脂肪酸氧化 脂肪酸的β-氧化過程 肝和肌肉是進行脂肪酸氧化最活躍的組織,其最主要的氧化形式是β-氧化.此過程可分為活化,轉(zhuǎn)移,β-氧化共三個階段.
1.脂肪酸的活化?
和葡萄糖一樣,脂肪酸參加代謝前也先要活化.其活化形式是硫酯——脂肪酰CoA,催化脂肪酸活化的酶是脂酰CoA合成酶(acyl CoA synthetase).
活化后生成的脂酰CoA極性增強,易溶于水；分子中有高能鍵、性質(zhì)活潑；是酶的特異底物,與酶的親和力大,因此更容易參加反應(yīng).
脂酰CoA合成酶又稱硫激酶,分布在胞漿中、線粒體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上.胞漿中的硫激酶催化中短鏈脂肪酸活化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的酶活化長鏈脂肪酸,生成脂酰CoA,然后進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)用于甘油三酯合成；而線粒體膜上的酶活化的長鏈脂酰CoA,進入線粒體進入β-氧化.
2.脂酰CoA進入線粒體
催化脂肪酸β-氧化的酶系在線粒體基質(zhì)中,但長鏈脂酰CoA不能自由通過線粒體內(nèi)膜,要進入線粒體基質(zhì)就需要載體轉(zhuǎn)運,這一載體就是肉毒堿(carnitine),即3-羥-4-三甲氨基丁酸.
長鏈脂肪酰CoA和肉毒堿反應(yīng),生成輔酶A和脂酰肉毒堿,脂肪?；c肉毒堿的3-羥基通過酯鍵相連接.催化此反應(yīng)的酶為肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶(carnitine acyl transferase).線粒體內(nèi)膜的內(nèi)外兩側(cè)均有此酶,系同工酶,分別稱為肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I和肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅱ.酶Ⅰ使胞漿的脂酰CoA轉(zhuǎn)化為輔酶A和脂肪酰肉毒堿,后者進入線粒體內(nèi)膜.位于線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的酶Ⅱ又使脂肪酰肉毒堿轉(zhuǎn)化成肉毒堿和脂酰CoA,肉毒堿重新發(fā)揮其載體功能,脂酰CoA則進入線粒體基質(zhì),成為脂肪酸β-氧化酶系的底物.
長鏈脂酰CoA進入線粒體的速度受到肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ的調(diào)節(jié),酶Ⅰ受丙二酰CoA抑制,酶Ⅱ受胰島素抑制.丙二酰CoA是合成脂肪酸的原料,胰島素通過誘導(dǎo)乙酰CoA羧化酶的合成使丙二酰CoA濃度增加,進而抑制酶Ⅰ.可以看出胰島素對肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ有間接或直接抑制作用.饑餓或禁食時胰島素分泌減少,肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ活性增高,轉(zhuǎn)移的長鏈脂肪酸進入線粒體氧化供能.
3.β-氧化的反應(yīng)過程
脂酰CoA在線粒體基質(zhì)中進入β氧化要經(jīng)過四步反應(yīng),即脫氫、加水、再脫氫和硫解,生成一分子乙酰CoA和一個少兩個碳的新的脂酰CoA.
第一步脫氫(dehydrogenation)反應(yīng)由脂酰CoA脫氫酶活化,輔基為FAD,脂酰CoA在α和β碳原子上各脫去一個氫原子生成具有反式雙鍵的α,β-烯脂肪酰輔酶A.
第二步加水（hydration)反應(yīng)由烯酰CoA水合酶催化,生成具有L-構(gòu)型的β-羥脂酰CoA.
第三步脫氫反應(yīng)是在β－羥脂肪酰CoA脫飴酶（輔酶為NAD+）催化下,β-羥脂肪酰CoA脫氫生成β酮脂酰CoA.
第四步硫解（thiolysis)反應(yīng)由β－酮硫解酶催化,β-酮酯酰CoA在α和β碳原子之間斷鏈,加上一分子輔酶A生成乙酰CoA和一個少兩個碳原子的脂酰CoA.
上述四步反應(yīng)與TCA循環(huán)中由琥珀酸經(jīng)延胡索酸、蘋果酸生成草酰乙酸的過程相似,只是β-氧化的第四步反應(yīng)是硫解,而草酰乙酸的下一步反應(yīng)是與乙酰CoA縮合生成檸檬酸.
長鏈脂酰CoA經(jīng)上面一次循環(huán),碳鏈減少兩個碳原子,生成一分子乙酰CoA,多次重復(fù)上面的循環(huán),就會逐步生成乙酰CoA.
從上述可以看出脂肪酸的β-氧化過程具有以下特點.首先要將脂肪酸活化生成脂酰CoA,這是一個耗能過程.中、短鏈脂肪酸不需載體可直拉進入線粒體,而長鏈脂酰CoA需要肉毒堿轉(zhuǎn)運.β-氧化反應(yīng)在線粒體內(nèi)進行,因此沒有線粒體的紅細(xì)胞不能氧化脂肪酸供能.β-氧化過程中有FADH2和NADH+H+生成,這些氫要經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧生成水,需要氧參加,乙酰CoA的氧化也需要氧.因此,β-氧化是絕對需氧的過程.
脂肪酸β-氧化的生理意義 脂肪酸β-氧化是體內(nèi)脂肪酸分解的主要途徑,脂肪酸氧化可以供應(yīng)機體所需要的大量能量,以十六個碳原子的飽和脂肪酸硬脂酸為例,其β-氧化的總反應(yīng)為：
CH3(CH2)14COSCoA+7NAD++7FAD+HSCoA+7H2O——→8CH3COSCoA+7FADH2+7NADH+7H+?
7分子FADH2提供7×2=14分子ATP,7分子NADH+H+提供7×3=21分子ATP,8分子乙酰CoA完全氧化提供8×12=96個分子ATP,因此一克分子軟脂酸完全氧化生成CO2和H2O,共提供131克分子ATP.軟脂酸的活化過程消耗2克分子ATP,所以一克分子軟脂酸完全氧化可凈生成129克分子ATP.脂肪酸氧化時釋放出來的能量約有40%為機體利用合成高能化合物,其余60%以熱的形式釋出,熱效率為40%,說明機體能很有效地利用脂肪酸氧化所提供的能量.