β-oksydacja (β-oksydacja Knoopa) – szereg reakcji przekształcenia
kwasów tłuszczowych
w
acetylokoenzym A
(acetylo-CoA) w przypadku kwasów tłuszczowych o parzystej liczbie węgli oraz acetylo-CoA i propionylo-CoA, gdy liczba
atomów
węgla jest nieparzysta.
Przebieg
Proces β-oksydacja zachodzi w matrix
mitochondrium
u
eukariotów
i w
cytozolu
u
prokariotów
. Transport przez błonę wewnętrzną mitochondrium poprzedzony jest aktywacją kwasu tłuszczowego, polegającą na utworzeniu przez niego wiązania tioestrowego z
CoA
i powstaniem
acylo-CoA
. Transport cząsteczek acylo-CoA zawierających łańcuchy mające do 10 atomów węgla zachodzi bezpośrednio przez błonę mitochondrialną. Cząsteczki o dłuższych łańcuchach przechodzą przez wewnętrzną błonę mitochondrium po sprzężeniu z cząsteczką
karnityny
. Bierze w tym udział acylotransferaza karnitynowa I znajdująca się na zewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony oraz acylotransferaza karnitynowa II umiejscowiona na wewnętrznej powierzchni błony (od strony matriks).
Reakcje β-oksydacji polegają na takich przemianach by rozczepić "dłuższy" acylo-CoA na acetylo-CoA i acylo-CoA "krótszy", po czym rozpocząć proces od początku, aż do momentu gdy powstają dwie cząteczki acetylo-CoA w przypadku kwasów tłuszczowych o parzystej liczbie węgli lub propionylo-CoA i acetylo-CoA w przypadku kwasów o nieparzystej liczbie węgli. β-oksydacja obejmuje następujące reakcje, zachodzące cyklicznie:
-
Utlenienie
(przy pomocy dehydrogenazy acylo-CoA) acylo-CoA do trans-Δ2-enoilo-CoA z wytworzeniem FADH2.
- Uwodnienie trans-Δ2-enoilo-CoA do 3-hydroksyacylo-CoA przy pomocy
enzymu
hydrataza enoilo-CoA.
- Utlenienie 3-hydroksyacylo-CoA do 3-ketoacylo-CoA przy pomocy dehydrogenazy hydroksyacylo-CoA i z wytworzeniem
NADH
.
- Tioliza 3-ketoacylo-CoA przez drugą cząsteczkę CoA i wytworzenie acylo-CoA skróconego o dwa atomy węgla oraz acetylo-CoA. Katalizatorem w tej reakcji jest β-ketotiolaza. Cząsteczka acylo-CoA następnie ponownie ulega reakcjom 1-4.
Jeśli kwas tłuszczowy miał parzystą liczbę atomów węgla, to pod koniec ostatniego cyklu acylo-CoA ma 4 atomy węgla i jest rozszczepiany na 2 cząsteczki acetylo-CoA. W przypadku kwasów o nieparzystej liczbie węgla, acylo-CoA zawiera 5 atomów węgla i rozszczepia się na trzywęglowy propionylo-CoA oraz dwuwęglowy acetylo-CoA.
U roślin powstały acetylo-CoA wchodzi w
cykl glioksalowy
, w wyniku którego zostaje przekształcony w
szczawiooctan
.
β-oksydacja nienasyconych kwasów tłuszczowych
β-oksydacja nienasyconych kwasów tłuszczowych angażuje dodatkowe enzymy, nieuczestniczące w β-oksydacji nasyconych kwasów tłuszczowych. Jeśli kwas tłuszczowy posiada wiązania podwójne przy nieparzystych atomach węgla, β-oksydacja zachodzi tak samo, jak w przypadku kwasów nasyconych do momentu pojawienia się w trzecim cyklu cis-Δ3-enoilo-CoA. Związek ten zostaje wtedy przekształcony przy udziale
izomerazy
w trans-Δ2-enoilo-CoA, który ulega dalszym reakcjom. W przypadku kwasów wielonienasyconych, mających wiązania podwójne przy parzystych atomach węgla, na jednym z etapów β-oksydacji powstaje 2,4-dienoilowy związek pośredni, który jest przekształcany przez reduktazę 2,4-dienoilo-CoA w cis-Δ3-enoilo-CoA, który następnie zostaje przekształcony przez izomerazę w formę trans.
Znaczenie
β-oksydacja jest procesem dostarczającym:
- równoważników redukcyjnych (po cząsteczce FADH2 i NADH na każdy "obrót cyklu") służących w
łańcuchu oddechowym
wytworzeniu ATP,
- acetylo-CoA do
cyklu Krebsa
służącemu wytworzeniu ATP,
- w wątrobie substratów do syntezy
ciał ketonowych
, zwłaszcza w przypadku zaburzeń (
cukrzyca
) gospodarki cukrami (
szczawiooctan
, metabolit pośredni cyklu Krebsa, powstaje z jednego z intermediantów
glikolizy
).
Historia
Wieloetapowy rozkład enzymatyczny
kwasów tłuszczowych
odkrył w 1904 roku niemiecki chemik Franz Knoop (1875-1946), dlatego można spotkać nazwę β-oksydacja Knoopa lub teoria β-oksydacji tłuszczów Knoopa[1].
Przypisy
- ↑ Keshav Trehan: Biochemistry. John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd, s. 319. .
Bibliografia
- Metabolizm lipidów. W: B.D.Hames, N.M.Hooper: Krótkie wykłady. Biochemia. Warszawa:
Wydawnictwo Naukowe PWN
, 2004.