مواضيع المحاضرة: FFA synth._ oxida
background image

FATTY 

ACIDS 

Objective: 

Describe  the  pathways  of  fatty 

acids synthesis, oxidations and energy production.                               

Identify  lipogensis  (TG  synthesis)  &  lipolysis  (TG 

degradation)  in  the  liver,  adipose  tissues  and 
muscles 

with 

hormonal 

regulation. 

Illustrate 

ketone 

bodies 

production 

and 

utilization  in  physiological  &  pathological 

conditions like in D M.

  


background image

Fatty 

acids 

synthesis 

Fatty  Acids  (FAs)  are  synthesized  endogenously  by: 
1. De novo synthesis from Acetyl-CoA, mainly the synthesis 
of 

Palmitic 

acid 

C16 

2.  Elongation  system;  synthesis  of  vey  long  FAs  needed  in 
the  CNS  from  the  previously  synthesized  FA  in  de  Novo 

pathway. 

 

De 

novo 

synthesis 

of 

FAs: 

It  occurred  in  the  cytoplasm,  starting  from  Acetyl-CoA  and 
need 

for 

ATP 

and 

NADPH, 

and 

involved: 

 


background image

1.  First  step  is  activated  by  Acetyl-CoA  carboxylase 
(ACC)  enzyme  which  is  the  regulatory  enzyme  of  FAs 

synthesis

 

pathway  

 Acetyl-CoA(C2)  +  CO2  (as  HCO3

-

)+ATP  =  Malonyl-

CoA(C3) 

2.  Malonyl-CoA  (FROM  STEP  1)+  another  molecule  of 
C2(acetyl-CoA) with removal of CO2, results in gaining 
of two carbon fragment and formation of C4 molecule 
(acetoacetyl-CoA).  This  step  is  stimulated  by 
Multienzyme  complex,  the  Fatty  acid  synthase  and 
involved  four  steps  and  needed  for  NADPH,  AND 
repeated several times with 


background image

addition of C2 (from malonyl-CoA) with each turn till 

formation the required FA, the C10, C12, C14,C16, C14, 

C18.

 

 

Acetyl-CoA(C2)+CO2=malonyl-CoA(C3) 
Malonyl-CoA+ C2=C4+CO2 (four steps) 

C4+Malonyl-CoA(C3)=C6+CO2 (four steps) 

C6+C3=C8+CO2 (four steps) 

C8+C3=C10+CO2………..   C16. (four steps) 


background image

NADPH  molecules  are  derived  mainly  from  PPP 
(PENTOSE  PHOSPHATE  PATHWAY)  of  CHO  metabolism 
(which occurred in the cytoplasm) and also from Malic 
acid 

pathway

Regulation 

of 

FA 

synthesis: 

It  regulated  via  the  Acetyl-CoA  carboxylase  enzyme, 
this  enzyme  is  stimulated  by  Citrate  and  inhibited  by 
long chain FA (or long chain acyl-CoA), this regulation of 
enzyme  activity  is  achieved  by  phosphoralation  and 
dephosphoralation  via  cAMP.  Moreover,  the  same 
enzyme  is  stimulated  by  Insulin  and  inhibited  by 
Glucagon  by  their  effects  on  enzyme  gene  expression                                                                                          
(hormonal 

regulation).   

 


background image

FA  synthesis,  Excess  CHO,  and  Obesity:

  You  must  now 

that,  acetyl-CoA  substrate  of  FA  synthesis  is  derived 
from 

CHO:

 

Excess  amount  of  ingested  CHO=  Increased  blood 
glucose=Glycolysis 
(cytoplasm)=Pyruvate(cytoplasm)+in  presence  of  O2= 
Pyruvate (mitochondria) BY PDH enzyme= Acetyl-CoA 
(mitoch.)+ 

oxaloacetate(OxA)=citrate 

Citrate…..CAC…..=ATPs, when the requirement of ATPs 
is achieved by CAC, the ATPs inhibit the ICD enzyme of 
this 

cycle..=accumulation 

of 

citrate 

(mitoch.) 

…=..citrate  (cytoplasm),  here  by  ATP-citrate  Lyase 
enzyme= 

acetyl-CoA+ 

OxA. 

 


background image

By  these  steps  excess  CHO  will  be  converted  into  acetyl-CoA  
in  the  cytoplasm  which  will  be  entered  into  the  FA  pathway 

synthesis. 

So,  excess  CHO  will  leads  to  increased  in  FA  synthesis  ????. 

Synthesized  FAs  in  the  cytoplasm  (as  3Acyl-CoA)+ 
glycerol  (as  glycerol-3-phosphate=TG=VLDL….blood  
transported  mainly  to  sk-M,  CM,  and  adipose  tissues 
for 

uptake 

of 

FFAs. 

In the adipose tissues, the taken FFA will be reacted in 
the form of acyl-CoA WITH glycerol-3-P= TG that stored 
there  with  resultant  increased  the  size  of 
adipocytes=obesity.  


background image

FA 

Oxidations 

These  are  the  pathways  that  deal  with  degradation  of 
FAs in order to produce the ATPs, in other words, they 
are  the  ways  for  utilization  of  body  from  the 
endogenous  and  exogenous  lipid.  They  are  of  several 
types;  alpha,  beta,    and  gamma,  of  which  the  Beta  is 
the 

most 

important 

one 

in 

human.

 

 

In  case  of  dietary  lipids,  liver,  muscles  use  the  lipid  in 
alternative with CHO for energy production. The dietary 
energetic  lipid  is  TG  which  is  firstly  hydrolyzed  into: 
TG    =glycerol+FFA,  which  occurred  in  the  cytoplasm. 
The    produced  FFAs  are  the  lipid  substrates  of  ATPs 

production  

 


background image

Beta-oxidation 

pathway:

 

This  pathway  occurred  in  the  mitochondrial  matrix 
and 

starting 

from 

acyl-CoA 

(for 

example; 

CH3(CH2)14COCoA) 

and 

not 

the 

FFA(CH3(CH2)14COOH).  So,  the  entered  FFA  in  the 
cytoplasm of Muscle for example is (steps of FA Beta-

oxidation):

 

 

1.  activation  of  FFA  (inactive  substance)=acyl-CoA 
(active  substance)  CH3(CH2)14COCoA,  by  thiokinase 
enzyme 

and 

2ATP

 

 


background image

2. the activated acyl-CoA must be transported into the 
mitoch.  across  the  mitoch.membrane  which  only 
occurred  in  the  presence  of  CARNITINE  SHUTTLE 
SYSTEM  with  exception  for  short  chain  FFA(C2-C4)  for 
which the mitochondrial membrane is permeable. This 
SYSTEM 

is 

composed 

of 

:

 

a.

 

Acyl-Carnitine  Transferase  I  (ACTI,  APTI)  located  in 

the 

outer 

mitochondrial 

memebrane

                 

b

.

Translocase  which  spanning  the  inner  mitochondrial 

membrane

 

c

Acyl-Carnitine Transferase (ACT II, APT II) 

and 

 

d

.

  Carnitine  substance. 

CARNITINE  SUBSTANCE  is 

C4 synthesized  endogenously

 


background image

from lysine and metheonine amino acids in the liver 
and    derived  exogenously  from  meat  product,  its 
deficiency  will  lead  to  impairment  of  beta-oxidation 
such  as  in  malnutrition.

 

3.  In  the  matrix  of 

mitochondria,  the  beta-oxidation  take  place  by 
cleavage  of  two-carbon  fragment  from  the  entered 
acyl-CoA  with  each  turn  (each  turn  involved  4  steps 
and 

produced 

reducing 

equivalents 

1NADH+1FADH2=5ATPs).

 

So,  in  case  of  C16=C14+  acetyl-CoA  ,  AND,  then  the 
formed  C14  will  undergoes  the  same  four  steps  and 
produced=C12+  acetyl-CoA+1NADH+1FADH2  ,  and  so 
continued  till  formation  of  C4=2acetyl-CoA.     

 

  

 


background image

The second carbon also named alpha, the C3 is beta, C4 

gamma.

 

                        3    2     1                                     C16: 

CH3…….

CH2CH2COCoA

  Cleavage 

 

                      beta  alpha 

 

between C2(alpha and C3(beta), so the name beta-

oxidation

 

 

c14: CH3..CH2CH2CoA (C12)+Acetyl-CoA

 

 

C12: CH3…CH2CoA(C10)+Acetyl-CoA

 

With production of 1NADH+1FADH2 with each 

cleavage.

 


background image

So  the  number  of  turns=(Number  of  Carbon/2)-1,  for 
C16=(16/2)-1=7x5ATPs=35 ATPs.

 Moreover, the cleaved 

two-carbon is produced as  acetyl-CoA. The number of 
acetyl-CoA  =Number  of  carbon  chain/2=C16/2=8 
acetyl-CoA 

which  entered  in  the  CAC  pathway  and 

produced 12 ATPs(3NADH+1FADH2+GTP), So, 8 Acetyl-
CoAx12  ATPs=96  ATPs. 

Thus  total  produced  ATPs  from 

beta-oxidation of C16=35+96=131 ATPs-2(for activation 

of FFA , RCOOH=RCOCoA,step 1)=129 ATPs. 

 


background image

So,  in  general,  the  number  of  ATPs  produced  from 
Beta-oxidation  only  are=No.  of  turnx5,  while  from 
complete  oxidation  of  FFA  (Beta-oxidation+CAC  for 
produced  acetyl-CoA)=No.  of  turnsx5ATPs+No.  of 
acetyl-CoAx12 ATPs. The entered FFAs in the cytoplasm 
of  muscle  (Sk-M  &  CM)  are  for  production  of  local 
energy.  In  the  liver,  the  control

 

between  the  re-

esterification of the entered FFA in the cytoplasm  with 
formation  of  TG  and  the  mitochondrial  beta-oxidation 
of  FFA  is  very  important  and  regulable  and  the  two 

pathways cannot be proceeded simultaneously.  

 


background image

The  control  is  dependent  on  Nutritional  state:  in  normal 
feeding,  Insulin  secretion  increased  ?=stimulation  of 
acetyl-CoA  carboxylase  enzyme?,  the??=increased  of  FA 
and  TG  synthesis,  while  in  fasting=insulin  decreased  and 
antagonist hormones like glucagon increased ?=decreased 
the  activity  of  enzyme??=inhibition  of  FA  pathway 
synthesis and stimulation of Beta-oxidation pathway.

 

The 

produced FFA from synthesis pathway either 1. In the liver 
and  in  the  feeding  of  normal  meal,  FA  derived  from 
remnant chylomicron will be reesterified with glycerol to 
form  TG=VLDL=  and  transported  to  the  Muscles  and 
adipose 

tissues.

 

 


background image

2.  In  the  fasting  state  &  prolonged  exercise,  uncontrolled  D  M, 
and  lipid  rich  meal,  the  body  will  depend  mainly  on  the  stored 
adipose 

tissue 

TG. 

In 

the 

 

latter state, the stored TG , and under the effect of glucagon, GH, 
ACTH,  TSH…etc,  and  the  absence  of  insulin,  will  be  mobilized 
from 

adipose 

tissue:

 

TG=FFAs+glycerol, by the enzyme Hormone-sensitive(HS-LPL, the 
adipocytes  intracellular  enzyme  which  is  active  only  in  the 
presence of glucagon, adrenaline…..). The released or mobilized 
FFAs  transported  in  the  blood  as  FA-albumin.  The    FAs  will  be 
taken by Muscles and other tissues with exception of RBCs and 
Brain  ??  which  proceeded  them  in  beta-oxidation  for  energy 

production.

 

 


background image

background image

Lipid Metabolism in Fat Cells:

 

Fed State

 

 Insulin

 

 stimulates LPL coated 

 

on the vascular endothelial

 

– increased uptake of FA

 

from chylomicrons and

 

VLDL

 

 stimulates glycolysis

 

– increased glycerol

 

phosphate synthesis

 

– increases esterification

 

– inactivates HSL

 

 

net effect: TG storage

 


background image

Lipid Metabolism in Fat Cells:

 

Starved or Exercising State

 

 Glucagon,

 

epinephrine

 

 activates adenylate

 

cyclase

 

– increases cAMP

 

– activates protein

 

kinase A

 

– activates HSL

 

 net effect: TG

 

mobilization and

 

increased FFA

 


background image

The  regulation  of  Beta  –oxidation  is  at  CAT-I(CPT-I)    of 
Carnitine shuttle system. This enzyme (ACT-I) is stimulated by 
long  chain  FAs  (or  long    chain  acyl-CoA)  and  inhibited  by 
malonyl 

–CoA 

of 

FA 

synthesis 

and 

Insulin. 

 

So, in feeding state , the citrate concentration increased which 
stimulates  acyl-CoA  carboxylase  (enhanced  FA  synthesis 
pathway),  also,  the  malonyl-CoA  the  product  of  acyl-CoA 
carboxylase  is  increased  which  inhibits  CAT-I  and  so  inhibits 
the  B-oxidation  pathway,  the  net:  enhanced  synthesis  of  FAs 
and  inhibition  of  oxidation  pathways.  The  vice  versa  in 
prolonged  Fasting  state  ,  starvation&  prolonged  exercise 
(physiological  conditions)and  uncontrolled  D  M  (pathological 

condition).

 


background image

                                                                                                                     

                                              

 

 


background image

Ketone  bodies:

 

These  are  three  substances, 

acetoactate,  beta-hydroxybutyrate  and  acetone.  They 
are  produced  from  acetyl-CoA  that  are  derived  from 
beta-oxidation  of  FA,  so  their  blood  and  tissues  levels 
are increased in parallel to the blood concentrations of 
FAs.  These  substances  by  themselves  are  not  harmful 
but the produced of H+ with them are the harmful and 
so  prolonged  oxidation  of  FFAs  results  in  increased  of 
ketone  bodies  formation  and  H+  concentration 
(decreased the PH) and the disturbance of body buffer 
system 

which 

if 

not 

treated 

is 

fatal.

 

 


background image

Ketone  bodies  are  synthesized  exclusively  in  the  liver 
(the  two  required  enzymes  HMG-CoA  synthase  and 
lyase are found only in the liver), but are utilized in the 
extrahepatic tissues , the Muscle and brain (which have 
transferase  enzyme  for  activation  of  acetoacetate).

 

In 

feeding state 

blood concentration of ketone bodies are 

increased or decreased?, while in fasting are increased 
or 

decreased?.

 

Although from their associated ion  H+ harmful, ketone 
bodies  are  important  as  alternative  energy  fuel  for 
glucose in the brain in case of starvation and D M when 
the  blood  levels  of  glucose  are  low  or  unutilized, 

respectively. 

 


background image

In  the  latter  cases,  the  brain  will  be  depend  on 
ketone  bodies  for  production  of  ATPs  and  spares 
the  limited  available  glucose  for  RBCs.  Brain 
cannot 

use 

FFAs 

beta-oxidation?.

 

In  starvation:  ketone  bodies  blood  levels 
increased up to 2.5 times after 3 weeks compared 
with 

that 

after 

days 

of 

starvation.

 

Ketonemia:  means  the  increased  blood  levels  of 
ketone bodies. Ketonuria, means the increased of 
urinary  excretion  of  ketone  bodies.  Ketosis 

included both ketonemia and ketonuria

.

 


background image



رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 182 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل