Catabolism of lipids نﻮھﺪﻟا ﺮﯿﺴﻜﺗ :ﺔﯿﻧﺎﺜﻟا … · Catabolism of...

Catabolism of lipidsتكسیر الدھون : نیةالمحاضرة الثا Oxidation of Fatty Acids -β

االستاذ الدكتور عوده مزعل یاسر الزاملي

١

١

Steps of β- oxidation1-activation step in cytosol( endoplasmic reticulium), by using Coenzyme ASH( CoASH) with required energy of two phosphate groups of ATP .ATP→ AMP + PPiPPi→ 2 PiIn the calculation the energy spend in this step is equal two ATP molecules.2-β- oxidation occurs in the mitochondria matrix after the fatty acid across the mitochondrial membrane, the steps included the following steps:A- oxidation step under influences of fatty acylCoA dehydrogenase which is used FAD as coenzyme,converted into FADH2 and oxidation α- carbon atom and leave double bond.FADH2→ FAD +2 ATP (after oxidation in respiratory chain)B- The product of A, was hydrated with H2O under influence of elonyl-CoA hydratase, the reaction was substitution OH group on β- carbon according Mirkone-koff role( the product was L-β-hydroxy fatty acylCoA , which have OH group can oxidized in the anther step,(this step with out exert energy).



٢

٢

C-The OH group was oxidized by NAD+ into β- ketofatty acylCoA , in this step the NADH + H+ produced was oxidized in respiratory chain into NAD+ with 3ATP .D-The final step was cleavage the β-ketofatty acylCoA by thiol group from CoASH in to fatty acylCoA + acetylCoA .The fatty acylCoA was reoxidation by β-oxidation cycles in the mitoconderia with out activation step, AcetylCoA was completely oxidation in TCA cycle.

:بیتاحسابات الطاقة المتحررةمن اكسدة

2ATPخطوة التنشیط في السایتوبالزم تصرف -2ATPخطوة االكسدة االولى تحرر -3ATPتحرر ) خطوة االكسدة الثانیة(الخطوة الثالثة-2 \تساوي عدد ذرات الكاربون حررة المت AcetylCoAعدد - یساوي عدد AcetylCoAعدد الدورات الالزمة الكسدة الحامض الشحمي كلیا الى -

1 مطروح من ناتج القسمة 2 \ذرات الكاربون

المعادلة العامة

مض الدھني الناتجة من اكسدة جزیئة الحاAcetylCoA 8فیما یلي المعادلة المعبرة عن االكسدة التامة لل ، في دورة كریس Palmitateال



٣

٣

.كربونذرة 18 التامة لحامض البالمتیك لألكسدة الالزمة ٧عدد الدورات5ATP x7 =الناتجة مقدار الطاقة إذن

= 35ATP – 35ATPالطاقة المصروفة للتنشیط في السایتوبالزم( = مقدار الطاقة المتبقیة 2ATP(

= 33ATP 8= الناتجة Acetyl-CoA ألعدد A= 12ATP في دورة كربس تعطي كل استیل مرافق األكسدةبعد 8X12ATP =األكسدة مقدار الطاقة الناتجة من إذن

= 96ATPATP= 33+96 التامة على ھیئةلألكسدةمجموع الطاقة

= 129ATP Kcal/mol= 129x(-7.5) الطاقة الكلیة على ھیئة

= 967.5Kcal/mol-



٤

٤

Carnitine acyltransferase I Carnitine acyltransferase II

Translocase

Carnitine acyltransferase I Carnitine acyltransferase II

Translocase

Beta Oxidation of Odd Carbon Fatty Acids

CH3CH2CH2--CH2CH2--CH2CH2--CH2CH2--CH2CH2--CH2COSCoA

5 Cycles

5 CH3COSCoA + CH3CH2COSCoA

Propionyl CoA

CO2H

COSCoA

H-C-CH3

CO2H

COSCoA

CH3-C-HHO2CCH 2CH2COSCoA

D-MethylmalonylCoA

L-MethylmalonylCoA

Succinyl CoA

TCA Cycle

Propionyl CoA Carboxylase

ATP/CO2

EpimeraseMutase

Vit. B12



٥

٥

Ketogenesis: Formation of Ketone Bodies

2 CH3COSCoA CH3COCH2COSCoAThiolase

CH3COSCoA

Acetoacetyl CoA

HO2C-CH2-C-CH2COSCoA

OH

CH3

-Hydroxy--methylglutaryl CoA(HMG CoA)

HMG CoASynthase

Cholesterol(in cytosol)

Severalsteps

Ketogenesis(in liver:

mitochon-drial matrix)

See Slide 78

Ketogenesis: Formation of Ketone Bodies (Cont’d.)


OH

CH3

HMG CoA

Acetoacetate

HMG CoAlyase

- CH3COSCoA

- CO2

CH3COCH3Acetone

(volatile)CH3CHCH2CO2

OH

-Hydroxybutyrate

NADH + H+

NAD+

Dehydrogenase

Ketone bodies are important sources of energy, especially in starvation

CH3COCH2CO2



٦

٦

Fatty Acid Synthesis vs. Degradation

Intermediates

Site

Enzymes

RedoxCoenzymes

Synthesis Degradation

Linked to SH in Linked to CoASHProteins

(Acyl Carrier Proteins)

Cytosol Mitochondria

Components of Separate PolypeptidesSingle Peptide

NADP+ / NADPH NAD+ / NADH

-Hydroxybutyrate Acetoacetate Succinyl CoA

SuccinateAcetoacetyl CoA

-Ketoacyl CoAtransferase

2 Acetyl CoA

Thiolase

TCA Cycle

Ketone Bodies As Energy SourcesIn liver

Acetoacetate is major energysource in cardiac muscle and

renal cortex; also in brain instarvation and diabetes

Not found in liver

Combines with oxaloacetate



٧

٧

Complete Oxidation األكسدة التامة ةالمتحرر أنواع الطاقة بین مقارنة :لألغذیة المختلفة األنواعمن

Fatty acid 9Kcal/gاألحماض الشحمة Carbohydrates 4Kcal/gات السكری

Protein 4Kcal/gالبروتین

اكسدة بیتا الحماض الشحمیة االحادیة الكاربون

ذرة كاربون13الحامض الشحمي اعاله متكون من یحتاج لالكسدة التامة خمسة دورات 5الناتج النھائيAcetylCoA + PropionylCoAیتحول الPropionylCoA الى D-MethylmalonylCoA تحت تأثیر انزیم Carboxylase الذي

. ATPالى جزیئة طاقة CO2یحتاج دمج PropionylCoAالى CO2یضیف مجموعة یتحولD-MethylmalonylCoA الى األیزومر L بفعل انزیم Epimerase. لة المستقیمة للعمودي الفقري الكاربوني لمركب بفع تأثیر انزیم تدخل مجموعة المثیل ضمن السلس

Mutase) الذي یستخدم المرافق االنزیمي فیتامینB12 ویتحول المركب L-MethylmalonylCoA الىSuccinylCoA الذي یدخل دورة TCA cycle.

Beta Oxidation of Odd Carbon Fatty Acids

CH3CH2CH2--CH2CH2--CH2CH2--CH2CH2--CH2CH2--CH2COSCoA

5 Cycles

5 CH3COSCoA + CH3CH2COSCoA

Propionyl CoA

CO2H

COSCoA

H-C-CH3

CO2H

COSCoA

CH3-C-HHO2CCH 2CH2COSCoA

D-MethylmalonylCoA

L-MethylmalonylCoA

Succinyl CoA

TCA Cycle

Propionyl CoA Carboxylase

ATP/CO2

EpimeraseMutase

Vit. B12



٨

٨

لشحمیة في لغرض تخلیق الحوامض ا سایتوبالزملالى اAcetyl-CoAكیفیة نقل مجموعة أل الینتقل مباشرتا عبرجدار المایتوكوندریاالى السایتوبالزم AcetylCoAالسایتوبالزم الن ال

:من خالل ھذا المخطط یعمل الستریت بنقلAcetylCoAمن المایتوكوندریا الى السایتوبالزم وذلك من خالل ارنباطAcetylCoAمع ال Oxaloacetateونا الستریت بتاثیر فعل المنج في المایتوكوندریا مك

. Citrate synthaseانزیم یعبر الستریت من حشوة المایتوكوندریا الى السایتوبالزمعبر الجدار المایتوكوندریا الخارجي. یتحلل الستریت بوجودCoAالى OAA و AcetylCoA بفعل انزیم Lyase الذي یحتاج الى

.ATPطاقة اصرة فوسفیت من تحلل جزیئة



٩

٩

یق الحوامض الشحمیةلتخ

من خالل وتكسیرھاالشحمةمقارنة بین تخلیق الحوامض

الوسطیاتالموقعاإلنزیمات واالختزالاألكسدة لتفاعالت اإلنزیمیةالمرافقات

Fatty Acid Biosynthesis

Fatty Acid Synthesis vs. Degradation

Intermediates

Site

Enzymes

RedoxCoenzymes

Synthesis Degradation

Linked to SH in Linked to CoASHProteins

(Acyl Carrier Proteins)

Cytosol Mitochondria

Components of Separate PolypeptidesSingle Peptide

NADP+ / NADPH NAD+ / NADH



١٠

١٠

Fatty Acid Biosynthesis: Formation of Malonyl CoA

CH3COSCoA + ATP + HCO3- -O2CCH2COSCoA

Acetyl CoACarboxylase

+ ADP + Pi + H+

Malonyl CoA

• Committed step in fatty acid synthesis• Reaction is irreversible• Regulation of acetyl CoA carboxylase activity:

by palmitoyl CoA by citrate by insulin

by epinephrine and glucagon• Malonyl CoA inhibits carnitine acyl transferase I

• Blocks beta oxidation



١١

١١



١٢

١٢

Denovo pathway of fatty acid سار الجدید لتخلیق الحوامض الشحمیةالمbiosynthesis



١٣

١٣

:وھيالشحمة المستخدمة كمكافئات اختزالیة في تخلیف الحوامض NADPH ألمصدر مسار الPentose phosphate pathway



١٤

١٤

مسار الMalate الى ال Pyruvate كما في المخطط التالي

العالقة الداخلیة بین الكلوكوز وتخلیق الحامض الشحمي من خالل المخطط التالي

في السایتوبالزم تستخدم الNADH +H+ الناتج من تحلل الكلوكوز Glycolysis في اختزال Malateالى ) AcetylCoAالقادم من المایتوكوندریابعد طرح ال Oxaloacetate (ال

الذي یتحول +NADP باستخدام مكافیئ االكسدة CO2 بعد طرح Pyruvateحول الى الذي یتي عملیات االكسدة في مراحل لتخلیق الحامض . الذي ھو االخر یستخدم ف+NADPH+Hالى

.الشحمي یدخل الPyruvate الى المایتوكوندریا متحوال في دورة كربس الى Citrate الذي یستطیع عبور

.وندریا الى السایتوبالزمجدار المایتوك

Fatty Acid Biosynthesis:Sources of NADPH

Pentose Phosphate Pathway:

NADP+NADPH

+ H+ NADP+

NADPH+ H+

CO2

OH

OHOHOP

O

Ribulose-5-phosphate

CO2-

OH

OHOHOP

HO

6-Phospho-gluconate

CHO

OH

OHOHOP

HO

Glucose-6-phosphate

Malic Enzyme:

HO-CH-CO2-

CH2CO2-Malate

CO2

NADP+

NADPH+ H+

Malic Enzyme

CH3CCO2-

O

Pyruvate



١٥

١٥



١٦

١٦

Fatty Acid Biosynthesis:Chain Elongation (Cont’d)

CH3(CH2)3CH2CO-S-ACPCH3CH2CH2C=CCO-S-ACP

H

H

NADPH+ H+ NADP+

CH3(CH2)13CH2CO-S-ACP

5 Cycles

Palmitoyl ACPCH3(CH2)13CH2CO2

-

PalmitateThioesterase

Fatty Acid Biosynthesis:Chain Elongation

CH3CH2CH2CO-S-ACP -O2CCH2CO-S-ACP+

CH3CH2CH2COCH2CO-S-ACP

CH2CH2CH2CHCH2CO-S-ACP CH3CH2CH2C=CCO-S-ACP

H

H

OH



١٧

١٧

Fatty Acid Biosynthesis:Fatty Acid Synthase

in Animals• Consists of a single polypeptide containing

three distinct domains

• Conducts all steps in fatty acid synthesis except function of acyl CoA carboxylase

Further Processing of Fatty Acids: ElongationCH3(CH2)13CH2COSCoA

Palmitoyl CoA

CH3(CH2)13CH2COCH2COSCoA

CH3(CH2)13CH2CCH2COSCoA

OH

H

NADH + H+

NAD+

Thiolase

Dehydrogenase

L- Configuration

CH3COSCoA

In mitochondria andat surface of

endoplasmic reticulum



١٨

١٨

Further Processing of Fatty Acids: Elongation (Cont’d)

CH3(CH2)13CH2CCH2COSCoA

OH

H

CH3(CH2)13CH2C=CCOSCoA

H

H

- H2O Hydratase

CH3(CH2)13CH2CH2CH2COSCoA

Stearoyl CoA

NADPH + H+

NADP+

Dehydrogenase

Further Processing of Fatty Acids: UnsaturationCH3(CH2)13CH2CH2CH2COSCoA

CH3(CH2)7C=C(CH2)7COSCoA + H2O

H H

Stearoyl CoA

Oleoyl CoA

This reaction occurs in eukaryotesEndoplasmic reticulum membrane

Stearoyl CoADesaturase

O2



١٩

١٩

Cholesterol Biosynthesis: Formation of Mevalonate

2 CH3COSCoA CH3COCH2COSCoAThiolase

CH3COSCoA

Acetoacetyl CoA


OH

CH3

-Hydroxy--methyl-glutaryl CoA (HMG CoA)

HMG CoASynthase

HO2C-CH2-C-CH2CH2OH

OH

CH3

3R-Mevalonic acid

HMGCoAreductase

CoASH NADP + NADPH + H+

Key control stepin cholesterolbiosynthesis

Liver is primary site of cholesterol biosynthesis

Cholesterol Biosynthesis: Processing of Mevalonate

-O2C-CH2-C-CH2CH2OH

OH

CH3

Mevalonate

-O2C-CH2-C-CH2CH2OPOP

CH3

OH

2 Steps

ATP5-Pyrophospho-

mevalonate

CH2=C-CH2CH2OPOP

CH3

- CO2

- H2O

Isopentenylpyrophosphate

CH3-C=CH2CH2OPOP

CH3

Dimethylallylpyrophosphate

Isomerase



٢٠

٢٠

• Widely distributed in nature• Generally contain multiple of 5 carbons:

• Monoterpene; 10 carbons• Sesquiterpene: 15 carbons• Diterpene: 20 carbons

OHOH

Menthol: a monoterpene

Lycopene: a tetraterpene

Cholesterol Biosynthesis:Isoprenoid Condensation

H

OPOP

OPOP

Head

TailHead

Tail

IsopentenylPyrophosphate (IPP)

Dimethylallylpyrophosphate Head to tail

Condensation

OPOP

Geranyl Pyrophosphate (GPP)

OPOP

Farnesyl Pyrophosphate (FPP)

Head to tailcondensation

of IPP and GPP

Tail to tailcondensation

of 2 FPPs

Squalene

Head Tail

Head Tail

Isoprenes

Geranyl transferase

Geranyl transferase

Squalene synthase

Isoprenoids



٢١

٢١

Conversion of Squalene to Cholesterol

O

H +

CH3H3C

CH3

HO

CH3

CH3

CH3

HO

CH3

CH3

RCO2

Squalene

Squalenemonooxygenase

2,3-Oxidosqualenecyclase

Lanosterol

20 Steps

Cholesterol

Acyl-CoA:cholesterol

acyltransferase Cholesterol esters(principal transport form in blood)

O2

Squalene-2,3-epoxide

Transformations of Cholesterol: Steroid Hormones

O

O

O

OH

OHHO

O

CH3

HO

CH3

Cholesterol

Estradiol

Progesterone

Cortisol

O

OH

TestosteroneHO

OH

CH2

HO

OH

OHVitamin D



٢٢

٢٢

Catabolism of lipids نﻮھﺪﻟا ﺮﯿﺴﻜﺗ :ﺔﯿﻧﺎﺜﻟا … · Catabolism of...

Documents

Transcript of Catabolism of lipids نﻮھﺪﻟا ﺮﯿﺴﻜﺗ :ﺔﯿﻧﺎﺜﻟا … · Catabolism of...