Βιοχημική αντίδραση λιπαρών οξέων

Τα λιπαρά οξέα είναι αδιάλυτα στο νερό. Μετά τη δέσμευση με τη λευκωματίνη στο αίμα (10:1), μεταφέρονται σε διάφορους ιστούς και κύτταρα σε όλο το σώμα και οξειδώνονται και αποσυντίθενται στα μιτοχόνδρια των κυττάρων, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Το συκώτι και οι μύες είναι τα πιο ενεργά. Το 1904, ο Knoop χρησιμοποίησε δακτυλίους βενζολίου ως δείκτες για να παρακολουθήσει τον μετασχηματισμό των λιπαρών οξέων στα ζώα και διαπίστωσε ότι όταν αποικοδομούνταν παράγωγα λιπαρών οξέων με περιττό αριθμό άνθρακα, ανιχνεύτηκε ιππουρικό οξύ στα ούρα και αν ήταν ζυγοί άνθρακες, φαινυλακετύλιο ουρικό οξύ ανιχνεύθηκε στα ούρα. Εικάζεται ότι η αποικοδόμηση των αλυσίδων ακυλίου λιπαρών οξέων συμβαίνει στο άτομο άνθρακα, δηλαδή, μια μονάδα δύο άνθρακα αποκόπτεται από την αλυσίδα λιπαρών οξέων κάθε φορά. Αργότερα πειράματα απέδειξαν ότι η θεωρία της οξείδωσης είναι σωστή και ότι η κομμένη μονάδα δύο άνθρακα είναι το ακετυλ CoA. Τα λιπαρά οξέα πρέπει να ενεργοποιηθούν πριν εισέλθουν στα μιτοχόνδρια.
1) Ενεργοποίηση λιπαρών οξέων.
2) Το λιπαρό ακύλιο CoA εισέρχεται στα μιτοχόνδρια
3) -οξείδωση λιπαρού ακυλίου CoA.
Η οξείδωση του λιπαρού ακυλίου CoA σε ακετυλ CoA περιλαμβάνει τέσσερις αντιδράσεις - αφυδρογόνωση, προσθήκη νερού, επανα-αφυδρογόνωση και θείωση. Κάθε φορά παράγεται ένα μόριο ακετυλ CoA και ένα λιπαρό ακύλιο CoA με 2 λιγότερους C από τον αρχικό. Εκτελείται ο επόμενος γύρος οξείδωσης και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.
4) Ενεργειακός υπολογισμός οξείδωσης λιπαρών οξέων
Ένα μόριο παλμιτικού οξέος (C16) μπορεί να παράγει 8 ακετυλ CoA, 7 NADH και 7 FADH2 μετά από 7 -οξείδωση. Κάθε ακετυλο CoA εισέρχεται στον κύκλο TCA για να παράγει 3 NADH, 1 FADH και 1 GTP και απελευθερώνει 2 μόρια CO2.
Όταν το λίπος χρησιμοποιείται ως ενέργεια, ο οργανισμός μπορεί επίσης να λάβει μεγάλη ποσότητα νερού. Η καμπούρα μιας καμήλας είναι μια «αποθήκη» για την αποθήκευση λίπους, η οποία μπορεί να παρέχει τόσο ενέργεια όσο και απαιτούμενο νερό.
Άλλες οδοί οξείδωσης λιπαρών οξέων
(1) Οξείδωση περιττών λιπαρών οξέων άνθρακα. Το ανθρώπινο σώμα περιέχει ίχνη περιττών λιπαρών οξέων άνθρακα και πολλά φυτά, θαλάσσιοι οργανισμοί και μαγιά πετρελαίου περιέχουν μια ορισμένη ποσότητα περιττών λιπαρών οξέων άνθρακα. Εκτός από την παραγωγή ακετυλικού CoA, η οξείδωσή του παράγει επίσης ένα μόριο προπιονυλ CoA, το οποίο μετατρέπεται σε ηλεκτρύλιο CoA υπό τη δράση της -καρβοξυλάσης και της ισομεράσης και οξειδώνεται πλήρως μέσω της οδού TCA.
(2) Οξείδωση ακόρεστων λιπαρών οξέων. Περίπου τα μισά από τα λιπαρά οξέα στο σώμα είναι ακόρεστα λιπαρά οξέα, στα οποία οι διπλοί δεσμοί είναι όλοι στη διαμόρφωση cis. Δεν μπορούν να καταλυθούν από την ενοϋλο-CoA υδρτάση, η οποία καταλύει την προσθήκη νερού στους trans διπλούς δεσμούς. Επομένως, απαιτείται η συμμετοχή ισομεράσης και αναγωγάσης για να μπορέσει να προχωρήσει η οξείδωση των γενικών ακόρεστων λιπαρών οξέων. Για παράδειγμα, το ελαϊκό οξύ είναι οκταδεκενοϊκό οξύ (cis-△9) και το ελαϊκό οξύ στο κυτταρόπλασμα ενεργοποιείται επίσης για να δημιουργήσει ελαιοϋλικό CoA, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρεται για να δημιουργήσει ελαϊκό CoA στη μιτοχονδριακή μήτρα και στη συνέχεια υφίσταται τρεις γύρους - οξείδωση για τη δημιουργία 3 μορίων ακετυλ CoA και cis-△3-δωδεκενοϋλ CoA. Το τελευταίο μετατρέπεται σε trans-△2-δωδεκενοϋλ CoA από την ισομεράση και το L- -υδροξυακυλ CoA παράγεται από την ενοϋλική υδράταση CoA και στη συνέχεια υφίσταται πέντε γύρους οξείδωσης για να δημιουργήσει 6 μόρια ακετυλ CoA, συνολικά 9 μόρια ακετυλ CoA.
Η οξείδωση των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων απαιτεί επίσης τη συμμετοχή ειδικής αναγωγάσης.
Σώματα κετόνης
Τα κετονοσώματα είναι ειδικά ενδιάμεσα που παράγονται από την κανονική αποσύνθεση λιπαρών οξέων στο ήπαρ, συμπεριλαμβανομένου του ακετοξικού οξέος (που αντιστοιχεί περίπου στο 30%), του -υδροξυβουτυρικού οξέος (-υδροξυβουτυρικό οξύ) και του ακετοξικού οξέος (που αντιστοιχεί περίπου στο 30%). Η κετόνη αντιπροσωπεύει περίπου το 70% του συνολικού σωματικού βάρους) και μια πολύ μικρή ποσότητα ακετόνης. Το επίπεδο των κετονικών σωμάτων στο αίμα των φυσιολογικών ανθρώπων είναι πολύ χαμηλό, γεγονός που είναι φυσιολογικό φαινόμενο για το ανθρώπινο σώμα να χρησιμοποιεί την οξείδωση του λίπους για ενέργεια. Ωστόσο, σε ορισμένες φυσιολογικές καταστάσεις (πείνα, νηστεία) ή παθολογικές καταστάσεις (όπως ο διαβήτης), η πηγή σακχάρου ή η παροχή οξειδωτικής ενέργειας είναι μειωμένη, η κινητοποίηση του λίπους ενισχύεται και τα λιπαρά οξέα γίνονται η κύρια πηγή ενέργειας για το ανθρώπινο σώμα. Εάν η ποσότητα των κετονοσωμάτων που συντίθενται στο ήπαρ υπερβαίνει την ικανότητα των εξωηπατικών ιστών να χρησιμοποιούν κετονοσώματα, η ισορροπία μεταξύ των δύο θα χαθεί και η συγκέντρωση στο αίμα θα είναι πολύ υψηλή, οδηγώντας σε κετοακαιμία και κετονουρία. Το ακετοξικό οξύ και το -υδροξυβουτυρικό οξύ είναι και οι δύο όξινες ουσίες, επομένως μια μεγάλη συσσώρευση κετονικών σωμάτων στο σώμα μπορεί επίσης να προκαλέσει οξέωση.