BETA-OXIDATION AF FEDTSYRER: TRIN, REAKTIONER, PRODUKTER, REGULERING - BIOLOGI - 2025

Den beta-oxidation af fedtsyrer er pathway katabolisme (nedbrydning) af fedtsyrer, hvis vigtigste funktion er at lave eller "frigivelse" af energien i bindingerne af disse molekyler.

Denne rute blev opdaget i 1904 takket være de eksperimenter, der blev udført af den tyske Franz Knoop, der bestod af administration til eksperimentelle rotter af fedtsyrer, hvis endelige methylgruppe var blevet modificeret med en phenylgruppe.

Diagram over beta-oxidation af fedtsyrer (Kilde: Arturo González Laguna via Wikimedia Commons)

Knoop forventede, at katabolismeprodukterne af disse "analoge" fedtsyrer skulle følge veje, der svarer til oxidationsvejen for normale (umodificerede naturlige) fedtsyrer. Han fandt imidlertid, at der var forskelle i produkterne opnået som en funktion af antallet af carbonatomer i fedtsyrerne.

Med disse resultater foreslog Knoop, at nedbrydningen fandt sted i "trin", begyndende med et "angreb" på p-carbonet (det i position 3 med hensyn til den terminale carboxylgruppe), hvorved fragmenter af to carbonatomer frigives.

Det blev senere vist, at processen kræver energi i form af ATP, der produceres i mitokondrierne, og at fragmenterne af to carbonatomer kommer ind i Krebs-cyklussen som acetyl-CoA.

Kort sagt involverer beta-oxidation af fedtsyrer aktivering af den terminale carboxylgruppe, transport af den aktiverede fedtsyre ind i mitochondrial matrix og to-efter-to carbon "trinvis" oxidation fra carboxylgruppen.

Som mange anabolske og katabolske processer er denne rute reguleret, da den fortjener mobilisering af "reserve" fedtsyrer, når de andre katabolske ruter ikke er tilstrækkelige til at imødekomme krav til celle- og kropsenergi.

Trin og reaktioner

Fedtsyrer findes overvejende i cytosol, uanset om de kommer fra biosyntetiske veje eller fra fedtforekomster, der opbevares fra indtaget mad (som skal ind i celler).

- Aktivering af fedtsyrer og transport til mitokondrier

Aktivering af fedtsyrer kræver anvendelse af et ATP-molekyle og har at gøre med dannelsen af ​​acylthioesterkonjugater med coenzym A.

Denne aktivering katalyseres af en gruppe enzymer kaldet acetyl-CoA-ligaser, der er specifikke for kædelængden af ​​hver fedtsyre. Nogle af disse enzymer aktiverer fedtsyrer, når de transporteres ind i mitochondrial matrix, da de er indlejret i den ydre mitochondriale membran.

Aktivering af fedtsyrer (Kilde: Jag123 på engelsk Wikipedia via Wikimedia Commons)

Aktiveringsprocessen forekommer i to trin, hvor man først frembringer et acyladenylat fra den aktiverede fedtsyre med ATP, hvor et pyrophosphatmolekyle (PPi) frigøres. Carboxylgruppen aktiveret af ATP angreb derefter af thiolgruppen af ​​coenzym A til dannelse af acyl-CoA.

Omplacering af acyl-CoA gennem den mitochondriale membran opnås ved hjælp af et transportsystem kendt som carnitin-shuttle.

- Betaoxidation af mættede fedtsyrer med et jævnt antal carbonatomer

Nedbrydning af fedtsyrer er en cyklisk bane, da frigivelsen af ​​hvert fragment af to carbonatomer umiddelbart efterfølges af en anden, indtil molekylets fulde længde når. Reaktionerne, der deltager i denne proces, er følgende:

- Dehydrogenering.

- Hydrering af dobbeltbinding.

- Dehydrogenering af en hydroxylgruppe.

- Fragmentering ved angreb af et acetyl-CoA-molekyle på ß-carbonet.

Reaktion 1: første dehydrogenering

Det består af dannelsen af ​​en dobbeltbinding mellem a-carbon og ß-carbonet ved at eliminere to hydrogenatomer. Det katalyseres af en enzym acyl-CoA dehydrogenase, der danner et molekyle af trans∆2-enoyl-S-CoA og et molekyle af FAD + (cofactor).

Reaktion 2 og 3: hydrering og dehydrogenering

Hydrering katalyseres af enoyl-CoA-hydratase, medens dehydrogenering medieres af 3-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase, og sidstnævnte reaktion afhænger af cofaktoren NAD +.

Hydratiseringen af ​​trans∆2-enoyl-S-CoA giver anledning til en 3-hydroxyacyl-CoA, hvis dehydrogenering producerer et 3-ketoacyl-CoA-molekyle og et NADH + H.

FADH2 og NADH produceret i de første tre reaktioner med beta-oxidation reoxideres gennem elektrontransportkæden, takket være hvilke de deltager i produktionen af ​​ATP, 2 molekyler for hver FADH2 og 3 molekyler for hver NADH.

Reaktion 4: fragmentering

Hver cyklus med beta-oxidation, der fjerner et molekyle med to carbonatomer, ender med den "thiolytiske" spaltning af keto-carbonet, som angribes af coenzym A ved bindingen mellem α- og β-kulstof.

Denne reaktion katalyseres af enzymet ß-ketothiolase eller thiolase, og dets produkter er et molekyle acyl-CoA (den aktiverede fedtsyre med to færre carbonatomer) og en af ​​acetyl-CoA.

- Betaoxidation af mættede fedtsyrer med et ulige antal carbonatomer

I fedtsyrer med et ulige antal carbonatomer (som ikke er meget rigelige) har molekylet i den sidste nedbrydningscyklus 5 carbonatomer, så dets fragmentering producerer et acetyl-CoA-molekyle (som kommer ind i cyklussen for Krebs) og en anden af ​​propionyl-CoA.

Propionyl-CoA skal carboxyleres (reaktion afhængig af ATP og bicarbonat) af enzymet propionyl-CoA-carboxylase, hvorved der dannes en forbindelse kendt som D-methylmalonyl-CoA, som skal epimeriseres til dens "L" -form.

Beta-oxidation af ulige numre fedtsyrer (Kilde: Eleska via Wikimedia Commons)

Forbindelsen, der er resultatet af epimerisering, omdannes derefter til succinyl-CoA ved virkningen af ​​enzymet L-methylmalonyl-CoA-mutase, og dette molekyle såvel som acetyl-CoA indgår i citronsyrecyklus.

- Betaoxidation af umættede fedtsyrer

Mange cellulære lipider har umættede fedtsyrekæder, dvs. de har en eller flere dobbeltbindinger mellem deres carbonatomer.

Oxidationen af ​​disse fedtsyrer er lidt forskellig fra mættede fedtsyrer, da to yderligere enzymer, enoyl-CoA-isomerase og 2,4-dienoyl-CoA-reduktase, er ansvarlige for at eliminere disse umættelser, så disse fedtsyrer kan være et substrat for enzymet enoyl-CoA-hydratase.

Betaoxidation af umættede fedtsyrer (Kilde: Hajime7basketball via Wikimedia Commons)

Enoyl-CoA-isomerase virker på enumættede fedtsyrer (med kun en umættelse), i mellemtiden reagerer enzymet 2,4-dienoyl-CoA-reduktase med flerumættede fedtsyrer (med to eller flere umættede).

- Beta ekstramitokondrial oxidation

Beta-oxidation af fedtsyrer kan også forekomme i andre cytosoliske organeller, såsom peroxisomer, for eksempel med den forskel, at elektronerne, der overføres til FAD +, ikke leveres til luftvejskæden, men direkte til ilt.

Denne reaktion producerer hydrogenperoxid (oxygen reduceres), en forbindelse, der elimineres af katalaseenzymet, der er specifikt for disse organeller.

Produkter af beta-oxidation

Fedtsyreoxidation producerer meget mere energi end kulhydratnedbrydning. Hovedproduktet af beta-oxidation er acetyl-CoA produceret i hvert trin i den cykliske del af stien, men andre produkter er imidlertid:

- AMP, H + og pyrophosphat (PPi), produceret under aktivering.

- FADH2 og NADH, for hver produceret acetyl-CoA.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, til ulige kædefedtsyrer.

Beta-oxidation af palmitinsyre (Kilde: ´Rojinbkht via Wikimedia Commons)

Hvis vi som et eksempel betragter den komplette beta-oxidation af palmitinsyre (palmitat), en fedtsyre med 16 carbonatomer, svarer mængden af ​​produceret energi til mere eller mindre 129 molekyler ATP, der kommer fra de 7 omdrejninger, den skal afslutte cyklus.

Regulering

Regulering af fedtsyre beta-oxidation i de fleste celler afhænger af energitilgængelighed, ikke kun relateret til kulhydrater, men også til fedtsyrerne i sig selv.

Dyr kontrollerer mobiliseringen og derfor nedbrydningen af ​​fedt gennem hormonelle stimuli, som på samme tid styres af molekyler som fx cAMP.

I leveren, det vigtigste fedtnedbrydningsorgan, er koncentrationen af ​​malonyl-CoA ekstremt vigtig for reguleringen af ​​beta-oxidation; dette er det første substrat, der er involveret i fedtsyrens biosyntesevej.

Når malonyl-CoA akkumuleres i store proportioner, fremmer det fedtsyrebiosyntesen og hæmmer mitokondriltransportøren eller acyl-carnitin-shuttle. Når dens koncentration falder, ophører hæmningen, og beta-oxidation aktiveres.

Referencer

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemi (3. udg.). San Francisco, Californien: Pearson.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).
3. Rawn, JD (1998). Biokemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson forlag.
4. Schulz, H. (1991). Beta-oxidation af fedtsyrer. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109-120.
5. Schulz, H. (1994). Regulering af fedtsyreoxidation i hjertet. Kritisk gennemgang, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oxidation af umættede fedtsyrer: en revideret vej. TIBS, 403-406.