BETA-OKSIDASJON AV FETTSYRER: TRINN, REAKSJONER, PRODUKTER, REGULERING - BIOLOGI - 2026

Den beta oksideringen av fettsyrene er ruten av katabolisme (degradering) av fettsyrer, har som hovedfunksjon er produksjonen eller "frigjøring" av energien som finnes i båndene av disse molekyler.

Denne ruten ble oppdaget i 1904 takket være eksperimentene utført av den tyske Franz Knoop, som besto av administrering, til eksperimentelle rotter, av fettsyrer hvis endelige metylgruppe var blitt modifisert med en fenylgruppe.

Diagram over beta-oksidasjon av fettsyrer (Kilde: Arturo González Laguna via Wikimedia Commons)

Knoop forventet at katabolismeproduktene til disse "analoge" fettsyrene ville følge veier som ligner på oksidasjonsveien for normale (umodifiserte naturlige) fettsyrer. Imidlertid fant han at det var forskjeller i produktene oppnådd som en funksjon av antall karbonatomer i fettsyrene.

Med disse resultatene foreslo Knoop at nedbrytningen skjedde i "trinn", begynnende med et "angrep" på ß-karbonet (det i stilling 3 i forhold til den terminale karboksylgruppen), og frigjorde fragmenter av to karbonatomer.

Det ble senere vist at prosessen krever energi i form av ATP, som produseres i mitokondriene, og at fragmentene av to karbonatomer kommer inn i Krebs-syklusen som acetyl-CoA.

Kort sagt involverer beta-oksidasjon av fettsyrer aktivering av den terminale karboksylgruppen, transport av den aktiverte fettsyren inn i mitokondriell matriks og to-to-to karbon "trinnvis" oksidasjon fra karboksylgruppen.

I likhet med mange anabole og katabolske prosesser, er denne ruten regulert, siden den fortjener mobilisering av "reserve" fettsyrer når de andre katabolske rutene ikke er tilstrekkelige for å oppfylle krav til celle- og kroppsenergi.

Trinn og reaksjoner

Fettsyrer er hovedsakelig i cytosol, enten de kommer fra biosyntetiske veier eller fra fettforekomster som er lagret fra inntatt mat (som må inn i celler).

- Aktivering av fettsyrer og transport til mitokondriene

Aktivering av fettsyrer krever bruk av et ATP-molekyl og har å gjøre med dannelse av acyltioesterkonjugater med koenzym A.

Denne aktiveringen katalyseres av en gruppe enzymer kalt acetyl-CoA-ligaser som er spesifikke for kjedelengden til hver fettsyre. Noen av disse enzymene aktiverer fettsyrer når de transporteres inn i mitokondriell matrise, ettersom de er innebygd i den ytre mitokondrielle membranen.

Aktivering av fettsyrer (Kilde: Jag123 på engelsk Wikipedia via Wikimedia Commons)

Aktiveringsprosessen skjer i to trinn, hvor man først produserer et acyladenylat fra den aktiverte fettsyren med ATP, hvor et pyrofosfatmolekyl (PPi) frigjøres. Karboksylgruppen aktivert av ATP blir deretter angrepet av tiolgruppen av koenzym A for å danne acyl-CoA.

Translokasjonen av acyl-CoA gjennom mitokondriell membran oppnås ved hjelp av et transportsystem kjent som karnitin-skyttel.

- Beta-oksidasjon av mettede fettsyrer med et jevnt antall karbonatomer

Nedbrytningen av fettsyrer er en syklisk bane, siden frigjøringen av hvert fragment av to karbonatomer umiddelbart blir fulgt av et annet, inntil molekylets fulle lengde når. Reaksjonene som er delaktige i denne prosessen er følgende:

- Dehydrogenering.

- Hydrering av dobbeltbinding.

- Dehydrogenering av en hydroksylgruppe.

- Fragmentering ved angrep av et acetyl-CoA-molekyl på ß-karbonet.

Reaksjon 1: første dehydrogenering

Det består av dannelsen av en dobbeltbinding mellom a-karbon og p-karbon ved å eliminere to hydrogenatomer. Det katalyseres av et enzym acyl-CoA-dehydrogenase, som danner et molekyl av trans∆2-enoyl-S-CoA og et molekyl av FAD + (kofaktor).

Reaksjoner 2 og 3: hydrering og dehydrogenering

Hydrering katalyseres av enoyl-CoA-hydratase, mens dehydrogenering medieres av 3-hydroksyacyl-CoA-dehydrogenase, og sistnevnte reaksjon avhenger av kofaktoren NAD +.

Hydratiseringen av trans∆2-enoyl-S-CoA gir opphav til et 3-hydroksyacyl-CoA, hvis dehydrogenering gir et 3-ketoacyl-CoA-molekyl og et NADH + H.

FADH2 og NADH produsert i de tre første reaksjonene av beta-oksidasjon blir oksydert gjennom elektrontransportkjeden, takket være hvilke de deltar i produksjonen av ATP, 2 molekyler for hver FADH2 og 3 molekyler for hver NADH.

Reaksjon 4: fragmentering

Hver syklus av beta-oksidasjon som fjerner et molekyl med to karbonatomer, ender med den "tiolytiske" spaltingen av keto-karbonet, som angripes av koenzym A ved bindingen mellom α- og β-karbonene.

Denne reaksjonen katalyseres av enzymet ß-ketothiolase eller tiolase, og produktene derav er ett molekyl acyl-CoA (den aktiverte fettsyren med to færre karbonatomer) og ett av acetyl-CoA.

- Beta-oksidasjon av mettede fettsyrer med et odde antall karbonatomer

I fettsyrer med et odde antall karbonatomer (som ikke er veldig rikelig), har molekylet i den siste nedbrytningssyklusen 5 karbonatomer, så dens fragmentering produserer et acetyl-CoA-molekyl (som går inn i syklusen til Krebs) og en annen av propionyl-CoA.

Propionyl-CoA må karboksyleres (reaksjonsavhengig av ATP og bikarbonat) av enzymet propionyl-CoA-karboksylase, og derved danne en forbindelse kjent som D-metylmalonyl-CoA, som må epimeriseres til sin "L" -form.

Beta-oksidasjon av odde nummererte fettsyrer (Kilde: Eleska via Wikimedia Commons)

Forbindelsen som følge av epimerisering blir deretter omdannet til succinyl-CoA ved virkningen av enzymet L-metylmalonyl-CoA-mutase, og dette molekylet, så vel som acetyl-CoA, går inn i sitronsyresyklusen.

- Beta-oksidasjon av umettede fettsyrer

Mange cellulære lipider har umettede fettsyrekjeder, det vil si at de har en eller flere dobbeltbindinger mellom karbonatomer.

Oksidasjonen av disse fettsyrene er litt forskjellig fra mettede fettsyrer, siden to ytterligere enzymer, enoyl-CoA-isomerase og 2,4-dienoyl-CoA-reduktase, har ansvaret for å eliminere disse umettelsene slik at disse fettsyrene kan være et substrat for enzymet enoyl-CoA-hydratase.

Beta-oksidasjon av umettede fettsyrer (Kilde: Hajime7basketball via Wikimedia Commons)

Enoyl-CoA-isomerase virker på umettede fettsyrer (med bare en umettethet), mens enzymet 2,4-dienoyl-CoA-reduktase reagerer med flerumettede fettsyrer (med to eller flere umettede).

- Beta ekstramitokondriell oksidasjon

Beta-oksidasjonen av fettsyrer kan også forekomme inne i andre cytosoliske organeller som peroksisomer, for eksempel med den forskjellen at elektronene som overføres til FAD + ikke blir levert til luftveiene, men direkte til oksygen.

Denne reaksjonen produserer hydrogenperoksyd (oksygen reduseres), en forbindelse som elimineres av katalase-enzymet, spesifikt for disse organellene.

Produkter av beta-oksidasjon

Fettsyreoksidasjon produserer mye mer energi enn karbohydratnedbrytning. Hovedproduktet av beta-oksidasjon er acetyl-CoA produsert i hvert trinn i den sykliske delen av banen, men andre produkter er:

- AMP, H + og pyrofosfat (PPi), produsert under aktivering.

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

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, for odde fettsyrer.

Beta-oksidasjon av palmitinsyre (Kilde: ´Rojinbkht via Wikimedia Commons)

Hvis vi som et eksempel ser på fullstendig beta-oksidasjon av palmitinsyre (palmitat), en fettsyre med 16 karbonatomer, tilsvarer mengden energi som produseres tilsvarer mer eller mindre 129 molekyler ATP, som kommer fra de 7 svingene den må fullføre syklusen.

Regulering

Regulering av fettsyre beta-oksidasjon i de fleste celler er avhengig av energitilgjengelighet, ikke bare relatert til karbohydrater, men også til fettsyrene i seg selv.

Dyr kontrollerer mobiliseringen og derfor nedbrytningen av fett gjennom hormonelle stimuli, som samtidig styres av molekyler som for eksempel cAMP.

I leveren, det viktigste organet for nedbrytning av fett, er konsentrasjonen av malonyl-CoA ekstremt viktig for regulering av beta-oksidasjon; dette er det første underlaget som er involvert i fettsyrens biosyntesevei.

Når malonyl-CoA akkumuleres i store proporsjoner, fremmer det fettsyrebiosyntese og hemmer mitokondriell transportør eller acyl-karnitin-skyttelen. Når konsentrasjonen avtar, opphører hemming og beta-oksidasjon aktiveres.

referanser

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokjemi (3. utg.). San Francisco, California: Pearson.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger prinsipper for biokjemi. Omega Editions (5. utg.).
3. Rawn, JD (1998). Biokjemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publisher.
4. Schulz, H. (1991). Beta-oksidasjon av fettsyrer. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Regulering av fettsyre oksidasjon i hjertet. Kritisk gjennomgang, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oksidasjon av umettede fettsyrer: en revidert vei. TIBS, 403-406.