18.7. Окисление ненасыщенных жирных кислот требует двух дополнительных ферментативных этапов

Выше мы описали последовательность реакций при окислении насыщенных жирных кислот, т.е. тех жирных кислот, в углеродной цепи которых имеются только одинарные связи.

Между тем, как мы уже знаем, большая часть жирных кислот, обнаруживаемых в триацилглицеролах и фосфолипидах животных и растений, принадлежит к ненасыщенным и содержит одну или большее число двойных связей (разд. 12.1). Эти двойные связи имеют цис-конфигурацию; кроме того, они обычно не занимают в углеродной цепи того специфического положения, в котором только и может их атаковать еноил-СоА—гидратаза - фермент, катализирующий в норме присоединение по двойной связи -еноил-СоА, образующегося при Р-окислении жирных кислот.

Существуют, однако, два дополнительных фермента, при наличии которых описанный выше цикл окисления жирных кислот может служить также и для окисления обычных ненасыщенных жирных кислот, используемых клетками в качестве топлива. Действие этих двух ферментов, из которых один представляет собой изомеразу, а второй - эпимеразу, можно проиллюстрировать на двух примерах. Проследим сначала ход окисления широко распространенной в природе олеиновой кислоты. Это 18-углеродная ненасыщенная жирная кислота с двойной связью между 9-м и 10-м атомами углерода (обозначаемой ). Олеиновая кислота превращается сначала в олеил-СоА (рис. 18-8), который переносится через митохондриальную мембрану в виде олеилкарнитина. Последний вновь преобразуется в олеил-СоА в матриксе митохондрий. Таким образом, олеиновая кислота подвергается тем же превращениям, что и рассмотренная выше пальмитиновая кислота. В матриксе из олеил-СоА после трех циклов окисления получаются три молекулы ацетил-СоА и 12-углеродная ненасыщенная жирная кислота с -двойной связью между 3-м и 4-м атомами углерода (рис. 18-8). На этот продукт не может подействовать следующий фермент обычного цикла окисления жирных кислот, т.е. еноил-СоА—гидратаза, способная атаковать только трансдвойные связи. Теперь в действие вступает один из двух дополнительных ферментов, а именно еноил-СоА—изомераза. Она катализирует реакцию изомеризации, в результате которой цис--еноил-СоА превращается в транс--еноил-СоА (рис. 18-9), т.е. в нормальный субстрат еноил-СоА—гидратазы, которая и превращает его в соответствующий L-3-гидроксиацил-СоА.

Рис. 18-8. Окислительное отщепление трех молекул ацетил-СоА от олеил-СоА с образованием цис--еноил-СоА (12-углеродного соединения).

Рис. 18-9. Действие еноил-СоА—изомеразы, катализирующей превращение цис--еноил-СоА в транс--еноил-СоА. Продукт этой реакции превращается затем в 3-гидроксиацил-СоА.

На этот продукт действуют затем остальные ферменты цикла окисления жирных кислот, в результате чего образуются ацетил-СоА и СоА-эфир 10-углеродной насыщенной жирной кислоты. Этот СоА-эфир 10-углеродной жирной кислоты - подвергается дальнейшему окислению в четырех обычных циклах. Таким образом, в конечном счете из одной молекулы 18-углеродной олеиновой кислоты получается девять молекул ацетил-СоА.

Второй из двух дополнительных ферментов - эпимераза - требуется для окисления полиненасыщенных жирных кислот. Примером может служить 18-углеродная линолевая кислота с двумя цис-двойными связями, одна из которых расположена между 9-м и 10-м атомами углерода а другая - между 12-м и 13-м (). После обычных трех циклов окисления, в которых от линолеил-СоА последовательно отщепляются три молекулы ацетил-СоА, остается СоА-эфир 12-углеродной ненасыщенной жирной кислоты с двумя цис-двойными связями-между 3-м и 4-м углеродными атомами (как в случае окисления олеил-СоА) и между 6-м и 7-м. Под действием еноил-СоА—изомеразы цис--двойная связь изомеризуется с образованием транс--еноил-СоА, который вступает далее в обычную последовательность реакций, дающую в результате одну молекулу ацетил-СоА. В следующем цикле образуются еще одна молекула ацетил-СоА и СоА-эфир 8-углеродной ненасыщенной жирной кислоты с связью. На него еноил-СоА—гидратаза способна действовать, но продуктом этой реакции оказывается D-стереоизомер 3-гидроксиацил-СоА, а не L-стереоизомер, как при обычном окислении насыщенных жирных кислот. Поэтому здесь вступает в действие второй дополнительный фермент—3-гидроксиацил-СоА—эпимераза. Он превращает D-3-гидроксиацил-СоА в L-3-гидроксиацил-СоА (рис. 18-10), который участвует затем в обычных реакциях, приводящих к образованию одной молекулы ацетил-СоА и СоА-эфира 6-углеродной насыщенной жирной кислоты. Последний окисляется затем, как обычно, с образованием еще трех молекул ацетил-СоА. Конечный результат цикла сводится к превращению линолевой кислоты в девять молекул ацетил-СоА при участии двух дополнительных ферментов.

Рис. 18-10. Образование D-З-гидроксиацил-СоА и его превращение в L-стереоизомер. Этот L-стереоизомер вступает затем в обычные реакции, составляющие дальнейшие этапы цикла окисления жирных кислот.