Degradacja kwasów tłuszczowych
Degradacja kwasów tłuszczowych to proces, w którym kwasy tłuszczowe są rozkładane na ich metabolity, w wyniku czego powstaje acetylo-CoA , cząsteczka wejściowa do cyklu kwasu cytrynowego , główne źródło energii żywych organizmów, w tym bakterii i zwierząt. Obejmuje trzy główne kroki:
- Lipoliza i uwalnianie z tkanki tłuszczowej
- Aktywacja i transport do mitochondriów
- β-utlenianie
Lipoliza i uwalnianie
Początkowo w procesie degradacji kwasy tłuszczowe są magazynowane w adipocytach . Rozkład tego tłuszczu jest znany jako lipoliza . Produkty lipolizy, wolne kwasy tłuszczowe , są uwalniane do krwioobiegu i krążą po całym organizmie. Podczas rozpadu triacylogliceroli na kwasy tłuszczowe ponad 75% kwasów tłuszczowych jest ponownie przekształcanych w triacyloglicerol, co jest naturalnym mechanizmem oszczędzania energii, nawet w przypadku głodu i ćwiczeń.
Aktywacja i transport do mitochondriów
Kwasy tłuszczowe muszą zostać aktywowane, zanim zostaną przeniesione do mitochondriów , gdzie zachodzi utlenianie kwasów tłuszczowych . Proces ten przebiega dwuetapowo, katalizowany przez syntetazę tłuszczowego acylo-CoA .
Tworzenie aktywowanego wiązania tioestrowego
Enzym najpierw katalizuje atak nukleofilowy na α-fosforan ATP , tworząc pirofosforan i łańcuch acylowy połączony z AMP . Kolejnym etapem jest utworzenie aktywowanego tioestrowego pomiędzy tłuszczowym łańcuchem acylowym a koenzymem A.
Zrównoważone równanie dla powyższego to:
RCOO − + CoASH + ATP → RCO-SCoA + AMP + PP i Ta dwuetapowa reakcja jest swobodnie odwracalna, a jej równowaga leży blisko 1. Aby przyspieszyć reakcję, reakcja jest sprzężona z silnie egzergoniczną reakcją hydrolizy: enzym nieorganiczny pirofosfataza rozszczepia pirofosforan uwolniony z ATP na dwa jony fosforanowe, zużywając przy tym jedną cząsteczkę wody. Zatem reakcja netto staje się:
RCOO − + CoASH + ATP → RCO-SCoA+ AMP + 2P i
Transport do macierzy mitochondrialnej
Wewnętrzna błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla kwasów tłuszczowych, a wyspecjalizowany system nośników karnityny transportuje aktywowane kwasy tłuszczowe z cytozolu do mitochondriów.
Po aktywacji acylo - CoA jest transportowany do macierzy mitochondrialnej . Odbywa się to poprzez serię podobnych kroków:
- Acyl CoA jest sprzężony z karnityną przez acylotransferazę karnityny I (palmitoilotransferazę) I zlokalizowaną na zewnętrznej błonie mitochondrialnej
- Acyl-karnityna jest przenoszona do wewnątrz przez translokazę
- Acylokarnityna (taka jak palmitoilokarnityna ) jest przekształcana w acylo-CoA przez acylotransferazę karnityny (palmitoilotransferazę) II zlokalizowaną na wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Uwolniona karnityna powraca do cytosolu.
Należy zauważyć, że acylotransferaza karnitynowa I podlega hamowaniu allosterycznemu w wyniku malonylo-CoA , związku pośredniego w biosyntezie kwasów tłuszczowych, w celu zapobieżenia daremnym cyklom między beta-oksydacją a syntezą kwasów tłuszczowych .
Mitochondrialne utlenianie kwasów tłuszczowych odbywa się w trzech głównych etapach:
- β-utlenianie zachodzi w celu przekształcenia kwasów tłuszczowych w 2-węglowe jednostki acetylo-CoA.
- Acetylo-CoA wchodzi w cykl TCA w celu wytworzenia zredukowanego NADH i zredukowanego FADH 2 .
- Zredukowane kofaktory NADH i FADH 2 uczestniczą w łańcuchu transportu elektronów w mitochondriach, dając ATP. Nie ma bezpośredniego udziału kwasu tłuszczowego.
β-utlenianie
Po aktywacji przez ATP, po wejściu do mitochondriów, β-oksydacja kwasów tłuszczowych zachodzi w czterech powtarzających się etapach:
- Utlenianie przez FAD
- Uwodnienie
- Utlenianie przez NAD +
- tioliza
- Produkcja acylo-CoA i acetylo-CoA
Końcowym produktem β-utleniania parzystych kwasów tłuszczowych jest acetylo-CoA , cząsteczka wejściowa do cyklu kwasu cytrynowego . Jeśli kwas tłuszczowy jest łańcuchem o nieparzystej liczbie, końcowym produktem β-oksydacji będzie propionylo-CoA. Ten propionylo-CoA zostanie przekształcony w pośredni metylomalonylo-CoA i ostatecznie w sukcynylo-CoA, który również wchodzi w cykl TCA.