UTLENIANIE

UTLENIANIE

KWASÓW

KWASÓW

TŁUSZCZOWYCH

TŁUSZCZOWYCH

Marta

Marta

Szczepanek

Szczepanek

Magdalena

Magdalena

Smolak

Smolak

gr. 7.

gr. 7.

Utlenianie Kwasów

Utlenianie Kwasów

Tłuszczowych

Tłuszczowych



Nie jest odwróceniem ich biosyntezy

Nie jest odwróceniem ich biosyntezy



Każdy etap katalizowany innym

Każdy etap katalizowany innym

enzymem

enzymem



Koenzymy biorące w nim udział to

Koenzymy biorące w nim udział to

NAD i FAD

NAD i FAD



Zachodzi w mitochondriach;

Zachodzi w mitochondriach;

AKTYWACJA KWASÓW

AKTYWACJA KWASÓW

TŁUSZCZOWYCH

TŁUSZCZOWYCH



Jedyna reakcja z udziałem ATP;

Jedyna reakcja z udziałem ATP;



Zachodzi przed wniknięciem do

Zachodzi przed wniknięciem do

mitochondrium, na jego zewnętrznej

mitochondrium, na jego zewnętrznej

błonie;

błonie;



Są zamieniane w aktywny kwas

Są zamieniane w aktywny kwas

tłuszczowy by reagować z enzymami

tłuszczowy by reagować z enzymami

odpowiedzialnymi za ich dalszy

odpowiedzialnymi za ich dalszy

metabolizm;

metabolizm;

AKTYWACJA KWASÓW

AKTYWACJA KWASÓW

TŁUSZCZOWYCH

TŁUSZCZOWYCH

1.) Kwas tłuszczowy reaguje z ATP dając

1.) Kwas tłuszczowy reaguje z ATP dając

acyloadenylan:

acyloadenylan:

a) grupa karboksylowa kwasu tłuszczowego

a) grupa karboksylowa kwasu tłuszczowego

wiąże się z resztą fosforanową AMP

wiąże się z resztą fosforanową AMP

b) pozostałe fosforany z ATP są uwalniane

b) pozostałe fosforany z ATP są uwalniane

w postaci pirofosforanu;

w postaci pirofosforanu;

AKTYWACJA KWASÓW

AKTYWACJA KWASÓW

TŁUSZCZOWYCH

TŁUSZCZOWYCH

2.) grupa tiolowa CoA reaguje

2.) grupa tiolowa CoA reaguje

acyloadenylanem, co prowadzi do

acyloadenylanem, co prowadzi do

powstania acylo- CoA;

powstania acylo- CoA;

AKTYWACJA KWASÓW

AKTYWACJA KWASÓW

TŁUSZCZOWYCH

TŁUSZCZOWYCH



Obecność pirofosfatazy nieorganicznej

Obecność pirofosfatazy nieorganicznej

powoduje, że uwolniony pirofosforan

powoduje, że uwolniony pirofosforan

ulega hydrolizie.

ulega hydrolizie.



R-COO +HS-CoA + ATP + H2O->

R-COO +HS-CoA + ATP + H2O->

acylo- CoA +AMP+ 2Pi +2H

acylo- CoA +AMP+ 2Pi +2H



Zostały zużyte dwa wiązania

Zostały zużyte dwa wiązania

wysokoenergetyczne, a powstało tyko

wysokoenergetyczne, a powstało tyko

jedno nowe (w acylo-CoA)

jedno nowe (w acylo-CoA)

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE

KT PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

KT PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

MITOCHONDRIALNĄ

MITOCHONDRIALNĄ



Mechanizm transportu dla cząsteczek acylo-

Mechanizm transportu dla cząsteczek acylo-

CoA o długich łańcuchach;

CoA o długich łańcuchach;



Aktywowane KT o długich łańcuchach

Aktywowane KT o długich łańcuchach

przekraczają wewnętrzną błonę

przekraczają wewnętrzną błonę

mitochondrialną po sprzężeniu z karnityną;

mitochondrialną po sprzężeniu z karnityną;



Karnityna (

Karnityna (

β

β

- hydroksy-

- hydroksy-

γ

γ

-trimetylo-

-trimetylo-

aminomaślan):

aminomaślan):

amfoteryczna pochodna lizyny,

amfoteryczna pochodna lizyny,

syntetyzowana z lizyny i metioniny w wątrobie

syntetyzowana z lizyny i metioniny w wątrobie

i nerkach;

i nerkach;

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE

KT PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

KT PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

MITOCHONDRIALNĄ

MITOCHONDRIALNĄ



Grupa acylowa WKT zostaje przeniesiona

Grupa acylowa WKT zostaje przeniesiona

z atomu siarki CoA na grupę

z atomu siarki CoA na grupę

hydroksylową karnityny, tworząc

hydroksylową karnityny, tworząc

acylokarnitynę

acylokarnitynę

;

;

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE

KT PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

KT PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

MITOCHONDRIALNĄ

MITOCHONDRIALNĄ



Reakcja katalizowana

Reakcja katalizowana

acylotransferazą

acylotransferazą

karnitynową I (palmitoilotransferazą)

karnitynową I (palmitoilotransferazą)

związaną z zewnętrzną błoną

związaną z zewnętrzną błoną

mitochondrialną;

mitochondrialną;



Translokaza

Translokaza

karnitynoacylokarnitynowa

karnitynoacylokarnitynowa

działa jako

działa jako

błonowy wymienny przenośnik karnityny.

błonowy wymienny przenośnik karnityny.

Transport acylokarnityny do wew.

Transport acylokarnityny do wew.

Mitochondriów związany z przeniesieniem

Mitochondriów związany z przeniesieniem

jednej cz. Karnityny na zewnątrz;

jednej cz. Karnityny na zewnątrz;



W mitochondrium acylokarnityna reaguje z

W mitochondrium acylokarnityna reaguje z

CoA, katalizatorem reakcji jest

CoA, katalizatorem reakcji jest

palmitoilotransferaza karnitynowa II;

palmitoilotransferaza karnitynowa II;

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE KT

ROLA KARNITYNY W TRANSPORCIE KT

PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

PRZEZ WEWĘTRZNĄ BŁONĘ

MITOCHONDRIALNĄ

MITOCHONDRIALNĄ

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych



Polega na odczepianiu reszt

Polega na odczepianiu reszt

dwuwęglowych (aceTYlo-CoA) od

dwuwęglowych (aceTYlo-CoA) od

acYlo- CoA

acYlo- CoA



Łańcuch rozrywany pomiędzy

Łańcuch rozrywany pomiędzy

atomami węgla

atomami węgla

α

α

(2) i

(2) i

β

β

(3) stąd

(3) stąd

nazwa;

nazwa;

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych



Po wniknięciu reszty acylowej do

Po wniknięciu reszty acylowej do

mitochondrium i odtworzeniu acylo-CoA,

mitochondrium i odtworzeniu acylo-CoA,

następuje utlenienie za pomocą

następuje utlenienie za pomocą

DEHYDROGENAZY ACYLO-CoA, produktem

DEHYDROGENAZY ACYLO-CoA, produktem

tej reakcji jest

tej reakcji jest

Δ

Δ

2

2

-trans-enoilo-CoA;

-trans-enoilo-CoA;

Koenzymem jest flawoproteina zawierająca

Koenzymem jest flawoproteina zawierająca

FAD, który jest akceptorem elentronów

FAD, który jest akceptorem elentronów

przekazywanych dalej flawoproteiną

przekazywanych dalej flawoproteiną

przenoszącą elektrony na łancuch oddechowy,

przenoszącą elektrony na łancuch oddechowy,

w skutek czego z jednego mola FADH2

w skutek czego z jednego mola FADH2

wytworzone zostaje 1,5 cząsteczki ATP.

wytworzone zostaje 1,5 cząsteczki ATP.

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych



Kolejną reakcję katalizuje HYDRATAZA

Kolejną reakcję katalizuje HYDRATAZA

Δ

Δ

2

2

enoilo-CoA, następuje wysycenie podwójnego

enoilo-CoA, następuje wysycenie podwójnego

wiązania i wytworzenie 3-hydroksyacylo-CoA

wiązania i wytworzenie 3-hydroksyacylo-CoA

dzięki przyłączeniu cz. wody.

dzięki przyłączeniu cz. wody.



Następnie pod wpływem DEHYDROGENAZY L

Następnie pod wpływem DEHYDROGENAZY L

(+)-3-HYDROKSYACYLO-CoA 3-hydroksyacylo-

(+)-3-HYDROKSYACYLO-CoA 3-hydroksyacylo-

CoA ulega odwodorowaniu przy C3. produktem

CoA ulega odwodorowaniu przy C3. produktem

jest 3-ketoacylo-CoA. Koenzymem jest NAD, z

jest 3-ketoacylo-CoA. Koenzymem jest NAD, z

którego elektrony również przekazywane

którego elektrony również przekazywane

zostają na łańcuch oddechowy.

zostają na łańcuch oddechowy.

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych



3-KETOACYLOTIOLAZATIOLAZA

3-KETOACYLOTIOLAZATIOLAZA

katalizuje ostatnią reakcję, 3-ketoacylo-

katalizuje ostatnią reakcję, 3-ketoacylo-

CoA rozrywany z udziałem jeszcze

CoA rozrywany z udziałem jeszcze

jednej cząsteczki CoA. Produktami są

jednej cząsteczki CoA. Produktami są

acetylo-CoA i Acylo-CoA.

acetylo-CoA i Acylo-CoA.



Utworzony Acylo-CoA wchodzi

Utworzony Acylo-CoA wchodzi

ponownie w szlak oksydacyjny

ponownie w szlak oksydacyjny



Acetylo-CoA wchodzi do Cyklu Krebsa

Acetylo-CoA wchodzi do Cyklu Krebsa

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych



Enzymy procesu:

Enzymy procesu:

-

Dehydrogenaza acylo- CoA

Dehydrogenaza acylo- CoA

-

Hydrataza

Hydrataza

Δ

Δ

2- enoilo CoA

2- enoilo CoA

-

Dehydrogenaza L(+) hydroksyacylo

Dehydrogenaza L(+) hydroksyacylo

CoA

CoA

-

3-ketoacylotiolaza tiolaza

3-ketoacylotiolaza tiolaza

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych

Energetyczne znaczenie tego procesu:

Energetyczne znaczenie tego procesu:

-

Powstaje acetylo-CoA, NADH i FADH2

Powstaje acetylo-CoA, NADH i FADH2

(łańcuch oddechowy);

(łańcuch oddechowy);

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych

Znaczenie energetyczne na przykładzie

Znaczenie energetyczne na przykładzie

palmitynianu:

palmitynianu:

-

Zupełne utlenienie palmitynianu dostarcza 108

Zupełne utlenienie palmitynianu dostarcza 108

cząsteczek ATP;

cząsteczek ATP;

-

Jego degradacja wymaga 7 reakcji. W 7. cyklu

Jego degradacja wymaga 7 reakcji. W 7. cyklu

ketoacylo-CoA ulega tiolizie do dwóch cz.

ketoacylo-CoA ulega tiolizie do dwóch cz.

Acetylo-CoA;

Acetylo-CoA;

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych

Znaczenie energetyczne na przykładzie

Znaczenie energetyczne na przykładzie

palmitynianu:

palmitynianu:

-

z utlenienia 8 Acetylo-CoA w Cyklu

z utlenienia 8 Acetylo-CoA w Cyklu

Krebsa utworzonych zostaje 80 cz. ATP

Krebsa utworzonych zostaje 80 cz. ATP

-

Z 7 FADH

Z 7 FADH

2

2

powstaje 10,5 cz. ATP

powstaje 10,5 cz. ATP

-

Z 7 NADH 17,5 cz. ATP

Z 7 NADH 17,5 cz. ATP

-

W procesie aktywacji zużywane są 2.

W procesie aktywacji zużywane są 2.

cz ATP, czyli zysk wynosi 106 cz. ATP;

cz ATP, czyli zysk wynosi 106 cz. ATP;

Degradacja KT o nieparzystej

Degradacja KT o nieparzystej

liczbie at. węgla

liczbie at. węgla

Degradacja KT o nieparzystej ilości atomów węgla:

Degradacja KT o nieparzystej ilości atomów węgla:



β

β

- oksydacja przebiega tak samo, ale wytwarza się 1.

- oksydacja przebiega tak samo, ale wytwarza się 1.

cząst. acetylo- CoA i 1. cząst. propionylo CoA;

cząst. acetylo- CoA i 1. cząst. propionylo CoA;



cząst. Propionylo-CoA przeksztacana do sukcynylo CoA

cząst. Propionylo-CoA przeksztacana do sukcynylo CoA

i wchodzi do cyklu Krebsa;

i wchodzi do cyklu Krebsa;



Propionylo-CoA przekształca się również w propionian,

Propionylo-CoA przekształca się również w propionian,

który u przeżuwaczy wykorzystywany jest do resyntezy

który u przeżuwaczy wykorzystywany jest do resyntezy

glukozy w procesie glukoneogenezy;

glukozy w procesie glukoneogenezy;

Degradacja KT o nieparzystej

Degradacja KT o nieparzystej

ilości atomów węgla:

ilości atomów węgla:

Degradacja KT o nieparzystej

Degradacja KT o nieparzystej

ilości atomów węgla:

ilości atomów węgla:



Propionylo-CoA powstaje także w

Propionylo-CoA powstaje także w

procesie fermentacji propionianowej

procesie fermentacji propionianowej

u bakterii z rodzaju Propioni

u bakterii z rodzaju Propioni

bacterium w żwaczu, oraz kwas

bacterium w żwaczu, oraz kwas

propionowy u bakterii Clostridium

propionowy u bakterii Clostridium

propionicum z mleka;

propionicum z mleka;

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych

KT o bardzo długich łańcuchach utleniane

KT o bardzo długich łańcuchach utleniane

są w peroksysomach

są w peroksysomach



Zmodyfikowana forma

Zmodyfikowana forma

β

β

-oksydacji

-oksydacji



Produktami są acetylo-CoA i H2O2

Produktami są acetylo-CoA i H2O2



Nie jest bezpośrednio powiązany z

Nie jest bezpośrednio powiązany z

fosforylacją i wytwarzaniem ATP, pomaga

fosforylacją i wytwarzaniem ATP, pomaga

utlenić KT o bardzo długim łańcuchu np..

utlenić KT o bardzo długim łańcuchu np..

C20, C22

C20, C22



Indukowane przez spożycie pokarmów o

Indukowane przez spożycie pokarmów o

dużej zawartości tłuszczu i leków o

dużej zawartości tłuszczu i leków o

działaniu hipolipemicznym

działaniu hipolipemicznym



Powstałe grupy oktanoilowe i acetylowe

Powstałe grupy oktanoilowe i acetylowe

usuwane są z peroksysomów w postaci

usuwane są z peroksysomów w postaci

oktanoilo i acetylokarnityny , utleniane w

oktanoilo i acetylokarnityny , utleniane w

mitochondriach

mitochondriach

β

β

- oksydacja kwasów

- oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych

Zmodyfikowane szlaki

Zmodyfikowane szlaki

β

β

-oksydacji

-oksydacji



Służą do utleniania nienasyconych kwasów

Służą do utleniania nienasyconych kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych



Do etapu

Do etapu

Δ

Δ

3-cis-acylo-CoA, enzymy

3-cis-acylo-CoA, enzymy

normalnie uczestniczące w

normalnie uczestniczące w

β

β

-oksydacji, a

-oksydacji, a

następnie: dehydrogenaza acylo-CoA,

następnie: dehydrogenaza acylo-CoA,

reduktaza

reduktaza

Δ

Δ

2-trans-

2-trans-

Δ

Δ

4-cis-dienoilo-CoA,

4-cis-dienoilo-CoA,

izomeraza

izomeraza

Δ

Δ

3-cis(trans)-

3-cis(trans)-

Δ

Δ

2trans-enoilo-CoA

2trans-enoilo-CoA



Produktem jest

Produktem jest

Δ

Δ

2-trans-Enoilo-CoA, po 4

2-trans-Enoilo-CoA, po 4

cyklach

cyklach

β

β

-oksydacji przekształca się w 4-

-oksydacji przekształca się w 4-

acetylo-CoA

acetylo-CoA

β

β

oksydacja kwasów

oksydacja kwasów

tłuszczowych

tłuszczowych

Bibiografia:

Bibiografia:



Stryer L. , Biochemia, PWN, Warszawa 1997,

Stryer L. , Biochemia, PWN, Warszawa 1997,

str. 642-653

str. 642-653



Agielski, Rogulski, Biochemia Kliniczna,

Agielski, Rogulski, Biochemia Kliniczna,

PzWL, Warszawa 1991

PzWL, Warszawa 1991



Harper, 1994 str. 260-273

Harper, 1994 str. 260-273



Prezentacja prof. Tadeusza Pietruchy

Prezentacja prof. Tadeusza Pietruchy Zakład

Biotechnologii Medycznej Katedra Medycyny

Molekularnej i Biotechnologii UM w Łodzi