Розпад жирної кислоти

З Розпад жирної кислоти служить для отримання енергії в клітинах і відбувається за допомогою бета-окислення. В ході бета-окислення утворюється ацетил-коензим А, який надалі розпадається на вуглекислий газ і воду або подається назад в цикл лимонної кислоти. Порушення розщеплення жирних кислот може призвести до серйозних захворювань.

Що таке розпад жирної кислоти?

Крім розпаду глюкози в організмі, розпад жирних кислот є важливим метаболічним процесом для вироблення енергії в клітині.

Жирові кислоти розщеплюються в мітохондріях. Деградація відбувається за допомогою так званого бета-окислення. Термін "бета" походить від того, що окислення відбувається на третьому атомі вуглецю (бета-атомі вуглецю) молекули жирної кислоти.

В кінці циклу окислення два атоми вуглецю розщеплюються у вигляді активованої оцтової кислоти (ацетил-коензим А). Оскільки розщеплення жирної кислоти вимагає декількох циклів окислення, процес раніше також був відомий як спіраль жирної кислоти.

Ацетил коензим розщеплюється далі в мітохондріях на кетонові тіла або вуглекислий газ і воду. Коли він повертається в цитоплазму з мітохондріону, він повертається назад в цикл лимонної кислоти.

Більше енергії виробляється при розщепленні жирних кислот, ніж при спалюванні глюкози.

Функція та завдання

Розпад жирних кислот відбувається в кілька етапів реакції і відбувається в межах мітохондрій. Перш за все, молекули жирних кислот розташовані в цитозолі клітини.

Вони є інертними молекулами, які спочатку потрібно активувати для деградації та транспортувати в мітохондрії. Для активації жирної кислоти кофермент А передається з утворенням ацил-КоА. По-перше, АТФ розщеплюється на пірофосфат та АМФ. Потім AMP використовується для утворення ацила AMP (ацил-аденілату).

Після відщеплення AMP жирну кислоту можна етерифікувати коензимом А з утворенням ацил-КоА. Потім за допомогою ферменту карнітин ацилтрансфераза I карнітин переводиться в активовану жирну кислоту.

Цей комплекс транспортується в мітохондріон (мітохондріальний матрикс) транспортером карнітин-ацилкарнітину (CACT). Там карнітин розщеплюється знову, а коензим А. переноситься знову. Карнітин каналізується з матриці, а ацил-КоА доступний у мітохондріоні для фактичного бета-окислення.

Фактичне бета-окислення відбувається в чотири етапи реакції. Класичні етапи окислення проходять з парними насиченими жирними кислотами. Якщо руйнуються непарні чи ненасичені жирні кислоти, спочатку молекула повинна бути підготовлена ​​до бета-окислення шляхом подальших реакцій.

Ацил-КоА з парних насичених жирних кислот окислюється на першій стадії реакції за допомогою ферменту ацил-КоА дегідрогенази. Це створює подвійну зв'язок між другим і третім атомом вуглецю в транс-положенні. Крім того, FAD перетворюється на FADH2.

Зазвичай подвійні зв’язки ненасичених жирних кислот знаходяться в цис-положенні, але наступний етап реакції деградації жирних кислот може відбуватися лише при подвійному зв’язку в транс-положенні.

На другому етапі реакції фермент еноїл-КоА-гідратаза додає молекулу води до бета-атома вуглецю для утворення гідроксильної групи. Потім так звана L-3-гідроксіацил-КоА дегідрогеназа окислює бета-атом вуглецю до кетогрупи. Утворюється 3-кетоацил-КоА.

На останньому етапі реакції додатковий кофермент А зв'язується з атомом бета-вуглецю. Ацетил-КоА (активована оцтова кислота) розщеплюється і залишається ацил-КоА, який на два атоми вуглецю коротший. Ця коротша залишкова молекула проходить через наступний реакційний цикл до подальшого розщеплення ацетил-КоА.

Процес триває, поки вся молекула не розщепиться на активовану оцтову кислоту. Зворотний процес бета-окислення також був би теоретично можливим, але він не відбувається в природі.

Існує інший механізм реакції синтезу жирних кислот. У мітохондріоні ацетил-КоА розщеплюється далі на вуглекислий газ і воду або в кетонові тіла з вивільненням енергії. У випадку непарних жирних кислот пропіоніл-КоА з трьома атомами вуглецю залишається в кінці. Ця молекула розпадається по-іншому.

Коли руйнуються ненасичені жирні кислоти, подвійні зв’язки перетворюються з цис в транс-конфігурації за допомогою конкретних ізомераз.

Хвороби та недуги

Розлади розпаду жирної кислоти рідкісні, але можуть призвести до серйозних проблем зі здоров’ям. Майже завжди це генетичні захворювання.

Існує відповідна мутація генів майже для кожного відповідного ферменту, який бере участь у розщепленні жирних кислот. Наприклад, дефіцит ферменту MCAD виникає внаслідок мутації генів, що успадковується автосомно-рецесивно. MCAD відповідає за руйнування жирних кислот середньої ланцюга. Симптоми включають гіпоглікемію (низький рівень цукру в крові), судоми та часті коматозні стани. Оскільки жирні кислоти тут не можуть бути використані для отримання енергії, підвищений рівень глюкози спалюється. Це призводить до гіпоглікемії та ризику коми.

Оскільки організм повинен завжди забезпечуватися глюкозою для виробництва енергії, не повинно бути тривалої харчової стриманості. При необхідності при гострому кризі потрібно вводити високодозову глюкозну інфузію.

Крім того, всі міопатії характерні для розладу мітохондріальної жирової кислоти. Це призводить до м’язової слабкості, порушень обміну печінки та гіпоглікемічних станів. До 70 відсотків постраждалих осліплюють протягом життя.

Серйозні захворювання також виникають, коли порушується розпад надмірно довгих жирних кислот. Ці дуже довголанцюгові жирні кислоти розпадаються не в мітохондріях, а в пероксисомах. Тут фермент ALDP відповідає за введення в пероксисоми. Однак, коли ALDP є дефектним, довгі молекули жирних кислот накопичуються в цитоплазмі і, таким чином, призводять до тяжких порушень обміну речовин. Нападають також нервові клітини та біла речовина мозку. Цей тип розладу жирних кислот призводить до таких неврологічних симптомів, як порушення балансу, оніміння, спазми та неадекватна надниркова залоза.