פירוק חומצות שומניות

של ה פירוק חומצות שומניות משמש לייצור אנרגיה בתאים ומתרחש באמצעות מה שמכונה חמצון בטא. במהלך חמצון בטא נוצר אצטיל-קו-אנזים A, המתפרק עוד יותר לפחמן דו חמצני ומים או מוזרם חזרה למחזור חומצות לימון. הפרעות בהתמוטטות חומצות השומן עלולות להוביל למחלות קשות.

מהי פירוק חומצות שומניות?

מלבד פירוק הגלוקוזה באורגניזם, פירוק חומצות השומן הוא תהליך מטבולי חשוב לייצור אנרגיה בתא.

חומצות השומן מתפרקות במיטוכונדריה. השפל מתרחש באמצעות מה שמכונה חמצון בטא. המונח "בטא" מקורו בכך שהחמצון מתרחש על אטום הפחמן השלישי (אטום הפחמן בטא) של מולקולת חומצת השומן.

בסוף מחזור חמצון, שני אטומי פחמן מתפצלים בצורה של חומצה אצטית מופעלת (אצטיל-קו-אנזים A). מכיוון שהתפרקות חומצת שומן דורשת מספר מחזורי חמצון, התהליך היה ידוע בעבר גם כ ספירלת חומצת השומן.

קואנזים אצטיל מתפרק עוד יותר במיטוכונדריה לגופי קטון או פחמן דו חמצני ומים. כאשר הוא חוזר לציטופלסמה מהמיטוכונדריון, הוא מוזן חזרה למחזור חומצות הלימון.

אנרגיה רבה יותר מופקת בפירוק חומצות שומן מאשר בשריפת גלוקוז.

פונקציה ומשימה

פירוק חומצות השומן מתרחש במספר שלבי תגובה ומתרחש בתוך המיטוכונדריה. ראשית כל, מולקולות חומצות השומן ממוקמות בציטוזול של התא.

מדובר במולקולות אינרטיות שצריכות להיות מופעלות תחילה לצורך השפלה והובלתן למיטוכונדריה. להפעלת חומצת השומן מועבר הקואנזים A עם היווצרות acyl-CoA. ראשית, ATP מפוצל לפירופוספט ו- AMP. לאחר מכן משתמשים ב- AMP ליצירת AMP של acyl (acyl adenylate).

לאחר הניתוק של ה- AMP, ניתן לייצר את חומצת השומן בעזרת קו אנזים A ליצירת acyl-CoA. ואז, בעזרת האנזים קרניטין acyltransferase I, קרניטין מועבר לחומצת השומן המופעלת.

מתחם זה מועבר למיטוכונדריון (מטריצה ​​מיטוכונדרית) על ידי הטרנספורטר קרניטין-acylcarnitine (CACT). שם, קרניטין מתפצל שוב וקואנזים A מועבר שוב. הקרניטין מנותב מהמטריצה ​​ו acyl-CoA זמין במיטוכונדריון לצורך חמצון בטא.

חמצון הבטא בפועל מתרחש בארבעה שלבי תגובה. שלבי החמצון הקלאסיים מתקיימים עם חומצות שומן רוויות אפילו. אם פירוק חומצות שומן אי-זוגיות או בלתי-רוויות, תחילה יש להכין את המולקולה המתחילה לחמצון בטא באמצעות תגובות נוספות.

Acyl-CoA של חומצות שומן רוויות אפילו ממוספרות מתחמצן בשלב תגובה ראשון בעזרת האנזים acyl-CoA dehydrogenase. זה יוצר קשר כפול בין אטום הפחמן השני והשלישי במצב הטרנס. בנוסף, FAD מומרת ל- FADH2.

בדרך כלל, הקשרים הכפולים של חומצות שומן בלתי-רוויות נמצאים במצב ה- cis, אך השלב הבא בתגובת ההפרדה של חומצות השומן יכול להתקיים רק עם קשר כפול במצב הטרנס.

בשלב תגובה שני, האנזים enoyl-CoA hydratase מוסיף מולקולת מים לאטום הפחמן בטא ליצירת קבוצת הידרוקסיל. מה שמכונה L-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase ואז מחמצן את אטום הפחמן בטא לקבוצת קטו. נוצר 3-Ketoacyl-CoA.

בשלב התגובה האחרון, קו-אנזים A נוסף נקשר לאטום הבטא-פחמן. Acetyl-CoA (חומצה אצטית מופעלת) מתפצל ונשארת acyl-CoA שהיא שני אטומי פחמן. מולקולת שיורית קצרה יותר זו עוברת את מחזור התגובה הבא עד לשסע נוסף של אצטיל-CoA.

התהליך נמשך עד שמתפרקת המולקולה כולה לחומצה אצטית מופעלת. התהליך ההפוך לחמצון בטא יהיה אפשרי גם באופן תיאורטי, אך אינו מתרחש בטבעו.

יש מנגנון תגובה שונה לסינתזת חומצות שומן. במיטוכונדריון, אצטיל-CoA מתפרק עוד יותר לפחמן דו חמצני ומים או בגופי קטון עם שחרור אנרגיה. במקרה של חומצות שומן עם אי-זוגיות, פרופיוניל-CoA עם שלושה אטומי פחמן נשאר בסופו של דבר. מולקולה זו מתפרקת בצורה אחרת.

כאשר מתפרקות חומצות שומן בלתי-רוויות, הקשרים הכפולים מומרים מתצורות cis לתצורות טרנס על ידי איזומרים מסויימים.

מחלות ומחלות

הפרעות בפירוק חומצות שומן הן נדירות, אך עלולות להוביל לבעיות בריאותיות חמורות. כמעט תמיד מדובר במחלות גנטיות.

קיימת מוטציה גן מקבילה כמעט לכל אנזים רלוונטי המעורב בפירוק חומצות שומן. לדוגמא, מחסור באנזים MCAD נובע ממוטציה גנטית שעוברת בירושה בדרך רצסיבית אוטוסומלית. MCAD אחראית על פירוק חומצות שומן בעלות שרשרת בינונית. התסמינים כוללים היפוגליקמיה (רמת סוכר נמוכה בדם), התקפים, ומצבים של חזה קיבה תכופים. מכיוון שלא ניתן להשתמש בחומצות השומן לייצור אנרגיה כאן, נשרפות רמות מוגברות של גלוקוז. זה מוביל להיפוגליקמיה ולסיכון לתרדמת.

מכיוון שיש לספק לגוף תמיד גלוקוז לייצור אנרגיה, אסור שתהיה התנזרות ממזון לטווח הארוך. במידת הצורך, יש לתת עירוי במינון גבוה של גלוקוז במשבר חריף.

יתרה מזאת, כל myopathies אופייניים להפרעות פירוק חומצות שומן מיטוכונדריות. זה מוביל לחולשת שרירים, הפרעות בחילוף החומרים בכבד ומצבים היפוגליקמיים. עד 70 אחוז מהנפגעים עיוורים במהלך חייהם.

מחלות קשות מופיעות גם כאשר הפרעה של חומצות שומן ארוכות מדי מופרעת. חומצות שומן ארוכות מאוד אלה אינן מתפרקות במיטוכונדריה אלא בפרוקסיזומים. כאן האנזים ALDP אחראי על החדרת הפרוקסיזומים. עם זאת, כאשר ה- ALDP לקוי, מולקולות חומצות השומן הארוכות מצטברות בציטופלסמה וכך גורמות להפרעות מטבוליות קשות. תאי העצב והחומר הלבן של המוח מותקפים גם הם. סוג זה של הפרעת פירוק חומצות שומן מוביל לתסמינים נוירולוגיים כמו הפרעות באיזון, חוסר תחושה, התכווצויות ובלוטות יותרת הכליה.