.jpg?s3=1)
της Δήμητρας Σπανού, χημικού , μόνιμης καθηγήτριας του 1ου Γυμνάσιου Δάφνης
σε επεξεργασία
Καταβολισμός λιπών -λιπαρών οξέων έως τον κύκλο του Κρεμπς
Αναφορά στο πρώτο και δεύτερο στάδιο μεταβολισμού λιπών (πριν εισέλθουν στον κύκλο Κρεμπς)
- Ας θυμόμαστε, ότι κατά την οξειδωτική διάσπαση των μεταβολιτών, ελευθερώνεται χημική ενέργεια η οποία αποθηκεύεται
κυρίως μέσω των χημικών δεσμών υψηλής ενέργειας , κυρίως φωσφορυλιώσεων.. Το ποσό που αποθηκεύεται σε χημικούς δεσμούς, κυρίως φωσφορικών ενώσεων, μπορεί να υπολογιστεί από την υδρόλυτική διάσπαση των ενώσεων αυτών και εκφράζεται με την διαφορά ελεύθερης Ενέργειας Gibbs μεταξύ προιόντων και αντιδρώντων των χημικών αντιδράσεων. Το ποσό της ενέργειας που αποθηκεύεται είναι άλλωτε χαμηλό (φωσφορικές ενώσεις χαμηλής ενέργειας) και άλλωτε μεγάλο (φωσφορικές ενώσεις υψηλής ενέργειας)
Συγκεκριμένα, οι ενεργειακές μεταβολές που συμβαίνουν πραγματοποιούνται με την παρεμβολή συζευγμένων φωσφορικών ενώσεων - φορέων όπως των συνενζύμων όπως ATP, NAD, NADP, ή το CoASH κ.α, που είναι συνήθως ενώσεις υψηλής ενέργειας και απορροφούν και προσφέρουν ενέργεια με χημικές αντιδράσεις κατά την διάρκεια του μεταβολισμού.
κάποια παραδείγματα
ΑΠΟΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΕΙΣ.
( Απομακρύνεται μια φωσφορική ρίζα με ευνοική αντίδραση και ΔG<0)
| Φωσφορικό ακετύλιο | D G o = -47,3 kJ / mol |
| Η τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) | D G o = -30,5 kJ / mol |
| 6-φωσφορική γλυκόζη | D Go = -13,8 kJ / mol |
| Φωσφονοενλοπυροσταφυλικό (PEP) | D G ο = -61,9 kJ / mol |
| Φωσφοκρεατίνη | D G o = -43,1 kJ / mol |
ακόμα αναγωγές
NAD + H2O ---> NADH + H+ + 1/2 O2 ΔG= 220 kj/mol
NADP + H2O --> NADPH + H+ + 1/2O2 ΔG= 220 kj/mol
ή φωσφορυλιώσεις ενώσεων
ATP + γλυκόζη ---> ΑDP + Pγλυκόζη ΔG = -13,8 kj/mol
Pi + GDP --> GTP και GTP + ADP --> GDP + ATP. Η ΔG-33,8kj/mol
ή υδρολυσεις
- Πρότυπες ελεύθερες ενέργειες υδρόλυσης μερικών φωσφορυλιωμένων ενώσεων
Ένωση kJ mol21 kcal mol21
Φωσφο-ενολοπυροσταφυλικό – 61,9 –14,8
1,3-Διφωσφογλυκερικό – 49,4 –11,8
Φωσφορική κρεατίνη – 43,1 –10,3
ATP (σε ADP) – 30,5 – 7,3 1
-Φωσφορική γλυκόζη – 20,9 – 5,0
Πυροφωσφορικό – 19,3 – 4,6 6
-Φωσφορική γλυκόζη – 13,8 – 3,3 3
-Φωσφορική γλυκερόλη – 9,2 – 2,2
Ακετυλο-CoA + Η2Ο -> οξικό + CoA + Η+ ΔG°ʹ = –31,4 kJ mol–1 (–7,5 kcal mol–1)
ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΤΑ ΛΙΠΗ
τα λίπη που μπαίνουν στον καταβολισμό είναι
α) τα λίπη από την τροφή
β) Τα λίπη από τις λιπαποθήκες, που εισέρχονται στην κυκλοφορία για να μεταβολιστούν στο ήπαρ
Τα λίπη της τροφής αποτελούνται από τριγλυκερίδια της γλυκερίνης, είναι δηλαδή εστέρες της τρισθενούς αλκοόλης γλυκερίνης.
Υπάρχουν και άλλες εστεροποιημένες αλκοολες μεγαλου μοριακού βάρους αλλά δεν συμπεριλαμβάνονται στις ουσίες της τροφής. Στην τροφή επίσης είναι δυνατόν να περιέχονται φωσφολιπίδια που απομυζούνται χωρίς προηγούμενη υδρόλυση στο έντερο. Ακόμη η χοληστερόλη μπορεί να απομυζηθεί ελεύθερη ή στερεοποιημένη.
Τα λίπη διασπώνται στο πεπτικό σύστημα, αρχικά προς δι και μονογλυκερίδια που στην συνέχεια υδρολύονται σε λιπαρά οξέα και γλυκερίνη.
Τα ένζυμα του πεπτικού που συμμετέχουν στην διαδικασία είναι οι λιπάσες με γνωστότρη την παγκρεατική λιπάση. Την δράσης τους ευνοεί η παρουσία λευκωμάτων, χολικών αλάτων, σπώνων κ.α
Η γαλακτωματοποίηση των λιπών στο έντερο με την βοήθεια χολικών αλάτων
και η ενζυμική τους διάσπασή τους σε διγλυκερίδια, μονογλυκερίδια και λιπαρά οξέα στον αυλό του εντέρου.
Τα λιπίδια γαλακτωματοποιούνται με την βοήθεια χολικών αλάτων που ελαττώνουν την επιφανειακή τάση και διασπώνται σε σταγονίδια. Έτσι, διαπώνται ευκολότερα στην συνέχεια με την επίδραση της παγκρεατικής λιπάσης.
Τα χολικά άλατα είναι στεροειδή 
που συντίθενται στα ηπατικά κύτταρα από χοληστερόλη. Γίνεται σύζευξη με γλυκίνη ή ταυρίνη και μετατρέπονται σε γλυκοχολικό και ταυροχολικόοξύ και κατόπιν στα άλατα με νάτριο και κάλιο. Έτσι εκβάλλονται από το ήπαρ στο έντερο. Αφού εκπληρώσουν τον ρόλο τους απαναπροσρροφώνται από το αίμα στο τελικό τμήμα το ειλεού και επαναφέρονται στο ήπαρ στο μεγαλό ποσοστο τους.
Άλλη κατηγορία ενζύμων που συμμετέχουν στον καταβολισμό των λιπών της τροφής είναι οι εστεράσες που υδρολύουν ορισμένους από τους εστέρες των λιπαρών οξέων κυρίως, αλλά και άλλων εστέρων που συμπεριλαμβάνουν στο μόριό τους σάκαρα ή φωσφορκές ομάδες .Παραδείγματα, η χοληστερινεστεράση για την υδρόλυση της χοληστερίνης, οι φωσφολιπάση για τις λεκιθίνες κ.α..
Τα ένζυμα αυτά μπορούν να δράσουν και προς τις δυο κατευθυνσεις ανάλογα με τις συνθήκες. όπως συνήθως γίνεται στην αρή κάθε μεταβολικής πορείας.
Η κατάληξη της οξείδωσης των λιπαρών οξέων είναι να μετατραπούν σε οξικό οξύ.
Το οξικό οξύ παραλαμβάνεται και ενεργοποιείται για την συνέχιση του μεταβολισμού (την είσοδό του στον κύκλο Κρεμπς) από το συνένζυμοπουΑ που περιέχει παντοθειικό οξύ, φωσφορικό οξυ (3μόρια) αδενίνη, ριβόζη και β μερκαπτομεθυλαμίνη. Συνήθως γράφεται σαν CoA-SH (συνένζυμο A).
Πως συνεχίζει ο μεταβολισμός των λιπαρών οξέων
Τα λιπαρά οξέα εισέρχονται από το αίμα στο κύτταρο
Τα λιπαρά οξέα που προέρχονται από την υδρόλυση των τριγλυκεριδίων μπορεί να είναι κορεσμένα ή ακόρεστα. Κυκλοφορούν στο αίμα σαν ελεύθερα οξέα, συνδεδεμένα με αλβουμίνη. Όλα όμως εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου για τον μεταβολισμό τους. 
Για να γίνει αυτό χρειάζονται βοήθεια από ειδικές πρωτείνες, που είναι πρωτείνες μεταφοράς λιπαρών οξέων και φωσφορυλιωμένων λιπαρών οξέων και πρωτείνες προσδεσης λιπαρών οξέων στην κυταρική μεμβράνη οι οποίες να είναι συνδεδεμένες με την μεμβράνη του πλάσματος ώστε τα λιπαρά οξέα να εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα.
Οι ιστοί που καταβολίζουν λιπαρά οξέα. είναι ο ηπατικός κυρίως (γιατι έχει δυνατότητα να παραλαμβάνει απ΄ευθείας λίπη από αυτά που κυκλοφορούν στο αίμα πολύ ταχύτερα). Επίσης το μυοκάρδιο επίσης καταναλώνει κατά προτίμηση λιπαρά οξέα. Ακόμα οι νεφροί, οι όρχεις και οι μυς.
Η β οξείδωση των λιπαρών οξέων
Ο συνηθέστερος όμως τρόπος οξείδωσης είναι η β οξείδωση που λέγεται έτσι γιατί γίνεται τον β άνθρακα του οξέος και πραγματοποιείται σε 4 βήματα.
Ενεργοποίηση, Αφυδρογόνωση, Ενυδάτωση, Απόσπαση διτανθρακικής μονάδας.
Ενεργοποίηση στο κυτταρόπλασμα
Το πρώτο βήμα για να ξεκινήσει ο καταβολισμός και η διάσπαση των λιπαρών οξέων είναι η ενεργοποίησή τους εφόσον είναι αδρανή. Πραγματοποιείται στο κυτταρόπλασμα και γίνεται με την σύνδεσή τους με το συνένζυμοΑ και η μετατροπή τους σε θειοεστέρες ( ακυλοσυνένζυμοΑ)
RCOOH + ATP + CoASH --> RCOSCoA + AMP + PPi
Υπάρχουν 3 σχετικά ένζυμα που είναι ακετυλοCoσυνθετάσες και χρησιμοποιείται ATP στην πορεία της αντίδρασης προς παραγωγή ακυλο-CoA και μονοφωσφορικής αδενοσινης.
Η ακετυλίωση αυτή περικλείει μεγάλο ποσό ενέργειας και παρέχεται από την υδρόλυση του ATP σε AMP.
Μεταφορά των ενεργοποιημένων λιπαρών οξέων στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων
Κατόπιν με την βοήθεια μιας πρωτείνης της καρνιτίνης η οποία μπορεί να διαπεράσει την μεμβράνη των μιτοχονδρίων, ο εστερας RCOSCoA αυτός είσέρχεται μέσα στα μιτοχόνδρια με στόχο να αποικοδομηθεί σαν ακυλοκαρνιτίνη. Έτσι,
η ακυλομάδα μεταφέρεται μέσω μιας άλλης πρωτείνης της ακυλοτρανφεράσης περνά προς την μήτρα των μιτοχονδρίων. Aυτό συμβαίνει ανεξάρτητα αν έχουμε κορεσμένο ή ακόρεστο οξύ.
Στα μιτοχόνδρια όμως δεσμεύεται πάλι με το CoA σαν εστερας RCOSCoA
Στην συνέχεια το πρώτο βήμα είναι η
Αφυδρογόνωση με ακυλοCoA αφυδρογονάση και FAD συνένζυμα
και στο δεύτερο στάδιο έχουμε οξείδωση μέσω αμφίπλευρης αφυδρογόνωσης 2 και 3 άνθρακα και δημιουργία βακόρεστης ένωσης του λιπαρού οξέος με CoA
Το συνενζύμο FAD μετατρέπεται σε FADH που μεταφέρει τα ηλεκτρόνια στην αναπνευστική αλυσίδα και επανακτάται.
Ενυδάτωση μεταξύ των ανθράκων 2 και 3 και δημιουργία υδρόξυλιπαρού οξέος που καταλύεται από το ένζυμο ενουλο CoA υδατάση
Μετατροπή της δισθενούς αλκοολικής μονάδας του υδροξυοξέος σε κετομάδα
που καταλύεται από το ένζυμο β υδροξυακυλοαφυδρογονάση
Ο εστέρας υδροξυλιώνεται και μετά οξειδώνεται σε κετοξύ. Η αφυδρογόνωση γίνεται με την βοήθεια του συνενζύμου ΝΑD και παράγεται NADH + H+ που μεταφέρουν τα Η+ στην αναπνευστική αλυσίδα όπου σχηματιζεται νερό.
Τέλος την βοήθεια ενός άλλου μορίου CoA-SH ο εστέρας διασπάται στον 2ο και 3ο άνθρακα του λιπαρού οξέος και τα προιόντα είναι ένα ενεργοποιημένο οξικ.ό οξύ σαν ακέτυλοCoA που θα εισέλθει στον κύκλο Κρεμπς για συνέχεια της οξείδωσης ώστε να οξειδωθούν πλήρως προς CO2 και Η2Ο,
και ένα ενεργοποιημένο λιπαρό οξύ σαν ακυλοCoA που θα ξεκινήσει έναν επόμενο κύκλο β οξείδωσης
Συμπέρασμα
Έτσι με μια σειρά- κύκλο τεσσάρων αντιδράσεων που φαίνονται στο σχήμα το 
λιπαρό οξύ μικραίνει κατά δύο άτομα άνθρακα , δημιουργώντας ένα μικρότερο ενεργοποιημένο οξύ. Ταυτόχρονα παράγονται ένα μόριο FADH2 ( που αποδίδει 2 μόρια ATP) , ένα μόριο NADH ( που αποδίδει 3 μόρια ATP)
, και ένα μόριο ακετυλοσυνένζυμοΑ ( που αποδίδει 12 μόρια ATP) . Αν λάβουμε υπ όψη την αρχική κατανάλωση ATP υπολογίζουμε ενέργεια που αντιστοιχεί σε 15 δεσμούς υψηλής ενέγειας 30,5kj/mol.
(Αν υποθέσουμε πως έχουμε ένα λιπαρό οξύ με 16 άνθρακες στην αλυσίδα η οξείδωσή του θα αποδώσει 7 μόρια NADH, 7 μόρια FADH2 και 8 μόρια ακέτυλοCoA.
Και εφόσον η συνέχεια μέσω του κύκλου του κιτρικού οξέος θα αποδώσει επιπλέον ενέργεια που αντιστοιχεί σε 20 μόρια ATP επιπλέον εννοούμε γιατί τα λίπη είναι τα μεταβολικά στοιχεία που αποδίδουν τα μεγαλύτερα ποσά ενέργειας.)
Το ακέτυλοσυνένζυμο Α μπορεί να εισέλθει στον κύκλο του Κρεμπσ για τον περαιτέρω μεταβολισμό του και αποδώσει επιπλέον ενέργεια
Τα ανηγμένα συνένζυμα FADH2 και NADH επανοξειδώνονται μέσω της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης και αποδίδουν την αναγωγική τους ενέργεια στο ATP
Το ενεργοποιημένο οξύ που απομένει (σαν ακέτυλοσυνένζυμοΑ με 2 άνθρακες λιγότερους επαναλαμβάνει την ίδια διαδικασίακαι αποδίδει στον δεύτροκύκλο την ίδια ενέρεια (1μόριο FADH2, 1μόριο ΝΑΔΗ και ΄μόριο ακέτυλοσυνένζυμουΑ με το ακύλιο να έχει 4 άτομα άθρακα λιγότερα από το αρχικόκ. κ.λ.π.
Κάποιες περιπτώσεις όχι πολύ κοινές, είναι η οξείδωση του λιπαρού οξέος ταυτόχρονα σε πολλά σημεία καθώς και η ω οξείδωση από την οποία προκύπτουν δικαρβονικά οξέα.
Πότε υπάχει παραγωγή κετονικων σωμάτων
Κετονικά σώματα, σχηματίζονται από οξείδωση λιπαρών οξέων με άρτιο αριθμό ατόμων άνθρακα στα μιτοχόνδρια των ηπατικών κυττάρων. Κετονοσώματα είναι η ακετόνη, το ακετοξικό οξύ και το υδροξυβουτυρικό οξύ.
Παρατηρείται αύξηση του αριθμού των κετονωμάτων σε περίπτωση ασιτίας και έλλειψης υδατανθράκων που ο οργανισμός θέτει στην κυκλοφορία τα αποθηκευμένα λίπη για να εξασφαλίσει ενέργεια. Τα κετονοσώματα χρησιμοποιούνται από τα κύτταρα στην καρδιά και τα νεφρά ενώ από τον εγκέφαλο μόνο σε περιπτώσεις ανάγκης. Συγκεκριμένα στην περίπτωση έλλειψης υδατανθράκων η γλυκόζη παράγεται από το οξαλοξικό οξύ από ένα παράλληλο μονοπάτι. Έτσι όμως δεν υπάρχει αρκετό οξαλοξικό, ώστε να ενωθεί με το CH3COSCoA για να ξεκινήσει ο επόμενος κύκλος του Κρεμπς (κιτρικού οξέος). Καταφεύγει τότε ο οργανισμός σε κατασκευή κετονοσωμάτων που εκινούν από την συνένωση 2 μορίων ακέτυλοσυνένζυμουΑ προς δημιουργία ακετοακέτυλοσυνένζυμουΑ ( 2 CH3CoSCoA --> CH3COCH3COSCoA + CoA)
Παραγωγή ακετυλοσυνένζυμου Α μπορεί να έχουμε όταν δεν υπάρχουν αρκετοί υδατάνθρακες στον οργανισμό και καταφεύγει στις λιποαποθήκες όπου διασπώνται λίπη, με αποτέλεσμα την παραγωγή ακετυλοσυνενζύμουΑ. Αυτο όμως έχει σαν αποτέλεσμα και την παραγωγή κετονοσωμάτων.
Η παραγωγή κετονοσωμάτων ξεκινά όταν 2 μόρια CH3COS-CoA συμπυκνώνονται και σχηματίζουν το ακετοακέτυλο-CoA από το ένζυμο θειολάση. Στη συνέχεια, αντιδρά με ένα ακόμη ακέτυλο-Coa και νερό και σχηματίζεται 3-υδροξυ-3-μεθυλογλουταρυλο-CoA. Αυτό το οποίο στη συνέχεια διασπάται σε ακετυλο-CoA και ακετοξικό.
To ακετοξικό οξύ στην συνέχεια αποκαρβοξυλιώνεται αργά προς ακετόνη που αποβάλεται
Η ύπαρξη ενός ελαχίστου ποσού υδατανθράκων είναι απαραίτητη για την εισαγωγή του οξικού οξέος (που προέρχεται από οξείδωση αυτών των λιπαρών οξέων ) στον κύκλο .
Διαφορετικά η αύξηση του οξικού οξέος έχει σαν συνέπεια τον σχηματισμό ακετοξικού οξέος.
Το ακετοξικό οξύ είναι καλή πηγή ενέργειας για τους μυες και την καρδιά.
Κετονοκές δίαιτες
ΟΙ δίαιτες αυτές βασίζονται στην στέρηση του οργανισμού σε υδατάνθρακες. Η αποσία υδατανθράκων ενεργοποιεί την λιπόλυση όπου λιπαράοξέα αποσύρονται με τν βοήθεια πρωτεινών από τις λιπαποθήκες και φέρονται στν κυκλοφορία. Η διάσπαση των λιπών και η παραγωγή διτανθρακικών μονάδων με την μορφή ακέτυλοσυνένζυμουΑ έχει σαν συνέπεια την δημιουρία ακετοξικού οξέο . Η πορεία του στην συνέχεια που μπορεί να είναι
α) η μετατροπή του σε βυδροξυβουτυρικό στην μήτρα των μιτοχονδρίων οπότε αδρανοποιείται (γιατί μεταβολίζεται μόνο το ακετοξικόκαι όχι το υδροξυβουτυρικό που πρέπει να μετατραπεί πάλι σε ακετοξικό για μεταβολισμό ). Αυτή η αντίδραση εξαρτάται από τον λόγο NADH/NAD+ στην μήτρα των μητοχονδρίων
β) αργη διάσπαση σε ακετόνη και αποβολή της από τον οργανισμό μέσω των ούρων ή της αναπνοής. Σε αυτήν την μεταβολή των λιπών του οργανισμού σε ακετόνη και την απομάκρυνσή τους βασίζονται οι κετονικές δίαιτες για μείωση του λίπους στο σώμα.
Η απουσία ομως υδατανθράκων έχει συνέπεια την μείωση της σεροτονίνης που είναι νευροδιαβιβαστής της καλής διάθεσης και αυτές οι δίαιτες προκαλούν πολλές φορές κατάθλιψη. Ακόμη, κυκλοφορία λιποπρωεινών στο αίμα αυξάνει τις πιθανότητες αρηρωμάτων στα αγγεία. Ο καταβολισμός των πρωτενών μπορεί επίσης να επιρρεάσει τηνοξεοβασική ισορροπία του ορανισμού
Η τύχη της γλυκερόλης
Η γλυκερόλη που ελευθερώνεται κατά την υδρόλυση αφού ενεργοποιείται με φωσφορυλίωση, μετατρέπεται σε φωσφορική διυδροξυακετόνη που είναι ενδιάμεσο προιόν (μεταβολίτης) της γλυκολυτικής πορείας αλλά και της νεογλυκογένεσης. Έτσι εισέρχεται και συνείζεται ο μεταβολισμός της.
Το ενεργειακό ισοζύγιο με την μέχρις εδώ οξείδωση της γλυκερόλης είναι θετικό γιατί παρά το ότι καταναλώνεται ένα μόριο ΑΤΡ (ΔG= 30,5kj/mol) παράγεται ένα mol ανηγμένου συνενζυμου ΝΑDH με ενεργειακή αποταμείευση ΔG =220kj/mol
PHGESυΗν
ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ Κ.ΔΗΜΟΠΟΥΛΟΣ
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Α .ΓΡΑΝΙΤΣΑ 1966
https://www.chem.auth.gr/content/physical_lab/avranas/GBookbioenergetics-achileas.pdf
https://www.ucl.ac.uk/~ucbcdab/urea/amtox.htm
https://bvetmed1.blogspot.gr/2013/03/nitrogen-balance-protein-metabolism.html
https://fblt.cz/en/skripta/ii-premena-latek-a-energie-v-bunce/12-metabolismus-aminokyselin/
https://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Cytochromes/cytochromes.html
https://www.coenzyme-a.com/fatty_acid.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Coenzyme_A
https://www.slideshare.net/MUBOSScz/aa-1-9323444
https://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Cytochromes/cytochromes.html
https://slideplayer.gr/slide/11443660/
https://www.slideshare.net/drashokkumarj/ketone-body-metabolism-by-dr-asho-k
https://www.mydiatrofi.gr/diaita/symvoules-diaitas/prosoxi-stis-proteinikes-diaites
https://www.mydiatrofi.gr/diaita/symvoules-diaitas/prosoxi-stis-proteinikes-diaites