Rozklad mastných kyselín

Z Rozklad mastných kyselín Slúži na generovanie energie v bunkách a uskutočňuje sa prostredníctvom oxidácie beta. V priebehu oxidácie beta sa vytvára acetyl-koenzým A, ktorý sa ďalej štiepi na oxid uhličitý a vodu alebo sa privádza späť do cyklu kyseliny citrónovej. Poruchy rozkladu mastných kyselín môžu viesť k vážnym chorobám.

Čo je rozloženie mastných kyselín?

Okrem odbúravania glukózy v organizme je odbúravanie mastných kyselín dôležitým metabolickým procesom na vytváranie energie v bunke.

Mastné kyseliny sa štiepia v mitochondriách. K degradácii dochádza prostredníctvom tzv. Beta oxidácie. Termín "beta" pochádza zo skutočnosti, že oxidácia prebieha na treťom atóme uhlíka (beta uhlíkový atóm) molekuly mastnej kyseliny.

Na konci oxidačného cyklu sa odštiepia dva atómy uhlíka vo forme aktivovanej kyseliny octovej (acetyl-koenzým A). Pretože odbúravanie mastných kyselín vyžaduje niekoľko oxidačných cyklov, bol tento proces predtým známy aj ako špirála mastných kyselín.

Acetyl koenzým sa v mitochondriách ďalej štiepi na ketónové telieska alebo oxid uhličitý a vodu. Keď sa z mitochondrií dostane späť do cytoplazmy, privádza sa späť do cyklu kyseliny citrónovej.

Pri rozklade mastných kyselín sa produkuje viac energie ako pri spaľovaní glukózy.

Funkcia a úloha

Rozklad mastných kyselín sa uskutočňuje v niekoľkých reakčných krokoch a uskutočňuje sa v mitochondriách. Najprv sú molekuly mastných kyselín lokalizované v cytozole bunky.

Sú to inertné molekuly, ktoré sa musia najprv degradovať a transportovať do mitochondrií. Na aktiváciu mastnej kyseliny sa koenzým A prenáša za vzniku acyl-CoA. Najskôr sa ATP rozdelí na pyrofosfát a AMP. AMP sa potom použije na vytvorenie acyl AMP (acyl adenylátu).

Po oddelení AMP môže byť mastná kyselina esterifikovaná koenzýmom A za vzniku acyl-CoA. Potom sa pomocou enzýmu karnitín acyltransferázy I prevedie karnitín na aktivovanú mastnú kyselinu.

Tento komplex je transportovaný do mitochondrií (mitochondriálna matrica) pomocou karnitín-acylkarnitínového transportéra (CACT). Tam sa karnitín znova odštiepi a znova sa prenesie koenzým A. Karnitín sa odvádza z matrice a v mitochondrii je k dispozícii acyl-CoA na skutočnú beta oxidáciu.

Skutočná oxidácia beta sa uskutočňuje v štyroch reakčných krokoch. Klasické oxidačné kroky sa uskutočňujú s párnymi nasýtenými mastnými kyselinami. Ak sa odštiepia nepárne alebo nenasýtené mastné kyseliny, východisková molekula sa musí najskôr pripraviť na beta oxidáciu pomocou ďalších reakcií.

Acyl-CoA párnych nasýtených mastných kyselín sa oxiduje v prvom reakčnom kroku pomocou enzýmu acyl-CoA dehydrogenázy. To vytvára dvojitú väzbu medzi druhým a tretím atómom uhlíka v trans polohe. Okrem toho sa FAD prevádza na FADH2.

Normálne sú dvojité väzby nenasýtených mastných kyselín v polohe cis, ale nasledujúci krok v degradačnej reakcii mastných kyselín sa môže uskutočniť iba s dvojitou väzbou v polohe trans.

V druhom reakčnom kroku enzým enoyl-CoA hydratáza pridá molekulu vody k beta atómu uhlíka za vzniku hydroxylovej skupiny. Tzv. L-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenáza potom oxiduje atóm uhlíka beta na ketoskupinu. Vytvorí sa 3-ketoacyl-CoA.

V poslednom reakčnom kroku sa ďalší koenzým A viaže na atóm beta-uhlíka. Acetyl-CoA (aktivovaná kyselina octová) sa oddelí a acyl-CoA, ktorý je o dva atómy uhlíka kratší, zostáva. Táto kratšia zvyšková molekula prechádza v nasledujúcom reakčnom cykle až k ďalšiemu štiepeniu acetyl-CoA.

Proces pokračuje, kým sa celá molekula nerozpadne na aktivovanú kyselinu octovú. Reverzný proces na oxidáciu beta by bol tiež teoreticky možný, ale nenastáva v prírode.

Pre syntézu mastných kyselín existuje odlišný reakčný mechanizmus. V mitochondrii sa acetyl-CoA ďalej rozpadá na oxid uhličitý a vodu alebo v ketónových telách s uvoľňovaním energie. V prípade mastných kyselín s nepárnymi číslami zostáva na konci propionyl-CoA s tromi atómami uhlíka. Táto molekula sa štiepi iným spôsobom.

Keď sa nenasýtené mastné kyseliny štiepia, dvojité väzby sa prevedú z konfigurácie cis na trans pomocou špecifických izomeráz.

Choroby a choroby

Poruchy rozkladu mastných kyselín sú zriedkavé, ale môžu viesť k vážnym zdravotným problémom. Takmer vždy sú to genetické choroby.

Existuje takmer zodpovedajúca génová mutácia pre takmer každý relevantný enzým podieľajúci sa na rozklade mastných kyselín. Napríklad nedostatok enzýmu MCAD vzniká z génovej mutácie, ktorá sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. MCAD je zodpovedný za rozklad mastných kyselín so stredným reťazcom. Medzi príznaky patrí hypoglykémia (nízka hladina cukru v krvi), záchvaty a časté stavy komatózy. Pretože tu mastné kyseliny nemôžu byť použité na výrobu energie, spália sa zvýšené hladiny glukózy. To vedie k hypoglykémii a riziku kómy.

Pretože telu musí byť vždy dodávaná glukóza na výrobu energie, nesmie existovať žiadna dlhodobá abstinencia. V prípade potreby sa musí pri akútnej kríze podať infúzia glukózy vo vysokých dávkach.

Ďalej sú všetky myopatie charakteristické pre poruchy rozpadu mitochondriálnych mastných kyselín. To vedie k svalovej slabosti, poruchám metabolizmu pečene a hypoglykemickým stavom. Až 70 percent postihnutých v priebehu života oslepne.

Závažné choroby sa tiež vyskytujú, keď je narušené odbúravanie nadmerne dlhých mastných kyselín. Tieto mastné kyseliny s veľmi dlhým reťazcom sa nerozkladajú v mitochondriách, ale v peroxizómoch. Tu je enzým ALDP zodpovedný za zavedenie do peroxizómov. Ak je však ALDP defektná, dlhé molekuly mastných kyselín sa akumulujú v cytoplazme, a tak vedú k závažným metabolickým poruchám. Nervové bunky a biela hmota mozgu sú tiež napadnuté. Tento typ poruchy rozkladu mastných kyselín vedie k neurologickým symptómom, ako sú poruchy rovnováhy, necitlivosť, kŕče a nedostatočné nadobličky.