β-окисление жирных кислот: реакции, энергетический выход и клиника

β-окисление — основной путь катаболизма жирных кислот, протекающий в матриксе митохондрий. Каждый цикл укорачивает цепь на 2 углерода, образуя ацетил-КоА, NADH и FADH₂. Это главный источник энергии при голодании, физической нагрузке и для сердечной мышцы.

Подготовка: активация и транспорт в митохондрии

Активация (цитоплазма): жирная кислота + КоА → ацил-КоА (ацил-КоА-синтетаза, −2 ATP эквивалента)
Карнитиновый шаттл (внутренняя мембрана митохондрий):
- КПТ-I (карнитинпальмитоилтрансфераза I) — наружная мембрана: ацил-КоА + карнитин → ацилкарнитин
- Транслоказа — переносит ацилкарнитин через внутреннюю мембрану
- КПТ-II — внутренняя мембрана: ацилкарнитин → ацил-КоА + карнитин

КПТ-I — лимитирующий фермент! Ингибируется малонил-КоА (промежуточный продукт синтеза жирных кислот). Это предотвращает одновременный синтез и окисление.

4 реакции одного цикла β-окисления

№	Реакция	Фермент	Продукт
1	Ацил-КоА → транс-Δ²-еноил-КоА	Ацил-КоА-дегидрогеназа (ФАД)	FADH₂
2	Гидратация → L-β-гидроксиацил-КоА	Еноил-КоА-гидратаза	H₂O добавляется
3	Окисление → β-кетоацил-КоА	β-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназа (НАД⁺)	NADH
4	Тиолиз → ацетил-КоА + укороченный ацил-КоА	Тиолаза (β-кетотиолаза)	Ацетил-КоА

Цикл повторяется (n/2 − 1) раз для насыщенной ЖК с n углеродами.

Энергетический выход

Пример: пальмитат (C16:0):

7 циклов β-окисления → 7 FADH₂ + 7 NADH + 8 ацетил-КоА
8 ацетил-КоА × 10 ATP (через ЦТК) = 80 ATP
7 FADH₂ × 1,5 = 10,5 ATP
7 NADH × 2,5 = 17,5 ATP
Итого: 108 ATP − 2 ATP (активация) = 106 ATP

Для сравнения: глюкоза даёт 30-32 ATP. Жиры — в ~3 раза более энергоёмкий субстрат!

Кетогенез

При избытке ацетил-КоА (голодание, диабет) в печени образуются кетоновые тела:

Ацетоацетат, β-гидроксибутират, ацетон
Транспортируются в кровь → утилизируются мозгом (при длительном голодании), сердцем, мышцами
Накопление → кетоацидоз (метаболический ацидоз + запах ацетона)

Причины кетоацидоза: диабетический (СД 1 типа — дефицит инсулина → нет торможения липолиза), голодание, алкогольный.

Клинические корреляции

Дефицит MCAD (ацил-КоА-дегидрогеназы среднецепочечных) — самая частая наследственная болезнь β-окисления. Гипогликемия + гипокетонемия при голодании (парадокс!), накопление ацилкарнитинов. Скрининг новорождённых
Дефицит карнитина — слабость мышц, кардиомиопатия, гипогликемия. Причины: генетические, гемодиализ, вальпроевая кислота
Синдром Рейе — аспирин у детей → нарушение β-окисления в митохондриях печени → жировая дистрофия печени + энцефалопатия
Сердечная мышца получает 60-90 % энергии из β-окисления ЖК (не из глюкозы!)

Часто задаваемые вопросы

Почему при дефиците MCAD гипогликемия без кетоза?

Нарушение β-окисления → ↓ ацетил-КоА → ↓ кетогенез (нет субстрата) → гипокетонемия. Одновременно: без ацетил-КоА из ЖК печень не может поддерживать глюконеогенез (нет ATP + ↓ ОАА) → гипогликемия. Обычно при голодании кетоны + глюконеогенез компенсируют друг друга; при MCAD — оба пути нарушены.

Чем β-окисление отличается от синтеза жирных кислот?

Окисление: митохондрии, КоА, ФАД/НАД⁺, разрушает 2С-фрагменты. Синтез: цитоплазма, АПБ (ацил-переносящий белок), НАДФН, наращивает 2С-фрагментами (малонил-КоА). Регуляция: КПТ-I ингибируется малонил-КоА → когда идёт синтез, окисление блокировано.

Изучайте биохимию через интерактивные уроки. Связанные темы: цикл Кребса, гликолиз, витамины, аминокислоты.

Связанные инструменты: Уроки: Биохимия

Все статьи блога · Каталог предметов · Клинические калькуляторы