- Vaiheet ja reaktiot
- - Rasvahappojen aktivointi ja kuljetus mitokondrioihin
- - Tyydyttyneiden rasvahappojen beetahapetus parillisella määrällä hiiliatomeja
- Reaktio 1: ensimmäinen dehydraus
- Reaktiot 2 ja 3: hydratointi ja dehydraus
- Reaktio 4: pirstoutuminen
- - tyydyttyneiden rasvahappojen beetahapetus parittomalla määrällä hiiliatomeja
- - Tyydyttymättömien rasvahappojen beetahapetus
- - Beetan ekstramitokondrinen hapettuminen
- Beetahapettumisen tuotteet
- Säätö
- Viitteet
Beeta rasvahappojen hapettumista on reitin katabolian (hajoaminen) rasvahappojen, joiden päätehtävä on tuotanto- tai "vapautuminen" energian sisältämän sidoksia näiden molekyylien.
Tämä reitti löydettiin vuonna 1904 saksalaisen Franz Knoopin suorittamien kokeiden ansiosta, jotka koostuivat rasvahappojen antamisesta kokeellisille rotille, joiden lopullinen metyyliryhmä oli muokattu fenyyliryhmällä.
Rasvahappojen beetahapettumisen kaavio (Lähde: Arturo González Laguna Wikimedia Commonsin kautta)
Knoop odotti, että näiden "analogisten" rasvahappojen katabolismituotteet seuraavat samanlaisia reittejä kuin normaalien (modifioimattomien luonnollisten) rasvahappojen hapettumisreitit. Hän kuitenkin havaitsi, että saaduissa tuotteissa oli eroja rasvahappojen hiiliatomien lukumäärän funktiona.
Näillä tuloksilla Knoop ehdotti, että hajoaminen tapahtui "vaiheissa", jotka alkavat "hyökkäyksellä" P-hiilelle (yksi asemassa 3 terminaalisen karboksyyliryhmän suhteen), vapauttaen kahden hiiliatomin fragmentit.
Myöhemmin osoitettiin, että prosessi vaatii energiaa ATP: n muodossa, jota tuotetaan mitokondrioissa ja että kahden hiiliatomin fragmentit saapuvat Krebs-kiertoon asetyyli-CoA: na.
Lyhyesti sanottuna, rasvahappojen beetahapetus käsittää terminaalisen karboksyyliryhmän aktivoinnin, aktivoidun rasvahapon kuljetuksen mitokondriaaliseen matriisiin ja kaksois-hiilen "vaiheittaisen" hapetuksen karboksyyliryhmästä.
Kuten monet anaboliset ja kataboliset prosessit, tämä reitti on säännelty, koska se ansaitsee ”vararasvahappojen” mobilisoinnin, kun muut kataboliset reitit eivät ole riittäviä vastaamaan solujen ja kehon energiantarpeita.
Vaiheet ja reaktiot
Rasvahapot ovat pääasiassa sytosolissa riippumatta siitä, ovatko ne peräisin biosynteesireiteistä tai rasvakerroksista, jotka varastoidaan nautitusta ruuasta (jonka on päästävä soluihin).
- Rasvahappojen aktivointi ja kuljetus mitokondrioihin
Rasvahappojen aktivointi vaatii ATP-molekyylin käytön, ja se liittyy asyylitioesterikonjugaattien muodostumiseen koentsyymin A kanssa.
Tätä aktivointia katalysoi ryhmä entsyymejä, nimeltään asetyyli-CoA-ligaasit, jotka ovat spesifisiä kunkin rasvahapon ketjun pituudelle. Jotkut näistä entsyymeistä aktivoivat rasvahappoja kuljettaessaan mitokondriaalimatriisiin, kun ne ovat upotettuina mitokondriaaliseen ulkokalvoon.
Rasvahappojen aktivointi (Lähde: Jag123 englanniksi Wikipediassa Wikimedia Commonsin kautta)
Aktivointiprosessi tapahtuu kahdessa vaiheessa, jolloin ensin tuotetaan asyyliadenylaatti aktivoidusta rasvahaposta ATP: n kanssa, josta vapautuu pyrofosfaattimolekyyli (PPi). Sitten koentsyymi A: n tioliryhmä hyökkää ATP: n aktivoimaan karboksyyliryhmään asyyli-CoA: n muodostamiseksi.
Asyyli-CoA: n siirtäminen mitokondriaalisen kalvon läpi saavutetaan kuljetusjärjestelmällä, joka tunnetaan karnitiinin sukkulana.
- Tyydyttyneiden rasvahappojen beetahapetus parillisella määrällä hiiliatomeja
Rasvahappojen hajoaminen on syklinen tie, koska kahden hiiliatomin kunkin fragmentin vapautumista seuraa välittömästi toinen, kunnes molekyylin koko pituus saavutetaan. Tähän prosessiin osallistuvat reaktiot ovat seuraavat:
- Dehydraus.
- kaksoissidoksen hydratointi.
- Hydroksyyliryhmän dehydraus.
- Fragmentit asetyyli-CoA-molekyylin hyökkäyksellä p-hiilelle.
Reaktio 1: ensimmäinen dehydraus
Se koostuu kaksoissidoksen muodostumisesta a-hiilen ja β-hiilen välille poistamalla kaksi vetyatomia. Sitä katalysoi entsyymi asyyli-CoA-dehydrogenaasi, joka muodostaa trans2-enoyyli-S-CoA-molekyylin ja FAD + -molekyylin (kofaktori).
Reaktiot 2 ja 3: hydratointi ja dehydraus
Hydraatiota katalysoi enoyyli-CoA-hydrataasi, kun taas dehydrausta välittää 3-hydroksiasyyli-CoA-dehydrogenaasi, ja jälkimmäinen reaktio riippuu kofaktorista NAD +.
Trans-2-enoyyli-S-CoA: n hydraatio antaa 3-hydroksiasyyli-CoA: n, jonka dehydraus tuottaa 3-ketoasyyli-CoA-molekyylin ja NADH + H: n.
Beetahapetuksen ensimmäisissä kolmessa reaktiossa tuotetut FADH2 ja NADH hapetetaan uudelleen elektronin kuljetusketjun kautta, jonka ansiosta ne osallistuvat ATP: n tuotantoon, 2 molekyyliä jokaiselle FADH2: lle ja 3 molekyyliä jokaiselle NADH: lle.
Reaktio 4: pirstoutuminen
Jokainen beetahapetuksen sykli, joka poistaa molekyylin, jolla on kaksi hiiliatomia, päättyy ketohiilen “tiolyyttisellä” pilkkomalla, jota koentsyymi A hyökkää α- ja β-hiilien välisessä sidoksessa.
P-ketotiolaasi- tai tiolaasientsyymi katalysoi tätä reaktiota, ja sen tuotteet ovat yksi asyyli-CoA: n (aktivoitu rasvahappo, jossa on kaksi vähemmän hiiliatomia) molekyyli ja yksi asetyyli-CoA.
- tyydyttyneiden rasvahappojen beetahapetus parittomalla määrällä hiiliatomeja
Rasvahapoissa, joissa on pariton määrä hiiliatomeja (joita ei ole kovin runsaasti), viimeisen hajoamissyklin molekyylissä on 5 hiiliatomia, joten sen pirstoutuminen tuottaa asetyyli-CoA-molekyylin (joka siirtyy Krebs) ja toinen propionyyli-CoA: sta.
Propionyyli-CoA: n on oltava karboksyloitunut (reaktio riippuu ATP: stä ja bikarbonaatista) entsyymin propionyyli-CoA-karboksylaasilla muodostaen siten yhdiste, joka tunnetaan nimellä D-metyylimalonyyli-CoA, joka on epimerisoitava "L" -muotoonsa.
Parittomien rasvahappojen beetahapetus (Lähde: Eleska Wikimedia Commonsin kautta)
Epimerisaatiosta saatu yhdiste muunnetaan sitten sukkinyyli-CoA: ksi entsyymin L-metyylimalonyyli-CoA-mutaasin vaikutuksella, ja tämä molekyyli samoin kuin asetyyli-CoA siirtyy sitruunahapposykliin.
- Tyydyttymättömien rasvahappojen beetahapetus
Monilla solulipideillä on tyydyttymättömiä rasvahappoketjuja, ts. Niillä on yksi tai useampi kaksoissidos hiiliatomiensa välillä.
Näiden rasvahappojen hapettuminen on hiukan erilainen kuin tyydyttyneiden rasvahappojen hapettuminen, koska kaksi ylimääräistä entsyymiä, enoyyli-CoA-isomeraasi ja 2,4-dienoyyli-CoA-reduktaasi, vastaa näiden tyydyttymättömyyksien poistamisesta siten, että nämä rasvahapot voi olla enoyyli-CoA-hydrataasi-entsyymin substraatti.
Tyydyttymättömien rasvahappojen beetahapetus (Lähde: Hajime7basketball Wikimedia Commonsin kautta)
Enoyyli-CoA-isomeraasi vaikuttaa monityydyttymättömiin rasvahappoihin (vain yhdellä tyydyttymättömällä), kun taas entsyymi 2,4-dienoyyli-CoA-reduktaasi reagoi monityydyttymättömien rasvahappojen kanssa (kahden tai useamman tyydyttymättömyyden kanssa).
- Beetan ekstramitokondrinen hapettuminen
Rasvahappojen beetahapettuminen voi tapahtua myös esimerkiksi muiden sytosolisten organelien, kuten esimerkiksi peroksisomien, sisällä sillä erolla, että FAD +: een siirretyt elektronit eivät johdu hengitysketjuun, vaan suoraan happea.
Tämä reaktio tuottaa vetyperoksidia (happi pelkistyy), yhdistettä, joka eliminoituu katalaasientsyymin avulla, spesifinen näille organelille.
Beetahapettumisen tuotteet
Rasvahappojen hapettuminen tuottaa paljon enemmän energiaa kuin hiilihydraattien hajoaminen. Beetahapetuksen päätuote on asetyyli-CoA, joka tuotetaan polun syklisen osan kussakin vaiheessa, mutta muut tuotteet ovat:
- AMP, H + ja pyrofosfaatti (PPi), tuotettu aktivoinnin aikana.
- FADH2 ja NADH, jokaisesta tuotetusta asetyyli-CoA: sta.
- Suktsinyyli-CoA, ADP, Pi, parittomien ketjujen rasvahapoille.
Palmitiinihapon beetahapetus (Lähde: ´Rojinbkht Wikimedia Commonsin kautta)
Jos tarkastelemme esimerkkiä palmitiinihapon (palmitaatin), 16 hiiliatomia sisältävän rasvahapon, täydellisestä beetahapetuksesta, tuotetun energian määrä vastaa enemmän tai vähemmän 129 ATP-molekyyliä, jotka tulevat seitsemästä kierrosta, jonka sen on suoritettava loppuun sykli.
Säätö
Rasvahappojen beetahapettumisen säätely useimmissa soluissa riippuu energian saatavuudesta, ei vain hiilihydraattien vaan myös itse rasvahappojen suhteen.
Eläimet hallitsevat mobilisaatiota ja siten rasvojen hajoamista hormonaalisten ärsykkeiden kautta, joita samanaikaisesti säätelevät esimerkiksi molekyylit, kuten cAMP.
Maksassa, päärasvan hajoamiselimessä, malonyyli-CoA: n pitoisuus on erittäin tärkeä beetahapettumisen säätelyssä; tämä on ensimmäinen substraatti, joka osallistuu rasvahappojen biosynteesireittiin.
Kun malonyyli-CoA kertyy suurissa suhteissa, se edistää rasvahappojen biosynteesiä ja estää mitokondriaalista kuljettajaa tai asyyli-karnitiini-sukkulaa. Kun sen pitoisuus laskee, estäminen lakkaa ja beetahapettuminen aktivoituu.
Viitteet
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemia (3. painos). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerin biokemian periaatteet. Omega Editions (5. painos).
- Rawn, JD (1998). Biokemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Schulz, H. (1991). Rasvahappojen beetahapetus. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
- Schulz, H. (1994). Rasvahapon hapettumisen säätely sydämessä. Kriittinen katsaus, 165–171.
- Schulz, H., ja Kunau, W. (1987). Tyydyttymättömien rasvahappojen beetahapetus: tarkistettu reitti. TIBS, 403 - 406.