YAĞ ASITLERININ BETA OKSIDASYONU: ADIMLAR, REAKSIYONLAR, ÜRÜNLER, DÜZENLEME - BIYOLOJI - 2024

Yağ asitlerinin beta oksidasyon ana işlevi, üretim veya enerji "serbest", bu moleküllerin bağları bulunan yağ asitlerinin, katabolizması (degradasyon) arasında yoldur.

Bu rota, 1904 yılında, son metil grubu bir fenil grubu ile modifiye edilmiş yağ asitlerinin deney farelerine uygulanmasından oluşan Alman Franz Knoop tarafından yapılan deneyler sayesinde keşfedildi.

Yağ asitlerinin beta oksidasyon şeması (Kaynak: Arturo González Laguna, Wikimedia Commons)

Knoop, bu "analog" yağ asitlerinin katabolizma ürünlerinin, normal (modifiye edilmemiş doğal) yağ asitlerinin oksidasyon yoluna benzer yolları takip etmesini bekledi. Bununla birlikte, yağ asitlerinin karbon atomu sayısının bir fonksiyonu olarak elde edilen ürünlerde farklılıklar olduğunu buldu.

Bu sonuçlarla Knoop, bozunmanın β karbona (terminal karboksil grubuna göre 3. konumdaki) bir "saldırı" ile başlayarak iki karbon atomunun fragmanlarını serbest bırakarak "adımlar" halinde gerçekleştiğini öne sürdü.

Daha sonra sürecin mitokondride üretilen ATP formunda enerji gerektirdiği ve iki karbon atomunun parçalarının Krebs döngüsüne asetil-CoA olarak girdiği gösterildi.

Kısacası, yağ asitlerinin beta oksidasyonu, terminal karboksil grubunun aktivasyonunu, aktive edilmiş yağ asidinin mitokondriyal matrise taşınmasını ve karboksil grubundan ikiye iki karbonlu "aşamalı" oksidasyonu içerir.

Birçok anabolik ve katabolik süreç gibi, bu yol da düzenlenmiştir, çünkü diğer katabolik yollar hücresel ve vücut enerji taleplerini karşılamak için yeterli olmadığında "yedek" yağ asitlerinin mobilizasyonunu hak eder.

Adımlar ve reaksiyonlar

Yağ asitleri, biyosentetik yollardan veya sindirilmiş gıdalardan depolanan (hücrelere girmesi gereken) yağ birikintilerinden gelsinler, ağırlıklı olarak sitozolde bulunur.

- Yağ asitlerinin aktivasyonu ve mitokondriye taşınması

Yağ asitlerinin aktivasyonu, bir ATP molekülünün kullanılmasını gerektirir ve koenzim A ile asil tiyoester konjugatlarının oluşumu ile ilgilidir.

Bu aktivasyon, her bir yağ asidinin zincir uzunluğuna özgü asetil-CoA ligazlar adı verilen bir grup enzim tarafından katalize edilir. Bu enzimlerden bazıları, yağ asitlerini mitokondriyal matrise taşınırken, dış mitokondriyal membrana gömüldükleri için aktive eder.

Yağ asitlerinin aktivasyonu (Kaynak: Jag123, İngilizce Wikipedia, Wikimedia Commons)

Aktivasyon süreci iki adımda gerçekleşir, ilk önce bir pirofosfat molekülünün (PPi) salındığı ATP ile aktive edilmiş yağ asidinden bir asil adenilat üretir. ATP tarafından aktive edilen karboksil grubu daha sonra asil-CoA oluşturmak için koenzim A'nın tiol grubu tarafından saldırıya uğrar.

Asil-CoA'nın mitokondriyal membrandan translokasyonu, karnitin mekiği olarak bilinen bir taşıma sistemi ile sağlanır.

- Çift sayıda karbon atomlu doymuş yağ asitlerinin beta oksidasyonu

Yağ asitlerinin bozunması döngüsel bir yoldur, çünkü iki karbon atomunun her bir parçasının salınması, molekülün tam uzunluğuna ulaşana kadar hemen bir başkası tarafından takip edilir. Bu süreçte yer alan tepkiler şunlardır:

- Dehidrojenasyon.

- Çift bağın hidrasyonu.

- Bir hidroksil grubunun dehidrojenasyonu.

- Bir asetil-CoA molekülünün β karbona saldırmasıyla parçalanma.

Reaksiyon 1: ilk dehidrojenasyon

İki hidrojen atomunu ortadan kaldırarak α-karbon ve β-karbon arasında bir çift bağ oluşumundan oluşur. Bir trans∆2-enoil-S-CoA molekülü ve bir FAD + (kofaktör) molekülü oluşturan bir enzim asil-CoA dehidrojenaz tarafından katalize edilir.

Reaksiyon 2 ve 3: hidrasyon ve dehidrojenasyon

Hidrasyon, enoil-CoA hidrataz tarafından katalize edilirken, dehidrojenasyona 3-hidroksiasil-CoA dehidrojenaz aracılık eder ve son reaksiyon, kofaktör NAD + 'ya bağlıdır.

Trans∆2-enoil-S-CoA'nın hidrasyonu, dehidrojenasyonu bir 3-ketoasil-CoA molekülü ve bir NADH + H üreten bir 3-hidroksiasil-CoA'ya yol açar.

Beta oksidasyonunun ilk üç reaksiyonunda üretilen FADH2 ve NADH, ATP, her FADH2 için 2 molekül ve her NADH için 3 molekül üretimine katıldıkları için elektron taşıma zinciri aracılığıyla yeniden oksitlenir.

Reaksiyon 4: parçalanma

İki karbon atomlu bir molekülü ortadan kaldıran her beta oksidasyon döngüsü, α ve β karbonları arasındaki bağda koenzim A tarafından saldırıya uğrayan keto karbonun "tiyolitik" bölünmesiyle sona erer.

Bu reaksiyon, β-ketotiyolaz veya tiyolaz enzimi tarafından katalize edilir ve ürünleri, bir asil-CoA molekülü (iki daha az karbon atomlu aktifleştirilmiş yağ asidi) ve bir asetil-CoA molekülüdür.

- Tek sayıda karbon atomlu doymuş yağ asitlerinin beta oksidasyonu

Tek sayıda karbon atomuna sahip (çok bol olmayan) yağ asitlerinde, son bozunma döngüsünün molekülü 5 karbon atomuna sahiptir, bu nedenle parçalanması bir asetil-CoA molekülü üretir ( Krebs) ve bir başka propiyonil-CoA.

Propiyonil-CoA, propiyonil-CoA karboksilaz enzimi tarafından karboksilatlanmalıdır (ATP ve bikarbonata bağlı reaksiyon), böylece D-metilmalonil-CoA olarak bilinen ve "L" formuna epimerize edilmesi gereken bir bileşik oluşturmalıdır.

Tek sayılı yağ asitlerinin beta oksidasyonu (Kaynak: Eleska, Wikimedia Commons)

Epimerizasyondan kaynaklanan bileşik daha sonra enzim L-metilmalonil-CoA mutazının etkisiyle süksinil-CoA'ya dönüştürülür ve bu molekül ve asetil-CoA sitrik asit döngüsüne girer.

- Doymamış yağ asitlerinin beta oksidasyonu

Birçok hücresel lipid, doymamış yağ asidi zincirlerine sahiptir, yani karbon atomları arasında bir veya daha fazla çift bağ vardır.

Bu yağ asitlerinin oksidasyonu, doymuş yağ asitlerinden biraz farklıdır, çünkü iki ek enzim, enoil-CoA izomeraz ve 2,4-dienoil-CoA redüktaz, bu doymamışlıkları ortadan kaldırmakla görevlidir, böylece bu yağ asitleri enzim enoil-CoA hidrataz için bir substrat olabilir.

Doymamış yağ asitlerinin beta oksidasyonu (Kaynak: Hajime7basketball, Wikimedia Commons)

Enoil-CoA izomeraz, tekli doymamış yağ asitleri (yalnızca bir doymamış) üzerinde etki gösterirken, 2,4-dienoil-CoA redüktaz enzimi çoklu doymamış yağ asitleri (iki veya daha fazla doymamış) ile reaksiyona girer.

- Beta ekstramitokondriyal oksidasyon

Yağ asitlerinin beta oksidasyonu, peroksizomlar gibi diğer sitosolik organellerin içinde de meydana gelebilir, örneğin FAD + 'ya aktarılan elektronların solunum zincirine değil, doğrudan oksijene iletilmesi farkı ile.

Bu reaksiyon, bu organellere özgü katalaz enzimi tarafından elimine edilen bir bileşik olan hidrojen peroksit (oksijen azaltılır) üretir.

Beta oksidasyon ürünleri

Yağ asidi oksidasyonu, karbonhidrat parçalanmasından çok daha fazla enerji üretir. Beta oksidasyonunun ana ürünü, yolun döngüsel kısmının her adımında üretilen asetil-CoA'dır, ancak diğer ürünler şunlardır:

- Aktivasyon sırasında üretilen AMP, H + ve pirofosfat (PPi).

- Üretilen her asetil-CoA için FADH2 ve NADH.

- Süksinil-CoA, ADP, Pi, tek zincirli yağ asitleri için.

Palmitik asidin beta oksidasyonu (Kaynak: ´Rojinbkht, Wikimedia Commons)

Örnek olarak, 16 karbon atomlu bir yağ asidi olan palmitik asidin (palmitat) tam beta oksidasyonunu düşünürsek, üretilen enerji miktarı, tamamlaması gereken 7 dönüşten gelen aşağı yukarı 129 ATP molekülüne eşittir. devir.

düzenleme

Çoğu hücrede yağ asidi beta oksidasyonunun düzenlenmesi, yalnızca karbonhidratlarla ilgili değil, aynı zamanda yağ asitlerinin kendisiyle de ilgili olan enerji mevcudiyetine bağlıdır.

Hayvanlar, mobilizasyonu ve dolayısıyla, örneğin, aynı zamanda cAMP gibi moleküller tarafından kontrol edilen hormonal uyaranlar yoluyla yağların parçalanmasını kontrol ederler.

Ana yağ parçalama organı olan karaciğerde, malonil-CoA konsantrasyonu beta oksidasyonunun düzenlenmesi için son derece önemlidir; bu, yağlı asit biyosentez yolunda yer alan ilk substrattır.

Malonil-CoA büyük oranlarda biriktiğinde, yağ asidi biyosentezini teşvik eder ve mitokondriyal taşıyıcıyı veya asil-karnitin mekiğini inhibe eder. Konsantrasyonu azaldığında inhibisyon durur ve beta oksidasyonu aktive olur.

Referanslar

1. Mathews, C., van Holde, K. ve Ahern, K. (2000). Biyokimya (3. baskı). San Francisco, Kaliforniya: Pearson.
2. Nelson, DL ve Cox, MM (2009). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri. Omega Editions (5. baskı).
3. Rawn, JD (1998). Biyokimya. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
4. Schulz, H. (1991). Yağ asitlerinin beta oksidasyonu. Biochimica et Biophysica Açta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Kalpte Yağ Asidi Oksidasyonunun Düzenlenmesi. Eleştirel İnceleme, 165–171.
6. Schulz, H. ve Kunau, W. (1987). Doymamış yağ asitlerinin beta oksidasyonu: gözden geçirilmiş bir yol. TIBS, 403-406.