Однако у жвачных животных выявлен недостаток цитрат-лиазы, а поэтому они не способны использовать глюкозу для синтеза жирных кислот. Жвачные активно для синтеза жирных кислот молока используют уксусную кислоту, образующуюся в рубце из полисахаров. На первом этапе биосинтеза жирной кислоты происходит взаимодействие ацетилКоА со специальным ацетилпереносящим белком (HS-AПБ):
СН3–СО–S-КоА + HS-АПБ → СН3–СО–АПБ + HS-КоА
Ацетил-КоА Ацетил-АПБ
Полученная молекула ацетил-АПБ далее взаимодействует с молекулой малонил-КоА, которая образуется в результате карбоксилирования ацетил-КоА с участием АТФ и биотинсодержащего фермента – ацетил-КоА-карбоксилазы:
СН3–СО–S-КоА + АТФ + СО2 → НООС–СН2–СО–S-КоА + АДФ + Фн Малонил-КоА
Ацетил-КоА-карбоксилаза является ферментом, который лимитирует скорость синтеза жирной кислоты. Отметим, что инсулин стимулирует синтез жирной кислоты, активируя карбоксилазу, тогда как адреналин и глюкагон имеют обратный эффект. Последовательное объединение 8 молекул ацетил-КоА при участии малонил-КоА приводит к получению пальмитиновой кислоты (С 16:0). Донором атомов водорода для гидрогенизации непредельных связей получаемых кислот является кофермент НАДФН2, образующийся в реакциях пентозо-фосфатного пути. Для синтеза одной молекулы пальмитиновой кислоты необходимо затратить 7 молекул АТФ, 14 молекул НАДФН2. Следовательно, синтез жирной кислоты в клетке является энергетически дорогостоящим процессом.
Эпителиальные клетки молочной железы содержат уникальный фермент тиоэстеразу, при участии которого происходит синтез жирных кислот жиров молока, включающих 8, 10, 12 атомов углерода. Молоко жвачных содержит также до 8% низкомолекулярных кислот, таких как капроновая и масляная. Молоко жвачных включает также небольшое число разветвленных жирных кислот и кислот с нечетным числом атомов углерода, поступающих из пищеварительного тракта животного.
Около 70% глицерина жиров молока синтезируются в молочной железе из глюкозы. Активированные жирные кислоты (в форме ацилКоА) поступают на синтез триглицеридов молока. Свежее молоко содержит очень низкую концентрацию свободных жирных кислот. При повышении концентрации свободных жирных кислот молоко приобретает прогорклый запах. Жир в составе молока коровы находится в форме жировых шариков (1–3 мкм в диаметре), представляющих собой комплекс жира с белком.
В ранний период лактации при недостатке энергии питательных веществ рациона организм коровы мобилизует для синтеза жиров молока жирные кислоты из жировой ткани. При этом значительный распад жирных кислот приводит к получению большого количества молекул ацетил-КоА, часть из которых поступает на синтез кетоновых тел. Кетонемия вызывает снижение синтез пропионовой и уксусной кислот в рубце жвачных животных. В свою очередь снижение синтеза пропионата приводит к снижению активности глюконеогенеза, а недостаток ацетата вызывает снижение синтеза жиров молока. В результате отмечают снижение живой массы дойных коров.
Молочный сахар – лактоза (С12Н22О11), состоит из галактозы и глюкозы и синтезируется исключительно в аппарате Гольджи молочных эпителиальных клеток железы. Предшественником синтеза молекул лактозы у жвачных является глюкоза крови. Специальный глюкозотранспортирующий белок облегчает перенос глюкозы сквозь мембраны аппарата Гольджи. Синтез лактозы осуществляется под контролем лактозо-синтазы, димерного комплекса, включающего два белка: альфалактальбумин и галактозилтрансферазу. Галактозилтрансфераза присутствует во всех клетках животного и обычно обеспечивает внедрение галактозы в гликопротеины. В период беременности пролактин индуцирует продукцию альфа-лактальбумина клетками молочной железы. Альфа-лактальбумин – белок, включающий в своей структуре 123 аминокислотных остатков. В комплексе с галактозилтрансферазой он формирует лактозо-синтазу, обеспечивающую синтез лактозы. Этот процесс, в котором главную роль играет глюкоза, можно представить в виде ряда последовательных реакций:
Глюкоза + АТФ → глюкозо-1-фосфат + АДФ
Глюкозо-1-фосфат + УТФ → УДФ-глюкоза + пирофосфат
УДФ-глюкоза → УДФ-галактоза
УДФ-галактоза + глюкозо-1-фосфат → лактозо-1-фосфат + УДФ
Лактозо-1-фосфат → лактоза + Н3РО4
УДФ-галактоза имеет две связи, богатые энергией. При присоединении глюкозы образующаяся молекула лактозы теряет одну связь, богатую энергией в форме УДФ.
Лактоза активно синтезируется в молочной железе у крупного рогатого скота из пропионовой кислоты. В начале лактации гормон пролактин индуцирует синтез альфа-лактальбумина, что в свою очередь стимулирует продукцию лактозы.
Если происходит падение концентрации глюкозы в плазме крови ниже определенного уровня, то секреция лактозы будет прекращена. Лактирующие жвачные часто испытывают недостаток глюкозы при высокой молочной продукции. 60–70% глюкозы плазмы используется на синтез лактозы, 20–30% глюкозы затрачивается на получение НАДФН для синтеза жирных кислот молока, а небольшое количество глюкозы идет на получение глицерофосфата, используемого при этерификации жирных кислот. При этом только следовые количества глюкозы крови жвачных окисляются на синтез АТФ.
Отметим, что в тонком кишечнике новорожденных телят лактоза молока гидролизуется ферментом лактазы на свободные молекулы глюкозы и галактозы. Последняя может быть использована на различные цели, включая синтез ганглиозидов развивающегося мозга. Пик активности лактазы кишечника отмечается в первое время после рождения телят.
Молоко является прекрасной средой для роста и развития различных видов бактерий, вызывающих брожение лактозы. В частности, молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями, включая некоторые виды Lactobacillus, под влиянием ферментов которых молекула лактозы с участием воды распадается на четыре молекулы молочной кислоты. Это брожение является основой для получения ряда молочнокислых продуктов для питания человека.
Пропионовокислое брожение вызывается пропионовокислыми бактериями. При этом виде брожения молочная кислота распадается с образованием пропионовой, уксусной кислот, СО2 и Н2О. Этот вид брожения используют при производстве сыров.
Спиртовое брожение протекает под влиянием отдельных видов
дрожжей:
С12Н22О11 + Н2О → 2С2Н12О6 → 2С2Н5ОН + 2СО2
Лактоза Глюкоза Этанол
Спиртовое брожение в таких молочных продуктах, как кумыс, кефир и другие, протекает обычно вместе с молочнокислым. Поэтому молоко становится кислым, накапливает спирт и углекислоту, которая делает продукт бродящим. Отметим, что кефир обычно приготавливают из коровьего молока путем внесения в молоко закваски кефирных грибков. В зависимости от продолжительности брожения получают слабый (односуточный) кефир с количеством спирта не более 0,1% или крепкий кефир (0,5% спирта).
У млекопитающих с простым желудком важнейшим предшественником для синтеза жирных кислот является глюкоза. У жвачных животных наиболее важными предшественниками являются ацетат, образующийся в рубце, и бета-гидроксибутират стенки рубца. В синтезе жирных кислот молока различают три этапа: образование ацетил-КоА,
178
