Štiepenie mastných kyselín sa používa na výrobu energie v bunkách a nastáva procesom nazývaným beta-oxidácia. Beta-oxidáciou vzniká acetyl-koenzým A, ktorý sa ďalej štiepi na uhlík oxid a voda alebo privádzané späť do kyselina citrónová cyklu. Poruchy odbúravania mastných kyselín môžu viesť k vážnym chorobám.
Čo je štiepenie mastných kyselín?
Štiepenie mastných kyselín sa používa na výrobu energie v bunkách a nastáva procesom nazývaným beta-oxidácia. Mastné kyseliny sú rozdelené do mitochondrie, Spolu s glukóza odbúravanie v organizme, odbúravanie mastných kyselín je dôležitý metabolický proces na výrobu energie v bunke. The mastné kyseliny sú rozdelené do mitochondrie. K degradácii dochádza takzvanou beta-oxidáciou. Názov „beta“ vznikol na základe skutočnosti, že pri tretej dochádza k oxidácii uhlík atóm (beta uhlíkový atóm) molekuly mastnej kyseliny. Po dokončení každého oxidačného cyklu dva uhlík atómy sa štiepia vo forme aktivovaných octová kyselina (acetyl koenzým A). Pretože odbúravanie mastných kyselín si vyžaduje niekoľko oxidačných cyklov, proces sa zvykne nazývať špirála mastných kyselín. Acetyl-koenzým sa ďalej rozkladá v mitochondrie na ketolátky alebo oxid uhličitý a voda. Ak sa znovu dostane do cytoplazmy z mitochondrie, napája sa späť do kyselina citrónová cyklu. Pri odbúravaní mastných kyselín sa produkuje viac energie ako počas glukóza horiace.
Funkcia a úloha
K degradácii mastných kyselín dochádza prostredníctvom niekoľkých reakčných krokov a prebieha v mitochondriách. Spočiatku mastná kyselina molekuly sa nachádzajú v cytosóle bunky. Sú inertné molekuly ktoré sa musia najskôr aktivovať a transportovať do mitochondrií, aby došlo k degradácii. Na aktiváciu mastnej kyseliny sa koenzým A prevedie na acyl-CoA. V tomto procese sa ATP najskôr štiepi na pyrofosfát a AMP. Potom sa z AMP vytvorí acyl-AMP (acyladenylát). Po odštiepení AMP je možné mastnú kyselinu esterifikovať koenzýmom A za vzniku acyl-CoA. Potom sa pomocou enzýmu karnitín acyltransferáza I prevedie karnitín na aktivovanú mastnú kyselinu. Tento komplex je transportovaný transportérom karnitín-acylkarnitínu (CACT) do mitochondrií (mitochondriálna matrica). Tam sa zase odštiepi karnitín a opäť sa prevedie koenzým A. Karnitín je vylúčený z matrice a acyl-CoA je pripravený v mitochondrii na skutočnú beta-oxidáciu. Skutočná beta-oxidácia prebieha v štyroch reakčných krokoch. Klasické oxidačné kroky sa vyskytujú pri párnych číslach nasýtených mastné kyseliny. Keď sú nepárne alebo nenasýtené mastné kyseliny sa štiepia, musí sa východisková molekula najskôr pripraviť na beta-oxidáciu ďalšími reakciami. Acyl-CoA párnych nasýtených tukov kyseliny sa oxiduje v prvom reakčnom kroku pomocou enzýmu acyl-CoA dehydrogenázy. V tomto procese sa vytvorí dvojná väzba medzi druhým a tretím atómom uhlíka v trans polohe. Okrem toho sa FAD prevádza na FADH2. Dvojité väzby sú zvyčajne v nenasýtených mastných látkach kyseliny sú v polohe cis, ale iba s dvojnou väzbou v polohe trans môže nastať ďalší reakčný krok odbúravania mastných kyselín. V druhom reakčnom kroku pridáva enzým enoyl-CoA hydratáza a voda molekulu k atómu beta-uhlíka za vzniku hydroxylovej skupiny. Takzvaná L-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenáza potom oxiduje beta-C atóm na keto skupinu. Výsledkom je 3-ketoacyl-CoA. V záverečnom reakčnom kroku sa na atóm beta-C viaže ďalší koenzým A. V tomto procese, acetyl-CoA (aktivovaný octová kyselina) sa odštiepi a zostane acyl-CoA kratší o dva atómy uhlíka. Táto kratšia zvyšková molekula podlieha ďalšiemu reakčnému cyklu, kým nenastane ďalšie štiepenie acetyl-CoA. Proces pokračuje, kým sa celá molekula nerozloží na aktivovanú octová kyselina. Teoreticky je možný aj reverzný proces beta-oxidácie, ktorý sa však v prírode nevyskytuje. Pri syntéze mastných kyselín existuje iný reakčný mechanizmus. V mitochondrii sa acetyl-CoA ďalej degraduje na oxid uhličitý a voda alebo na ketolátky s uvoľňovaním energie. V prípade nepárnych mastných kyselín zostáva na konci propionyl-CoA s tromi atómami uhlíka. Táto molekula sa odbúrava inou cestou. Počas degradácie nenasýtených mastných kyselín mastné kyseliny konvertujú špecifické izomerázy dvojité väzby z konfigurácie cis na trans.
Choroby a poruchy
Poruchy odbúravania mastných kyselín, aj keď sú zriedkavé, môžu viesť vážne zdravie problémy. Takmer vždy ide o genetické poruchy. Zodpovedajúci je takmer každý relevantný enzým odbúravajúci mastné kyseliny gen mutácia. Napríklad nedostatok enzýmu MCAD je spôsobený a gen mutácia, ktorá sa dedí autozomálne recesívnym spôsobom. MCAD je zodpovedný za degradáciu mastných kyselín so stredne dlhým reťazcom. Medzi príznaky patrí hypoglykémie (nízka krv cukor), záchvaty a časté komatózne stavy. Pretože mastné kyseliny nemožno použiť na výrobu energie, glukóza sa spaľuje vo väčšej miere. Preto hypoglykémie a riziko kóma nastať. Pretože telo musí byť vždy zásobované glukózou na výrobu energie, nesmie sa dlhodobo jednať o jedlo. Ak je to potrebné,dávka v prípade akútnej krízy sa musí použiť infúzia glukózy. Ďalej sú všetky myopatie charakterizované poruchami vyčerpania mitochondriálnych mastných kyselín. To má za následok svalovú slabosť, poruchy pečeň metabolizmus a hypoglykemické stavy. Až 70 percent postihnutých v priebehu života oslepne. Vážne choroby sa vyskytujú aj vtedy, keď je narušený odbúravanie nadmerných mastných kyselín. Tieto mastné kyseliny s veľmi dlhým reťazcom sa nerozkladajú v mitochondriách, ale v peroxizómoch. Tu je enzým ALDP zodpovedný za inzerciu do peroxizómov. Ak je však ALDP chybný, dlhá mastná kyselina molekuly sa hromadia v cytoplazme, čo vedie k závažným metabolickým poruchám. To tiež napáda nervové bunky a bielu hmotu mozog. Táto forma poruchy degradácie mastných kyselín vedie k neurologickým príznakom ako napr vyvážiť poruchy, necitlivosť, kŕče a hypofunkcia nadobličiek.
