Rozklad mastných kyselin

Z Rozklad mastných kyselin slouží k vytváření energie v buňkách a probíhá prostřednictvím tzv. beta oxidace. V průběhu beta oxidace se produkuje acetyl-koenzym A, který se dále štěpí na oxid uhličitý a vodu nebo se přivádí zpět do cyklu kyseliny citronové. Poruchy v rozkladu mastných kyselin mohou vést k vážným onemocněním.

Co je rozklad mastných kyselin?

Kromě rozpadu glukózy v organismu je rozpad mastných kyselin důležitým metabolickým procesem pro generování energie v buňce.

Mastné kyseliny se v mitochondriích rozkládají. K degradaci dochází prostřednictvím tzv. Beta oxidace. Termín "beta" pochází ze skutečnosti, že k oxidaci dochází na třetím atomu uhlíku (atom uhlíku beta) molekuly mastné kyseliny.

Na konci oxidačního cyklu se odštěpí dva atomy uhlíku ve formě aktivované kyseliny octové (acetyl-koenzym A). Protože rozklad mastných kyselin vyžaduje několik oxidačních cyklů, byl tento proces dříve známý také jako spirála mastných kyselin.

Acetyl koenzym se dále rozkládá v mitochondriích na ketonová tělíska nebo oxid uhličitý a vodu. Když se z mitochondrií dostane zpět do cytoplazmy, je přiváděn zpět do cyklu kyseliny citronové.

Při rozkladu mastných kyselin se produkuje více energie než při spalování glukózy.

Funkce a úkol

Rozklad mastných kyselin probíhá v několika reakčních krocích a probíhá v mitochondriích. Nejprve jsou molekuly mastných kyselin umístěny v cytosolu buňky.

Jsou to inertní molekuly, které musí být nejprve aktivovány pro degradaci a transportovány do mitochondrií. K aktivaci mastné kyseliny se koenzym A přenáší za vzniku acyl-CoA. Nejprve je ATP rozdělena na pyrofosfát a AMP. AMP se potom použije k vytvoření acyl AMP (acyl adenylátu).

Po odštěpení AMP může být mastná kyselina esterifikována koenzymem A za vzniku acyl-CoA. Poté se pomocí enzymu karnitin acyltransferázy I převede karnitin na aktivovanou mastnou kyselinu.

Tento komplex je transportován do mitochondrií (mitochondriální matrice) pomocí karnitin-acylkarnitinového transportéru (CACT). Tam se karnitin znovu oddělí a koenzym A se znovu přenese. Karnitin je odváděn z matrice a acyl-CoA je v mitochondrii k dispozici pro skutečnou beta oxidaci.

Skutečná oxidace beta probíhá ve čtyřech reakčních krocích. Klasické oxidační kroky probíhají s nasycenými mastnými kyselinami se stejnými čísly. Pokud se štěpí liché nebo nenasycené mastné kyseliny, musí být počáteční molekula nejprve připravena na beta oxidaci prostřednictvím dalších reakcí.

Acyl-CoA sudých nasycených mastných kyselin se oxiduje v prvním reakčním kroku pomocí enzymu acyl-CoA dehydrogenázy. To vytváří dvojnou vazbu mezi druhým a třetím atomem uhlíku v trans poloze. Kromě toho je FAD převeden na FADH2.

Normálně jsou dvojné vazby nenasycených mastných kyselin v poloze cis, ale další krok reakce degradace mastných kyselin může být proveden pouze s dvojnou vazbou v poloze trans.

Ve druhém reakčním kroku enzym enoyl-CoA hydratáza přidá molekulu vody k beta atomu uhlíku za vzniku hydroxylové skupiny. Tzv. L-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenáza pak oxiduje beta uhlíkový atom na ketoskupinu. Vznikne 3-ketoacyl-CoA.

V posledním reakčním kroku se další koenzym A váže na atom beta-uhlíku. Acetyl-CoA (aktivovaná kyselina octová) se oddělí a acyl-CoA, který je o dva atomy uhlíku kratší, zůstává. Tato kratší zbytková molekula prochází dalším reakčním cyklem až k dalšímu štěpení acetyl-CoA.

Proces pokračuje, dokud není celá molekula rozdělena na aktivovanou kyselinu octovou. Reverzní proces na oxidaci beta by byl také teoreticky možný, ale nedochází v přírodě.

Pro syntézu mastných kyselin existuje jiný reakční mechanismus. V mitochondrii se acetyl-CoA dále rozkládá na oxid uhličitý a vodu nebo v ketonových tělech s uvolňováním energie. V případě lichých mastných kyselin zůstává na konci propionyl-CoA se třemi atomy uhlíku. Tato molekula je rozdělena jiným způsobem.

Když se štěpí nenasycené mastné kyseliny, specifické isomerázy převádějí dvojné vazby z cis na trans konfiguraci.

Nemoci a nemoci

Poruchy rozkladu mastných kyselin jsou vzácné, ale mohou vést k vážným zdravotním problémům. Téměř vždy jde o genetická onemocnění.

Existuje téměř odpovídající mutace genu pro téměř všechny relevantní enzymy podílející se na rozkladu mastných kyselin. Například deficit enzymu MCAD vzniká z genové mutace, která je zděděna autozomálně recesivně. MCAD je zodpovědný za rozklad mastných kyselin se středním řetězcem. Mezi příznaky patří hypoglykémie (nízká hladina cukru v krvi), křeče a časté stavy komatózy. Protože zde mastné kyseliny nemohou být použity k výrobě energie, spálí se zvýšená hladina glukózy. To vede k hypoglykémii a riziku kómy.

Protože tělo musí být vždy zásobováno glukózou pro výrobu energie, nesmí existovat žádná dlouhodobá abstinence. Je-li to nutné, musí být při akutní krizi podána infuze vysoké dávky glukózy.

Kromě toho jsou všechny myopatie charakteristické pro poruchy rozpadu mitochondriálních mastných kyselin. To vede k slabosti svalů, poruchám metabolismu jater a hypoglykemickým stavům. Až 70 procent postižených v průběhu života oslepne.

K vážným onemocněním také dochází, když je narušeno odbourávání příliš dlouhých mastných kyselin. Tyto mastné kyseliny s velmi dlouhým řetězcem se nerozkládají v mitochondriích, ale v peroxizomech. Zde je enzym ALDP zodpovědný za zavedení do peroxisomů. Když je však ALDP defektní, dlouhé molekuly mastných kyselin se hromadí v cytoplazmě, a tak vedou k závažným metabolickým poruchám. Nervové buňky a bílá hmota mozku jsou také napadeny. Tento typ poruchy rozpadu mastných kyselin vede k neurologickým symptomům, jako jsou poruchy rovnováhy, necitlivost, křeče a nedostatečně aktivní nadledvinky.