 16 karbon atomu var. Bu o deməkdir ki, oksidləşmə mərhələsində səkkiz asetil-KoA meydana gəlməsi ilə 7 dövr həyata keçirilməlidir və NADH və FADH2-dan enerji hasilatı bu halda 28 ATP molekulu olacaqdır. (4×7). Asetil-KoA-nın oksidləşməsi həm də Krebs dövrünün məhsullarının elektrik nəqliyyat zəncirinə daxil olması nəticəsində yığılan enerjinin əmələ gəlməsinə gedir.
Oksidləşmə mərhələlərinin və Krebs dövrünün ümumi gəliri
Asetil-KoA-nın oksidləşməsi nəticəsində 10 ATP molekulu alınır. Palmitoil-CoA-nın katabolizmi 8 asetil-KoA verdiyi üçün enerji məhsuldarlığı 80 ATP (10×8) olacaqdır. Bunu NADH və FADH2 oksidləşməsinin nəticəsinə əlavə etsəniz, 108 molekul (80+28) alırsınız. Bu miqdardan yağ turşusunu aktivləşdirməyə gedən 2 ATP çıxılmalıdır.
Palmitik turşunun oksidləşməsi üçün yekun tənlik belə olacaq: palmitoil-CoA + 16 O2 + 108 Pi + 80 ADP=CoA + 108 ATP + 16 CO2 + 16 H2O.
Enerji buraxılmasının hesablanması
Enerji egzozumüəyyən bir yağ turşusunun katabolizmi onun zəncirindəki karbon vahidlərinin sayından asılıdır. ATP molekullarının sayı düsturla hesablanır:
[4(n/2 - 1) + n/2×10] - 2, burada 4 NADH və FADH2 hesabına hər dövr ərzində əmələ gələn ATP miqdarıdır, (n/2 - 1) dövrlərin sayı, n/2×10 asetil- oksidləşməsindən əldə edilən enerjidir. CoA və 2 aktivləşdirmə dəyəridir.
Reaksiyaların xüsusiyyətləri
Doymamış yağ turşularının oksidləşməsinin bəzi özəllikləri var. Beləliklə, ikiqat bağlı oksidləşdirici zəncirlərin çətinliyi ondadır ki, sonuncular cis vəziyyətində olduqları üçün enoil-CoA-hidratazaya məruz qala bilməzlər. Bu problem enoyl-CoA izomeraza tərəfindən aradan qaldırılır, bunun sayəsində bağ trans konfiqurasiya əldə edir. Nəticədə, molekul beta-oksidləşmənin birinci mərhələsinin məhsulu ilə tamamilə eyni olur və nəmlənməyə məruz qala bilər. Tərkibində yalnız tək bağlar olan yerlər doymuş turşularla eyni şəkildə oksidləşir.
Bəzən enol-CoA-izomeraz prosesi davam etdirmək üçün kifayət etmir. Bu, cis9-cis12 konfiqurasiyasının mövcud olduğu zəncirlərə aiddir (9-cu və 12-ci karbon atomlarında ikiqat bağlar). Burada yalnız konfiqurasiya deyil, həm də zəncirdəki ikiqat bağların mövqeyi bir maneədir. Sonuncu 2,4-dienoil-CoA reduktaza fermenti ilə düzəldilir.
Tək yağ turşularının katabolizması
Bu növ turşu təbii (təbii) mənşəli əksər lipidlər üçün xarakterikdir. Bu, hər bir dövrədən bəri müəyyən bir mürəkkəblik yaradırcüt sayda keçidlə qısaldılmasını nəzərdə tutur. Bu səbəbdən, bu qrupun yüksək yağ turşularının siklik oksidləşməsi asetil-KoA və propionil-koenzim A-ya parçalanan 5 karbonlu birləşmənin məhsul kimi görünməsinə qədər davam edir. Hər iki birləşmə üç reaksiyadan ibarət başqa bir dövrə daxil olur., bunun nəticəsində süksinil-KoA əmələ gəlir. Krebs dövrünə girən odur.
Peroksizomlarda oksidləşmənin xüsusiyyətləri
Peroksizomlarda yağ turşularının oksidləşməsi mitoxondriyə bənzər, lakin eyni olmayan beta mexanizmi vasitəsilə baş verir. O, həmçinin asetil-KoA şəklində məhsulun əmələ gəlməsi ilə yekunlaşan 4 mərhələdən ibarətdir, lakin onun bir neçə əsas fərqi var. Beləliklə, dehidrogenləşmə mərhələsində parçalanan hidrogen FAD-ı bərpa etmir, hidrogen peroksidin əmələ gəlməsi ilə oksigenə keçir. Sonuncu dərhal katalazanın təsiri altında parçalanır. Nəticədə, tənəffüs zəncirində ATP sintez etmək üçün istifadə oluna bilən enerji istilik kimi dağılır.
İkinci mühüm fərq ondan ibarətdir ki, bəzi peroksizom fermentləri daha az bol olan müəyyən yağ turşularına xasdır və mitoxondrial matriksdə yoxdur.
Qaraciyər hüceyrələrinin peroksizomlarının xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, Krebs dövrünün fermentativ aparatı yoxdur. Buna görə də, beta-oksidləşmə nəticəsində qısa zəncirli məhsullar əmələ gəlir və onlar oksidləşmə üçün mitoxondriyaya daşınır.
