RIEBALŲ RŪGŠČIŲ BETA OKSIDACIJA: ETAPAI, REAKCIJOS, PRODUKTAI, REGULIAVIMAS - BIOLOGIJA - 2025

Beta oksidacija riebalų rūgščių yra iš katabolizmo (nykimo) riebalų rūgščių, kurių pagrindinė funkcija yra gaminti ar "išleidimas" iš energijos kiekis, esantis šių molekulių obligacijų maršrutas.

Šis kelias buvo atrastas 1904 m. Dėka vokiečio Franzo Knoopo atliktų eksperimentų, kuriuos sudarė eksperimentinėms žiurkėms skiriamos riebiosios rūgštys, kurių galutinė metilo grupė buvo modifikuota fenilo grupe.

Riebalų rūgščių beta oksidacijos schema (Šaltinis: Arturo González Laguna per Wikimedia Commons)

Knoopas tikėjosi, kad šių „analoginių“ riebalų rūgščių katabolizmo produktai vyks panašiai kaip normalių (nemodifikuotų natūralių) riebalų rūgščių oksidacijos keliai. Tačiau jis nustatė, kad gauti produktai skiriasi atsižvelgiant į riebalų rūgščių anglies atomų skaičių.

Gavęs šiuos rezultatus, Knoopas pasiūlė, kad skilimas vyksta „pakopomis“, pradedant β anglies „užpuolimu“ (kuris yra 3 padėtyje galinės karboksilo grupės atžvilgiu), išskiriant dviejų anglies atomų fragmentus.

Vėliau buvo parodyta, kad procesas reikalauja energijos ATP pavidalu, kuris išsiskiria mitochondrijose ir kad dviejų anglies atomų fragmentai patenka į Krebso ciklą kaip acetil-CoA.

Trumpai tariant, beta riebalų rūgščių oksidacija apima galinės karboksilo grupės aktyvaciją, aktyvuotos riebiosios rūgšties transportavimą į mitochondrijų matricą ir oksidaciją dviem po dviem anglies „pakopomis“ iš karboksilo grupės.

Kaip ir daugelis anabolinių ir katabolinių procesų, šis būdas yra reguliuojamas, nes jis turėtų būti mobilizuojamas „atsarginėse“ riebalų rūgštyse, kai kitų katabolinių būdų nepakanka patenkinti ląstelių ir kūno energijos poreikius.

Žingsniai ir reakcijos

Riebalų rūgštys daugiausia yra citozolyje, nesvarbu, ar jos gaunamos biosintezės būdu, ar iš riebalų sankaupų, laikomų nurijus maistą (kuris turi patekti į ląsteles).

- Riebalų rūgščių aktyvinimas ir transportavimas į mitochondrijas

Riebalų rūgštims suaktyvinti reikia naudoti ATP molekulę ir tai turi būti daroma su acil tioesterio konjugatų su A kofermentu formavimu.

Šią aktyvaciją katalizuoja fermentų grupė, vadinama acetil-CoA ligacijomis, būdingomis kiekvienos riebiosios rūgšties grandinės ilgiui. Kai kurie iš šių fermentų suaktyvina riebalų rūgštis, nes yra pernešami į mitochondrijų matricą, nes yra įterpti į išorinę mitochondrijų membraną.

Riebalų rūgščių aktyvinimas (Šaltinis: Jag123 angliškoje Vikipedijoje per Wikimedia Commons)

Aktyvacijos procesas vyksta dviem etapais: iš aktyvuotos riebiosios rūgšties kartu su ATP pagaminamas acilo adenilatas, kuriame išsiskiria pirofosfato molekulė (PPi). Tada ATP aktyvuota karboksilo grupė yra atakuojama kofermento A tiolio grupės, kad susidarytų acil-CoA.

Acil-CoA pernešimas per mitochondrijų membraną pasiekiamas per transportavimo sistemą, žinomą kaip karnitino šaudyklė.

- Sočiųjų riebalų rūgščių beta oksidacija su lygiu anglies atomų skaičiumi

Riebalų rūgščių skilimas yra ciklinis kelias, nes kiekvieno dviejų anglies atomų fragmento išsiskyrimas tuoj pat seka kitą, kol pasiekiama visa molekulės ilgis. Šiame procese dalyvauja šios reakcijos:

- Dehidrogenavimas.

- dvigubos jungties hidratacija.

- hidroksilo grupės dehidrogeninimas.

- Suskaidymas, paveikiant acetil-CoA molekulę β anglies atžvilgiu.

1 reakcija: pirmasis dehidrinimas

Tai susideda iš dvigubos jungties tarp α-anglies ir β-anglies susidarymo, pašalinant du vandenilio atomus. Jį katalizuoja fermento acil-CoA dehidrogenazė, kuri sudaro trans∆2-enoil-S-CoA molekulę ir FAD + molekulę (kofaktorius).

2 ir 3 reakcijos: hidratacija ir dehidrogenavimas

Hidrataciją katalizuoja enoil-CoA hidratazė, o dehidrinimą skatina 3-hidroksiacil-CoA dehidrogenazė, o pastaroji reakcija priklauso nuo kofaktoriaus NAD +.

Hidratavus trans∆2-enoil-S-CoA, gaunamas 3-hidroksiacil-CoA, kurio dehidrogenavimo metu susidaro 3-ketoacil-CoA molekulė ir NADH + H.

FADH2 ir NADH, susidarę per pirmąsias tris beta oksidacijos reakcijas, peroksiduojami per elektronų pernešimo grandinę, kurios dėka jie gamina ATP, 2 molekules kiekvienam FADH2 ir 3 molekules kiekvienam NADH.

4 reakcija: suskaidymas

Kiekvienas beta oksidacijos ciklas, pašalinantis molekulę, turinčią du anglies atomus, baigiasi „tiolitiniu“ keto anglies suskaidymu, kurį koenzimas A atakuoja ties jungtimi tarp α ir β anglies.

Šią reakciją katalizuoja fermentas β-ketotilazė arba tiolazė, o jos produktai yra viena acil-CoA (aktyvuotos riebalų rūgšties su dviem mažiau anglies atomais) molekulė ir viena iš acetil-CoA.

- Sočiųjų riebalų rūgščių beta oksidacija su nelyginiu skaičiumi anglies atomų

Riebalų rūgštyse, kuriose yra nelyginis anglies atomų skaičius (kurių nėra labai daug), paskutinio skilimo ciklo molekulėje yra 5 anglies atomai, todėl jos suskaidymas sukuria acetil-CoA molekulę (kuri patenka į Krebs) ir dar vienas propionil-CoA.

Propionil-CoA turi būti karboksilintas (reakcija priklauso nuo ATP ir bikarbonato) fermento propionil-CoA karboksilaze, tokiu būdu susidarant junginiui, žinomam kaip D-metilmalonil-CoA, kuris turi būti epimerizuotas iki „L“ formos.

Beta oksiduota nelyginių riebiųjų rūgščių rūšis (Šaltinis: „Eleska“ per „Wikimedia Commons“)

Tada epimerizacijos metu susidaręs junginys yra paverčiamas sukcinilo-CoA veikiant fermentui L-metilmalonil-CoA mutazei, o ši molekulė, taip pat acetil-CoA, patenka į citrinos rūgšties ciklą.

- Nesočiųjų riebalų rūgščių beta oksidacija

Daugelis ląstelių lipidų turi nesočiųjų riebiųjų rūgščių grandines, tai yra, jie turi vieną ar daugiau dvigubų jungčių tarp savo anglies atomų.

Šių riebiųjų rūgščių oksidacija šiek tiek skiriasi nuo sočiųjų riebalų rūgščių, nes du papildomi fermentai enoil-CoA izomerazė ir 2,4-dienoil-CoA reduktazė yra atsakingi už šių nesočiųjų riebalų rūgščių pašalinimą, kad šios riebalų rūgštys gali būti enoilo-CoA hidratazės fermento substratas.

Nesočiųjų riebalų rūgščių beta oksidacija (Šaltinis: „Hajime7basketball“ per „Wikimedia Commons“)

Enoil-CoA izomerazė veikia mononesočiąsias riebalų rūgštis (turinčias tik vieną nesočiąją), tuo tarpu fermentas 2,4-dienoil-CoA reduktazė reaguoja su polinesočiosiomis riebalų rūgštimis (su dviem ar daugiau nesočiųjų).

- Beta ekstramitochondrinė oksidacija

Riebalų rūgščių beta oksidacija taip pat gali vykti kitų citozolinių organelių, tokių kaip peroksisomos, viduje, pavyzdžiui, tuo skirtumu, kad į FAD + pernešami elektronai nėra pristatomi į kvėpavimo takų grandinę, o tiesiai į deguonį.

Ši reakcija sukuria vandenilio peroksidą (sumažėja deguonis) - junginį, kurį šalina katalazės fermentas, būdingas šioms organelėms.

Beta oksidacijos produktai

Riebalų rūgščių oksidacija gamina daug daugiau energijos nei angliavandenių skaidymas. Pagrindinis beta oksidacijos produktas yra acetil-CoA, gaunamas kiekviename ciklinio kelio etapo etape, tačiau kiti produktai yra šie:

- AMP, H + ir pirofosfatas (PPi), gaminami aktyvacijos metu.

- FADH2 ir NADH už kiekvieną pagamintą acetil-CoA.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, nelyginės grandinės riebalų rūgštims.

Palmitino rūgšties beta oksidacija (Šaltinis: „Rojinbkht“ per „Wikimedia Commons“)

Jei laikytume pavyzdžiu visišką palmitino rūgšties (palmitato), riebiosios rūgšties, turinčios 16 anglies atomų, beta oksidaciją, pagamintos energijos kiekis prilygsta daugiau ar mažiau 129 ATP molekulėms, susidarančioms iš 7 posūkių, kuriuos ji turi užbaigti. ciklas.

Reglamentas

Riebalų rūgščių beta oksidacijos reguliavimas daugumoje ląstelių priklauso nuo energijos, ne tik susijusios su angliavandeniais, bet ir su pačiomis riebalų rūgštimis.

Gyvūnai kontroliuoja mobilizaciją ir dėl to riebalų skaidymąsi per hormoninius dirgiklius, kuriuos tuo pačiu kontroliuoja tokios molekulės kaip, pavyzdžiui, cAMP.

Kepenyse, pagrindiniame riebalų skaidymo organe, malonilo-CoA koncentracija yra nepaprastai svarbi beta oksidacijos reguliavimui; tai yra pirmasis substratas, dalyvaujantis riebalų rūgščių biosintezės procese.

Kai malonil-CoA kaupiasi didelėmis dalimis, jis skatina riebalų rūgščių biosintezę ir slopina mitochondrijų pernešėją arba acilkarnitino šaudyklą. Kai jo koncentracija mažėja, slopinimas nutrūksta ir suaktyvėja beta oksidacija.

Nuorodos

1. Mathews, C., van Holde, K., ir Ahern, K. (2000). Biochemija (3-asis leidimas). San Franciskas, Kalifornija: Pearsonas.
2. Nelsonas, D. L. ir Coxas, MM (2009). Lehningerio biochemijos principai. „Omega“ leidimai (5-asis leidimas).
3. Rawn, JD (1998). Biochemija. Burlingtonas, Masačusetsas: Neilo Pattersono leidykla.
4. Schulz, H. (1991). Riebalų rūgščių beta oksidacija. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Riebalų rūgščių oksidacijos reguliavimas širdyje. Kritinė apžvalga, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Nesočiųjų riebiųjų rūgščių beta oksidacija: pakeistas kelias. TIBS, 403–406.