18.4. Первая стадия окисления насыщенных жирных кислот состоит из четырех этапов

Ниже рассмотрены четыре ферментативные реакции, составляющие первую стадию окисления жирных кислот.

а. Первая реакция дегидрирования

Рис. 18-6. Цикл окисления жирных кислот. А. В первом обороте цикла от карбоксильного конца пальмитиновой кислоты (С16), вступающей в цикл в форме пальмитоил-СоА, отщепляется в виде ацетил-СоА одна ацетильная группа (выделена красным). Б. Шесть следующих оборотов цикла дают еще семь молекул ацетил-СоА (седьмую молекулу образуют два последних атома углерода, оставшиеся от 16-углеродной цепи пальмитиновой кислоты).

Рис. 18-7. Восстановительные эквиваленты, отщепляемые от СоА-производного жирной кислоты ацил-СоА—дегидрогеназой (флавопроте-ин 3, или ФП3), передаются через электрон-переносящий флавопротеин (ЭПФ) на убихинон (Q), входящий в состав митохондриальной дыхательной цепи. На каждую пару электронов, переданных от убихинона на кислород, образуются две молекулы АТР. Убихинон, следовательно, собирает электроны от NADH-дегидро-геназы (ФПД сукцинатдегидрогеназы (ФП2) и ацил-СоА—дегидрогеназы (ФП3).

Поступившие в митохондрии СоА-эфиры насыщенных жирных кислот подвергаются ферментативному дегидрированию по а- и Р-атомам углерода (т. е. по атомам углерода в положениях 2 и 3), в результате чего в углеродной цепи образуется двойная связь. Продуктом этой реакции, катализируемой ацил-СоА дегидрогеназой (обозначенной в приведенном ниже уравнении буквой Е), является Простетической группой фермента служит FAD:

Символом условно обозначают положение двойной связи (рис. 18-6). Важно отметить, что ненасыщенное соединение, образующееся в такой реакции, представляет собой трансизомер; напомним в связи с этим, что двойные связи ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в природных соединениях, имеют цис-конфигурацию (разд. 12.1). Позже мы еще вернемся к обсуждению этого кажущегося противоречия. Атомы водорода, отщепляемые от СоА-эфиров жирных кислот, переносятся на FAD, т.е. на прочно связанную простетическую группу ацил-СоА—дегидрогеназы. Восстановленная форма ацил-СоА—дегидрогеназы передает затем пару электронов специфическому переносчику электронов, называемому электронпереносящим флавопротеином (ЭПФ), который в свою очередь передает ее убихинону, являющемуся составной частью митохондриальной дыхательной цепи (рис. 18-7). В результате последующего переноса этой пары электронов по дыхательной цепи к кислороду образуются две молекулы АТР путем окислительного фосфорилирования ADP (рис. 17-7).

б. Реакция гидратации

На втором этапе цикла окисления жирных кислот происходит гидратация двойной связи , в результате чего образуется L-стереоизомер -гидрокси(или 3-гидрокси)ацил-СоА. Эта реакция (рис. 18-6) катализируется еноил-СоА—гидратазой (которая была получена в кристаллической форме):

в. Вторая реакция дегидрирования

На третьем этапе цикла окисления жирных кислот L-3-гидроксиацил-СоА дегидрируется с образованием 3-кетоацил-СоА (рис. 18-6). Катализирует эту реакцию 3-гидроксиацил-СоА—дегидрогеназа; специфическим акцептором электронов служит NAD+:

3-гидроксиацил-СоА—дегидрогеназа обладает абсолютной специфичностью в отношении L-стереоизомеров. Образовавшийся в этой реакции NADH передает затем восстановительные эквиваленты NADH-дегидрогеназе дыхательной цепи (рис. 18-7). На каждую пару электронов, переходящих по цепи переноса электронов от NADH к кислороду, образуются три молекулы АТР, как это характерно вообще для всех NAD-зависимых реакций дегидрирования субстрата, протекающих в митохондриях (разд. 17.13).

г. Реакция тиолитического расщепления

Последняя (четвертая) реакция цикла окисления жирных кислот катализируется ацетил-СоА—ацетилтрансферазой (более известной под названием тиолаза). На этом этапе 3-кетоацил-СоА взаимодействует со свободным СоА—SH и расщепляется с образованием, во-первых, двухуглеродного фрагмента, содержащего два концевых углеродных атома исходной жирной кислоты в виде ацетил-СоА, и, во-вторых, СоА-эфира жирной кислоты, укороченной теперь на два атома углерода (рис. 18-6):

По аналогии с гидролизом эту реакцию называют тиолизом. потому что -кетоанил-СоА расщепляется в результате его взаимодействия с тиоловой группой СоА (рис. 18-6).