Rozpad kwasów tłuszczowych

Z Rozpad kwasów tłuszczowych służy do generowania energii w komórkach i odbywa się poprzez tak zwane utlenianie beta. W trakcie beta-utleniania powstaje acetylo-koenzym A, który jest dalej rozkładany na dwutlenek węgla i wodę lub zawracany do obiegu kwasu cytrynowego. Zakłócenia rozkładu kwasów tłuszczowych mogą prowadzić do poważnych chorób.

Co to jest rozkład kwasów tłuszczowych?

Oprócz rozkładu glukozy w organizmie, rozkład kwasów tłuszczowych jest ważnym procesem metabolicznym służącym do wytwarzania energii w komórce.

Kwasy tłuszczowe są rozkładane w mitochondriach. Degradacja odbywa się poprzez tak zwane utlenianie beta. Termin „beta” wywodzi się z faktu, że utlenianie zachodzi na trzecim atomie węgla (atomie węgla beta) cząsteczki kwasu tłuszczowego.

Pod koniec cyklu utleniania dwa atomy węgla odszczepiają się w postaci aktywowanego kwasu octowego (acetylo-koenzym A). Ponieważ rozkład kwasu tłuszczowego wymaga kilku cykli utleniania, proces ten był wcześniej znany również jako spirala kwasu tłuszczowego.

Koenzym acetylowy jest dalej rozkładany w mitochondriach na ciała ketonowe lub dwutlenek węgla i wodę. Kiedy wraca do cytoplazmy z mitochondrium, jest ponownie wprowadzany do cyklu kwasu cytrynowego.

Więcej energii jest wytwarzane podczas rozkładu kwasów tłuszczowych niż podczas spalania glukozy.

Funkcja i zadanie

Rozpad kwasów tłuszczowych zachodzi w kilku etapach reakcji i zachodzi w mitochondriach.Przede wszystkim cząsteczki kwasów tłuszczowych znajdują się w cytozolu komórki.

Są to obojętne cząsteczki, które najpierw muszą zostać aktywowane do degradacji i przetransportowane do mitochondriów. Aby aktywować kwas tłuszczowy, przenoszony jest koenzym A z utworzeniem acylo-CoA. Najpierw ATP dzieli się na pirofosforan i AMP. AMP jest następnie używany do tworzenia acylowego AMP (acyloadenylanu).

Po odszczepieniu AMP kwas tłuszczowy można poddać estryfikacji koenzymem A z wytworzeniem acylo-CoA. Następnie, za pomocą enzymu acylotransferazy karnityny I, karnityna jest przenoszona do aktywowanego kwasu tłuszczowego.

Kompleks ten jest transportowany do mitochondrium (macierzy mitochondrialnej) przez transporter karnityny-acylokarnityny (CACT). Tam karnityna jest ponownie odszczepiana i ponownie przenoszony jest koenzym A. Karnityna jest usuwana z macierzy, a acylo-CoA jest dostępny w mitochondrium do faktycznego utleniania beta.

Faktyczne utlenianie beta odbywa się w czterech etapach reakcji. Klasyczne etapy utleniania mają miejsce w przypadku nasyconych kwasów tłuszczowych o parzystej liczbie. W przypadku rozkładu nieparzystych lub nienasyconych kwasów tłuszczowych, początkowa cząsteczka musi być najpierw przygotowana do beta-utleniania poprzez dalsze reakcje.

Acylo-CoA nasyconych kwasów tłuszczowych o parzystych liczbach jest utleniany w pierwszym etapie reakcji za pomocą enzymu dehydrogenazy acylo-CoA. To tworzy podwójne wiązanie między drugim a trzecim atomem węgla w pozycji trans. Ponadto FAD jest konwertowany na FADH2.

Zwykle podwójne wiązania nienasyconych kwasów tłuszczowych znajdują się w pozycji cis, ale następny etap reakcji rozkładu kwasów tłuszczowych może mieć miejsce tylko przy podwójnym wiązaniu w pozycji trans.

W drugim etapie reakcji enzym hydrataza enoilo-CoA dodaje cząsteczkę wody do atomu węgla beta, tworząc grupę hydroksylową. Tak zwana dehydrogenaza L-3-hydroksyacylo-CoA utlenia następnie atom węgla beta do grupy ketonowej. Powstaje 3-ketoacylo-CoA.

W ostatnim etapie reakcji dodatkowy koenzym A wiąże się z atomem węgla beta. Acetylo-CoA (aktywowany kwas octowy) zostaje odszczepiony i pozostaje acylo-CoA, który jest o dwa atomy węgla krótszy. Ta krótsza cząsteczka resztkowa przechodzi przez następny cykl reakcyjny, aż do dalszego rozszczepienia acetylo-CoA.

Proces trwa, aż cała cząsteczka zostanie rozbita na aktywowany kwas octowy. Odwrotny proces do utleniania beta byłby również teoretycznie możliwy, ale nie zachodzi w naturze.

Istnieje inny mechanizm reakcji syntezy kwasów tłuszczowych. W mitochondrium acetylo-CoA jest dalej rozkładany na dwutlenek węgla i wodę lub w ciałach ketonowych z uwolnieniem energii. W przypadku kwasów tłuszczowych o nieparzystych numerach pozostaje na końcu propionylo-CoA z trzema atomami węgla. Ta cząsteczka jest rozkładana w inny sposób.

Gdy nienasycone kwasy tłuszczowe są rozkładane, podwójne wiązania są przekształcane z konfiguracji cis w trans przez określone izomerazy.

Choroby i dolegliwości

Zaburzenia rozkładu kwasów tłuszczowych są rzadkie, ale mogą prowadzić do poważnych problemów zdrowotnych. Niemal zawsze są to choroby genetyczne.

Istnieje odpowiednia mutacja genu dla prawie każdego odpowiedniego enzymu biorącego udział w rozkładzie kwasów tłuszczowych. Na przykład niedobór enzymu MCAD wynika z mutacji genu, która jest dziedziczona w sposób autosomalny recesywny. MCAD jest odpowiedzialny za rozkład średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Objawy obejmują hipoglikemię (niski poziom cukru we krwi), drgawki i częste stany śpiączki. Ponieważ kwasów tłuszczowych nie można tu wykorzystać do wytworzenia energii, spala się zwiększony poziom glukozy. Prowadzi to do hipoglikemii i ryzyka śpiączki.

Ponieważ organizm zawsze musi być zaopatrywany w glukozę do produkcji energii, nie może występować długotrwała abstynencja pokarmowa. W razie potrzeby w ostrym kryzysie należy podać wlew glukozy w dużej dawce.

Ponadto wszystkie miopatie są charakterystyczne dla zaburzeń rozpadu mitochondrialnych kwasów tłuszczowych. Prowadzi to do osłabienia mięśni, zaburzeń metabolizmu wątroby i stanów hipoglikemicznych. Aż 70 procent osób dotkniętych chorobą traci wzrok w ciągu swojego życia.

Poważne choroby występują również, gdy zaburzony jest rozkład nadmiernie długich kwasów tłuszczowych. Te bardzo długołańcuchowe kwasy tłuszczowe nie są rozkładane w mitochondriach, ale w peroksysomach. Tutaj enzym ALDP jest odpowiedzialny za wprowadzenie do peroksysomów. Jednakże, gdy ALDP jest wadliwe, długie cząsteczki kwasów tłuszczowych gromadzą się w cytoplazmie, co prowadzi do poważnych zaburzeń metabolicznych. Atakowane są również komórki nerwowe i istota biała mózgu. Ten typ zaburzeń rozkładu kwasów tłuszczowych prowadzi do objawów neurologicznych, takich jak zaburzenia równowagi, drętwienie, skurcze i niedoczynność nadnerczy.