Ang pangunahing kondisyon para sa buhay ng anumang organismo ay ang tuluy-tuloy na supply ng enerhiya, na ginugugol sa iba't ibang proseso ng cellular. Kasabay nito, ang isang tiyak na bahagi ng mga nutrient compound ay hindi maaaring gamitin kaagad, ngunit maaaring ma-convert sa mga reserba. Ang papel ng naturang reservoir ay ginagampanan ng mga taba (lipids), na binubuo ng gliserol at mataba acids. Ang huli ay ginagamit ng cell bilang panggatong. Sa kasong ito, ang mga fatty acid ay na-oxidize sa CO2 at H2O.
Mga pangunahing kaalaman sa fatty acid
Ang mga fatty acid ay mga carbon chain na may iba't ibang haba (mula 4 hanggang 36 atoms), na chemically classified bilang carboxylic acids. Ang mga chain na ito ay maaaring maging branched o unbranched at naglalaman ng iba't ibang bilang ng double bonds. Kung ang huli ay ganap na wala, ang mga fatty acid ay tinatawag na saturated (karaniwan para sa maraming mga lipid na pinagmulan ng hayop), at kung hindi man -hindi puspos. Ayon sa pagkakaayos ng mga double bond, ang mga fatty acid ay nahahati sa monounsaturated at polyunsaturated.
Karamihan sa mga chain ay naglalaman ng pantay na bilang ng mga carbon atom, na dahil sa kakaibang synthesis ng mga ito. Gayunpaman, may mga koneksyon na may kakaibang bilang ng mga link. Ang oksihenasyon ng dalawang uri ng compound na ito ay bahagyang naiiba.
Mga pangkalahatang katangian
Ang proseso ng fatty acid oxidation ay kumplikado at maraming yugto. Nagsisimula ito sa kanilang pagtagos sa cell at nagtatapos sa respiratory chain. Kasabay nito, ang mga huling yugto ay aktwal na inuulit ang catabolism ng carbohydrates (ang Krebs cycle, ang pagbabago ng enerhiya ng transmembrane gradient sa isang macroergic bond). Ang mga huling produkto ng proseso ay ATP, CO2 at tubig.
Oxidation ng fatty acids sa isang eukaryotic cell ay isinasagawa sa mitochondria (ang pinaka-katangiang localization site), peroxisome o endoplasmic reticulum.
Mga uri (uri) ng oksihenasyon
May tatlong uri ng fatty acid oxidation: α, β at ω. Kadalasan, ang prosesong ito ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng β-mekanismo at naisalokal sa mitochondria. Ang omega pathway ay isang maliit na alternatibo sa β-mechanism at isinasagawa sa endoplasmic reticulum, habang ang alpha mechanism ay katangian ng isang uri lamang ng fatty acid (phytanic).
Biochemistry ng fatty acid oxidation sa mitochondria
Para sa kaginhawahan, ang proseso ng mitochondrial catabolism ay karaniwang nahahati sa 3 yugto:
- activation at transport sa mitochondria;
- oxidation;
- oxidation ng nabuong acetyl-coenzyme A sa pamamagitan ng Krebs cycle at ang electric transport chain.
Ang
Activation ay isang proseso ng paghahanda na nagpapalit ng mga fatty acid sa isang form na magagamit para sa biochemical transformations, dahil ang mga molekulang ito mismo ay hindi gumagalaw. Bilang karagdagan, nang walang pag-activate, hindi sila maaaring tumagos sa mga lamad ng mitochondrial. Nagaganap ang yugtong ito sa panlabas na lamad ng mitochondria.
Sa totoo lang, ang oksihenasyon ay isang mahalagang hakbang sa proseso. Kabilang dito ang apat na yugto, pagkatapos kung saan ang fatty acid ay na-convert sa mga molekula ng Acetyl-CoA. Ang parehong produkto ay nabuo sa panahon ng paggamit ng carbohydrates, upang ang mga kasunod na hakbang ay katulad ng mga huling hakbang ng aerobic glycolysis. Ang pagbuo ng ATP ay nangyayari sa electron transport chain, kung saan ang enerhiya ng electrochemical potential ay ginagamit upang bumuo ng macroergic bond.
Sa proseso ng fatty acid oxidation, bilang karagdagan sa Acetyl-CoA, NADH at FADH molecules ay nabuo din2, na pumapasok din sa respiratory chain bilang mga electron donor. Bilang resulta, ang kabuuang output ng enerhiya ng lipid catabolism ay medyo mataas. Kaya, halimbawa, ang oxidation ng palmitic acid sa pamamagitan ng β-mechanism ay nagbibigay ng 106 ATP molecule.
Pag-activate at paglipat sa mitochondrial matrix
Ang mga fatty acid mismo ay inert at hindi ma-oxidize. Dinadala sila ng pag-activate sa isang form na magagamit para sa mga pagbabagong biochemical. Bilang karagdagan, ang mga molekulang ito ay hindi makapasok sa mitochondria nang hindi nagbabago.
Ang esensya ng activation ayang conversion ng isang fatty acid sa Acyl-CoA-thioester nito, na pagkatapos ay sumasailalim sa oksihenasyon. Ang prosesong ito ay isinasagawa ng mga espesyal na enzyme - thiokinases (Acyl-CoA synthetases) na nakakabit sa panlabas na lamad ng mitochondria. Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa 2 yugto, na nauugnay sa paggasta ng enerhiya ng dalawang ATP.
Tatlong sangkap ang kailangan para sa pag-activate:
- ATF;
- HS-CoA;
- Mg2+.
Una, ang fatty acid ay tumutugon sa ATP upang bumuo ng acyladenylate (isang intermediate). Na, sa turn, ay tumutugon sa HS-CoA, ang pangkat ng thiol kung saan inilipat ang AMP, na bumubuo ng isang thioether na bono sa pangkat ng carboxyl. Bilang resulta, nabuo ang substance na acyl-CoA - isang fatty acid derivative, na dinadala sa mitochondria.
Transportasyon sa mitochondria
Ang hakbang na ito ay tinatawag na transesterification na may carnitine. Ang paglipat ng acyl-CoA sa mitochondrial matrix ay isinasagawa sa pamamagitan ng mga pores na may partisipasyon ng carnitine at mga espesyal na enzyme - carnitine acyltransferases.
Para sa transportasyon sa mga lamad, ang CoA ay pinapalitan ng carnitine upang bumuo ng acyl-carnitine. Ang substance na ito ay dinadala sa matrix sa pamamagitan ng acyl-carnitine/carnitine transporter facilitated diffusion.
Sa loob ng mitochondria, nagaganap ang isang kabaligtaran na reaksyon, na binubuo sa detatsment ng retinal, na muling pumapasok sa mga lamad, at ang pagpapanumbalik ng acyl-CoA (sa kasong ito, ang "lokal" na coenzyme A ay ginagamit, at hindi yung nabuo yung bondsa yugto ng pag-activate).
Mga pangunahing reaksyon ng fatty acid oxidation sa pamamagitan ng β-mechanism
Ang pinakasimpleng uri ng paggamit ng enerhiya ng mga fatty acid ay ang β-oxidation ng mga chain na walang double bond, kung saan ang bilang ng mga carbon unit ay pantay. Ang substrate para sa prosesong ito, tulad ng nabanggit sa itaas, ay acyl coenzyme A.
Ang proseso ng β-oxidation ng fatty acids ay binubuo ng 4 na reaksyon:
Ang
Ang
Pagkatapos ay magsisimula muli ang lahat sa unang reaksyon.
Ang paikot na pag-uulit ng lahat ng mga yugto ay isinasagawa hanggang sa ang buong carbon chain ng fatty acid ay ma-convert sa mga molekula ng acetyl-coenzyme A.
Pagbuo ng Acetyl-CoA at ATP sa halimbawa ng palmitoyl-CoA oxidation
Sa dulo ng bawat cycle, ang mga molekula ng acyl-CoA, NADH at FADH2 ay nabuo sa iisang dami, at ang chain ng acyl-CoA-thioether ay nagiging mas maikli ng dalawang atom. Sa pamamagitan ng paglilipat ng mga electron sa electrotransport chain, ang FADH2 ay nagbibigay ng isa at kalahating ATP molecule, at NADH dalawa. Bilang resulta, 4 na ATP molecule ang nakukuha mula sa isang cycle, hindi binibilang ang energy yield ng acetyl-CoA.
Ang palmitic acid chain ay may 16 na carbon atoms. Nangangahulugan ito na sa yugto ng oksihenasyon 7 cycle ang dapat isagawa kasama ang pagbuo ng walong acetyl-CoA, at ang energy yield mula sa NADH at FADH2 sa kasong ito ay magiging 28 ATP molecules (4×7). Ang oksihenasyon ng acetyl-CoA ay napupunta rin sa pagbuo ng enerhiya, na iniimbak bilang resulta ng mga produkto ng Krebs cycle na pumapasok sa electric transport chain.
Kabuuang ani ng mga hakbang sa oksihenasyon at Krebs cycle
Bilang resulta ng oksihenasyon ng acetyl-CoA, 10 ATP molecule ang nakuha. Dahil ang catabolism ng palmitoyl-CoA ay nagbubunga ng 8 acetyl-CoA, ang energy yield ay magiging 80 ATP (10×8). Kung idaragdag mo ito sa resulta ng oksihenasyon ng NADH at FADH2, makakakuha ka ng 108 molecule (80+28). Mula sa halagang ito, 2 ATP ang dapat ibawas, na napunta upang i-activate ang fatty acid.
Ang huling equation para sa oksihenasyon ng palmitic acid ay magiging: palmitoyl-CoA + 16 O2 + 108 Pi + 80 ADP=CoA + 108 ATP + 16 CO2 + 16 H2O.
Pagkalkula ng paglabas ng enerhiya
Energy exhaustsa catabolism ng isang partikular na fatty acid ay depende sa bilang ng mga carbon unit sa chain nito. Ang bilang ng mga molekula ng ATP ay kinakalkula ng formula:
[4(n/2 - 1) + n/2×10] - 2, kung saan ang 4 ay ang dami ng ATP na nabuo sa bawat cycle dahil sa NADH at FADH2, (n/2 - 1) ay ang bilang ng mga cycle, n/2×10 ay ang energy yield mula sa oxidation ng acetyl- Ang CoA, at ang 2 ay ang halaga ng pag-activate.
Mga tampok ng mga reaksyon
Oxidation ng unsaturated fatty acids ay may ilang mga kakaiba. Kaya, ang kahirapan sa pag-oxidize ng mga chain na may double bond ay nakasalalay sa katotohanan na ang huli ay hindi maaaring malantad sa enoyl-CoA-hydratase dahil sa ang katunayan na sila ay nasa posisyon ng cis. Ang problemang ito ay inalis ng enoyl-CoA isomerase, dahil sa kung saan ang bono ay nakakakuha ng trans configuration. Bilang resulta, ang molekula ay nagiging ganap na magkapareho sa produkto ng unang yugto ng beta-oxidation at maaaring sumailalim sa hydration. Ang mga site na naglalaman lamang ng mga solong bono ay nag-o-oxidize sa parehong paraan tulad ng mga saturated acid.
Minsan ang enoyl-CoA-isomerase ay hindi sapat para ipagpatuloy ang proseso. Nalalapat ito sa mga chain kung saan naroroon ang configuration ng cis9-cis12 (double bond sa ika-9 at ika-12 na carbon atom). Dito, hindi lamang ang pagsasaayos ay isang hadlang, kundi pati na rin ang posisyon ng mga dobleng bono sa kadena. Ang huli ay itinatama ng enzyme 2,4-dienoyl-CoA reductase.
Catabolism ng mga kakaibang fatty acid
Ang uri ng acid na ito ay tipikal para sa karamihan ng mga lipid na natural (natural) na pinagmulan. Lumilikha ito ng isang tiyak na kumplikado, dahil ang bawat cyclenagpapahiwatig ng pagpapaikli ng pantay na bilang ng mga link. Para sa kadahilanang ito, ang cyclic oxidation ng mas mataas na fatty acid ng pangkat na ito ay nagpapatuloy hanggang sa paglitaw ng isang 5-carbon compound bilang isang produkto, na nahahati sa acetyl-CoA at propionyl-coenzyme A. Ang parehong mga compound ay pumasok sa isa pang cycle ng tatlong reaksyon., bilang isang resulta kung saan nabuo ang succinyl-CoA. Siya ang pumapasok sa Krebs cycle.
Mga tampok ng oksihenasyon sa mga peroxisome
Sa mga peroxisome, nangyayari ang fatty acid oxidation sa pamamagitan ng beta mechanism na katulad, ngunit hindi kapareho, sa mitochondrial. Binubuo din ito ng 4 na yugto, na nagtatapos sa pagbuo ng produkto sa anyo ng acetyl-CoA, ngunit mayroon itong ilang pangunahing pagkakaiba. Kaya, ang hydrogen na nahati sa yugto ng dehydrogenation ay hindi nagpapanumbalik ng FAD, ngunit pumasa sa oxygen na may pagbuo ng hydrogen peroxide. Ang huli ay agad na sumasailalim sa cleavage sa ilalim ng pagkilos ng catalase. Bilang resulta, ang enerhiya na ginamit sana sa pag-synthesize ng ATP sa respiratory chain ay nawawala bilang init.
Ang pangalawang mahalagang pagkakaiba ay ang ilang peroxisome enzymes ay partikular sa ilang hindi gaanong masaganang fatty acid at wala sa mitochondrial matrix.
Tampok ng mga peroxisome ng mga selula ng atay ay walang enzymatic apparatus ng Krebs cycle. Samakatuwid, bilang resulta ng beta-oxidation, nabubuo ang mga short-chain na produkto, na dinadala sa mitochondria para sa oksihenasyon.
