התמוטטות חומצות שומן: פונקציה, משימות, תפקיד ומחלות

פירוק חומצות שומן משמש לייצור אנרגיה בתאים ומתרחש בתהליך הנקרא חמצון בטא. חמצון בטא מייצר אצטיל קואנזים A, שמתפרק עוד יותר ל פַּחמָן דו-חמצני ו מַיִם או ניזון חזרה ל חומצת לימון מחזור. הפרעות בפירוק חומצות שומן יכולות עוֹפֶרֶת למחלות קשות.

מהי פירוק חומצות שומן?

פירוק חומצות שומן משמש לייצור אנרגיה בתאים ומתרחש בתהליך הנקרא חמצון בטא. חומצות שומן נשברים ב המיטוכונדריה. ביחד עם גלוקוז פירוק באורגניזם, פירוק חומצות שומן הוא תהליך מטבולי חשוב לייצור אנרגיה בתא. ה חומצות שומן נשברים ב המיטוכונדריה. ההשפלה מתרחשת באמצעות מה שמכונה חמצון בטא. מקור השם "בטא" מהעובדה שהחמצון מתרחש בשלישי פַּחמָן אטום (אטום פחמן בטא) של מולקולת חומצת השומן. בסיום כל מחזור חמצון, שניים פַּחמָן האטומים מפוצלים בצורה מופעלת חומצה אצטית (אצטיל קואנזים A). מכיוון שהתמוטטות של חומצת שומן מחייבת כמה מחזורי חמצון, התהליך נקרא בעבר ספירלת חומצות שומן. אצטיל קואנזים מתפרק עוד יותר ב המיטוכונדריה לגופי קטון או פחמן דו חמצני ו מַיִם. אם הוא נכנס שוב לציטופלזמה מהמיטוכונדריון, הוא מוזן חזרה אל ה- חומצת לימון מחזור. יותר אנרגיה מופקת במהלך פירוק חומצות שומן מאשר במהלך גלוקוז שריפה.

פונקציה ומשימה

השפלה של חומצות שומן מתרחשת באמצעות מספר שלבי תגובה ומתרחשת בתוך המיטוכונדריה. בתחילה, חומצת השומן מולקולות ממוקמים בציטוזול התא. הם אינרטיים מולקולות שיש להפעיל תחילה ולהעבירם למיטוכונדריה כדי שההשפלה תתרחש. להפעלת חומצת השומן, קואנזים A מועבר ליצירת acyl-CoA. בתהליך זה, ATP נפסק לראשונה לתוך פירופוספט ו- AMP. לאחר מכן משתמשים ב- AMP ליצירת acyl-AMP (acyl adenylate). לאחר שקע AMP, ניתן להעביר את חומצת השומן באמצעות קואנזים A ליצירת acyl-CoA. לאחר מכן, בעזרת האנזים קרניטין אצטילטרנספרז I, מועבר קרניטין לחומצת השומן המופעלת. קומפלקס זה מועבר על ידי הטרנספורטר קרניטין אצטילקרניטין (CACT) למיטוכונדריון (מטריצה ​​מיטוכונדריאלית). שם, בתורו, נקרע קרניטין וקואנזים A מועבר שוב. הקרניטין מועבר מחוץ למטריקס ואציל- CoA מוכן במיטוכונדריון לחמצון בטא בפועל. חמצון הבטא בפועל מתרחש בארבעה שלבי תגובה. שלבי החמצון הקלאסיים מתרחשים עם רווי שווה חומצות שומן. כאשר שומני במספר אי זוגי או בלתי רווי חומצות מפורקים, ראשית יש להכין את מולקולת ההתחלה לחמצון בטא על ידי תגובות נוספות. ה- acyl-CoA של שומן רווי אפילו חומצות מתחמצן בשלב תגובה ראשון בעזרת האנזים acyl-CoA dehydrogenase. בתהליך זה נוצר קשר כפול בין אטומי הפחמן השני והשלישי במצב הטרנס. בנוסף, FAD מומר ל- FADH2. בדרך כלל, הקשרים הכפולים בשומן בלתי רווי חומצות נמצאים במצב cis, אך רק עם קשר כפול במצב הטרנס יכול להתקיים שלב התגובה הבא של פירוק חומצות שומן. בשלב תגובה שני, האנזים enoyl-CoA hydratase מוסיף a מַיִם מולקולה לאטום בטא-פחמן ליצירת קבוצת הידרוקסיל. מה שנקרא L-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase ואז מחמצן את אטום בטא-C לקבוצת קטו. התוצאה היא 3-ketoacyl-CoA. בשלב התגובה הסופי, קואנזים נוסף A נקשר לאטום בטא-סי. בתהליך, אצטיל-CoA (מופעל חומצה אצטית) מתפצל ונותר acyl-CoA קצר יותר על ידי שני אטומי פחמן. מולקולת שיורית קצרה יותר זו עוברת את מחזור התגובה הבא עד שמתרחש מחשוף אצטיל-CoA. התהליך נמשך עד שהמולקולה כולה מתפרקת להפעלה חומצה אצטית. התהליך ההפוך לחמצון בטא יתאפשר תיאורטית, אך אינו מתרחש בטבע. לסינתזת חומצות שומן, קיים מנגנון תגובה שונה. במיטוכונדריון, אצטיל-CoA מושפל עוד יותר ל פחמן דו חמצני ומים או לגופי קטון עם שחרור אנרגיה. במקרה של חומצות שומן לא זוגיות, פרופיוניל-CoA עם שלושה אטומי פחמן נשאר בסוף. מולקולה זו מושפלת בדרך אחרת. במהלך פירוק חומצות שומן של חומצות שומן בלתי רוויות, איזומרזות ספציפיות ממירות את הקשרים הכפולים מ- cis לתצורות טרנס.

מחלות והפרעות

הפרעות של פירוק חומצות שומן, אם כי נדירות, יכולות עוֹפֶרֶת ברצינות בריאות בעיות. כמעט תמיד, מדובר בהפרעות גנטיות. כמעט לכל אנזים רלוונטי של פירוק חומצות שומן יש מקביל גֵן מוּטָצִיָה. לדוגמא, מחסור באנזים MCAD נגרם על ידי a גֵן מוטציה שעוברת בתורשה באופן אוטוזומלי רצסיבי. MCAD אחראי על פירוק חומצות שומן בינוניות. הסימפטומים כוללים היפוגליקמיה (נָמוּך דם סוכר), התקפים ומצבי תרדמת תכופים. מכיוון שלא ניתן להשתמש בחומצות השומן לייצור אנרגיה, גלוקוז נשרף במידה רבה יותר. לָכֵן, היפוגליקמיה והסיכון של תרדמת מתרחש. מכיוון שיש תמיד לספק לגוף גלוקוז לייצור אנרגיה, אסור שתהיה התנזרות ארוכת טווח מהמזון. במידת הצורך,מנה יש ליישם עירוי גלוקוז במשבר חריף. יתר על כן, כל מיופתיה מאופיינת בהפרעות דלדול של חומצות שומן מיטוכונדריאליות. התוצאה היא חולשת שרירים, הפרעות ב כבד מטבוליזם ומצבים היפוגליקמיים. עד 70 אחוז מהסובלים מתעוורים במהלך חייהם. מחלות קשות מתרחשות גם כאשר הפרעה של חומצות השומן הארוכות מופרעת. חומצות שומן ארוכות מאוד אלה אינן מתפרקות במיטוכונדריה, אלא בפרוקסיזומים. כאן, האנזים ALDP אחראי על הכניסה לפרוקסיזומים. עם זאת, אם ALDP פגום, חומצת השומן הארוכה מולקולות מצטברים בציטופלזמה, מה שמוביל להפרעות מטבוליות קשות. זה תוקף גם את תאי העצב ואת החומר הלבן של מוֹחַ. צורה זו של הפרעת פירוק חומצות שומן מובילה לתסמינים נוירולוגיים כגון לאזן הפרעות, קהות, פרכוסים והיפופונקציה של הכליה.