Rozklad mastných kyselin se používá k výrobě energie v buňkách a probíhá procesem nazývaným beta-oxidace. Beta-oxidace produkuje acetyl-koenzym A, který se dále štěpí na uhlík oxid a voda nebo se vrací zpět do kyselina citronová cyklus. Poruchy degradace mastných kyselin mohou vést vážným nemocem.
Co je rozklad mastných kyselin?
Rozklad mastných kyselin se používá k výrobě energie v buňkách a probíhá procesem nazývaným beta-oxidace. Mastné kyseliny jsou členěny v mitochondrie. Spolu s glukóza rozklad v organismu, rozklad mastných kyselin je důležitým metabolickým procesem pro výrobu energie v buňce. The mastné kyseliny jsou členěny v mitochondrie. K degradaci dochází takzvanou beta-oxidací. Název „beta“ pochází ze skutečnosti, že oxidace probíhá ve třetí uhlík atom (beta uhlíkový atom) molekuly mastné kyseliny. Po dokončení každého oxidačního cyklu dva uhlík atomy jsou odštěpeny ve formě aktivovaných octová kyselina (acetyl koenzym A). Jelikož odbourávání mastné kyseliny vyžaduje několik oxidačních cyklů, byl tento proces nazýván spirála mastných kyselin. Acetyl-koenzym se dále štěpí v mitochondrie na ketolátky nebo oxid uhličitý a voda. Pokud znovu vstoupí do cytoplazmy z mitochondrie, přivádí se zpět do kyselina citronová cyklus. Při rozpadu mastných kyselin se vyprodukuje více energie než během glukóza hořící.
Funkce a úkol
K degradaci mastných kyselin dochází několika reakčními kroky a probíhá v mitochondriích. Zpočátku mastná kyselina molekuly jsou umístěny v cytosolu buňky. Jsou inertní molekuly které musí být nejprve aktivovány a transportovány do mitochondrií, aby došlo k degradaci. K aktivaci mastné kyseliny se koenzym A přenáší za vzniku acyl-CoA. V tomto procesu se ATP nejprve štěpí na pyrofosfát a AMP. AMP se poté použije k vytvoření acyl-AMP (acyladenylátu). Po odštěpení AMP může být mastná kyselina esterifikována koenzymem A za vzniku acyl-CoA. Poté se pomocí enzymu karnitin acyltransferázy I převede karnitin na aktivovanou mastnou kyselinu. Tento komplex je transportován transportérem karnitin-acylkarnitinu (CACT) do mitochondrií (mitochondriální matrice). Tam se zase odštěpí karnitin a znovu se přenese koenzym A. Karnitin je vyřazen z matrice a acyl-CoA je připraven v mitochondrii pro vlastní beta-oxidaci. Skutečná beta-oxidace probíhá ve čtyřech reakčních krocích. Klasické oxidační kroky se vyskytují u sudých nasycených mastné kyseliny. Když liché nebo nenasycené mastné kyseliny jsou rozloženy, musí se výchozí molekula nejprve připravit na beta-oxidaci dalšími reakcemi. Acyl-CoA sudých nasycených mastných kyselin kyseliny se oxiduje v prvním reakčním kroku pomocí enzymu acyl-CoA dehydrogenázy. V tomto procesu se vytvoří dvojná vazba mezi druhým a třetím atomem uhlíku v trans poloze. Kromě toho se FAD převádí na FADH2. Za normálních okolností jsou dvojné vazby v nenasycených mastných kyseliny jsou v poloze cis, ale pouze s dvojnou vazbou v poloze trans může dojít k dalšímu reakčnímu kroku degradace mastných kyselin. Ve druhém reakčním kroku přidává enzym enoyl-CoA hydratáza a voda molekulu k atomu beta-uhlíku za vzniku hydroxylové skupiny. Takzvaná L-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenáza poté oxiduje atom beta-C na keto skupinu. Výsledkem je 3-ketoacyl-CoA. V závěrečném reakčním kroku se na atom beta-C váže další koenzym A. V tomto procesu je aktivován acetyl-CoA octová kyselina) se odštěpí a zůstane acyl-CoA kratší o dva atomy uhlíku. Tato kratší zbytková molekula prochází dalším reakčním cyklem, dokud nedojde k dalšímu štěpení acetyl-CoA. Proces pokračuje, dokud se celá molekula nerozloží na aktivovanou octová kyselina. Teoreticky by byl také možný reverzní proces k beta-oxidaci, který se však v přírodě nevyskytuje. Pro syntézu mastných kyselin existuje jiný reakční mechanismus. V mitochondrii se acetyl-CoA dále degraduje na oxid uhličitý a voda nebo na ketolátky s uvolňováním energie. V případě lichých mastných kyselin zůstává na konci propionyl-CoA se třemi atomy uhlíku. Tato molekula je degradována jinou cestou. Během degradace nenasycených mastných kyselin mastnými kyselinami konvertují specifické isomerázy dvojné vazby z cis na trans konfigurace.
Nemoci a poruchy
Poruchy degradace mastných kyselin, i když jsou vzácné, mohou vést vážně zdraví problémy. Téměř vždy se jedná o genetické poruchy. Téměř každý relevantní enzym degradace mastných kyselin má odpovídající gen mutace. Například nedostatek enzymu MCAD je způsoben a gen mutace, která se dědí autozomálně recesivně. MCAD je zodpovědný za degradaci mastných kyselin se středním řetězcem. Mezi příznaky patří hypoglykemie (nízký krev cukr), záchvaty a časté stavy komatu. Protože mastné kyseliny nelze použít k výrobě energie, glukóza je spáleno ve větší míře. Proto, hypoglykemie a riziko kóma nastat. Vzhledem k tomu, že tělo musí být vždy zásobováno glukózou pro výrobu energie, nesmí se dlouhodobě zdržovat jídla. V případě potřebydávka infuze glukózy musí být aplikována v akutní krizi. Kromě toho jsou všechny myopatie charakterizovány poruchami deplece mitochondriálních mastných kyselin. To má za následek svalovou slabost, poruchy játra metabolismus a hypoglykemické stavy. Až 70 procent pacientů v průběhu života oslepne. Vážná onemocnění se vyskytují také tehdy, když je narušen rozklad nadměrně mastných kyselin. Tyto mastné kyseliny s velmi dlouhým řetězcem se nerozkládají v mitochondriích, ale v peroxisomech. Zde je enzym ALDP zodpovědný za inzerci do peroxisomů. Pokud je však ALDP vadný, pak dlouhá mastná kyselina molekuly se hromadí v cytoplazmě, což vede k závažným metabolickým poruchám. To také napadá nervové buňky a bílou hmotu mozek. Tato forma poruchy degradace mastných kyselin vede k neurologickým příznakům, jako je vyvážit poruchy, necitlivost, křeče a hypofunkce nadledvin.
