أكسدة بيتا للأحماض الدهنية: الخطوات ، التفاعلات ، المنتجات ، التنظيم - مادة الاحياء - 2025

إن أكسدة بيتا للأحماض الدهنية هي طريق تقويض (تحلل) الأحماض الدهنية ، والتي تتمثل وظيفتها الرئيسية في إنتاج أو "إطلاق" الطاقة الموجودة في روابط هذه الجزيئات.

تم اكتشاف هذا الطريق في عام 1904 بفضل التجارب التي أجراها الألماني فرانز نوب ، والتي تكونت في إدارة فئران التجارب ، من الأحماض الدهنية التي تم تعديل مجموعة الميثيل النهائية بها مع مجموعة فينيل.

رسم تخطيطي لأكسدة بيتا للأحماض الدهنية (المصدر: Arturo González Laguna عبر ويكيميديا ​​كومنز)

توقع نوب أن تتبع منتجات الهدم لهذه الأحماض الدهنية "التناظرية" مسارات مشابهة لمسار أكسدة الأحماض الدهنية العادية (الطبيعية غير المعدلة). ومع ذلك ، فقد وجد أن هناك اختلافات في المنتجات التي تم الحصول عليها كدالة في عدد ذرات الكربون للأحماض الدهنية.

مع هذه النتائج ، اقترح Knoop أن التدهور حدث في "خطوات" ، بدءًا من "الهجوم" على الكربون (الموجود في الموضع 3 فيما يتعلق بمجموعة الكربوكسيل الطرفية) ، مما أدى إلى إطلاق شظايا من ذرتين من الكربون.

تبين لاحقًا أن العملية تتطلب طاقة على شكل ATP ، والتي يتم إنتاجها في الميتوكوندريا وأن شظايا ذرتين من الكربون تدخل دورة كريبس كأسيتيل CoA.

باختصار ، تتضمن أكسدة بيتا للأحماض الدهنية تنشيط مجموعة الكربوكسيل الطرفية ، ونقل الحمض الدهني المنشط إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، وأكسدة كربون ثنائية "ثنائية" من مجموعة الكربوكسيل.

مثل العديد من العمليات الابتنائية والتقويضية ، يتم تنظيم هذا المسار ، لأنه يستحق تعبئة الأحماض الدهنية "الاحتياطية" عندما لا تكون الطرق التقويضية الأخرى كافية لتلبية متطلبات الطاقة الخلوية والجسمية.

الخطوات وردود الفعل

توجد الأحماض الدهنية في الغالب في العصارة الخلوية ، سواء كانت تأتي من مسارات التخليق الحيوي أو من رواسب الدهون المخزنة من الطعام المبتلع (والذي يجب أن يدخل الخلايا).

- تفعيل الأحماض الدهنية ونقلها إلى الميتوكوندريا

يتطلب تنشيط الأحماض الدهنية استخدام جزيء ATP وله علاقة بتكوين أسيل ثيوستر المقترن مع الإنزيم المساعد أ.

يتم تحفيز هذا التنشيط بواسطة مجموعة من الإنزيمات تسمى ligases acetyl-CoA الخاصة بطول السلسلة لكل حمض دهني. تقوم بعض هذه الإنزيمات بتنشيط الأحماض الدهنية أثناء نقلها إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، حيث يتم تضمينها في غشاء الميتوكوندريا الخارجي.

تنشيط الأحماض الدهنية (المصدر: Jag123 في Wikipedia الإنجليزية عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تحدث عملية التنشيط في خطوتين ، أولاً إنتاج أدينيلات الأسيل من الحمض الدهني المنشط باستخدام ATP ، حيث يتم إطلاق جزيء بيروفوسفات (PPi). ثم يتم مهاجمة مجموعة الكربوكسيل التي يتم تنشيطها بواسطة ATP من قبل مجموعة الثيول من الإنزيم المساعد A لتشكيل أسيل CoA.

يتم تحقيق انتقال أسيل- CoA من خلال غشاء الميتوكوندريا من خلال نظام نقل يعرف باسم مكوك الكارنيتين.

- أكسدة بيتا للأحماض الدهنية المشبعة بعدد زوجي من ذرات الكربون

إن تحلل الأحماض الدهنية هو مسار دوري ، حيث أن إطلاق كل جزء من ذرتين من الكربون يتبعه مباشرة أخرى ، حتى الوصول إلى الطول الكامل للجزيء. ردود الفعل التي لها دور في هذه العملية هي كما يلي:

- نزع الهيدروجين.

- ترطيب الرابطة المزدوجة.

- نزع الهيدروجين من مجموعة الهيدروكسيل.

- التفتت بفعل هجوم جزيء أسيتيل CoA على كربون.

التفاعل 1: نزع الهيدروجين أولاً

وهو يتألف من تكوين رابطة مزدوجة بين α-carbon و-carbon عن طريق القضاء على ذرتين هيدروجين. يتم تحفيزه بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين أسيل- CoA ، والذي يشكل جزيء trans2-enoyl-S-CoA وجزيء FAD + (العامل المساعد).

التفاعلات 2 و 3: الماء ونزع الهيدروجين

يتم تحفيز الترطيب بواسطة enoyl-CoA hydratase ، بينما يتم التوسط في نزع الهيدروجين بواسطة 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase ، ويعتمد التفاعل الأخير على العامل المساعد NAD +.

يؤدي ترطيب trans∆2-enoyl-S-CoA إلى ظهور 3-hydroxyacyl-CoA ، الذي ينتج عن نزع الهيدروجين جزيء 3-ketoacyl-CoA و NADH + H.

يتم إعادة أكسدة FADH2 و NADH المنتجين في التفاعلات الثلاثة الأولى لأكسدة بيتا من خلال سلسلة نقل الإلكترون ، بفضل مشاركتهم في إنتاج ATP ، جزيئين لكل FADH2 و 3 جزيئات لكل NADH.

رد فعل 4: التجزئة

تنتهي كل دورة من أكسدة بيتا التي تزيل جزيءًا به ذرتين من الكربون بالانقسام "thiolytic" لكربون كيتو ، والذي يهاجمه الإنزيم المساعد A عند الرابطة بين α و كربون.

يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم β-ketothiolase أو thiolase ، ومنتجاته عبارة عن جزيء واحد من acyl-CoA (الحمض الدهني المنشط مع عدد أقل من ذرات الكربون) وواحد من acetyl-CoA.

- أكسدة بيتا للأحماض الدهنية المشبعة بعدد فردي من ذرات الكربون

في الأحماض الدهنية التي تحتوي على عدد فردي من ذرات الكربون (التي ليست وفيرة جدًا) ، يحتوي جزيء دورة التحلل الأخيرة على 5 ذرات كربون ، لذلك ينتج عن تجزئته جزيء أسيتيل CoA (الذي يدخل في دورة كريبس) وآخر من بروبيونيل CoA.

يجب أن يكون Propionyl-CoA كربوكسيل (يعتمد التفاعل على ATP و bicarbonate) بواسطة إنزيم propionyl-CoA carboxylase ، وبالتالي تكوين مركب يعرف باسم D-methylmalonyl-CoA ، والذي يجب أن يتم تقشيره إلى شكله "L".

أكسدة بيتا للأحماض الدهنية الفردية (المصدر: Eleska عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يتم بعد ذلك تحويل المركب الناتج عن إزالة البيمرة إلى مادة سوكسينيل CoA عن طريق عمل إنزيم L-methylmalonyl-CoA mutase ، ويدخل هذا الجزيء ، بالإضافة إلى acetyl-CoA ، في دورة حمض الستريك.

- أكسدة بيتا للأحماض الدهنية غير المشبعة

تحتوي العديد من الدهون الخلوية على سلاسل من الأحماض الدهنية غير المشبعة ، أي أنها تحتوي على واحد أو أكثر من الروابط المزدوجة بين ذرات الكربون.

تختلف أكسدة هذه الأحماض الدهنية قليلاً عن أكسدة الأحماض الدهنية المشبعة ، نظرًا لأن إنزيمين إضافيين ، إيزوميراز إينويل- CoA و 2 ، 4-دينويل- CoA مختزل ، مسؤولان عن التخلص من هذه التشوهات بحيث تكون هذه الأحماض الدهنية قد يكون ركيزة لإنزيم enoyl-CoA hydratase.

أكسدة بيتا للأحماض الدهنية غير المشبعة (المصدر: Hajime7basketball عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يعمل إيزوميراز Enoyl-CoA على الأحماض الدهنية الأحادية غير المشبعة (مع عدم تشبع واحد فقط) ، وفي الوقت نفسه يتفاعل إنزيم 2،4-دينويل- CoA مع الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة (مع اثنين أو أكثر من عدم التشبع).

- أكسدة بيتا خارج الميتوكوندريا

يمكن أن تحدث أكسدة بيتا للأحماض الدهنية أيضًا داخل عضيات عصارة خلوية أخرى مثل البيروكسيسومات ، على سبيل المثال ، مع اختلاف أن الإلكترونات التي يتم نقلها إلى FAD + لا يتم توصيلها إلى سلسلة الجهاز التنفسي ، ولكن مباشرة إلى الأكسجين.

ينتج هذا التفاعل بيروكسيد الهيدروجين (يتم تقليل الأكسجين) ، وهو مركب يتم التخلص منه بواسطة إنزيم الكاتلاز الخاص بهذه العضيات.

منتجات أكسدة بيتا

تنتج أكسدة الأحماض الدهنية طاقة أكثر بكثير من تكسير الكربوهيدرات. المنتج الرئيسي لأكسدة بيتا هو أسيتيل CoA الناتج في كل خطوة من الجزء الدوري من المسار ، ومع ذلك ، فإن المنتجات الأخرى هي:

- AMP ، H + و بيروفوسفات (PPi) ، ينتج أثناء التنشيط.

- FADH2 و NADH لكل أسيتيل CoA ينتج.

- Succinyl-CoA، ADP، Pi للأحماض الدهنية الفردية.

أكسدة بيتا لحمض البالمتيك (المصدر: ´Rojinbkht عبر ويكيميديا ​​كومنز)

إذا أخذنا في الاعتبار على سبيل المثال أكسدة بيتا الكاملة لحمض البالمتيك (بالميتات) ، وهو حمض دهني به 16 ذرة كربون ، فإن كمية الطاقة المنتجة تعادل أكثر أو أقل من 129 جزيء من ATP ، والتي تأتي من 7 دورات يجب أن تكملها الدورة.

اللائحة

يعتمد تنظيم أكسدة بيتا للأحماض الدهنية في معظم الخلايا على توافر الطاقة ، ليس فقط فيما يتعلق بالكربوهيدرات ولكن أيضًا بالأحماض الدهنية نفسها.

تتحكم الحيوانات في التعبئة ، وبالتالي ، تكسير الدهون من خلال المنبهات الهرمونية ، والتي تتحكم في نفس الوقت بجزيئات مثل cAMP ، على سبيل المثال.

في الكبد ، العضو الرئيسي لتفتيت الدهون ، يعتبر تركيز malonyl-CoA مهمًا للغاية لتنظيم أكسدة بيتا ؛ هذه هي الركيزة الأولى المشاركة في مسار التخليق الحيوي للأحماض الدهنية.

عندما يتراكم malonyl-CoA بنسب كبيرة ، فإنه يعزز التخليق الحيوي للأحماض الدهنية ويثبط ناقل الميتوكوندريا أو مكوك أسيل كارنيتيني. عندما ينخفض ​​تركيزه ، يتوقف التثبيط وتنشط أكسدة بيتا.

المراجع

1. ماثيوز ، سي ، فان هولدي ، ك ، وأهيرن ، ك. (2000). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثالثة). سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا: بيرسون.
2. نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2009). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).
3. رون ، دينار (1998). الكيمياء الحيوية. برلنغتون ، ماساتشوستس: نيل باترسون للنشر.
4. شولز ، هـ. (1991). أكسدة بيتا للأحماض الدهنية. Biochimica et Biophysica Acta ، 1081 ، 109-120.
5. شولز ، هـ. (1994). تنظيم أكسدة الأحماض الدهنية في القلب. مراجعة نقدية ، 165 - 171.
6. Schulz، H.، & Kunau، W. (1987). أكسدة بيتا للأحماض الدهنية غير المشبعة: مسار منقح. TIBS، 403-406.