BETAOXIDATION AV FETTSYROR: STEG, REAKTIONER, PRODUKTER, REGLERING - BIOLOGI - 2025

Den beta oxidation av fettsyror är sträckningen av katabolism (nedbrytning) av fettsyror, vars huvudsakliga funktion är att framställa eller "release" av den energi som finns i banden av dessa molekyler.

Denna väg upptäcktes 1904 tack vare de experiment som utfördes av den tyska Franz Knoop, som bestod i administrering, till experimentella råttor, av fettsyror vars slutliga metylgrupp hade modifierats med en fenylgrupp.

Diagram över beta-oxidation av fettsyror (Källa: Arturo González Laguna via Wikimedia Commons)

Knoop förväntade sig att katabolismprodukterna av dessa "analoga" fettsyror skulle följa vägar som liknar oxidationsvägen för normala (omodifierade naturliga) fettsyror. Men han fann att det fanns skillnader i de produkter som erhölls som en funktion av antalet kolatomer i fettsyrorna.

Med dessa resultat föreslog Knoop att nedbrytningen inträffade i "steg", med början med ett "angrepp" på p-kolet (det i position 3 med avseende på den terminala karboxylgruppen), vilket frigav fragment av två kolatomer.

Det visades senare att processen kräver energi i form av ATP, som produceras i mitokondrierna och att fragmenten av två kolatomer kommer in i Krebs-cykeln som acetyl-CoA.

Kort sagt involverar beta-oxidation av fettsyror aktivering av den terminala karboxylgruppen, transport av den aktiverade fettsyran in i mitokondrial matris och två-vid-två kol "stegad" oxidation från karboxylgruppen.

Liksom många anabola och kataboliska processer regleras denna väg, eftersom den förtjänar mobilisering av "reservfettsyror" när de andra kataboliska vägarna inte är tillräckliga för att möta kraven på cell- och kroppsenergi.

Steg och reaktioner

Fettsyror finns främst i cytosolen, oavsett om de kommer från biosyntetiska vägar eller från fettavlagringar som lagras från intaget livsmedel (som måste komma in i celler).

- Aktivering av fettsyror och transport till mitokondrierna

Aktivering av fettsyror kräver användning av en ATP-molekyl och har att göra med bildningen av acyltioesterkonjugat med koenzym A.

Denna aktivering katalyseras av en grupp enzymer som kallas acetyl-CoA-ligaser specifika för kedjelängden för varje fettsyra. Vissa av dessa enzymer aktiverar fettsyror när de transporteras in i mitokondrial matris, eftersom de är inbäddade i det yttre mitokondriella membranet.

Aktivering av fettsyror (Källa: Jag123 på engelska Wikipedia via Wikimedia Commons)

Aktiveringsprocessen sker i två steg, varvid man först producerar ett acyladenylat från den aktiverade fettsyran med ATP, där en pyrofosfatmolekyl (PPi) frisätts. Karboxylgruppen aktiverad av ATP attackeras sedan av tiolgruppen i koenzym A för att bilda acyl-CoA.

Translokationen av acyl-CoA genom mitokondriell membran uppnås med ett transportsystem känt som karnitin-skytteln.

- Betaoxidation av mättade fettsyror med ett jämnt antal kolatomer

Nedbrytningen av fettsyror är en cyklisk väg, eftersom frisättningen av varje fragment av två kolatomer omedelbart följs av en annan tills den når molekylens fulla längd. Reaktionerna som deltar i denna process är följande:

- Dehydrogenering.

- Hydrering av en dubbelbindning.

- Dehydrogenering av en hydroxylgrupp.

- Fragmentering av attack av en acetyl-CoA-molekyl på ß-kolet.

Reaktion 1: första dehydrogenering

Det består av bildandet av en dubbelbindning mellan a-kolet och p-kolet genom att eliminera två väteatomer. Det katalyseras av ett enzym acyl-CoA-dehydrogenas, som bildar en molekyl av trans∆2-enoyl-S-CoA och en molekyl av FAD + (kofaktor).

Reaktion 2 och 3: hydrering och dehydrogenering

Hydrering katalyseras av enoyl-CoA-hydratas, under tiden förmedlas dehydrogenering av 3-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenas, och den senare reaktionen beror på kofaktorn NAD +.

Hydratiseringen av trans∆2-enoyl-S-CoA ger upphov till en 3-hydroxyacyl-CoA, vars dehydrogenering ger en 3-ketoacyl-CoA-molekyl och en NADH + H.

FADH2 och NADH som produceras i de tre första reaktionerna av beta-oxidation reoxideras genom elektrontransportkedjan, tack vare vilka de deltar i produktionen av ATP, 2 molekyler för varje FADH2 och 3 molekyler för varje NADH.

Reaktion 4: fragmentering

Varje cykel med beta-oxidation som avlägsnar en molekyl med två kolatomer slutar med den "tiolytiska" klyvningen av keto-kolet, som attackeras av koenzym A vid bindningen mellan α- och p-kolväten.

Denna reaktion katalyseras av enzymet ß-ketotiolas eller tiolas, och dess produkter är en molekyl acyl-CoA (den aktiverade fettsyran med två färre kolatomer) och en av acetyl-CoA.

- Betaoxidation av mättade fettsyror med ett udda antal kolatomer

I fettsyror med ett udda antal kolatomer (som inte är mycket rikliga) har molekylen i den senaste nedbrytningscykeln 5 kolatomer, så dess fragmentering producerar en acetyl-CoA-molekyl (som kommer in i cykeln av Krebs) och en annan av propionyl-CoA.

Propionyl-CoA måste karboxyleras (reaktion beroende på ATP och bikarbonat) av enzymet propionyl-CoA-karboxylas och därigenom bilda en förening känd som D-metylmalonyl-CoA, som måste epimeriseras till dess "L" -form.

Betaoxidation av udda numrerade fettsyror (Källa: Eleska via Wikimedia Commons)

Föreningen som härrör från epimerisering omvandlas sedan till succinyl-CoA genom verkan av enzymet L-metylmalonyl-CoA-mutas, och denna molekyl, såväl som acetyl-CoA, går in i citronsyracykeln.

- Betaoxidation av omättade fettsyror

Många cellulära lipider har omättade fettsyrakedjor, det vill säga de har en eller flera dubbelbindningar mellan sina kolatomer.

Oxidationen av dessa fettsyror skiljer sig lite från den för mättade fettsyror, eftersom två ytterligare enzymer, enoyl-CoA-isomeras och 2,4-dienoyl-CoA-reduktas, ansvarar för att eliminera dessa omättnader så att dessa fettsyror kan vara ett substrat för enzymet enoyl-CoA-hydratas.

Betaoxidation av omättade fettsyror (Källa: Hajime7basketball via Wikimedia Commons)

Enoyl-CoA-isomeras verkar på enomättade fettsyror (med endast en omättnad), samtidigt reagerar enzymet 2,4-dienoyl-CoA-reduktas med fleromättade fettsyror (med två eller flera omättnader).

- Beta extramitokondriell oxidation

Beta-oxidation av fettsyror kan också ske i andra cytosoliska organeller såsom peroxisomer, till exempel med skillnaden att elektronerna som överförs till FAD + inte levereras till andningskedjan utan direkt till syre.

Denna reaktion producerar väteperoxid (syre reduceras), en förening som elimineras av katalasenzym, specifikt för dessa organeller.

Produkter av beta-oxidation

Fettsyraoxidation producerar mycket mer energi än kolhydratnedbrytning. Huvudprodukten av beta-oxidation är den acetyl-CoA som produceras i varje steg i den cykliska delen av vägen, men andra produkter är emellertid:

- AMP, H + och pyrofosfat (PPi), producerat under aktivering.

- FADH2 och NADH, för varje producerad acetyl-CoA.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, för udda fettsyror.

Betaoxidation av palmitinsyra (Källa: ´Rojinbkht via Wikimedia Commons)

Om vi ​​som ett exempel betraktar fullständig beta-oxidation av palmitinsyra (palmitat), en fettsyra med 16 kolatomer, motsvarar mängden producerad energi motsvarande mer eller mindre 129 molekyler ATP, som kommer från de 7 varv som den måste slutföra. cykeln.

förordning

Regleringen av beta-oxidation av fettsyror i de flesta celler beror på energitillgänglighet, inte bara relaterad till kolhydrater utan också till själva fettsyrorna.

Djur kontrollerar mobiliseringen och därför nedbrytningen av fetter genom hormonella stimuli, som samtidigt styrs av molekyler som till exempel cAMP.

I levern, det viktigaste fettfördelningsorganet, är koncentrationen av malonyl-CoA extremt viktig för reglering av beta-oxidation; detta är det första substratet som är involverat i fettsyrabiosyntesvägen.

När malonyl-CoA ackumuleras i stora proportioner främjar det fettsyras biosyntes och hämmar mitokondriell transporter eller acyl-karnitin-skytteln. När dess koncentration minskar upphör hämningen och beta-oxidation aktiveras.

referenser

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemi (3: e upplagan). San Francisco, Kalifornien: Pearson.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger principer för biokemi. Omega Editions (5: e upplagan).
3. Rawn, JD (1998). Biokemi. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson förlag.
4. Schulz, H. (1991). Betaoxidation av fettsyror. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Reglering av fettsyraoxidation i hjärta. Kritisk recension, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oxidation av omättade fettsyror: en reviderad väg. TIBS, 403-406.