BETA OKSIDACIJA MAŠČOBNIH KISLIN: KORAKI, REAKCIJE, PROIZVODI, REGULACIJA - BIOLOGIJA - 2025

Beta oksidacija maščobnih kislin je pot katabolizem (razgradnjo) maščobnih kislin, katerih glavna naloga je proizvodnja ali "sproščanje" energije vsebovane v vezi teh molekul.

To pot so odkrili leta 1904 zahvaljujoč poskusom, ki jih je izvedel nemški Franz Knoop, ki je bil sestavljen iz dajanja poskusnim podganam maščobnih kislin, katerih končna metilna skupina je bila spremenjena s fenilno skupino.

Diagram beta oksidacije maščobnih kislin (Vir: Arturo González Laguna prek Wikimedia Commons)

Knoop je pričakoval, da bodo produkti katabolizma teh "analognih" maščobnih kislin sledili poti, ki so podobne poti oksidacije normalnih (nespremenjenih naravnih) maščobnih kislin. Vendar je ugotovil, da obstajajo razlike v izdelkih, pridobljenih kot funkcija števila ogljikovih atomov maščobnih kislin.

S temi rezultati je Knoop predlagal, da se razgradnja zgodi v "korakih", začenši z "napadom" na β ogljik (tisti na položaju 3 glede na terminalno karboksilno skupino), pri čemer se sprostijo delci dveh ogljikovih atomov.

Pozneje se je pokazalo, da postopek zahteva energijo v obliki ATP, ki nastaja v mitohondrijih in da fragmenti dveh ogljikovih atomov vstopijo v Krebsov cikel kot acetil-CoA.

Skratka, beta oksidacija maščobnih kislin vključuje aktiviranje terminalne karboksilne skupine, prevoz aktivirane maščobne kisline v mitohondrijski matriks in dvostopenjsko oksidacijo ogljika z dvema dvema iz karboksilne skupine.

Kot mnogi anabolični in katabolični procesi je tudi ta pot regulirana, saj zasluži mobilizacijo "rezervnih" maščobnih kislin, kadar druge katabolične poti niso zadostne za izpolnitev potreb po celični in telesni energiji.

Koraki in reakcije

Maščobne kisline so v citosolu pretežno ne glede na to, ali prihajajo iz biosintetskih poti ali iz maščob, ki se hranijo iz zaužite hrane (ki mora vstopiti v celice).

- Aktivacija maščobnih kislin in transport do mitohondrijev

Aktiviranje maščobnih kislin zahteva uporabo molekule ATP in je povezano s tvorbo acikio tioesterskih konjugatov s koencimom A.

To aktivacijo katalizira skupina encimov, imenovanih acetil-CoA ligaze, značilne za dolžino verige vsake maščobne kisline. Nekateri od teh encimov aktivirajo maščobne kisline, ko se transportirajo v mitohondrijski matriks, saj so vgrajeni v zunanjo mitohondrijsko membrano.

Aktivacija maščobnih kislin (Vir: Jag123 v angleški Wikipediji prek Wikimedije Commons)

Postopek aktivacije poteka v dveh korakih, pri čemer najprej ustvari acil adenilat iz aktivirane maščobne kisline z ATP, kjer se sprosti molekula pirofosfata (PPi). Karboksilno skupino, ki jo aktivira ATP, nato napadi tiolna skupina koencima A, da nastane acil-CoA.

Premestitev acil-CoA skozi mitohondrijsko membrano doseže transportni sistem, znan kot karnitinski shuttle.

- Beta oksidacija nasičenih maščobnih kislin z enakomernim številom ogljikovih atomov

Razgradnja maščobnih kislin je ciklična pot, saj sproščanju vsakega fragmenta dveh ogljikovih atomov takoj sledi drugi, dokler ne dosežemo celotne dolžine molekule. V tem procesu so naslednje reakcije:

- Dehidriranje.

- Hidratacija dvojne vezi.

- dehidriranje hidroksilne skupine.

- Razdrobljenost z napadom molekule acetil-CoA na β ogljik.

Reakcija 1: prva dehidrogenacija

Sestavljen je iz tvorbe dvojne vezi med α-ogljikom in β-ogljikom z izločanjem dveh vodikovih atomov. Katalizira jo encim acil-CoA dehidrogenaza, ki tvori molekulo trans2-enoil-S-CoA in molekulo FAD + (kofaktor).

Reakciji 2 in 3: hidracija in dehidrogenacija

Hidratacijo katalizira enoil-CoA hidrataza, medtem ko dehidrogenacijo posreduje 3-hidroksiacil-CoA dehidrogenaza, slednja reakcija pa je odvisna od kofaktorja NAD +.

Hidratacija trans2-enoil-S-CoA povzroči 3-hidroksiacil-CoA, katerega dehidrogenacija povzroči molekulo 3-ketoacil-CoA in NADH + H.

FADH2 in NADH, nastala v prvih treh reakcijah beta oksidacije, se ponovno oksidirata prek verige prenosa elektronov, zahvaljujoč kateri sodelujeta pri proizvodnji ATP, 2 molekuli za vsak FADH2 in 3 molekuli za vsak NADH.

Reakcija 4: razdrobljenost

Vsak cikel beta oksidacije, ki odstrani molekulo z dvema ogljikovima atomoma, se konča s "tiolitičnim" cepitvijo keto ogljika, ki ga napadi koencim A na vezi med α in β ogljiki.

To reakcijo katalizira encim β-ketothiolase ali tiolaza, njeni produkti pa so ena molekula acil-CoA (aktivirana maščobna kislina z dvema manj ogljikovimi atomi) in ena acetil-CoA.

- Beta oksidacija nasičenih maščobnih kislin z lihim številom ogljikovih atomov

V maščobnih kislinah z neparnim številom ogljikovih atomov (ki niso zelo obilne) ima molekula zadnjega cikla razgradnje 5 ogljikovih atomov, zato njena fragmentacija povzroči molekulo acetil-CoA (ki vstopi v cikel Krebs) in drugo iz propionil-CoA.

Propionil-CoA mora biti karboksiliran (reakcija odvisna od ATP in bikarbonata) z encimom propionil-CoA karboksilazo, s čimer nastane spojina, znana kot D-metilmalonil-CoA, ki jo je treba epimerizirati do svoje "L" oblike.

Beta oksidacija maščobnih kislin z ličnimi številkami (Vir: Eleska prek Wikimedia Commons)

Spojina, ki nastane pri epimerizaciji, se nato z delovanjem encima L-metilmalonil-CoA mutaze pretvori v sukcinil-CoA, ta molekula pa tudi acetil-CoA vstopi v cikel citronske kisline.

- Beta oksidacija nenasičenih maščobnih kislin

Številni celični lipidi imajo nenasičene verige maščobnih kislin, torej imajo eno ali več dvojnih vezi med svojimi ogljikovimi atomi.

Oksidacija teh maščobnih kislin se nekoliko razlikuje od nasičenih maščobnih kislin, saj sta dva dodatna encima, enoil-CoA izomeraza in 2,4-dienoil-CoA reduktaza, zadolžena za odpravo teh nenasičenosti, tako da te maščobne kisline je lahko substrat za encim enoil-CoA hidratazo.

Beta oksidacija nenasičenih maščobnih kislin (Vir: Hajime7basketball prek Wikimedia Commons)

Enoil-CoA izomeraza deluje na nenasičene maščobne kisline (le z eno nenasičenostjo), medtem ko encim 2,4-dienoil-CoA reduktaza reagira s polinenasičenimi maščobnimi kislinami (z dvema ali več nenasičenimi).

- Beta ekstramitohondrijska oksidacija

Beta oksidacija maščobnih kislin se lahko pojavi tudi znotraj drugih citosolnih organelov, kot so peroksizomi, s to razliko, da se elektroni, ki se prenašajo na FAD +, ne dostavijo v dihalno verigo, temveč neposredno v kisik.

Ta reakcija povzroči vodikov peroksid (kisik se zmanjša), spojino, ki jo izloča encim katalaz, značilen za te organele.

Produkti beta oksidacije

Oksidacija maščobne kisline proizvede veliko več energije kot razpad ogljikovih hidratov. Glavni produkt beta oksidacije je acetil-CoA, proizveden v vsakem koraku cikličnega dela poti, vendar so drugi proizvodi:

- AMP, H + in pirofosfat (PPi), ki nastanejo med aktivacijo.

- FADH2 in NADH, za vsak proizveden acetil-CoA.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, za maščobne kisline z nenavadnimi verigami.

Beta oksidacija palmitinske kisline (Vir: ´Rojinbkht prek Wikimedia Commons)

Če za primer štejemo popolno beta oksidacijo palmitinske kisline (palmitat), maščobne kisline s 16 atomi ogljika, je količina proizvedene energije enakovredna več ali manj 129 molekul ATP, ki prihajajo iz sedmih obratov, ki jih mora opraviti. cikel.

Uredba

Uravnavanje beta oksidacije maščobnih kislin v večini celic je odvisno od razpoložljivosti energije, ki ni vezana le na ogljikove hidrate, ampak tudi na same maščobne kisline.

Živali nadzorujejo mobilizacijo in s tem razgradnjo maščob s pomočjo hormonskih dražljajev, ki jih hkrati nadzirajo molekule, na primer cAMP.

V jetrih, glavnem organu za razgradnjo maščobe, je koncentracija malonil-CoA izjemno pomembna za uravnavanje beta oksidacije; to je prvi substrat, ki sodeluje pri poti biosinteze maščobnih kislin.

Kadar se malonil-CoA kopiči v velikih količinah, spodbuja biosintezo maščobnih kislin in zavira prenašalce mitohondrijev ali azil-karnitin. Ko se njegova koncentracija zmanjša, inhibicija preneha in aktivira se beta oksidacija.

Reference

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemija (3. izd.). San Francisco, Kalifornija: Pearson.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.).
3. Rawn, JD (1998). Biokemija. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
4. Schulz, H. (1991). Beta oksidacija maščobnih kislin. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Ureditev oksidacije maščobne kisline v srcu. Kritični pregled, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oksidacija nenasičenih maščobnih kislin: revidirana pot. TIBS, 403-406.