UTLENIANIE KWASÓW TA
USZCZOWYCH
(�-oksydacja)
Proces �-oksydacji zachodzi w matrixie mitochondrium u eukariotów i w cytozolu u
prokariotów. Kwasy tłuszczowe muszą najpierw w reakcji z udziałem ATP zostać zamienione
w aktywny metabolit, aby mogły reagować z enzymami odpowiedzialnymi za ich dalszy
metabolizm. W całym szlaku degradacji kwasów tłuszczowych jest to jedyny etap, który
wymaga energii zawartej w ATP.
W obecności ATP i CoA, enzym  syntetaza acylo-CoA (tiokinaza)  katalizuje przemianę
kwasu tłuszczowego w  aktywny kwas tłuszczowy , czyli acylo-CoA. Reakcja ta związana
jest z wydzieleniem jednego wysokoenergetycznego wiązania fosforanowego.
Obecność pirofosfatazy nieorganicznej sprawia, że aktywacja przebiega do końca
dzięki ułatwieniu utraty dodatkowego wysokoenergetycznego wiązania fosforanowego
pirofosforanu. Czyli w czasie aktywacji każdej cząsteczki kwasu tłuszczowego są wydzielane
2 wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe.
Kwasy tłuszczowe o długim łańcuchu przenikają przez wewnętrzną błonę
mitochondrialną w połączeniu z karnityną. Karnityna (�-hydroksy-ł-trimetyloaminomaślan),
obficie występuje w mięśniach. Jest syntetyzowana z lizyny i metioniny w wątrobie i nerkach.
Aktywacja niższych kwasów tłuszczowych i ich utlenianie może zachodzić w mitochondriach
niezależnie od karnityny. W odróżnienu od krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych WKT
o długim łańcuchu nie wnikają do mitochondriów i nie są utleniane bez uprzedniego
przekształcenia w acylokarnityny.
1
Enzym, palmitoilotransferaza karnitynowa I, znajdujący się po wewnętrznej stronie
błony mitochondrialnej, katalizuje przekształcenie długołańcuchowych acylo-CoA w
acylokarnitynę, która przenika do mitochondriów, przez co kwasy tłuszczowe stają się
dostępne dla szlaku �-oksydacji. Translokaza karnitynoacylokarnitynowa działa jako błonowy
wymienny przenośnik karnityny. Transport acylokarnityny do wnętrza mitochondriów jest
sprzężony z przeniesieniem 1 cząsteczki karnityny na zewnątrz. W mitochondriom
acylokarnityna reaguje z CoA, w wyniku czego powstają acylo-CoA i wolna karnityna
uwalniane do macierzy mitochondrialnej. Reakcja ta jest katalizowana przez
palmitoilotransferazę karnitynową II, związaną z wewnętrzną powierzchnią wewnętrznej
błony mitochondrialnej.
W �-oksydacji odczepiane są od cząsteczek acylo-CoA, począwszy od końca
karbonylowego, reszty dwuwęglowe.
2
A
ańcuch jest rozrywany pomiędzy atomami węgla ą (2) i � (3). Powstające jednostki
dwuwęglowe to cząsteczki acetylo-CoA. Tak więc z polmitoilo-CoA tworzy się 8 cząsteczek
acetylo-CoA.
W cyklicznej sekwencji reakcji są wytwarzane NADH i FADH . Kilka enzymów
2
znanych pod nazwą  oksydaza kwasów tłuszczowych , znajduje się w macierzy
mitochondrialnej w pobliżu łańcucha oddechowego. Katalizują one utlenianie acylo-CoA do
acetylo-CoA, co wiąże się z fosforylacją ADP do ATP.
3
Po wniknięciu reszty arylowej przez wewnętrzną błonę mitochondrialną za pośrednictwem
układu transportującego karnitynę i po odtworzeniu acylo-CoA, następuje oderwanie 2
atomów wodoru od atomów węgla w pozycji 2,3.
Proces ten katalizowany jest przez dehydroksynazę acylo-CoA. W wyniku tej reakcji
powstaje "2-trans-enoilo-CoA. Koenzymem tej dehydrogenazy jest flawoproteina zawierająca
FAD jako grupę prostetyczną. Reoksydacja tej grupy prostetycznej przez łańcuch oddechowy
wymaga pośrednictwa innej flawoproteidy nazwaną flawopreteiną przenoszącą elektrony.
Wysycenie podwójnego wiązania i wytworzenie 3-hydroksyacylo-CoA odbywa się przez
przyłączenie cząsteczki wody, co katalizowane jest przez enzym hydratazę "2-enoilo-CoA.
Pochodna 3-hydroksylowa ulega dalszemu odwodorowaniu na węglu 3 pod wpływem
dehydrogenazy L(+)-3-hydroksyacylo-CoA. W wyniku tej reakcji powstaje odpowiedni 3-
ketoacylo-CoA. W reakcji tej NAD, a nie FAD jest koenzymem uczestniczącym w
odwodorowaniu. W końcu 3-ketoacylo-CoA jest rozrywany w pozycji 2,3 przez tiolazę,
katalizującą tiolityczne rozerwanie wiązania z udziałem drugiej cząsteczki CoA. Produktami
tej reakcji są acetylo-CoA i acylo-CoA zawierający o 2 atomy węgla mniej niż pierwotna
cząsteczka acylo-CoA, która ulega utlenienu. Utworzony w reakcji rozszczepienia acylo-CoA
ponownie wchodzi w szlak oksydacyjny rozpoczynający się reakcją 2. W ten sposób długi
łańcuch kwasu tłuszczowego może zostać całkowicie rozłożony na acetylo-CoA. Ponieważ
acetylo-CoA może być utleniony do CO i wody w cyklu kwasy cytrynowego, kwasy
2
tłuszczowe mogą ulegać całkowitemu utlenieniu.
4
Utlenianie kwasów tłuszczowych o nieparzystej liczbie atomów węgla.
Kwasy tłuszczowe o nieparzystej liczbie atomów węgla są utleniane w szlaku �-oksydacji z
wytwarzaniem acetylo-CoA, aż do pozostania trójwęglowej reszty propionylo-CoA. Związek
ten jest przekształcany do sukcynylo-CoA, metabolitu będącego związkiem pośrednim cyklu
cytrynianowego. Tak więc reszta propionylowa z kwasów tłuszczowych o nieparzystej liczbie
atomów węgla jest jedynym fragmentem kwasów tłuszczowych, który jest glukogenny.
�-oksydacja w peroksysomach
W peryksosomach zachodzi zmodyfikowana forma �-oksydacji. Produktami jej są acetylo-
CoA i H O (nadtlenek wodoru). (H O powstaje na etapie działania dehydrogenazy związanej
2 2 2 2
z flowoproteiną). Ten szlak nie jest bezpośrednio powiązany z fosforylacją i wytwarzaniem
ATP, ale pomaga utlenić kwasy tłuszczowe o bardzo długim łańcuchu.
Enzymy zawarte w peryksosomach nie atakują kwasów tłuszczowych o krótszym łańcuchu.
Sekwencja �-oksydacji kończy się na oktanoilo-CoA. Grupy oktanoilowe i acetylowi są
usuwane z peroksysomów w postaci oktanoilo- i acetylokarnityny, a następnie są utleniane w
mitochondriach.
5
ą-oksydacja to proces uwalniania po jednym atomie węgla od karboksylowego końca
cząsteczki. Proces ten nie wymaga aktywacji kwasów tłuszczowych z udziałem CoA i nie
wiąże się z wytwarzaniem ATP, lecz przebiega w obecności tlenu.
�-oksydacja przypomina proces ą-oksydacji z tą różnicą, że utlenieniu ulega ostatni atom
węgla kwasu tłuszczowego. Uczestniczą w niej układy hydroksylujące zawierające cytochrom
P-450 siateczki środplazmatycznej i NADP, w obecności O . Grupa  CH3 jest przekształcana
2
w grupę  CH2OH, a następnie utlenia się do  COOH i w ten sposób powstaje kwas
dikarboksylowy. Kwasy dikarboksylowe magą być następnie utleniane w drodze �-oksydacji
do kwasu adypinowego i syberynowego, które są wydalane z moczem.
�-oksydacja kwasów tłuszczowych nienasyconych
Nienasycone kwasy tłuszczowe związane estrowo z CoA są degradowane przez enzymy
uczestniczące w �-oksydacji, aż do etapu powstania "3-cis-acylo-CoA albo "4-cis-acylo-CoA,
zależnie od pozycji podwójnego wiązania. Pierwszy z tych związków jest izomerowany
(izomeraza "3-cis ą� "2-trans-enoilo-CoA) do odpowiedniego etapu "2-trans-enoilo-CoA �-
oksydacji, aby następnie ulec hydratacji i dalszemu utlenieniu. Każdy "4-cis-acylo-CoA
pozostający w tym szlaku, albo wchodzący w szlak na etapie �-oksydacji jest przekształcany
do "2-trans- "4-cis-dienoilo-CoA przez dehydrogenazę acylo-CoA. Ten związek pośredni
przekształcany jest do "3-trans-enoilo-CoA pod wpływem reduktazy "2-trans- "4-cis-
dienoilo-CoA  enzymu zależnego od NADP. Izomeraza "3-cis ą� "2-trans-enoilo-CoA
atakuje również podwójne wiązanie "3-trans, powodując powstanie "2-trans-enoilo-CoA,
związku pośredniego �-oksydacji.
6
Ciała ketonowe
W pewnych warunkach metabolicznych związanych z dużym natężeniem utleniania kwasów
tłuszczowych, wątroba wytwarza znaczne ilości acetooctanu i D(-)-3-hydroksymaślanu.
Acetooctan ulega ciągłej samoistnej dekarboksylacji, dając aceton.
Te 3 substancje znane są pod wspólną nazwą ciała ketonowe. Acetooctan i 3-hydroksymaślan
są wzajemnie w sobie przekształcane działaniem mitochondrialnego enzymu dehydrogenazy
D(-)-3-hydroksymaślanowej. Równowaga tej reakcji jest kontrolowana mitochondrialnym
stosunkiem [NAD+] do [NADH].
Ciała ketonowe są alternatywnym produktem utleniania wolnych kwasów tłuszczowych w
wątrobie, a proces ich powstawania określa się terminem ketogeneza.
Ketogeneza jest regulowana na 3 etapach:
7
1) pierwsze miejsce kontroli znajduje się w tkance tłuszczowej. Ketogeneza nie wystąpi,
jeżeli nie ma równoczesnego zwiększenia stężenia krążących wolnych kwasów
tłuszczowych, które pochodzą z liolizy. Tak więc dla kontroli ketogenezy znacząca
jest rola czynników regulujących mobilizację wolnych kwasów tłuszczowych z tkanki
tłuszczowej.
2) po wstępnej aktywacji WKT do acylo-CoA mogą one zostać zestryfikowane, głównie
do triacylogliceroli i fosfolipidów lub ulegają �-oksydacji do CO .
2
3) acetylo-CoA jest utleniany w cyklu kwasu cytrynowego albo wchodzi w szlak
ketogenezy wytwarzając ciała ketonowe.
Proporcja acetylo-CoA, napływającego do szlaku ketogenezy i szlaku utleniania do CO , jest
2
regulowana tak, że całkowita energia swobodna zgromadzona w postaci ATP w wyniku
utlenienia kwasów tłuszczowych pozostaje stała.
8