Конституция Армении: Статья 18.1
Конституция Армении (Статья 18.1) закрепляет «исключительную миссию Армянской Апостольской Святой Церкви как национальной церкви в духовной жизни армянского народа, в деле развития его национальной культуры и сохранения его национальной самобытности»:
Бета-окисление

Бета-окисление

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Бе́та-окисле́ние (β-окисление), также цикл Кноопа — Линена, — метаболический процесс деградации жирных кислот[англ.][1]. Своё название процесс получил по 2-му углеродному атому (С-3 или β-положение) от карбоксильной группы (-СООН) жирной кислоты, который подвергается окислению и последовательному отделению от молекулы. Продуктами каждого цикла β-окисления являются ФАДH2, НАДH и ацетил-КоА. Реакции β-окисления и последующего окисления ацетил-КоА в цикле Кребса служат одним из основных источников энергии для синтеза АТФ по механизму окислительного фосфорилирования[2][3].

В эукариотических клетках β-окисление происходит исключительно в аэробных условиях в матриксе митохондрий или пероксисомах, у растений этот процесс осуществляется в глиоксисомах.

Процесс β-окисления представляет собой специфический путь деградации жирных кислот. Он является одним из главных источников энергии, служащей для синтеза АТФ[2].

Все реакции многостадийного окисления ускоряются специфическими ферментами. β-Окисление высших жирных кислот является универсальным биохимическим процессом, протекающим во всех живых организмах. У млекопитающих этот процесс происходит во многих тканях, в первую очередь в печени, почках и сердце. Ненасыщенные высшие жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая и др.) предварительно восстанавливаются до предельных кислот.

Помимо β-окисления, которое является основным процессом деградации жирных кислот у животных и человека, существуют ещё α-окисление и ω-окисление. α-Окисление встречается как у растений, так и у животных, однако, весь процесс происходит в пероксисомах[4]. ω-Окисление менее распространено среди животных (позвоночные), встречается главным образом у растений[4]. Процесс ω-окисления происходит в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР).

История

β-Окисление было открыто в 1904 году немецким химиком Францем Кноопом[нем.] (Franz Knoop) в опытах с кормлением собак различными жирными кислотами, в которых один атом водорода на концевом атоме ω-С углерода метильной группы -CH3 был замещён на фенильный радикал -С6H5[1][3].

Францем Кноопом было выдвинуто предположение, что окисление молекулы жирной кислоты в тканях организма происходит в β-положении. В результате от молекулы жирной кислоты последовательно отщепляются двууглеродные фрагменты со стороны карбоксильной группы[3].

Жирные кислоты, входящие в состав естественных жиров животных и растений, имеют чётное число углеродных атомов. Любая такая кислота, от которой отщепляется по паре углеродных атомов, в конце концов проходит через стадию масляной кислоты. После очередного β-окисления масляная кислота становится ацетоуксусной. Последняя затем гидролизуется до двух молекул уксусной кислоты[3]. Однако в то время механизмы окисления жирных кислот, происходящие при β-С атоме были ещё неизвестны[5][6]. В 1948—1949 гг. Кеннеди и Ленинджер установили, что процесс окисления жирных кислот происходит в митохондриях. Ф. Линен с сотрудниками (1954—1958 гг.) описал основные ферментативные процессы окисления жирных кислот[1].

Теория β-окисления жирных кислот, предложенная Ф. Кноопом, в значительной мере послужила основой современных представлений о механизме окисления жирных кислот[1][3].

Метаболические процессы

β-Окисление представляет собой последовательность процессов:

  • Активацию жирных кислот, происходящую в цитоплазме клетки с образованием ацил-КоА
  • Транспортировку ацил-КоА через двойную мембрану митохондрии посредством карнитина (трансмембранный перенос)
  • Внутримитохондриальное β-окисление (происходит в матриксе)[7].

Активация жирных кислот

Жирные кислоты, которые образовались в клетке путём гидролиза триацилглицеридов или поступившие в неё из крови должны быть активированы, так как сами по себе они являются метаболическими инертными веществами, и вследствие этого не могут быть подвержены биохимическим реакциям, включая и окисление. Процесс их активирования происходит в цитоплазме при участии АТФ, кофермента A (HS-СoA) и ионов Mg2+. Реакция катализируется ферментом ацил-КоА-синтетазой жирных кислот с длинной цепью (Long-chain-fatty-acid—СоА ligase, КФ6.2.1.3), процесс является эндергоническим, то есть протекает за счёт использования энергии гидролиза молекулы АТФ:

Ацил-КоА-синтетазы находятся как в цитоплазме, так и в матриксе митохондрий. Эти ферменты отличаются по специфичности к жирным кислотам с различной длиной углеводородной цепи. Жирные кислоты с короткой и средней длиной цепи (от 4 до 12 атомов углерода) могут проникать в матрикс митохондрий путём диффузии. Активация этих жирных кислот происходит в матриксе митохондрий[2].

Жирные кислоты с длинной цепью, которые преобладают в организме человека (от 12 до 20 атомов углерода), активируются ацил-КоА-синтетазами, расположенными на наружной стороне внешней мембраны митохондрий.

Выделившийся в ходе реакции пирофосфат гидролизуется ферментом пирофосфатазой (КФ3.6.1.1):

При этом происходит сдвиг равновесия реакции в сторону образования ацил-КоА[2].

Поскольку процесс активации жирных кислот происходит в цитоплазме, то далее необходим транспорт ацил-КоА через мембрану внутрь митохондрии.

Транспортировка жирных кислот через митохондриальную мембрану

Карнитиновая транспортная система. На схеме представлена структура и механизм переноса жирных кислот в виде ацил-КоA. Свободные жирные кислоты (СЖК) с малой и средней длиной цепи в виде эфиров — ацил-КоА легко диффундируют через мембраны митохондрий, однако, большинство таких жирных кислот имеет длинную углеводородную цепь, которая не позволяет свободно пройти через них. Для этого необходим переносчик, роль которого выполняет карнитин — 1. На поверхности внешней мембраны митохондрии имеется фермент — карнитин-пальмитоилтрансфераза I (CPT1), ацилирующий свободный карнитин до ацилкарнитина (карнитин-COR) — 2, который впоследствии диффундирует через внешнюю мембрану и проникает в межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацилкарнитина, для того, чтобы пройти через неё существует карнитин-ацилкарнитинтранслоказа (CACT), позволяющая осуществлять транспортировку его в матрикс. Далее ацилкарнитин подвергается обратному процессу — расщеплению под действием фермента карнитин-пальмитоилтрансфераза II (CPT2) и кофермента А на свободный карнитин и ацил-КoA, поступающий на β-окисление. Свободный карнитин 1 переносится той же транслоказой через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство митохондрии и далее диффундирует в цитоплазму.

Транспортировка жирных кислот с длинной цепью через плотную митохондриальную мембрану осуществляется посредством карнитина. В наружной мембране митохондрий находится фермент карнитинацилтрансфераза I (карнитин-пальмитоилтрансфераза I, CPT1, КФ2.3.1.21), катализирующий реакцию с образованием ацилкарнитина (ацильная группа переносится с атома серы КоА на гидроксильную группу карнитина с образованием ацилкарнитина (карнитин-СOR)), который диффундирует через наружную митохондриальную мембрану[2][3]:

R-CO~SКоА + карнитин ↔ карнитин-COR + КоА-SH

Образовавшийся ацилкарнитин проходит через межмембранное пространство к наружной стороне внутренней мембраны и транспортируется с помощью фермента карнитин-ацилкарнитин-транслоказы (CACT)[2].

После прохождения ацилкарнитина (карнитин-СOR) через мембрану митохондрии происходит обратная реакция — расщепление ацилкарнитина при участии КоА-SH и фермента митохондриальной карнитинацил-КоА-трансферазы или карнитинацилтрансферазы II (карнитин-пальмитоилтрансфераза II, CPT2, КФ2.3.1.21):

КоА-SH + карнитин-COR ↔ R-CO~SКоА + карнитин

Таким образом, ацил-КоА становится доступным для ферментов β-окисления. Свободный карнитин возвращается на цитоплазматическую сторону внутренней мембраны митохондрии той же транслоказой[2][3][8].

После этого ацил-КоА включается в реакции β-окисления.

Процесс трансмембранного переноса жирных кислот может ингибироваться малонил-КоА[9].

Внутримитохондриальное окисление жирных кислот

В матриксе митохондрии происходит окисление жирных кислот в цикле Кнооппа — Линена. В нём участвуют четыре фермента, которые последовательно действуют на ацил-КоА. Конечным метаболитом данного цикла является ацетил-КоА. Сам процесс состоит из четырёх реакций.

Образовавшийся ацетил-КоА подвергается окислению в цикле Кребса, а ацил-КоА, укоротившийся на два углеродных атома, снова многократно проходит весь путь β-окисления вплоть до образования бутирил-КоА (4-углеродное соединение), который в свою очередь окисляется до 2 молекул ацетил-КоА. ФАДH2 и НАДH·H поступают прямо в дыхательную цепь[1].

Для полной деградации длинноцепочечной жирной кислоты цикл должен многократно повторяться, так, например, для стеарил-СоА (С17Н35СО~SКоА) необходимы восемь циклов[10].

Особенности окисления жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов

mini
mini

В результате окисления жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов образуются не только ацетил-КоА, ФАДH2 и НАДH, но и одна молекула пропионил-КоА (C2H5-CO~SКоА).

Пропионил-КоА превращается в сукцинил-КоА последовательно. Карбоксилирование пропионил-КоА осуществляется под действием пропионил-КоA-карбоксилазы (КФ6.4.1.3) (коферментом этого фермента служит биотин (витамин B7) — переносчик карбоксигрупп; реакция требует также АТФ). Реакция стереоспецифична. Продуктом реакции является S-изомер метилмалонил-КоА, который катализируется метилмалонил-КоА-рацемазой (КФ5.1.99.1) в R-изомер. Образовавшийся R-изомер метилмалонил-КоА под действием фермента метилмалонил-КоА-мутазы (КФ5.4.99.2) (кофермент которой дезоксиаденозилцианокобаламин является производным витамина B12) превращается в сукцинил-КоА, который далее вступает в цикл Кребса[1].

Окисление ненасыщенных жирных кислот

Ненасыщенные жирные кислоты (НЖК) составляют почти половину от общего количества жирных кислот в организме человека. Особенности β-окисления таких кислот определяются положением и числом двойных связей. Двойные связи (-C=C-) природных ненасыщенных жирных кислот (олеиновой, линолевой и т. д.) имеют цис-конфигурацию, а в КоА-эфирах ненасыщенных кислот, являющихся промежуточными продуктами при β-окислении насыщенных жирных кислот, двойные связи имеют транс-конфигурацию. β-Окисление этих кислот идёт обычным путём до тех пор, пока двойная связь не окажется между третьим и четвёртым атомами углерода. Затем фермент еноил-КоА-изомераза (КФ5.3.3.8) перемещает двойную связь из положения Δ3-4 в положение Δ2-3 и изменяет цис-конформацию двойной связи на транс-, которая требуется для β-окисления. Далее процесс протекает также, как и для насыщенных кислот[1][2][3].

При окислении жирных кислот, имеющих две (-С=C-C-C=C-) и более ненасыщенные связи, требуется ещё один дополнительный фермент β-гидроксиацил-КоА-эпимераза (КФ5.1.2.3).

Скорость окисления ненасыщенных жирных кислот много выше, чем насыщенных, что обусловлено наличием двойных связей. Например, если взять за эталон скорость окисления насыщенной стеариновой кислоты, то скорость окисления олеиновой в 11, линолевой в 114, линоленовой в 170, а арахидоновой почти в 200 раз выше, чем стеариновой[1].

Энергетический баланс процесса

В результате переноса электронов по ЭТЦ от ФАДH2 и НАДH синтезируется по 4 молекулы АТФ (1,5 от ФАДH2, и 2,5 от НАДH[11]). В случае окисления пальмитиновой кислоты проходит 7 циклов β-окисления (16/2-1 = 7), что ведёт к образованию 4×7 = 28 молекул АТФ. В процессе β-окисления пальмитиновой кислоты образуется 8 молекул ацетил-КоА, каждая из которых при полном сгорании в цикле трикарбоновых кислот даёт 10 молекул АТФ, а 8 молекул дадут 10×8 = 80 молекул АТФ.

Таким образом, всего при полном окислении пальмитиновой кислоты образуется 28+80 = 108 молекул АТФ. Однако с учётом одной молекулы АТФ, которая гидролизуется до АМФ, то есть тратятся 2 макроэргические связи или две АТФ, в самом начале на процесс активирования (образования пальмитоил-СоА), общий энергетический выход при полном окислении одной молекулы пальмитиновой кислоты в условиях животного организма составит 108-2=106 молекул[3].

Суммарное уравнение окисления пальмитиновой кислоты выглядит следующим образом:

Формула для расчёта общего количества АТФ, которые генерируются в результате процесса β-окисления жирных кислот с чётным числом углеродных атомов:

где n — количество атомов углерода в молекуле жирной кислоты; 10 и 4 — соответственно, количество молекул АТФ, синтезируемых при окислении 1 моль ацетил-КоА в цикле Кребса и в одном цикле бета-окисления жирной кислоты (1,5 АТФ от ФАДН2 и 2,5 АТФ от НАДН); -2 — количество АТФ, затраченные на активацию жирной кислоты.

Формула для расчёта общего количества АТФ, которые генерируются в результате процесса β-окисления жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов:

где n — количество атомов углерода в молекуле жирной кислоты; 25 — количество АТФ, которое синтезируется при окислении образовавшейся 1 молекулы сукцинил-КоА в цикле Кребса до оксалоацетата С4 (5 моль) и его последующего полного окисления в ЦТК (2×10 = 20 моль); -3 — количество АТФ, затраченные на активацию жирной кислоты (2 моль), а также на синтез метилмалонил-КоА (1 моль). Рассчитаем количество синтезируемых молекул АТФ при окислении 1 моль нонадекановой кислоты19). Воспользуемся формулой: (19-3/2 × 10) + (19/2-1,5 × 4) + 25 - 3 = 134 моль АТФ.

Энергетический расчёт β-окисления для некоторых жирных кислот представлен в виде таблицы.

Во многих тканях окисление жирных кислот — важный источник энергии. Это ткани с высокой активностью ферментов цикла Кребса и цепи переноса электронов — клетки красных скелетных мышц, сердечная мышца (миокард), почки. Например, эритроциты, в которых отсутствуют митохондрии, не могут окислять жирные кислоты. В то же время жирные кислоты не могут служить источником энергии для мозга и других нервных тканей, так как они не проходят через гематоэнцефалический барьер, вследствие их гидрофобных свойств. Скорость обмена жирных кислот в нервных тканях на порядок ниже чем, например, в скелетных мышцах. Поэтому в таких ситуациях, особенно при длительном голодании, печень перерабатывает около 50 % поступающих в неё жирных кислот в другие источники энергии — кетоновые тела, которые может утилизировать нервная ткань[2].

Внемитохондриальное окисление жирных кислот

Помимо β-окисления жирных кислот, происходящего в митохондриях существует и внемитохондриальное окисление. Жирные кислоты, имеющие бо́льшую длину цепи (от С20), не могут быть окислены в митохондриях из-за наличия плотной двойной мембраны, которая воспрепятствует процессу переноса их через межмембранное пространство. Поэтому окисление длиноцепочечных жирных кислот (С2022 и более) происходит в пероксисомах[12] . В пероксисомах процесс β-окисления жирных кислот протекает в модифицированном виде. Продуктами окисления в данном случае являются ацетил-КоА, октаноил-КоА и пероксид водорода Н2О2. Ацетил-КоА образуется на стадии, катализируемой ФАД-зависимой дегидрогеназой. Ферменты пероксисом не атакуют жирные кислоты с короткими цепями, и процесс β-окисления останавливается при образовании октаноил-КоА.

Данный процесс не сопряжён с окислительным фосфорилированием и генерацией АТФ и поэтому октаноил-КоА и ацетил-КоА переходят с КоА на карнитин и направляются в митохондрии, где окисляются с образованием АТФ[8].

Активация пероксисомального β-окисления происходит при избыточном содержании в потребляемой пищи жирных кислот начиная с С20, а также при приёме гиполипидемических лекарственных препаратов.

Регуляция

Скорость регуляции процесса β-окисления включает несколько факторов:

  • Соотношений АТФ/АМФ и НАДH/НАД+, так же, как и скорость реакций ЭТЦ и общего пути катаболизма;
  • состояния голодания или сытости (то есть соотношения инсулин — глюкагон);
  • активности регуляторного фермента карнитин-пальмитоилтрансферазы I (CPTI);
  • доступности субстрата — жирных кислот;
  • потребности клетки в энергии;
  • доступности кислорода[2].

Скорость β-окисления зависит также от активности фермента карнитин-пальмитоилтрансферазы I (CPTI). В печени этот фермент ингибируется малонил-КоА, веществом, образующимся при биосинтезе жирных кислот.

В мышцах карнитин-пальмитоилтрансфераза I (CPTI) также ингибируется малонил-КоА. Хотя мышечная ткань не синтезирует жирные кислоты, в ней имеется изофермент ацетил-КоА-карбоксилазы, синтезирующий малонил-КоА для регуляции β-окисления. Данный изофермент фосфорилируется протеинкиназой А, которая активируется в клетках под действием адреналина, и АМФ-зависимой протеинкиназой и таким образом происходит его ингибирование; концентрация малонил-КоА снижается. Вследствие этого, при физической работе, когда в клетке появляется АМФ, под действием адреналина активируется β-окисление, однако, его скорость зависит ещё и от доступности кислорода. Поэтому β-окисление становится источником энергии для мышц только через 10-20 минут после начала физической нагрузки (так называемые аэробные нагрузки), когда приток кислорода к тканям увеличивается[13].

Нарушения процесса

Дефекты карнитиновой транспортной системы

Дефекты карнитиновой транспортной системы проявляются в ферментопатиях и дефицитных состояний карнитина в организме человека.

Дефицитные состояния карнитина

Наиболее распространены дефицитные состояния, связанные с потерей карнитина во время некоторых состояний организма:

  • Ацидурия; больные, страдающие органической ацидурией, теряют большое количество карнитина, который выделяется из организма в форме конъюгатов с органическими кислотами;
  • при проведении длительного гемодиализа;
  • при длительном лечении больных сахарным диабетом препаратами сульфонилмочевины, которые являются ингибиторами фермента карнитин-пальмитоилтрансферазы I (CPTI);
  • низкая активность ферментов, катализирующих синтез карнитина;
  • врожденные дефекты фермента карнитин-пальмитоилтрансферазы I (CPTI), отвечающего за транспортировку ацилированного карнитина (карнитин-СOR) через мембрану митохондрии[2].

Признаками и симптомами недостатка карнитина являются приступы гипогликемии, возникающие из-за снижения глюконеогенеза в результате нарушения процесса β-окисления жирных кислот, уменьшение образования кетоновых тел, сопровождающееся повышением содержания свободных жирных кислот (СЖК) в плазме крови, мышечная слабость (миастения), а также накопление липидов[8].

Ферментопатии

При дефекте гена карнитин-пальмитоилтрансферазы I — СРТ1 (гораздо реже гена СРТ2) развивается печёночная форма недостаточности фермента, которая приводит к гипогликемии и понижению содержания кетоновых тел в плазме крови. Дефект гена карнитин-пальмитоилтрансферазы II СРТ2 вызывает у взрослых миопатии (периодические мышечные боли, мышечная слабость, подёргивания, миоглобинурия), у новорождённых — фатальную печёночную форму (гипераммониемия, увеличенная активность сывороточных трансаминаз, гепатомегалия, некетотическая гипогликемия, кома). Для недостаточности карнитин-пальмитоилтрансферазы II также характерна кардиомегалия[8][14].

Генетические нарушения ацил-КоА-дегидрогеназ жирных кислот средней цепи

В митохондриях имеется 3 вида ацил-КоА-дегидрогеназ, окисляющих жирные кислоты с длинной, средней или короткой цепью радикала. Жирные кислоты по мере укорочения радикала в процессе β-окисления могут последовательно окисляться этими ферментами. Генетический дефект дегидрогеназы жирных кислот со средней длиной радикала (КФ1.3.8.7) — MCADD (сокр. от Мedium-chain acyl-СоА dehydrogenase deficiency) наиболее распространён по сравнению с другими наследственными заболеваниями — 1:15 000. Частота дефектного гена ACADM, кодирующего ацил-КоА-дегидрогеназы жирных кислот со средней длиной цепи, среди европейской популяции — 1:40. Это аутосомно-рецессивное заболевание, возникающее в результате замены нуклеотида Т (тимин) на А (аденин) в 985-й позиции гена[2]. Проявляется в накоплении жирных кислот средней цепи (особенно каприловой) и их производных в крови и вторичным дефицитом карнитина. Характерными симптомами являются приступы рвоты, летаргическое состояние, сильнейшая некетотическая гипогликемия, вызванная обильной утилизацией глюкозы (особенно опасна для новорожденных), может развиться кома и возможен летальный исход. Большую опасность болезнь представляет у детей, так как среди них наблюдается самая большая летальность (до 60 %)[9].

Генетические нарушения ацил-КоА-дегидрогеназ жирных кислот с очень длинной углеродной цепью

Аутосомно-рецессивное тяжёлое генетическое заболевание встречается с частотой 1:3000-1:50000 у новорожденных стран Европы и США. Обусловлено мутацией гена ACADVL, который кодирует ацил-КоА-дегидрогеназу жирных кислот с очень длинной углеродной цепью — VLCAD (сокр. от Very long chain acyl-СоА dehydrogenase, КФ 1.3.8.9). Данный фермент участвует в митохондриальном β-окислении жирных кислот, углеродная цепь которых содержит 14—20 атомов. Болезнь характеризуется накоплением жирных кислот (С1420) в организме. Негативные проявления выражаются в поражениях тканей головного мозга (энцефалопатии), сердца (кардиомиопатии), печени (жировая инфильтрация). Симптомы схожи с MCADD. Существуют несколько форм дефицита ацил-КоА-дегидрогеназы жирных кислот с очень длинной углеродной цепью:

  • системная;
  • печёночная;
  • миопатическая.

Системная форма встречается часто у новорожденных или детей раннего возраста и имеет самую высокую летальность (до 30 %). Наиболее тяжёлая и опасная форма заболевания.

Печёночная форма также часто обладает ранней манифестацией (развитием клинических проявлений), однако, имеет менее тяжёлое течении и летальность. Характеризуется приступами гипокетотической гипогликемии.

Миопатическая форма наблюдаются у детей школьного возраста и взрослых. Её основные проявления: непереносимость физической нагрузки (миастения), боли в мышцах (миалгии, рабдомиалгии), рабдомиолиз, изменение цвета мочи вследствие миоглобинурии[15].

Дикарбоновая ацидурия

Дикарбоновая ацидурия заболевание, связанное с повышенной экскрецией С610-дикарбоновых кислот и возникающей на этом фоне гипогликемии, однако, не связанная с повышением содержания кетоновых тел. Причиной данного заболевания является MCADD. При этом нарушается β-окисление и усиливается ω-окисление длинноцепочечных жирных кислот, которые укорачиваются до среднецепочечных дикарбоновых кислот, выводимых из организма[8].

Синдром Целлвегера

Синдром Целлвегера (Зеллвегера) или цереброгепаторенальный синдром[англ.], редкое наследственное заболевание описано американским педиатром Гансом Целлвегером (англ. H.U. Zellweger), которое проявляется в отсутствии пероксисом во всех тканях организма. Вследствие этого в организме, особенно в мозгу накапливаются полиеновые кислоты (С26—С38), представляющие собой длиноцепочечные жирные кислоты[8]. Примерная заболеваемость нарушениями биогенеза пероксисом спектра синдрома Целлвегера составляет 1:50 000 новорождённых в США и 1:500 000 новорождённых в Японии. Для синдрома характерны: пренатальная задержка роста; мышечная гипотония; затруднение сосания; арефлексия; долихоцефалия; высокий лоб; круглое плоское лицо; одутловатые веки; гипертелоризм; монголоидный разрез глаз; катаракта; пигментная ретинопатия или дисплазия зрительного нерва; колобома радужки; низко расположенные ушные раковины; микрогнатия; расщелина неба; латеральное или медиальное искривление пальцев; поражение печени (гепатомегалия (увеличение объёма печени), дисгинезия внутрипеченочных протоков, цирроз печени); поликистоз почек; нередко — тяжёлые, несовместимые с жизнью аномалии лёгких и пороки сердца; задержка психомоторного развития; судороги; стойкая желтуха. При патоморфологическом исследовании выявляют задержку миелинизации нейронов; накопление липидов в астроцитах; в печени, почках и мозге уменьшено содержание плазмогенов; в клетках печени и других тканях организма снижено количество пероксисом, большинство пероксисомных ферментов неактивны. В крови повышена активность трансаминаз и отмечается стойкая гипербилирубинемия[16]. Нарушения биогенеза пероксисом обусловлены мутациями в одном из 12 генов PEX[17], кодирующих пероксины. Мутации в этих генах ведут к аномалиям биогенеза пероксисом. Все варианты синдрома Целлвегера наследуются по аутосомно-рецессивному типу[18].

Ямайская рвотная болезнь

Молекула гипоглицина.

Специфическая болезнь, характеризуется сильнейшей интоксикацией, сопровождающаяся рвотой, гиповолемическим шоком, конвульсиями, гипогликемией, в тяжёлой форме может наступить кома и смертельный исход. Вызывается при употреблении:

  • незрелых либо сырых плодов аки, или блигии вкусной (Blighia sapida), в состав которых входит производное α-аминопропановой кислоты, токсин — гипоглицин.
  • незрелых плодов личи (Litchi chinensis), в которых также содержится гипоглицин, открытие было сделано в 2017 году в результате массовых отравлений с летальным исходом детей в Индии, которые употребляли незрелые плоды личи натощак.

В результате метаболизма гипоглицин превращается в метиленциклопропанацетил-КоА (мцпа-КоА), который инактивирует ацил-КоА-дегидрогеназу, вследствие чего ингибируется процесс β-окисления[8]. Помимо этого мцпа-КоА способен блокировать ферменты глюконеогенеза[19]. В присутствии гипоглицина происходит накопление главным образом бутирил-КоА, который гидролизуется до свободной масляной кислоты (бутирата). Масляная кислота в избытке попадает в кровь, косвенно вызывая гипогликемию[9].

См. также

Примечания

  1. 12345678Строев Е. А. Биологическая химия: Учебник для фармац. ин-тов и фармац. фак. мед. ин-тов. — М.: Высшая школа, 1986. — 479 с.
  2. 123456789101112Е.С. Северин. Биохимия. — М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. — 779 с. — ISBN 5-9231-0254-4.
  3. 123456789Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. — М.: Медицина, 1998. — 704 с. — ISBN 5-225-02709-1.
  4. 12Metzler, 2003, p. 943.
  5. Knoop, Franz. Der Abbau aromatischer Fettsäuren im Tierkörper // Beitr Chem Physiol Pathol. — 1904. — Т. 6. — С. 150—162.
  6. Houten S. M., Wanders R. J.A general introduction to the biochemistry of mitochondrial fatty acid β-oxidation. (англ.) // Journal of inherited metabolic disease. — 2010. — Vol. 33, no. 5. — P. 469—477. — doi:10.1007/s10545-010-9061-2. — PMID20195903. [исправить]
  7. Voet, Donald; Voet, Judith; Pratt, Charlotte. Fundamentals of Biochemistry Life at the Molecular Level (англ.). — New York City: John Wiley & Sons, Inc., 2013. — P. 582—584. — ISBN 1118129180.
  8. 1234567Р.Марри, Д.Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл. Биохимия человека. — М.: Мир, 1993. — Т. I. — 384 с. — ISBN 5-03-001774-7.
  9. 123Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. — М.: БИНОМ, 2011. — Т. II.
  10. Кольман. Я., Рём К. Г. Наглядная биохимия. — М.: Мир, 2011. — 469 с. — ISBN 5-03-003304-1.
  11. Нельсон Д. Кокс М.Основы биохимии Ленинджера : в 3 т. Т. 2 : Биоэнергетика и метаболизм. — Издательство, 2020.
  12. Singh I. Biochemistry of peroxisomes in health and disease (англ.) // Mol. Cell. Biochem.[англ.] : journal. — 1997. — February (vol. 167, no. 1—2). — P. 1—29. — doi:10.1023/A:1006883229684. — PMID9059978.
  13. Биологическая химия с упражнениями и задачами / Под ред. С.Е. Северина. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 624 p. — ISBN 9785970417553.
  14. Handig I et al: Inheritance of the S113L mutation within an inbred family with carnitine palmitoyltransferase enzyme deficiency. Hum. Genet. 97: 291—293, 1996. PMID 8786066.
  15. Федеральные клинические рекомендации (протоколы) по оказанию медицинской помощи больным с дефицитом ацил-КоА дегидрогеназы жирных кислот с очень длинной углеродной цепью. — Москва: РОССИЙСКОЕ ОБЩЕСТВО МЕДИЦИНСКИХ ГЕНЕТИКОВ, 2013. — 18 с. — [Архивировано 17 октября 2015 года.]
  16. P. Bowen, C. S. N. Lee, H. U. Zellweger, R. Lindenburg. A familial syndrome of multiple congenital defects. Bulletin of the Johns Hopkins Hospital, 1964; 114: 402.
  17. OMIM214100
  18. MedicalPlanet. Дата обращения: 22 апреля 2016. Архивировано 6 мая 2016 года.
  19. THE ACKEE FRUIT (BLIGHIA SAPIDA) AND ITS ASSOCIATED TOXIC EFFECTS. University of British Columbia (17 ноября 2005). Дата обращения: 6 июня 2021. Архивировано 10 марта 2021 года.

Литература

  • Д.Мецлер. Биохимия. — М.: Мир, 1980. — Т. 2. — 609 p.
  • Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. — М.: Бином, 2014. — Т. II. — 636 p. — 1700 экз. — ISBN 978-5-94774-366-1.
  • David E. Metzler. Biochemistry: The Chemical Reactions of Living Cells. — 2nd edition. — Academic Press, 2003. — Vol. 2. — 1973 p. — ISBN 978-0-1249-2541-0.
Наименование реакцииСхема реакцииФерментобразовавшийся продукт
Дегидрирование активированной жирной кислоты (ацил-КоА). β-Окисление начинается с дегидрирования ацил-КоА ФАД-зависимой ацил-КоА дегидрогеназой жирных кислот с длинной цепью (LCAD) с образованием двойной связи между α- и β-атомами углерода (С-2 и С-3) в продукте реакции — еноил-КоА. Восстановленный в этой реакции кофермент ФАДH2 передаёт атомы водорода в ЭТЦ на кофермент Q. В результате синтезируются 1,5 молекулы ATФ (современные данные).
ацил-КоА-дегидрогеназа (КФ1.3.99.3)Транс-Δ2-еноил-КоА
Реакция гидратации. Ненасыщенный ацил-КоА (еноил-КоА) при участии фермента еноил-КоА-гидратазы присоединяет молекулу воды. В результате образуется β-гидроксиацил-КоА. Реакция обратима и стереоспецифична, образовавшийся продукт имеет L-форму.
Еноил-СоА-гидратаза (КФ 4.2.1.17)L-β-гидроксиацил-КоА
НАД+ — зависимое окисление или вторая реакция дегидрирования. Образовавшийся L-β-гидроксиацил-КоА затем окисляется. Реакция катализируется НАД+-зависимой дегидрогеназой.
L-β-гидроксиацилдегидрогеназа (КФ 1.1.1.35)L-β-кетоацил-КоА
Тиолазная реакция. В этой реакции β-кетоацил-КоА взаимодействует с коферментом А. В результате происходит расщепление β-кетоацил-КоА и образуется укороченный на два углеродных атома ацил-КоА и двууглеродный фрагмент в виде ацетил-КоА. Данная реакция катализируется ацетил-КоА-ацилтрансферазой (или β-кетотиолазой).
β-Кетотиолаза (КФ 2.3.1.9)Ацил-КоА и ацетил-КоА