БЕТА ОКСИДАЦИЈА МАСНИХ КИСЕЛИНА: КОРАЦИ, РЕАКЦИЈЕ, ПРОИЗВОДИ, РЕГУЛАЦИЈА - БИОЛОГИЈА - 2025

Бета оксидација масних киселина је траса катаболизма (разградње) масних киселина, чија главна функција је производња или "ослобађање" енергије садржана у обвезницама ових молекула.

Ова рута откривена је 1904. године захваљујући експериментима које је извео Немац Франз Кнооп, а који се састојао од примене масним киселинама експерименталним пацовима, чија је коначна метил група измењена са фенил групом.

Дијаграм бета оксидације масних киселина (Извор: Артуро Гонзалез Лагуна виа Викимедиа Цоммонс)

Кнооп је очекивао да ће продукти катаболизма ових „аналогних“ масних киселина следити путеве сличне путу оксидације нормалних (немодификованих природних) масних киселина. Међутим, открио је да постоје разлике у производима добијеним као функција броја угљених атома масних киселина.

Уз ове резултате, Кнооп је предложио да се деградација деси у "корацима", почевши од "напада" на β угљеника (онај на положају 3 у односу на терминалну карбоксилну групу), ослобађајући фрагменте два атома угљеника.

Касније је показано да процес захтева енергију у облику АТП-а, који се производи у митохондријама и да фрагменти два атома угљеника улазе у Кребсов циклус као ацетил-ЦоА.

Укратко, бета оксидација масних киселина укључује активирање терминалне карбоксилне групе, транспорт активиране масне киселине у митохондријски матрикс и двостепену оксидацију угљеника "по два" из карбоксилне групе.

Као и многи анаболички и катаболички процеси, и овај пут је регулисан, јер заслужује мобилизацију „резервних“ масних киселина када остали катаболички путеви нису довољни да одговоре на ћелијске и телесне потребе за енергијом.

Кораци и реакције

Масне киселине претежно се налазе у цитосолу, било да потичу из биосинтетских путева или из масних наслага које се чувају из унесене хране (која мора ући у ћелије).

- Активација масних киселина и транспорт до митохондрија

Активација масних киселина захтева употребу АТП молекула и везе са формирањем азил-тиоестерских коњугата с коензимом А.

Ову активацију катализује група ензима названа ацетил-ЦоА лигаза специфична за дужину ланца сваке масне киселине. Неки од ових ензима активирају масне киселине док се транспортују у митохондријски матрикс, јер су уграђени у спољну митохондријску мембрану.

Активација масних киселина (Извор: Јаг123 на енглеској Википедији путем Викимедиа Цоммонса)

Процес активације одвија се у два корака, прво стварајући ацил аденилат из активиране масне киселине са АТП-ом, при чему се ослобађа молекул пирофосфата (ППи). Карбоксилну групу активирану АТП-ом тада напада тиолна група коензима А да би формирала ацил-ЦоА.

Транслокација ацил-ЦоА кроз митохондријску мембрану се постиже транспортним системом познатим као карнитински шатл.

- Бета оксидација засићених масних киселина са уједначеним бројем угљених атома

Разградња масних киселина је циклички пут, јер ослобађање сваког фрагмента два атома угљеника одмах следи други, све док се не постигне пуна дужина молекула. Реакције које учествују у овом процесу су следеће:

- Дехидрогенација.

- Хидратација двоструке везе.

- Дехидрогенација хидроксилне групе.

- Фрагментација нападом молекула ацетил-ЦоА на β угљеник.

Реакција 1: прва дехидрогенација

Састоји се од стварања двоструке везе између а-угљеника и β-угљеника елиминацијом два атома водоника. Каталитује га ензим ацил-ЦоА дехидрогеназа, који формира молекул транс-2-еноил-С-ЦоА и молекул ФАД + (кофактор).

Реакције 2 и 3: хидратација и дехидрогенација

Хидратација катализује еноил-ЦоА хидратаза, док дехидрогенација посредује 3-хидроксиацил-ЦоА дехидрогеназа, а последња реакција зависи од кофактора НАД +.

Хидратација транс2-еноил-С-ЦоА доводи до 3-хидроксиацил-ЦоА, чија дехидрогенација ствара 3-кетоацил-ЦоА молекул и НАДХ + Х.

ФАДХ2 и НАДХ произведени у прве три реакције бета оксидације се поново оксидују кроз транспортни ланац електрона, захваљујући чему учествују у производњи АТП-а, 2 молекула за сваки ФАДХ2 и 3 молекула за сваки НАДХ.

Реакција 4: фрагментација

Сваки циклус бета оксидације који уклања молекулу са два атома угљеника завршава се „тиолитичким“ цепањем кето угљеника, који напада коензим А на вези између а и β угљеника.

Ову реакцију катализује ензим β-кетотхиоласе или тиолаза, а њени продукти су један молекул ацил-ЦоА (активирана масна киселина са два мање атома угљеника) и један од ацетил-ЦоА.

- Бета оксидација засићених масних киселина са непарним бројем атома угљеника

У масним киселинама са непарним бројем атома угљеника (који нису веома обилни), молекул последњег циклуса разградње има 5 атома угљеника, па његова фрагментација производи ацетил-ЦоА молекул (који улази у циклус Кребс) и још једног од пропионил-ЦоА.

Пропионил-ЦоА мора бити карбоксилиран (реакција зависи од АТП-а и бикарбоната) ензим пропионил-ЦоА карбоксилаза, стварајући тако једињење познато као Д-метилмалонил-ЦоА, које мора бити епимеризирано до свог „Л“ облика.

Бета оксидација непарних масних киселина (Извор: Елеска преко Викимедиа Цоммонс)

Једињење које настаје епимеризацијом затим се претвара у сукцинил-ЦоА дејством ензима Л-метилмалонил-ЦоА мутазе, а овај молекул, као и ацетил-ЦоА, улази у циклус лимунске киселине.

- Бета оксидација незасићених масних киселина

Многи ћелијски липиди имају незасићене ланце масних киселина, то јест имају једну или више двоструких веза између својих атома угљеника.

Оксидација ових масних киселина је мало другачија од оне засићених масних киселина, јер су два додатна ензима, еноил-ЦоА изомераза и 2,4-диеноил-ЦоА редуктаза, задужени за уклањање ових незасићености, тако да ове масне киселине може бити супстрат за ензим еноил-ЦоА хидратаза.

Бета оксидација незасићених масних киселина (Извор: Хајиме7баскетбалл преко Викимедиа Цоммонс)

Еноил-ЦоА изомераза делује на мононезасићене масне киселине (са само једном незасићеношћу), док ензим 2,4-диеноил-ЦоА редуктаза реагује са полинезасићеним масним киселинама (са две или више незасићења).

- Бета екстрамитохондријска оксидација

Бета оксидација масних киселина може се догодити и унутар других цитосолних органела попут пероксисома, на пример, с разликом што се електрони који се преносе у ФАД + не достављају у респираторни ланац, већ директно кисеонику.

Овом реакцијом настаје водоник пероксид (смањује се кисеоник), једињење које се елиминише ензимом каталазе, специфичним за ове органеле.

Производи бета оксидације

Оксидација масне киселине ствара много више енергије од разградње угљених хидрата. Главни производ бета оксидације је ацетил-ЦоА произведен у сваком кораку цикличког дела пута, међутим, остали производи су:

- АМП, Х + и пирофосфат (ППи), настали током активације.

- ФАДХ2 и НАДХ, за сваки произведени ацетил-ЦоА.

- Суццинил-ЦоА, АДП, Пи, за неланчане масне киселине.

Бета оксидација палмитинске киселине (Извор: ´Ројинбкхт виа Викимедиа Цоммонс)

Ако као пример узмемо потпуну бета оксидацију палмитинске киселине (палмитат), масне киселине са 16 атома угљеника, количина произведене енергије је еквивалентна више или мање 129 молекула АТП-а, који долазе од 7 окрета које мора да заврши. циклус.

Регулација

Регулација бета оксидације масних киселина у већини ћелија зависи од енергетске доступности, не само за угљене хидрате, већ и за саме масне киселине.

Животиње контролирају мобилизацију и, према томе, разградњу масти помоћу хормоналних подражаја, које истовремено контролирају молекули, попут цАМП-а, на примјер.

У јетри, главном органу разградње масти, концентрација малонил-ЦоА је изузетно важна за регулацију бета оксидације; ово је први супстрат који је укључен у пут биосинтезе масних киселина.

Када се малонил-ЦоА акумулира у великим пропорцијама, он поспјешује биосинтезу масних киселина и инхибира митохондријални транспортер или азил-карнитински шатл. Када се његова концентрација смањи, инхибиција престаје и активира се бета оксидација.

Референце

1. Матхевс, Ц., ван Холде, К., & Ахерн, К. (2000). Биохемија (3. изд.). Сан Франциско, Калифорнија: Пеарсон.
2. Нелсон, ДЛ и Цок, ММ (2009). Лехнингерови принципи биохемије. Омега издања (5. изд.).
3. Равн, ЈД (1998). Биохемија. Бурлингтон, Масачусетс: Неил Паттерсон Публисхерс.
4. Сцхулз, Х. (1991). Бета оксидација масних киселина. Биоцхимица ет Биопхисица Ацта, 1081, 109–120.
5. Сцхулз, Х. (1994). Регулација оксидације масне киселине у срцу. Критички осврт, 165–171.
6. Сцхулз, Х., Кунау, В. (1987). Бета-оксидација незасићених масних киселина: ревидирани пут. ТИБС, 403-406.