Triacylglycerolen worden geleidelijk afgebroken door weefsellipasen.

Het belangrijkste enzym voor lipolyse is de hormoonafhankelijke TAG-lipase. Glycerol en vetzuren die in dit stadium van de vetafbraak worden gevormd, worden in de weefsels geoxideerd om energie te produceren.

Er zijn verschillende opties voor de oxidatie van vetzuren: α - oxidatie, β - oxidatie, ω - oxidatie. De belangrijkste manier van vetzuuroxidatie is β-oxidatie. Het komt het meest actief voor in vetweefsel, lever, nieren en hartspier.

Β - oxidatie bestaat uit de geleidelijke splitsing van twee koolstofatomen van een vetzuur in de vorm van acetyl-CoA, waarbij energie vrijkomt. De aanvoer van vetzuren is geconcentreerd in het cytosol, waar activering van vetzuren plaatsvindt onder vorming van acyl-CoA

De energie-efficiëntie van bèta-oxidatie van vetzuren bestaat uit de energie van acetyl-CoA-oxidatie in de Krebs-cyclus en de energie die vrijkomt in de bèta-cyclus zelf. Hoe langer de koolstofketen, hoe hoger de oxidatie-energie van een vetzuur. Het aantal acetyl-CoA-moleculen uit een bepaald vetzuur en het aantal daaruit gevormde ATP-moleculen worden bepaald door de formules:

n=N/2, waarbij n het aantal acetyl-CoA-moleculen is, N het aantal koolstofatomen in het vetzuur.

Aantal ATP-moleculen als gevolg van de oxidatie van acetyl-CoA-moleculen = (N/2)*12

Het aantal β-oxidatiecycli is één minder dan het aantal gevormde acetyl-CoA-moleculen, aangezien boterzuur in de laatste cyclus in één cyclus wordt omgezet in twee acetyl-CoA-moleculen, en wordt berekend met de formule

Aantal β-cycli = (N/2)-1

Het aantal ATP-moleculen in de β-cyclus wordt berekend op basis van de daaropvolgende oxidatie van NADH 2 (3 ATP) en FADH 2 (2 ATP) daarin gevormd volgens de formule

Aantal ATP-moleculen geproduceerd in bètacycli = ((N/2)-1)*5

Er worden twee macro-erge bindingen van ATP besteed aan vetzuuractivering

De samenvattende formule voor het berekenen van de ATP-opbrengst tijdens de oxidatie van een verzadigd vetzuur is: 17(N/2)-7.

Wanneer vetzuren met een oneven aantal koolstofatomen worden geoxideerd, wordt succinyl-CoA gevormd, dat in de Krebs-cyclus terechtkomt.

Oxidatie van onverzadigde vetzuren in de beginfase vertegenwoordigt het de gewone bèta-oxidatie naar de plaats van de dubbele binding. Als deze dubbele binding zich in de bètapositie bevindt, gaat de oxidatie van het vetzuur door vanaf de tweede fase (waarbij de fase van FAD → FADN 2-reductie wordt omzeild). Als de dubbele binding zich niet in de bètapositie bevindt, wordt de binding door enoyltransferase-enzymen naar de bètapositie verplaatst. Zo wordt tijdens de oxidatie van onverzadigde vetzuren minder energie gevormd volgens de formule (de vorming van FADH2 gaat verloren):

7(N/2)-7-2m, waarbij m het aantal dubbele bindingen is.

Zoals reeds aangegeven haalt het dierlichaam een ​​aanzienlijk deel van de energie die tijdens het oxidatieproces wordt onttrokken uit vetzuren, die door oxidatie aan het β-koolstofatoom worden afgebroken.

β-Oxidatie van vetzuren werd voor het eerst bestudeerd in 19004 door F. Knoop. Later werd ontdekt dat β-oxidatie alleen in mitochondriën voorkomt. Dankzij het werk van F. Linen en zijn collega's (1954-1958) werden de belangrijkste enzymatische processen van vetzuuroxidatie opgehelderd. Ter ere van de wetenschappers die deze route van vetzuuroxidatie hebben ontdekt, wordt het proces van β-oxidatie genoemd Knoop-Linnen cyclus.

β-oxidatie- een specifieke route van vetzuurkatabolisme, waarbij 2 koolstofatomen opeenvolgend worden gescheiden van het carboxyluiteinde van het vetzuur in de vorm van acetyl-CoA. De metabolische route – β-oxidatie – wordt zo genoemd omdat vetzuuroxidatiereacties plaatsvinden bij het β-koolstofatoom. De reacties van β-oxidatie en daaropvolgende oxidatie van acetyl-CoA in de TCA-cyclus (tricarbonzuurcyclus) dienen als een van de belangrijkste energiebronnen voor ATP-synthese via het mechanisme van oxidatieve fosforylering. β-Oxidatie van vetzuren vindt alleen plaats onder aërobe omstandigheden.

Alle meertrapsoxidatiereacties worden versneld door specifieke enzymen. β-oxidatie van hogere vetzuren is een universeel biochemisch proces dat in alle levende organismen voorkomt. Bij zoogdieren vindt dit proces in veel weefsels plaats, met name in de lever, de nieren en het hart. Vetzuuroxidatie vindt plaats in de mitochondriën. Onverzadigde hogere vetzuren (oliezuur, linolzuur, linoleenzuur, enz.) worden voorlopig gereduceerd tot verzadigde zuren.

De penetratie van vetzuren in de mitochondriale matrix wordt voorafgegaan door hun activering door een verbinding aan te gaan met co-enzym A(HS~CoA), met een hoogenergetische binding. Dit laatste draagt ​​blijkbaar bij aan een soepeler verloop van de oxidatiereacties van de zo ontstane verbinding acylco-enzym A(acyl-CoA).

De interactie van hogere vetzuren met CoA wordt versneld door specifieke ligasen - acyl-CoA-synthetasen drie typen, respectievelijk specifiek voor zuren met korte, middellange en lange koolwaterstofradicalen. Ze zijn gelokaliseerd in de membranen van het endoplasmatisch reticulum en in het buitenmembraan van de mitochondriën. Alle acyl-CoA-synthetasen lijken multimeren te zijn; Het enzym uit levermicrosomen heeft dus een molecuulgewicht van 168 kDa en bestaat uit 6 identieke subeenheden. De activeringsreactie van vetzuren vindt plaats in 2 fasen:

a) eerst reageert het vetzuur met ATP om acyladenylaat te vormen:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) dan vindt de vorming van de geactiveerde vorm van acyl-CoA plaats:

RCO~AMФ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Pyrofosfaat (PP) wordt snel gehydrolyseerd door pyrofosfatase, waardoor de hele reactie onomkeerbaar is: PP + H 2 O → 2P

Samenvattende vergelijking:

RCOOH + ATP+ HS~CoA → RCO~SKoA + AMF + 2P

Vetzuren met een korte en middellange ketenlengte (van 4 tot 12 koolstofatomen) kunnen door diffusie de mitochondriale matrix binnendringen, waar hun activering plaatsvindt. Vetzuren met lange keten, die de overhand hebben in het menselijk lichaam (12 tot 20 koolstofatomen), worden geactiveerd door acyl-CoA-synthetasen die zich op het buitenmembraan van de mitochondriën bevinden.

Het binnenste mitochondriale membraan is ondoordringbaar voor acyl-CoA's met lange keten die in het cytoplasma worden gevormd. Dient als drager van geactiveerde vetzuren carnitine (vitamine Bt), dat uit voedsel komt of wordt gesynthetiseerd uit de essentiële aminozuren lysine en methionine.

Het buitenmembraan van mitochondriën bevat enzym carnitineacyltransferase I(carnitinepalmitoyltransferase I), die de reactie katalyseert met de vorming van acylcarnitine:

RCO~SKoA + H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH ↔ H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH + HS~KoA

Acyl-CoA Carnitine (Bt) Acylcarnitine Co-enzym A

Dit enzym is regulerend; het reguleert de snelheid waarmee acylgroepen de mitochondriën binnenkomen, en bijgevolg de snelheid van vetzuuroxidatie.

Het resulterende acylcarnitine passeert de intermembrane ruimte naar de buitenzijde van het binnenmembraan en wordt door carnitine acylcarnitine translocase naar het binnenoppervlak van het binnenste mitochondriale membraan getransporteerd, waar het enzym carnitineacyltransferase II katalyseert de overdracht van acyl naar intramitochondriaal CoA, dat wil zeggen de omgekeerde reactie (Fig. 9).

Afb.9. Overdracht van vetzuren met lange koolwaterstofradicalen door mitochondriale membranen

Acyl-CoA komt dus beschikbaar voor β-oxidatie-enzymen. Vrij carnitine wordt door dezelfde translocase teruggestuurd naar de cytosolische kant van het binnenste mitochondriale membraan. Hierna wordt acyl-CoA opgenomen in β-oxidatiereacties.

In de mitochondriale matrix vindt katabolisme (afbraak) van acyl-CoA plaats als gevolg van een zich herhalende reeks van vier reacties.

1) De eerste reactie in elke cyclus is de oxidatie ervan door het enzym acyl-CoA-dehydrogenase, waarvan het co-enzym FAD is. Dehydrogenering vindt plaats tussen de β- en α-koolstofatomen, wat resulteert in de vorming van een dubbele binding in de koolstofketen en het product van deze reactie is enoyl-CoA:

R-CH 2 -CH 2 CO~SKoA + FAD → R-CH=CHCO~SKoA + FADN 2

Acyl-CoA Enoil-CoA

2) In de tweede stap van de vetzuuroxidatiecyclus wordt de dubbele binding van enoyl-CoA gehydrateerd, wat resulteert in de vorming van β-hydroxyacyl-CoA. De reactie wordt gekatalyseerd door een enzym enoyl-CoA-hydratase:

R-CH=CHCO~SKoA +H 2 O → R-CH-CH 2 CO~SKoA

Enoyl-CoA β-hydroxyacyl-CoA

3) In de derde fase van de cyclus ondergaat β-hydroxyacyl-CoA dehydrogenering (tweede oxidatie) met deelname van het enzym β-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase, waarvan het co-enzym NAD+ is. Het product van deze reactie is β-ketoacyl-CoA:

R-CH-CH 2 CO~SKoA + NAD + → R-CОCH 2 CO~SKoA + NADH + H +

β-hydroxyacyl-CoA β-ketoacyl-CoA

4) De laatste reactie van de vetzuuroxidatiecyclus wordt gekatalyseerd door acetyl-CoA-acyltransferase (thiolase). In dit stadium reageert β-ketoacyl-CoA met vrij CoA en wordt het gesplitst om ten eerste een fragment van twee koolstofatomen te vormen dat de twee terminale koolstofatomen van het oorspronkelijke vetzuur bevat in de vorm van acetyl-CoA, en ten tweede een CoA. vetzuurester, nu verkort met twee koolstofatomen. Naar analogie met hydrolyse wordt deze reactie genoemd thiolyse:

R-COCH 2 CO~SKoA + HS~KoA → CH 3 CO~SKoA + R 1 CO~SKoA

β-ketoacyl-CoA Acetyl-CoA Acyl-CoA,

verkort door

2 koolstofatomen

Het verkorte acyl-CoA ondergaat vervolgens de volgende oxidatiecyclus, beginnend met een reactie gekatalyseerd door acyl-CoA-dehydrogenase (oxidatie), gevolgd door een hydratatiereactie, een tweede oxidatiereactie, een thiolasereactie, dat wil zeggen dat dit proces vele malen wordt herhaald (Afb. 10).

β- Oxidatie van hogere vetzuren vindt plaats in de mitochondriën. Enzymen van de ademhalingscyclus zijn er ook in gelokaliseerd, wat leidt tot de overdracht van waterstofatomen en elektronen naar zuurstof onder omstandigheden van oxidatieve fosforylatie van ADP, daarom is β-oxidatie van hogere vetzuren een energiebron voor de synthese van ATP.

Afb. 10. Vetzuuroxidatie

Het eindproduct van β-oxidatie van hogere vetzuren met even aantal koolstofatomen is acetyl COA, A met vreemd- propionyl-CoA.

Als acetyl COA zich in het lichaam ophoopt, dan zouden de reserves van HS~KoA spoedig uitgeput zijn en zou de oxidatie van hogere vetzuren stoppen. Maar dit gebeurt niet, omdat CoA snel vrijkomt uit acetyl-CoA. Een aantal processen leiden hiertoe: acetyl-CoA wordt opgenomen in de cyclus van tricarbon- en dicarbonzuren of de glyoxylcyclus, die daar heel dicht bij ligt, of acetyl-CoA wordt gebruikt voor de synthese van sterolen en verbindingen die isoprenoïdegroepen bevatten, enz.

Propionyl-CoA, dat het eindproduct is van de β-oxidatie van hogere vetzuren met een oneven aantal koolstofatomen, wordt omgezet in succinyl-CoA, dat wordt gebruikt via de cyclus van tricarbon- en dicarbonzuren.

Ongeveer de helft van de vetzuren in het menselijk lichaam onverzadigd .

De β-oxidatie van deze zuren verloopt op de gebruikelijke manier totdat de dubbele binding zich tussen het derde en vierde koolstofatoom bevindt. Dan het enzym enoyl-CoA-isomerase verplaatst de dubbele binding van positie 3-4 naar positie 2-3 en verandert de cis- naar trans-conformatie van de dubbele binding, wat nodig is voor β-oxidatie. In deze β-oxidatiecyclus vindt de eerste dehydrogeneringsreactie niet plaats, omdat de dubbele binding in het vetzuurradicaal al aanwezig is. Verder gaan de β-oxidatiecycli door, niet anders dan het gebruikelijke pad. De belangrijkste routes van het vetzuurmetabolisme worden weergegeven in Figuur 11.

Fig. 11. Belangrijkste routes van het vetzuurmetabolisme

Onlangs werd ontdekt dat naast β-oxidatie, de belangrijkste route van vetzuurkatabolisme, hersenweefsel α-oxidatie van vetzuren met het aantal koolstofatomen (C 13 - C 18), dat wil zeggen de opeenvolgende eliminatie van fragmenten met één koolstofatoom van het carboxyluiteinde van het molecuul.

Dit type oxidatie komt het meest voor in plantenweefsels, maar kan ook voorkomen in sommige dierlijke weefsels. α-Oxidatie is cyclisch van aard en de cyclus bestaat uit twee reacties.

De eerste reactie bestaat uit de oxidatie van een vetzuur met waterstofperoxide tot het overeenkomstige aldehyde en CO 2 met deelname van een specifieke peroxidasen:

Als gevolg van deze reactie wordt de koolwaterstofketen met één koolstofatoom verkort.

De essentie van de tweede reactie is de hydratatie en oxidatie van het resulterende aldehyde tot het overeenkomstige carbonzuur onder invloed van aldehydedehydrogenase met de geoxideerde vorm van het co-enzym NAD:

De α-oxidatiecyclus herhaalt zich vervolgens opnieuw. Vergeleken met β-oxidatie is dit type oxidatie energetisch minder gunstig.

ω-Oxidatie van vetzuren. In de lever van dieren en sommige micro-organismen bevindt zich een enzymsysteem dat zorgt voor ω-oxidatie van vetzuren, dat wil zeggen oxidatie aan de terminale CH 3-groep, aangeduid met de letter ω. Eerst onder invloed mono-oxygenasen hydroxylering vindt plaats om ω-hydroxyzuur te vormen:

Het ω-hydroxyzuur wordt vervolgens geoxideerd tot ω-dicarbonzuur door de werking van het overeenkomstige dehydrogenasen:

Het aldus verkregen ω-dicarbonzuur wordt aan beide uiteinden ingekort door β-oxidatiereacties.

komt voor in de lever, nieren, skelet- en hartspieren en vetweefsel. In hersenweefsel is de snelheid van vetzuuroxidatie erg laag; De belangrijkste energiebron in hersenweefsel is glucose.

oxidatie van het vetzuurmolecuul in lichaamsweefsels vindt plaats op de β-positie. Als resultaat worden fragmenten met twee koolstofatomen achtereenvolgens afgesplitst van het vetzuurmolecuul aan de kant van de carboxylgroep.

Vetzuren, die deel uitmaken van de natuurlijke vetten van dieren en planten, hebben een even aantal koolstofatomen. Elk dergelijk zuur waaruit een paar koolstofatomen wordt geëlimineerd, gaat uiteindelijk door het boterzuurstadium. Na nog een β-oxidatie wordt boterzuur acetoazijnzuur. Dit laatste wordt vervolgens gehydrolyseerd tot twee moleculen azijnzuur.

De afgifte van vetzuren aan de plaats van hun oxidatie - aan de mitochondriën - gebeurt op een complexe manier: met de deelname van albumine wordt het vetzuur naar de cel getransporteerd; met de deelname van speciale eiwitten (vetzuurbindende eiwitten, FABP) – transport binnen het cytosol; met de deelname van carnitine - transport van vetzuren van het cytosol naar de mitochondriën.

Het proces van vetzuuroxidatie bestaat uit de volgende hoofdfasen.

Activeringvetzuren. Vrij vetzuur is, ongeacht de lengte van de koolwaterstofketen, metabolisch inert en kan geen enkele biochemische transformatie ondergaan, inclusief oxidatie, totdat het wordt geactiveerd. Activering van het vetzuur vindt plaats op het buitenoppervlak van het mitochondriale membraan met de deelname van ATP, co-enzym A (HS-KoA) en Mg 2+-ionen. De reactie wordt gekatalyseerd door het enzym acyl-CoA-synthetase:

Als gevolg van de reactie wordt acyl-CoA gevormd, de actieve vorm van het vetzuur.

Er wordt aangenomen dat de activering van vetzuren in 2 fasen plaatsvindt. Ten eerste reageert het vetzuur met ATP en vormt acyladenylaat, een ester van het vetzuur en AMP. Vervolgens werkt de sulfhydrylgroep van CoA in op het acyladenylaat dat stevig aan het enzym is gebonden om acyl-CoA en AMP te vormen.

Vervoervetzurenbinnen mitochondriën. De co-enzymvorm van het vetzuur heeft, net als vrije vetzuren, niet het vermogen om door te dringen in de mitochondriën, waar in feite hun oxidatie plaatsvindt. Carnitine dient als drager van geactiveerde vetzuren met lange ketens over het binnenste mitochondriale membraan. De acylgroep wordt overgebracht van het zwavelatoom van CoA naar de hydroxylgroep van carnitine om acylcarnitine te vormen, dat door het binnenste mitochondriale membraan diffundeert:

De reactie vindt plaats met de deelname van een specifiek cytoplasmatisch enzym, carnitine acyltransferase. Al aan de kant van het membraan die naar de matrix is ​​gericht, wordt de acylgroep terug naar CoA overgedragen, wat thermodynamisch gunstig is, omdat de O-acylbinding in carnitine een hoog groepoverdrachtspotentieel heeft. Met andere woorden, nadat acylcarnitine door het mitochondriale membraan is gegaan, vindt een omgekeerde reactie plaats: de splitsing van acylcarnitine met de deelname van HS-CoA en mitochondriale carnitine-acyltransferase:

Intramitochondriaaloxidatie van vetzuren. Het proces van vetzuuroxidatie in celmitochondria omvat verschillende opeenvolgende enzymatische reacties.

Eerste fase van dehydrogenering. Acyl-CoA in de mitochondriën ondergaat eerst enzymatische dehydrogenering, en acyl-CoA verliest 2 waterstofatomen in de α- en β-posities en verandert in de CoA-ester van een onverzadigd zuur. De eerste reactie in elke cyclus van afbraak van acyl-CoA is dus de oxidatie door acyl-CoA-dehydrogenase, wat leidt tot de vorming van enoyl-CoA met een dubbele binding tussen C-2 en C-3:

Er zijn verschillende FAD-bevattende acyl-CoA-dehydrogenasen, die elk specificiteit hebben voor acyl-CoA met een bepaalde koolstofketenlengte.

Fasehydratatie. Onverzadigd acyl-CoA (enoyl-CoA), met de deelname van het enzym enoyl-CoA-hydratase, hecht een watermolecuul. Als resultaat wordt β-hydroxyacyl-CoA (of 3-hydroxyacyl-CoA) gevormd:

Merk op dat de hydratatie van enoyl-CoA stereospecifiek is, zoals de hydratatie van fumaraat en aconitaat (zie p. 348). Als resultaat van hydratatie van de dubbele trans-A2-binding wordt alleen het L-isomeer van 3-hydroxyacyl-CoA gevormd.

Tweede podiumdehydrogenering. Het resulterende β-hydroxyacyl-CoA (3-hydroxyacyl-CoA) wordt vervolgens gedehydrogeneerd. Deze reactie wordt gekatalyseerd door NAD+-afhankelijke dehydrogenasen:

Thiolasereactie. Tijdens de voorgaande reacties werd de methyleengroep op C-3 geoxideerd tot een oxogroep. De thiolasereactie is de splitsing van 3-oxoacyl-CoA met behulp van de thiolgroep van het tweede CoA-molecuul. Als gevolg hiervan worden een acyl-CoA verkort met twee koolstofatomen en een twee-koolstoffragment in de vorm van acetyl-CoA gevormd. Deze reactie wordt gekatalyseerd door acetyl-CoA-acyltransferase (β-ketothiolase):

Het resulterende acetyl-CoA ondergaat oxidatie in de tricarbonzuurcyclus, en acyl-CoA, ingekort met twee koolstofatomen, doorloopt opnieuw herhaaldelijk het gehele β-oxidatiepad tot de vorming van butyryl-CoA (4-koolstofverbinding), die in beurt wordt geoxideerd tot 2 acetyl-CoA-moleculen

Tijdens één cyclus van β-oxidatie wordt 1 molecuul acetyl-CoA gevormd, waarvan de oxidatie in de citraatcyclus zorgt voor de synthese 12 mol ATP. Bovendien vormt het 1 mol FADH2 en 1 mol NADH+H, tijdens de oxidatie waarvan het respectievelijk in de ademhalingsketen wordt gesynthetiseerd 2 en 3 mol ATP (5 in totaal).

Zo wordt tijdens de oxidatie van bijvoorbeeld palmitinezuur (C16) 7 β-oxidatiecycli, resulterend in de vorming van 8 mol acetyl-CoA, 7 mol FADH 2 en 7 mol NADH+H. Daarom is de ATP-uitvoer gelijk 35 moleculen als gevolg van β-oxidatie en 96 ATP afkomstig van de citraatcyclus, wat overeenkomt met het totaal 131 ATP-moleculen.

De biologische oxidatie van vetzuren kan worden vergeleken met de verbranding van koolwaterstoffen: in beide gevallen wordt de hoogste vrije energieopbrengst waargenomen. Tijdens de biologische b-oxidatie van het koolwaterstofgedeelte van vetzuren worden geactiveerde componenten met twee koolstofatomen gevormd, die verder worden geoxideerd in de TCA-cyclus, en een groot aantal reducerende equivalenten, die leiden tot de synthese van ATP in de ademhalingsketen. . De meeste aerobe cellen zijn in staat tot volledige oxidatie van vetzuren tot koolstofdioxide en water.

De bron van vetzuren zijn exogene of endogene lipiden. Deze laatste worden meestal weergegeven door triacylglyceriden, die in cellen worden afgezet als een reservebron van energie en koolstof. Bovendien gebruiken cellen ook polaire membraanlipiden, waarvan de metabolische vernieuwing voortdurend plaatsvindt. Lipiden worden door specifieke enzymen (lipasen) afgebroken tot glycerol en vrije vetzuren.

b-oxidatie van vetzuren. Dit basisproces van vetzuuroxidatie vindt plaats in eukaryoten in de mitochondriën. Het transport van vetzuren door de mitochondriale membranen wordt vergemakkelijkt door carnitine(g-trimethylamino-b-hydroxybutyraat), dat een vetzuurmolecuul op een bijzondere manier bindt, waardoor de positieve (op het stikstofatoom) en negatieve (op het zuurstofatoom van de carboxylgroep) ladingen dichter bij elkaar worden gebracht samen en neutraliseren elkaar.

Na transport naar de mitochondriale matrix worden vetzuren geactiveerd door CoA in een ATP-afhankelijke reactie gekatalyseerd door acetaatthiokinase (Fig. 9.1). Het acyl-CoA-derivaat wordt vervolgens geoxideerd met deelname van acyldehydrogenase. Er zijn verschillende acyldehydrogenasen in de cel die specifiek zijn voor CoA-derivaten van vetzuren met verschillende koolwaterstofketenlengtes. Al deze enzymen gebruiken FAD als een prothetische groep. FADH 2 gevormd in de reactie als onderdeel van acyldehydrogenase wordt geoxideerd door een ander flavoproteïne, dat elektronen overbrengt naar de ademhalingsketen als onderdeel van het mitochondriale membraan.

Het oxidatieproduct, enoyl-CoA, wordt gehydrateerd door enoylhydratase om b-hydroxyacyl-CoA te vormen (Fig. 9.1). Er zijn enoyl-CoA-hydratasen die specifiek zijn voor de cis- en trans-vormen van enoyl-CoA-derivaten van vetzuren. In dit geval wordt trans-enoyl-CoA stereospecifiek gehydrateerd tot L-b-hydroxyacyl-CoA, en cis-isomeren tot D-stereo-isomeren van -b-hydroxyacyl-CoA-esters.

De laatste stap in de reacties van b-oxidatie van vetzuren is de dehydrogenering van L-b-hydroxyacyl-CoA (Fig. 9.1). Het b-koolstofatoom van het molecuul ondergaat oxidatie, daarom wordt het hele proces b-oxidatie genoemd. De reactie wordt gekatalyseerd door b-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase, dat alleen specifiek is voor de L-vormen van b-hydroxyacyl-CoA. Dit enzym gebruikt NAD als co-enzym. Dehydrogenering van D-isomeren van b-hydroxyacylCoA wordt uitgevoerd na een extra fase van isomerisatie tot L-b-hydroxyacyl-CoA (enzym b-hydroxyacyl-CoA-epimerase). Het product van deze reactiefase is b-ketoacyl-CoA, dat gemakkelijk door thiolase in 2 derivaten wordt gesplitst: acyl-CoA, dat 2 koolstofatomen korter is dan het oorspronkelijke geactiveerde substraat, en een acetyl-CoA-component met twee koolstofatomen. , afgesplitst van de vetzuurketen (Fig. 9.1). Het acyl-CoA-derivaat ondergaat een verdere cyclus van b-oxidatiereacties, en acetyl-CoA kan de tricarbonzuurcyclus binnengaan voor verdere oxidatie.

Elke cyclus van b-oxidatie van vetzuren gaat dus gepaard met het losmaken van het substraat van een fragment met twee koolstofatomen (acetyl-CoA) en twee paar waterstofatomen, waardoor 1 molecuul NAD + en één molecuul FAD worden gereduceerd. Het proces gaat door totdat de vetzuurketen volledig is afgebroken. Bestond het vetzuur uit een oneven aantal koolstofatomen, dan eindigt de b-oxidatie met de vorming van propionyl-CoA, dat in de loop van meerdere reacties wordt omgezet in succinyl-CoA en in deze vorm de TCA-cyclus kan binnengaan.

De meeste vetzuren waaruit de cellen van dieren, planten en micro-organismen bestaan, bevatten onvertakte koolwaterstofketens. Tegelijkertijd bevatten de lipiden van sommige micro-organismen en plantenwassen vetzuren waarvan de koolwaterstofradicalen vertakkingspunten hebben (meestal in de vorm van methylgroepen). Als er weinig vertakkingen zijn en ze allemaal op even posities voorkomen (op koolstofatomen 2, 4, enz.), dan vindt het b-oxidatieproces plaats volgens het gebruikelijke schema met de vorming van acetyl- en propionyl-CoA. Als methylgroepen zich op oneven koolstofatomen bevinden, wordt het b-oxidatieproces geblokkeerd in de hydratatiefase. Hiermee moet rekening worden gehouden bij de productie van synthetische wasmiddelen: om hun snelle en volledige biologische afbraak in het milieu te garanderen, mogen alleen versies met rechte koolwaterstofketens worden toegestaan ​​voor massaconsumptie.

Oxidatie van onverzadigde vetzuren. Dit proces wordt uitgevoerd in overeenstemming met alle wetten van b-oxidatie. De meeste in de natuur voorkomende onverzadigde vetzuren hebben echter dubbele bindingen op plaatsen op de koolwaterstofketen, zodat opeenvolgende verwijdering van twee koolstofgroepen van het carboxyluiteinde een acyl-CoA-derivaat produceert waarin de dubbele binding zich op positie 3-4 bevindt. Bovendien hebben de dubbele bindingen van natuurlijke vetzuren een cis-configuratie. Om de dehydrogeneringsfase met deelname van b-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase, specifiek voor de L-vormen van b-hydroxyacyl-CoA, uit te voeren, is een extra fase van enzymatische isomerisatie vereist, waarin de dubbele binding in het van CoA afkomstige vetzuurmolecuul beweegt van positie 3-4 naar positie 2-3 en de configuratie van de dubbele binding verandert van cis- naar trans-. Deze metaboliet dient als substraat voor enoylhydratase, dat trans-enoyl-CoA omzet in L-b-hydroxyacyl-CoA.

In gevallen waarin de overdracht en isomerisatie van een dubbele binding onmogelijk zijn, wordt een dergelijke binding hersteld met de deelname van NADPH. Daaropvolgende afbraak van het vetzuur vindt plaats via het gebruikelijke mechanisme van b-oxidatie.

Kleine routes van vetzuuroxidatie. b-Oxidatie is de belangrijkste, maar niet de enige, route van vetzuurkatabolisme. Zo werd in plantencellen het proces van a-oxidatie van vetzuren met 15-18 koolstofatomen ontdekt. Deze route omvat de initiële aanval van een vetzuur door peroxidase in aanwezigheid van waterstofperoxide, resulterend in de verwijdering van de carboxylkoolstof als CO2 en de oxidatie van de koolstof op de a-positie tot een aldehydegroep. Het aldehyde wordt vervolgens met de deelname van dehydrogenase geoxideerd tot een hoger vetzuur, en het proces wordt opnieuw herhaald (Fig. 9.2). Dit pad kan echter geen volledige oxidatie garanderen. Het wordt alleen gebruikt om vetzuurketens te verkorten en ook als bypass wanneer b-oxidatie wordt geblokkeerd vanwege de aanwezigheid van methylzijgroepen. Het proces vereist geen deelname van CoA en gaat niet gepaard met de vorming van ATP.

Sommige vetzuren kunnen ook oxidatie ondergaan aan het w-koolstofatoom (w-oxidatie). In dit geval ondergaat de CH3-groep hydroxylering onder invloed van mono-oxygenase, waarbij een w-hydroxyzuur wordt gevormd, dat vervolgens wordt geoxideerd tot een dicarbonzuur. Een dicarbonzuur kan aan beide uiteinden worden ingekort door middel van b-oxidatiereacties.

Op dezelfde manier vindt in de cellen van micro-organismen en sommige dierlijke weefsels de afbraak van verzadigde koolwaterstoffen plaats. In de eerste fase wordt het molecuul, met de deelname van moleculaire zuurstof, gehydroxyleerd om een ​​alcohol te vormen, die achtereenvolgens wordt geoxideerd tot een aldehyde en een carbonzuur, geactiveerd door de toevoeging van CoA en de b-oxidatieroute binnengaat.

Triglyceriden in de vorm van chylomicronen uit de epitheelcellen van de dunne darm komen de lever, longen, hart, spieren en andere organen binnen, waar ze worden gehydrolyseerd tot glycerol en vetzuren. Deze laatste kunnen worden geoxideerd in een zeer exergonische metabolische route die bekend staat als