BETA OKSIHENASYON NG MGA FATTY ACID: MGA HAKBANG, REAKSYON, PRODUKTO, REGULASYON - BIOLOGY - 2025

Ang beta oxidation ng mga fatty acid ay ang ruta ng catabolism (marawal na kalagayan) ng mga fatty acid, na ang pangunahing pagpapaandar ay ang produksiyon o "paglabas" ng enerhiya na nilalaman sa mga bono ng mga molekula.

Ang ruta na ito ay natuklasan noong 1904 salamat sa mga eksperimento na isinagawa ng Aleman na si Franz Knoop, na binubuo sa pangangasiwa, sa mga pang-eksperimentong daga, ng mga fatty acid na ang pangwakas na grupong methyl ay nabago sa isang pangkat na phenyl.

Diagram ng beta oxidation ng mga fatty acid (Pinagmulan: Arturo González Laguna sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Inaasahan ni Knoop na ang mga produktong catabolismo ng mga "analog" na fatty acid ay susundan ng mga landas na katulad ng landas ng oksihenasyon ng normal (hindi nabagong natural) na mga fatty acid. Gayunpaman, natagpuan niya na may mga pagkakaiba-iba sa mga produktong nakuha bilang isang function ng bilang ng mga carbon atoms ng mga fatty acid.

Sa mga resulta na ito, iminungkahi ni Knoop na ang pagkasira ay naganap sa "mga hakbang", na nagsisimula sa isang "atake" sa β carbon (ang nasa posisyon 3 na may paggalang sa grupo ng carboxyl), na naglalabas ng mga fragment ng dalawang mga atom na carbon.

Sa kalaunan ay ipinakita na ang proseso ay nangangailangan ng enerhiya sa anyo ng ATP, na ginawa sa mitochondria at na ang mga fragment ng dalawang carbon atom ay pumapasok sa siklo ng Krebs bilang acetyl-CoA.

Sa madaling sabi, ang oksihenasyon ng beta ng mga fatty acid ay nagsasangkot ng pag-activate ng grupo ng carboxyl, transportasyon ng activated fat acid sa mitochondrial matrix, at dalawang-by-two carbon "stepped" na oksihenasyon mula sa pangkat ng carboxyl.

Tulad ng maraming mga proseso ng anabolic at catabolic, ang ruta na ito ay naayos, dahil nararapat ito sa pagpapakilos ng mga "reserve" fatty acid kapag ang iba pang mga catabolic ruta ay hindi sapat upang matugunan ang mga hinihingi ng cellular at enerhiya sa katawan.

Mga hakbang at reaksyon

Ang mga mataba na asido ay higit sa lahat sa cytosol, nagmula man ito mula sa mga daang biosynthetic o mula sa mga deposito ng taba na nakaimbak mula sa nakakain na pagkain (na dapat magpasok ng mga cell).

- Pag-activate ng mga fatty acid at transportasyon sa mitochondria

Ang pag-activate ng mga fatty acid ay nangangailangan ng paggamit ng isang molekulang ATP at may kinalaman sa pagbuo ng acyl thioester conjugates na may coenzyme A.

Ang activation na ito ay na-catalyzed ng isang pangkat ng mga enzyme na tinatawag na acetyl-CoA ligases na tiyak sa haba ng chain ng bawat fatty acid. Ang ilan sa mga enzim na ito ay nag-activate ng mga fatty acid habang dinadala sila sa mitochondrial matrix, dahil naka-embed sila sa panlabas na mitochondrial membrane.

Pag-activate ng mga fatty acid (Pinagmulan: Jag123 sa English Wikipedia sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang proseso ng pag-activate ay nangyayari sa dalawang hakbang, una na gumagawa ng isang acyl adenylate mula sa na-activate na fatty acid na may ATP, kung saan inilabas ang isang molekula ng pyrophosphate (PPi). Ang pangkat ng carboxyl na isinaaktibo ng ATP ay pagkatapos ay inaatake ng pangkat ng thiol ng coenzyme A upang mabuo ang acyl-CoA.

Ang pagsasalin ng acyl-CoA sa pamamagitan ng mitochondrial membrane ay nakamit ng isang sistema ng transportasyon na kilala bilang ang shutter ng carnitine.

- Beta oksihenasyon ng puspos na mga fatty acid na may isang bilang ng mga carbon atoms

Ang pagkasira ng mga fatty acid ay isang cyclical path, dahil ang paglabas ng bawat fragment ng dalawang carbon atom ay agad na sinusundan ng isa pa, hanggang sa maabot ang buong haba ng molekula. Ang mga reaksyon na may bahagi sa prosesong ito ay ang mga sumusunod:

- Dehydrogenation.

- Hydration ng isang dobleng bono.

- Pag-aalis ng tubig ng isang pangkat na hydroxyl.

- Pagkaputok sa pamamagitan ng pag-atake ng isang acetyl-CoA molekula sa β carbon.

Reaksyon 1: unang pag-aalis ng tubig

Binubuo ito ng pagbuo ng isang dobleng bono sa pagitan ng α-carbon at β-carbon sa pamamagitan ng pagtanggal ng dalawang mga hydrogen atoms. Ito ay catalyzed ng isang enzyme acyl-CoA dehydrogenase, na bumubuo ng isang molekula ng trans∆2-enoyl-S-CoA at isang molekula ng FAD + (cofactor).

Mga reaksyon 2 at 3: hydration at dehydrogenation

Ang Hydration ay catalyzed ng enoyl-CoA hydratase, habang ang dehydrogenation ay pinagsama ng 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, at ang huli na reaksyon ay nakasalalay sa cofactor NAD +.

Ang hydration ng trans∆2-enoyl-S-CoA ay nagbibigay ng pagtaas sa isang 3-hydroxyacyl-CoA, na ang pag-aalis ng tubig ay gumagawa ng isang 3-ketoacyl-CoA molekula at isang NADH + H.

Ang FADH2 at NADH na ginawa sa unang tatlong reaksyon ng beta oxidation ay na-aktibo sa pamamagitan ng electron transport chain, salamat sa kung saan nakilahok sila sa paggawa ng ATP, 2 mga molekula para sa bawat FADH2 at 3 molekula para sa bawat NADH.

Reaksyon 4: pagkapira-piraso

Ang bawat pag-ikot ng beta oxidation na nag-aalis ng isang molekula na may dalawang atom na carbon ay nagtatapos sa "thiolytic" na pag-clear ng keto carbon, na inaatake ng coenzyme A sa bond sa pagitan ng α at β carbons.

Ang reaksyon na ito ay catalyzed ng enzyme β-ketothiolase o thiolase, at ang mga produkto nito ay isang molekula ng acyl-CoA (ang activated fatty acid na may dalawang mas kaunting mga atom at carbon) at isa sa acetyl-CoA.

- Beta oksihenasyon ng puspos na mga fatty acid na may kakaibang bilang ng mga carbon atoms

Sa mga fatty acid na may kakaibang bilang ng mga carbon atoms (na hindi masyadong sagana), ang molekula ng huling siklo ng marawal na kalagayan ay mayroong 5 carbon atoms, kaya ang fragmentation nito ay gumagawa ng isang acetyl-CoA Molekyul (na pumapasok sa siklo ng Krebs) at isa pang propionyl-CoA.

Ang propionyl-CoA ay dapat na carboxylated (reaksyon na nakasalalay sa ATP at bikarbonate) sa pamamagitan ng enion propionyl-CoA carboxylase, at sa gayon ay bumubuo ng isang compound na kilala bilang D-methylmalonyl-CoA, na dapat na epimerized sa form na "L".

Beta oxidation ng mga kakaibang bilang ng mga fatty acid (Pinagmulan: Eleska sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang tambalang nagreresulta mula sa epimerization ay pagkatapos ay na-convert sa succinyl-CoA sa pamamagitan ng pagkilos ng enzyme na L-methylmalonyl-CoA mutase, at ang molekula na ito, pati na rin ang acetyl-CoA, ay pumapasok sa siklo ng sitriko acid.

- Beta oksihenasyon ng hindi nabubuong mga fatty acid

Maraming mga cellular lipids ang may unsaturated fatty acid chain, iyon ay, mayroon silang isa o higit pang dobleng mga bono sa pagitan ng kanilang mga carbon atoms.

Ang oksihenasyon ng mga fatty acid ay naiiba sa naiiba ng mga puspos na fatty acid, dahil ang dalawang karagdagang mga enzim, enoyl-CoA isomerase at 2,4-dienoyl-CoA reductase, ay namamahala sa pag-aalis ng mga unsaturation na ito kaya ang mga mataba na asido maaaring maging isang substrate para sa enziml-CoA hydratase.

Beta oksihenasyon ng hindi puspos na mga fatty acid (Pinagmulan: Hajime7basketball sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang Enoyl-CoA isomerase ay kumikilos sa monounsaturated fatty acid (na may isang unsaturation lamang), samantala ang reaksyon ng enzyme na 2,4-dienoyl-CoA na may polyunsaturated fatty acid (na may dalawa o higit pang mga unsaturation).

- Beta extramitochondrial oksihenasyon

Ang oksihenasyon ng beta ng mga fatty acid ay maaari ring maganap sa loob ng iba pang mga cytosolic organelles tulad ng mga peroxisome, halimbawa, na may pagkakaiba na ang mga electron na inilipat sa FAD + ay hindi naihatid sa chain ng paghinga, ngunit direkta sa oxygen.

Ang reaksyon na ito ay gumagawa ng hydrogen peroxide (nabawasan ang oxygen), isang compound na tinanggal ng catalase enzyme, na partikular sa mga organelles na ito.

Mga produkto ng beta oxidation

Ang fatid acid oxidation ay gumagawa ng mas maraming enerhiya kaysa sa pagkasira ng karbohidrat. Ang pangunahing produkto ng beta oxidation ay ang acetyl-CoA na ginawa sa bawat hakbang ng siklik na bahagi ng landas, gayunpaman, ang iba pang mga produkto ay:

- AMP, H + at pyrophosphate (PPi), na ginawa sa panahon ng pag-activate.

- FADH2 at NADH, para sa bawat acetyl-CoA na ginawa.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, para sa mga kakaibang chain fatty fatty.

Beta oxidation ng palmitic acid (Pinagmulan: ´Rojinbkht sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Kung isasaalang-alang namin bilang isang halimbawa ang kumpletong beta oxidation ng palmitic acid (palmitate), isang fatty acid na may 16 na carbon atoms, ang dami ng enerhiya na ginawa ay katumbas ng higit o mas mababa sa 129 na mga molekula ng ATP, na nagmula sa 7 na liko na dapat kumpletuhin. ang siklo.

Regulasyon

Ang regulasyon ng fatty acid beta oxidation sa karamihan ng mga cell ay nakasalalay sa pagkakaroon ng enerhiya, hindi lamang nauugnay sa mga karbohidrat kundi pati na rin sa mga fatty acid mismo.

Kinokontrol ng mga hayop ang pagpapakilos at, samakatuwid, ang pagsira ng mga taba sa pamamagitan ng hormonal stimulus, na sa parehong oras ay kinokontrol ng mga molekula tulad ng cAMP, halimbawa.

Sa atay, ang pangunahing fat breakdown organ, ang konsentrasyon ng malonyl-CoA ay napakahalaga para sa regulasyon ng beta oxidation; ito ang unang substrate na kasangkot sa daanan ng fatty acid biosynthesis.

Kapag ang malonyl-CoA ay nag-iipon sa malaking proporsyon, nagtataguyod ito ng fatty acid biosynthesis at pinipigilan ang mitochondrial transporter o ang acyl-carnitine shuttle. Kapag bumababa ang konsentrasyon nito, ang pag-iwas ay huminto at ang beta oxidation ay isinaaktibo.

Mga Sanggunian

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (ika-3 ed.). San Francisco, California: Pearson.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Mga Prinsipyo ng Lehninger ng Biochemistry. Mga Edisyon ng Omega (Ika-5 ed.).
3. Rawn, JD (1998). Biochemistry. Burlington, Massachusetts: Mga Publisher ng Neil Patterson.
4. Schulz, H. (1991). Beta oksihenasyon ng mga fatty acid. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Regulasyon ng Fatty Acid Oxidation sa Puso. Repasuhin sa Kritikal, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oksihenasyon ng hindi puspos na mga fatty acid: isang binagong daan TIBS, 403-406.