Распад жирных кислот

Из Распад жирных кислот служит для выработки энергии в клетках и происходит посредством так называемого бета-окисления. В процессе бета-окисления образуется ацетил-кофермент А, который далее расщепляется на диоксид углерода и воду или возвращается в цикл лимонной кислоты. Нарушения расщепления жирных кислот могут привести к серьезным заболеваниям.

Что такое расщепление жирных кислот?

Помимо расщепления глюкозы в организме, расщепление жирных кислот является важным метаболическим процессом для выработки энергии в клетке.

Жирные кислоты расщепляются в митохондриях. Разложение происходит за счет так называемого бета-окисления. Термин «бета» возник из-за того факта, что окисление происходит на третьем атоме углерода (бета-атоме углерода) молекулы жирной кислоты.

В конце цикла окисления два атома углерода отщепляются в форме активированной уксусной кислоты (ацетилкофермент А). Поскольку для разложения жирной кислоты требуется несколько циклов окисления, этот процесс ранее назывался спиралью жирных кислот.

Ацетилкофермент далее расщепляется в митохондриях на кетоновые тела или углекислый газ и воду. Когда он возвращается в цитоплазму из митохондрии, он возвращается в цикл лимонной кислоты.

При расщеплении жирных кислот вырабатывается больше энергии, чем при сжигании глюкозы.

Функция и задача

Распад жирных кислот происходит в несколько этапов реакции в митохондриях. Прежде всего, молекулы жирных кислот расположены в цитозоле клетки.

Это инертные молекулы, которые сначала необходимо активировать для разложения и перенести в митохондрии. Чтобы активировать жирную кислоту, кофермент А переносится с образованием ацил-КоА. Сначала АТФ расщепляется на пирофосфат и АМФ. Затем AMP используется для образования ацила AMP (ациладенилата).

После отделения AMP жирная кислота может быть этерифицирована коферментом A с образованием ацил-CoA. Затем с помощью фермента карнитинацилтрансферазы I карнитин переводится в активированную жирную кислоту.

Этот комплекс транспортируется в митохондрию (митохондриальный матрикс) карнитин-ацилкарнитиновым транспортером (CACT). Там карнитин снова отщепляется, и снова переносится кофермент А. Карнитин выводится из матрикса, а ацил-КоА доступен в митохондрии для фактического бета-окисления.

Фактическое бета-окисление происходит в четыре стадии реакции. Классические стадии окисления имеют место с четными насыщенными жирными кислотами. Если нечетные или ненасыщенные жирные кислоты расщепляются, исходная молекула должна быть сначала подготовлена ​​для бета-окисления посредством дальнейших реакций.

Ацил-КоА насыщенных жирных кислот с четным номером окисляется на первой стадии реакции с помощью фермента ацил-КоА дегидрогеназы. Это создает двойную связь между вторым и третьим атомами углерода в транс-положении. Кроме того, FAD преобразуется в FADH2.

Обычно двойные связи ненасыщенных жирных кислот находятся в цис-положении, но следующая стадия реакции разложения жирной кислоты может иметь место только с двойной связью в транс-положении.

На второй стадии реакции фермент еноил-КоА-гидратаза добавляет молекулу воды к бета-атому углерода с образованием гидроксильной группы. Так называемая L-3-гидроксиацил-КоА дегидрогеназа затем окисляет бета-атом углерода до кетогруппы. Образуется 3-кетоацил-КоА.

На последней стадии реакции дополнительный кофермент А связывается с бета-атомом углерода. Ацетил-КоА (активированная уксусная кислота) отделяется, и остается ацил-КоА, который на два атома углерода короче. Эта более короткая остаточная молекула проходит следующий реакционный цикл до дальнейшего расщепления ацетил-КоА.

Процесс продолжается до тех пор, пока вся молекула не распадется на активированную уксусную кислоту. Обратный процесс бета-окисления также теоретически возможен, но в природе не происходит.

Существует другой механизм реакции синтеза жирных кислот. В митохондрии ацетил-КоА расщепляется на диоксид углерода и воду или в кетоновые тела с выделением энергии. В случае жирных кислот с нечетными номерами пропионил-КоА с тремя атомами углерода остается в конце. Эта молекула расщепляется по-другому.

Когда ненасыщенные жирные кислоты расщепляются, двойные связи преобразуются из цис-конфигурации в транс-конфигурацию с помощью определенных изомераз.

Болезни и недуги

Нарушения распада жирных кислот встречаются редко, но могут привести к серьезным проблемам со здоровьем. Практически всегда это генетические заболевания.

Соответствующая мутация гена существует почти для каждого фермента, участвующего в расщеплении жирных кислот. Например, дефицит фермента MCAD возникает из-за мутации гена, которая наследуется по аутосомно-рецессивному типу. MCAD отвечает за расщепление жирных кислот со средней длиной цепи. Симптомы включают гипогликемию (низкий уровень сахара в крови), судороги и частые коматозные состояния. Поскольку жирные кислоты не могут быть использованы для выработки энергии здесь, сжигается повышенный уровень глюкозы. Это приводит к гипогликемии и риску комы.

Поскольку организм всегда должен получать глюкозу для производства энергии, не должно быть длительного воздержания от еды. При необходимости в остром кризисе назначают инфузию глюкозы в высоких дозах.

Кроме того, все миопатии характерны для нарушений распада митохондриальных жирных кислот. Это приводит к мышечной слабости, нарушению обмена веществ в печени и гипогликемическим состояниям. До 70 процентов пострадавших слепнут в течение жизни.

Серьезные заболевания возникают также при нарушении расщепления чрезмерно длинных жирных кислот. Эти очень длинноцепочечные жирные кислоты расщепляются не в митохондриях, а в пероксисомах. Здесь фермент ALDP отвечает за введение в пероксисомы. Однако, когда ALDP является дефектным, длинные молекулы жирных кислот накапливаются в цитоплазме и, таким образом, приводят к тяжелым метаболическим нарушениям. Также поражаются нервные клетки и белое вещество мозга. Этот тип расстройства распада жирных кислот приводит к неврологическим симптомам, таким как нарушение баланса, онемение, судороги и недостаточная активность надпочечников.