TAUKSKĀBJU BETA OKSIDĀCIJA: SOĻI, REAKCIJAS, PRODUKTI, REGULĒŠANA - BIOLOĢIJA - 2025

Beta oksidēšana taukskābju ir ceļš katabolismu (sadalīšanos) taukskābju, kuru galvenā funkcija ir ražošanas vai "release" no enerģijas ietverts obligācijās šo molekulu.

Šis ceļš tika atklāts 1904. gadā, pateicoties vācieša Franz Knoop veiktajiem eksperimentiem, kas sastāvēja no taukskābju ievadīšanas eksperimentālām žurkām, kuru galīgā metilgrupa tika pārveidota ar fenilgrupu.

Taukskābju beta oksidācijas shēma (Avots: Arturo González Laguna, izmantojot Wikimedia Commons)

Knops sagaidīja, ka šo "analogo" taukskābju katabolisma produkti notiks līdzīgi kā parasto (nemodificēto dabisko) taukskābju oksidācijas ceļi. Tomēr viņš atklāja, ka iegūtajos produktos ir atšķirības atkarībā no taukskābju oglekļa atomu skaita.

Izmantojot šos rezultātus, Knops ierosināja, ka noārdīšanās notiek "soļos", sākot ar "uzbrukumu" β ogleklim (viens 3. pozīcijā attiecībā uz terminālo karboksilgrupu), atbrīvojot divu oglekļa atomu fragmentus.

Vēlāk tika parādīts, ka process prasa enerģiju ATP formā, kas tiek ražota mitohondrijos, un ka divu oglekļa atomu fragmenti nonāk Krebsa ciklā kā acetil-CoA.

Īsāk sakot, taukskābju beta oksidēšana ir saistīta ar terminālas karboksilgrupas aktivizēšanu, aktivētās taukskābes transportēšanu mitohondriju matricā un divkāršo oglekļa "pakāpju" oksidēšanu no karboksilgrupas.

Tāpat kā daudzos anaboliskajos un kataboliskajos procesos, arī šis ceļš ir regulēts, jo tas ir pelnījis “rezerves” taukskābju mobilizāciju, ja citi kataboliskie ceļi nav pietiekami, lai apmierinātu šūnu un ķermeņa enerģijas vajadzības.

Pasākumi un reakcija

Taukskābes pārsvarā atrodas citosolā neatkarīgi no tā, vai tās rodas no biosintēzes ceļiem vai no tauku nogulsnēm, kuras tiek uzkrātas no uzņemtas pārtikas (kurai jāiekļūst šūnās).

- Taukskābju aktivizēšana un transportēšana uz mitohondrijiem

Taukskābju aktivizēšanai ir jāizmanto ATP molekula, un tas ir saistīts ar aciltioestera konjugātu ar koenzīmu A veidošanos.

Šo aktivizāciju katalizē enzīmu grupa, ko sauc par acetil-CoA ligatūras, kas raksturīgas katras taukskābes ķēdes garumam. Daži no šiem fermentiem aktivizē taukskābes, nonākot mitohondriju matricā, jo tie ir iestrādāti mitohondriju ārējā membrānā.

Taukskābju aktivizēšana (Avots: Jag123 angļu Vikipēdijā, izmantojot Wikimedia Commons)

Aktivizācijas process notiek divos posmos, vispirms no aktivētās taukskābes ar ATP iegūst acil-adenilātu, kurā izdalās pirofosfāta molekula (PPi). Pēc tam ar koenzīma A tiola grupu uzbrūk ATP aktivētā karboksilgrupa, veidojot acil-CoA.

Acil-CoA pārvietošanu caur mitohondriju membrānu panāk ar transporta sistēmu, kas pazīstama kā karnitīna atspole.

- Piesātināto taukskābju beta oksidēšana ar nepāra skaitu oglekļa atomu

Taukskābju sadalīšanās ir ciklisks ceļš, jo katra divu oglekļa atomu fragmentu atbrīvošanai tūlīt seko cits, līdz tiek sasniegts molekulas pilnā garums. Reakcijas, kas piedalās šajā procesā, ir šādas:

- dehidrogenēšana.

- Divkāršās saites hidratācija.

- hidroksilgrupas dehidrogenēšana.

- Sadrumstalotība, acetil-CoA molekulai uzbrūkot β ogleklim.

1. reakcija: pirmā dehidrogenēšana

Tas sastāv no divkāršās saites veidošanās starp α-oglekli un β-oglekli, atdalot divus ūdeņraža atomus. To katalizē enzīms acil-CoA dehidrogenāze, kas veido trans∆2-enoil-S-CoA molekulu un FAD + molekulu (kofaktors).

2. un 3. reakcija: hidratācija un dehidrogenēšana

Hidratāciju katalizē enoil-CoA hidratāze, bet dehidrogenēšanu veic 3-hidroksi-acil-CoA dehidrogenāze, un pēdējā reakcija ir atkarīga no kofaktora NAD +.

Trans∆2-enoil-S-CoA hidratācija rada 3-hidroksi-acil-CoA, kura dehidrogenēšanas rezultātā tiek iegūta 3-ketoacil-CoA molekula un NADH + H.

FADH2 un NADH, kas rodas pirmajās trīs beta oksidācijas reakcijās, tiek reoksidēti caur elektronu transporta ķēdi, pateicoties kuriem viņi piedalās ATP, 2 molekulu katrai FADH2 un 3 molekulu katra NADH ražošanā.

4. reakcija: sadrumstalotība

Katrs beta oksidācijas cikls, kas noņem molekulu ar diviem oglekļa atomiem, beidzas ar keto oglekļa “tiolītisko” šķelšanos, kurai koenzīms A uzliek saiti starp α un β oglekli.

Šo reakciju katalizē enzīms β-ketotiolāze vai tiolāze, un tā produkti ir viena acil-CoA (aktivētās taukskābes ar diviem mazāk oglekļa atomiem) un viena no acetil-CoA molekula.

- Piesātinātu taukskābju beta oksidēšana ar nepāra skaitu oglekļa atomu

Taukskābēs ar nepāra skaitu oglekļa atomu (kas nav ļoti bagātīgi) pēdējā noārdīšanās cikla molekulā ir 5 oglekļa atomi, tāpēc tās sadrumstalotība rada acetil-CoA molekulu (kas nonāk aprites ciklā) Krebs) un vēl viens propionil-CoA.

Propionil-CoA jābūt karboksilētām (reakcija ir atkarīga no ATP un bikarbonāta) ar enzīma propionil-CoA karboksilāzi, tādējādi veidojot savienojumu, kas pazīstams kā D-metilmalonil-CoA un kam jābūt epimerizētam tā "L" formā.

Nepāra taukskābju beta oksidācija (Avots: Eleska, izmantojot Wikimedia Commons)

Pēc tam savienojumu, kas iegūts epimerizācijas rezultātā, fermenta L-metilmalonil-CoA mutāzes ietekmē pārvērš sukcinil-CoA, un šī molekula, kā arī acetil-CoA, nonāk citronskābes ciklā.

- Nepiesātināto taukskābju beta oksidācija

Daudziem šūnu lipīdiem ir nepiesātinātas taukskābju ķēdes, tas ir, tiem ir viena vai vairākas dubultās saites starp to oglekļa atomiem.

Šo taukskābju oksidācija nedaudz atšķiras no piesātināto taukskābju oksidācijas, jo divi papildu enzīmi, enoil-CoA izomerāze un 2,4-dienoil-CoA reduktāze, ir atbildīgi par šo nepiesātinājumu novēršanu tā, lai šīs taukskābes var būt enzīma enoil-CoA hidratāzes substrāts.

Nepiesātināto taukskābju beta oksidācija (Avots: Hajime7basketball caur Wikimedia Commons)

Enoil-CoA izomerāze iedarbojas uz mononepiesātinātajām taukskābēm (ar tikai vienu nepiesātināto), tikmēr ferments 2,4-dienoyl-CoA reduktāze reaģē ar polinepiesātinātajām taukskābēm (ar divām vai vairākām nepiesātinātajām).

- Beta ekstramitohondriskā oksidācija

Taukskābju beta oksidācija var notikt arī citos citosoliskajos organellos, piemēram, peroksisomos, ar atšķirību, ka uz FAD + pārnestie elektroni netiek piegādāti elpošanas ķēdē, bet tieši skābeklī.

Šīs reakcijas laikā veidojas ūdeņraža peroksīds (skābeklis tiek samazināts) - savienojums, ko izvada katalāzes enzīms, kas raksturīgs šīm organellām.

Beta oksidācijas produkti

Taukskābju oksidēšana rada daudz vairāk enerģijas nekā ogļhidrātu sadalīšanās. Galvenais beta oksidācijas produkts ir acetil-CoA, kas tiek iegūts katrā ceļa cikliskās daļas posmā, tomēr citi produkti ir:

- AMP, H + un pirofosfāts (PPi), kas rodas aktivēšanas laikā.

- FADH2 un NADH, par katru saražoto acetil-CoA.

- Sukcinil-CoA, ADP, Pi, nepāra ķēdes taukskābēm.

Palmitīnskābes beta oksidācija (Avots: ´Rojinbkht, izmantojot Wikimedia Commons)

Ja mēs par piemēru uzskatām palmitīnskābes (palmitāta), taukskābes ar 16 oglekļa atomiem, pilnīgu beta oksidāciju, saražotais enerģijas daudzums ir ekvivalents vairāk vai mazāk 129 ATP molekulām, kas nāk no 7 pagriezieniem, kas tai jāpabeidz. cikls.

Regula

Taukskābju beta oksidācijas regulēšana lielākajā daļā šūnu ir atkarīga no enerģijas pieejamības, kas saistīta ne tikai ar ogļhidrātiem, bet arī ar pašām taukskābēm.

Dzīvnieki kontrolē mobilizāciju un līdz ar to tauku sadalīšanos ar hormonālo stimulu palīdzību, kurus vienlaikus kontrolē tādas molekulas kā, piemēram, cAMP.

Aknās, galvenajā tauku sadalīšanās orgānā, malonil-CoA koncentrācija ir ārkārtīgi svarīga beta oksidācijas regulēšanai; tas ir pirmais substrāts, kas iesaistīts taukskābju biosintēzes ceļā.

Kad malonil-CoA uzkrājas lielās proporcijās, tas veicina taukskābju biosintēzi un kavē mitohondriju transportētāju vai acil-karnitīna atspole. Kad tā koncentrācija samazinās, inhibīcija tiek pārtraukta un tiek aktivizēta beta oksidācija.

Atsauces

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Bioķīmija (3. izd.). Sanfrancisko, Kalifornija: Pīrsons.
2. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).
3. Rawn, JD (1998). Bioķīmija. Burlingtons, Masačūsetsa: Neil Patterson Publishers.
4. Šulcs, H. (1991). Taukskābju beta oksidācija. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Taukskābju oksidācijas regulēšana sirdī. Kritiskais pārskats, 165. – 171.
6. Šulcs, H., un Kunau, W. (1987). Nepiesātināto taukskābju beta-oksidācija: pārskatīts ceļš. TIBS, 403–406.