Oksidasi asam lemak dapat meningkat secara patologis atau menurun secara patologis.

Meningkatkan laju oksidasi asam lemak, terutama dengan kekurangan karbohidrat, terjadi:

1. Saat mengonsumsi makanan kaya lemak.

2. Saat puasa.

3. Untuk kencing manis.

Dalam hal ini, sejumlah besar badan keton terbentuk dari asetil-KoA, yang terbentuk selama oksidasi β asam lemak di hati. Akumulasi badan keton menyebabkan asidosis dan disebut ketosis.

Menolak laju oksidasi asam lemak diamati pada:

1. Kurangnya karnitin. Hal ini diamati pada bayi baru lahir, lebih sering pada bayi prematur. Hal ini disebabkan oleh pelanggaran biosintesis karnitin, atau oleh “kebocoran” di ginjal.

Gejala:

· serangan hipoglikemia akibat penurunan glukoneogenesis akibat terganggunya oksidasi asam lemak;

· penurunan sintesis badan keton, disertai dengan peningkatan kandungan asam lemak bebas dalam plasma darah;

Miastenia gravis (kelemahan otot);

· akumulasi lipid.

Pengobatan: mengonsumsi karnitin secara oral.

2. Mengurangi aktivitas karnitin palmitoyltransferase.

Di hati menyebabkan hipoglikemia dan penurunan kandungan badan keton dalam plasma darah.

Di otot - gangguan oksidasi asam lemak, yang mengakibatkan kelemahan otot dan perkembangan mioglobinuria.

3. Asiduria dikarboksilat.

Gejala utamanya adalah ekskresi asam dikarboksilat C 6 -C 10 dan hipoglikemia berkembang, tidak berhubungan dengan peningkatan badan keton.

Etiologi: tidak adanya asetil-KoA dehidrogenase di mitokondria dari asam lemak rantai menengah, yang disingkat menjadi asam dikarboksilat rantai menengah, dikeluarkan dari tubuh.

Terjadi pada manusia setelah makan buah ackee mentah, yang mengandung toksin hipoglisin, yang menonaktifkan asil-KoA dehidrogenase, sehingga menghambat proses oksidasi-β.

5. Sindrom Zellweger (sindrom serebrohepatorenal).

Ini adalah penyakit keturunan langka di mana peroksisom tidak ada di semua jaringan. Pada pasien yang menderita sindrom Zellweger, asam C 26 -C 28 -polienoat menumpuk di otak, karena karena tidak adanya peroksisom, mereka tidak mengalami oksidasi asam lemak rantai panjang.

6. Penyakit Refsum.

Penyakit saraf yang langka. Terkait dengan kelainan bawaan pada sistem oksidasi α, yang menyebabkan akumulasi asam fitanat di jaringan, yang menghambat sistem oksidasi β.

Penentuan kadar lipid total dalam plasma darah (serum) menggunakan reaksi warna dengan reagen sulfofosfovanilin

Lipid total adalah konsep umum yang mencakup asam lemak non-esterifikasi, trigliserida, fosfolipid, kolesterol bebas dan esterifikasi, dan sfingomielin.

Prinsip metode ini: produk pemecahan lipid tak jenuh membentuk senyawa dengan reagen (terdiri dari asam sulfat, asam ortofosfat, dan vanillin), yang intensitas warnanya sebanding dengan kandungan total lipid dalam serum darah.

Reagen:

1. Asam sulfat pekat;

2. Campuran fosforanilin. 4 volume asam ortofosfat pekat dicampur dengan satu volume larutan vanilin 6 g/l. Campuran disimpan dalam wadah kaca gelap pada suhu kamar.

3. Larutan standar triolein, 8 g/l.

Kemajuan tekad

Ke dalam 0,02 ml serum darah tambahkan 1,5 ml asam sulfat pekat. Isinya dicampur dan dimasukkan ke dalam penangas air mendidih selama 15 menit. Setelah hidrolisat mendingin, takar 0,1 ml (sampel kontrol 0,1 ml asam sulfat pekat), yang dipindahkan ke tabung reaksi lain yang berisi 1,5 ml reagen fosfovanilin. Setelah tercampur, sampel diinkubasi selama 50 menit di tempat gelap pada suhu kamar. Kerapatan optik sampel (A 1) dan larutan pembanding (A 2) diukur pada fotokolorimeter pada panjang gelombang 510-540 nm dalam kuvet dengan ketebalan lapisan 10 mm terhadap larutan kontrol. Perhitungannya dilakukan dengan menggunakan rumus: .

Kandungan normal dalam serum darah: 4 - 8 g/l.

Signifikansi klinis dan diagnostik. Perubahan kandungan darah dari komponen kuantitatif dan kualitatif indikator ini diamati pada banyak penyakit dan kondisi patologis yang tidak dibahas dalam manual ini. Sehubungan dengan aktivitas otot, peningkatan indikator ini diamati setelah aktivitas fisik jangka panjang, yang menunjukkan sejauh mana metabolisme lipid termasuk dalam pasokan energi aktivitas otot. Apalagi nilai indikator ini biasanya tidak melampaui batas acuan. Yang lebih informatif adalah dengan mengetahui dinamika pergeseran selama aktivitas fisik, komponen indikator ini.

BIOSINTESIS LIPIDA

Biosintesis lipid (lipogenesis) diperlukan untuk menciptakan bentuk penyimpanan. Biosintesis lipid dimulai dengan biosintesis asam lemak.

Biosintesis asam lemak

Sistem sintesis asam lemak terletak di fraksi sitoplasma terlarut di banyak organ dan jaringan, seperti hati, ginjal, kelenjar susu, dan jaringan adiposa.

Biosintesis asam lemak terjadi dengan partisipasi:

1. NADPH∙H+;

5. asetil-KoA sebagai substrat dan asam palmitat sebagai produk akhir.

Fitur biosintesis asam lemak

Sintesis asam lemak bukanlah pembalikan sederhana dari reaksi oksidasi β. Fitur yang paling penting adalah sebagai berikut:

1. Sintesis asam lemak terjadi di sitoplasma, berbeda dengan pemecahan yang terjadi di mitokondria.

2. Produk antara sintesis asam lemak berikatan kovalen dengan gugus sulfhidril dari protein transfer asil (ATP).

3. Banyak enzim untuk sintesis asam lemak pada organisme tingkat tinggi dan manusia disusun menjadi kompleks multienzim yang disebut sintetase asam lemak.

4. Asetil-KoA sendiri hanya digunakan sebagai primer.

5. Pertumbuhan rantai asam lemak diperpanjang dengan penambahan langsung komponen dua karbon yang berasal dari asetil-KoA. Donor aktif komponen dua karbon pada tahap pemanjangan adalah malonil-KoA. Reaksi pemanjangan dipicu oleh pelepasan CO 2 .

6. Peran zat pereduksi dalam sintesis asam lemak dimainkan oleh NADPH·H+.

7. Sintesis asam lemak adalah proses siklik yang terjadi pada permukaan sintetase asam lemak.

8. Pemanjangan di bawah aksi kompleks asam lemak sintetase berhenti pada tahap pembentukan palmitat (C 16). Pemanjangan lebih lanjut dan pengenalan ikatan rangkap dilakukan oleh sistem enzim lain.

Tahapan biosintesis asam lemak

Tahap I - pengangkutan asetil-KoA dari mitokondria ke sitoplasma

Asam lemak disintesis di sitoplasma, dan asetil-KoA dibentuk dari piruvat di mitokondria. Membran mitokondria tidak permeabel terhadap asetil-KoA, sehingga pengangkutan asetil-KoA melintasi membran disediakan melalui mekanisme khusus. Peran karnitin dalam pengangkutan asetil-KoA tidak besar, karena hanya mengangkut asam lemak rantai panjang. Masalah ini diselesaikan dengan mensintesis sitrat.

Sitoplasma Mitokondria

Asetil-KoA + oksaloasetat asetil-KoA + oksaloasetat + ADP + Pn

H O - C - COOH sitrat + ATP + HSKoA

CH 2 - COOH

Beras. 20. Skema transpor asetil-KoA melalui membran mitokondria

Sitrat dibentuk dalam matriks mitokondria melalui kondensasi asetil-KoA dan oksaloasetat. Kemudian berdifusi ke dalam sitoplasma, di mana ia dibelah oleh sitrat lyase. Dengan demikian, asetil-KoA dan oksaloasetat ditransfer dari mitokondria ke sitoplasma menggunakan satu molekul ATP.

Sumber NADPH H+ untuk biosintesis asam lemak

Oksaloasetat yang terbentuk akibat transfer asetil-KoA ke dalam sitoplasma harus dikembalikan ke mitokondria. Proses ini dikaitkan dengan pembentukan NADPH·H+. Reaksi terjadi di sitoplasma dan terjadi dalam 2 tahap:

1. Oksaloasetat + NADH + Malat + NAD +

MDH (dekarboksilasi)

2. Malat + NADP + Piruvat + CO 2 + NADPH H +

Piruvat yang dihasilkan dengan mudah berdifusi ke dalam mitokondria, di mana ia dikarboksilasi menjadi oksaloasetat oleh piruvat karboksilase (dengan pengeluaran energi ATP).

Piruvat + HCO 3 - + ATP Oksaloasetat + ADP + Ph n

Oksidasi lemak normal dalam tubuh berkaitan erat dengan siklus Krebs. Jalur utama pembentukan oksaloasetat adalah karboksilasi PVK. Untuk membakar 1,5 g asam lemak, diperlukan 1 g karbohidrat. Oleh karena itu, ada pepatah di kalangan ahli biokimia bahwa “lemak terbakar dalam nyala karbohidrat”.

Oksaloasetat yang disintesis dalam reaksi ini kemudian bereaksi dengan asetil-KoA membentuk sitrat, yang dioksidasi dalam siklus TCA.

Jadi, untuk setiap molekul asetil-KoA yang berpindah dari mitokondria ke sitoplasma, terbentuk satu molekul NADPH·H+. Akibatnya, selama transisi 8 molekul asetil-KoA yang diperlukan untuk sintesis asam palmitat, 8 molekul NADPH·H+ terbentuk. 6 molekul lain yang diperlukan untuk proses ini dihasilkan di jalur pentosa fosfat.

Tahap II - pembentukan malonil-KoA.

Ini adalah reaksi pertama dalam biosintesis asam lemak. Dikatalisis oleh enzim asetil-KoA karboksilase. Koenzimnya adalah biotin. Reaksinya terdiri dari karboksilasi asetil-KoA, sumber CO2 adalah bikarbonat.

C = O + HCO 3 - + ATP E– biotin CH 2 + ADP + H 3 PO 4

asetil - KoA malonil - KoA

Beras. 21. Karboksilasi asetil-KoA (koenzim asetil-KoA karboksilase adalah biotin)

Malonil-KoA pada dasarnya adalah asetil-KoA yang diaktifkan. Energi disimpan terlebih dahulu dalam bentuk gugus karboksil dan dilepaskan selama dekarboksilasi langsung selama biosintesis asam lemak. Dalam biosintesis asam lemak lebih lanjut, asetil-KoA digunakan sebagai primer, dan sintesis itu sendiri berasal dari malonil-KoA.

Tahap III - biosintesis asam lemak.

Knoop pada tahun 1904 mengajukan hipotesis oksidasi β asam lemak berdasarkan eksperimen memberi makan kelinci berbagai asam lemak di mana satu atom hidrogen pada gugus metil terminal (pada atom karbon ω) digantikan oleh radikal fenil (C 6 jam 5 -).

Knoop mengemukakan bahwa oksidasi molekul asam lemak dalam jaringan tubuh terjadi pada posisi β; Akibatnya, terjadi pemotongan berurutan fragmen dua karbon dari molekul asam lemak di sisi gugus karboksil.

Asam lemak yang merupakan bagian dari lemak alami hewan dan tumbuhan termasuk dalam rangkaian dengan jumlah atom karbon genap. Asam apa pun, dengan melepaskan sepasang atom karbon, pada akhirnya melewati tahap asam butirat, yang, setelah oksidasi β berikutnya, akan menghasilkan asam asetoasetat. Yang terakhir ini kemudian dihidrolisis menjadi dua molekul asam asetat.

Teori oksidasi β asam lemak, yang dikemukakan oleh Knoop, tidak kehilangan signifikansinya hingga saat ini dan sebagian besar menjadi dasar gagasan modern tentang mekanisme oksidasi asam lemak.

Ide modern tentang oksidasi asam lemak

Telah ditetapkan bahwa oksidasi asam lemak dalam sel terjadi di mitokondria dengan partisipasi kompleks multienzim. Diketahui juga bahwa asam lemak pada awalnya diaktifkan dengan partisipasi ATP dan HS-KoA; Ester CoA dari asam ini berfungsi sebagai substrat pada semua tahap oksidasi enzimatik asam lemak selanjutnya; Peran karnitin dalam pengangkutan asam lemak dari sitoplasma ke mitokondria juga telah diklarifikasi.

Proses oksidasi asam lemak terdiri dari tahapan utama sebagai berikut.

Aktivasi asam lemak dan penetrasinya dari sitoplasma ke mitokondria. Pembentukan “bentuk aktif” asam lemak (asil-KoA) dari koenzim A dan asam lemak merupakan proses endergonik yang terjadi melalui penggunaan energi ATP:

Reaksi ini dikatalisis oleh asil-KoA sintetase. Ada beberapa enzim seperti itu: salah satunya mengkatalisis aktivasi asam lemak yang mengandung 2 hingga 3 atom karbon, yang lain - dari 4 hingga 12 atom, yang ketiga - dari 12 atau lebih atom karbon.

Seperti telah disebutkan, oksidasi asam lemak (asil-KoA) terjadi di mitokondria. Dalam beberapa tahun terakhir, telah terbukti bahwa kemampuan asil-KoA untuk menembus dari sitoplasma ke dalam mitokondria meningkat tajam dengan adanya basa nitrogen, karnitin (γ-trimethylamino-β-hydroxybutyrate). Asil-KoA, bergabung dengan karnitin, dengan partisipasi enzim sitoplasma spesifik (karnitin asil-KoA transferase), membentuk asilkarnitin (ester karnitin dan asam lemak), yang memiliki kemampuan untuk menembus ke dalam mitokondria:

Setelah asilkarnitin melewati membran mitokondria, reaksi sebaliknya terjadi - pembelahan asilkarnitin dengan partisipasi HS-CoA dan mitokondria karnitin asil-CoA transferase:

Dalam hal ini, karnitin kembali ke sitoplasma sel, dan asil-KoA mengalami oksidasi di mitokondria.

Dehidrogenasi tahap pertama. Asil-KoA di mitokondria terutama mengalami dehidrogenasi enzimatik;

dalam hal ini, asil-KoA kehilangan dua atom hidrogen pada posisi α dan β, berubah menjadi ester CoA dari asam tak jenuh:

Tampaknya ada beberapa dehidrogenase asil-KoA yang mengandung FAD, yang masing-masing memiliki kekhususan untuk asil-KoA dengan panjang rantai karbon tertentu.

Tahap hidrasi. Asil-KoA tak jenuh (enoyl-CoA), dengan partisipasi enzim enoyl-CoA hidratase, mengikat molekul air. Akibatnya, β-hidroksiasil-KoA terbentuk:

Dehidrogenasi tahap kedua.β-hidroksiasil-KoA yang dihasilkan kemudian didehidrogenasi. Reaksi ini dikatalisis oleh dehidrogenase yang bergantung pada NAD. Reaksi berlangsung menurut persamaan berikut:

Dalam reaksi ini, β-ketoasil-KoA berinteraksi dengan koenzim A. Akibatnya, β-ketoasil-KoA dibelah dan asil-KoA dipendekkan oleh dua atom karbon dan terbentuklah fragmen dua karbon dalam bentuk asetil-KoA. . Reaksi ini dikatalisis oleh asetil-KoA asiltransferase (atau tiolase):

Asetil-KoA yang dihasilkan mengalami oksidasi dalam siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs), dan asil-KoA, yang diperpendek oleh dua atom karbon, sekali lagi melewati seluruh jalur oksidasi β hingga terbentuknya butiril-KoA (senyawa 4-karbon ), yang selanjutnya dioksidasi menjadi dua molekul asetil-KoA (lihat diagram).

Misalnya, dalam kasus asam palmitat (C 16), 7 siklus oksidasi diulangi. Ingatlah bahwa selama oksidasi asam lemak yang mengandung n atom karbon, terjadi n/2 - 1 siklus oksidasi β (yaitu, satu siklus kurang dari n/2, karena oksidasi butiril-KoA segera menghasilkan dua molekul asetil -CoA) dan total n/2 molekul asetil-CoA akan diperoleh.

Oleh karena itu, persamaan keseluruhan p-oksidasi asam palmitat dapat ditulis sebagai berikut:

Palmitoil-KoA + 7 FAD + 7 NAD + 7H 2 O + 7HS-KoA --> 8 Asetil-KoA + 7 FADH 2 + 7 NADH 2 .

Keseimbangan energi. Dengan setiap siklus β-oksidasi, 1 molekul FADH 2 dan 1 molekul NADH 2 terbentuk. Yang terakhir, dalam proses oksidasi dalam rantai pernapasan dan fosforilasi terkait, menghasilkan: FADH 2 - dua molekul ATP dan NADH 2 - tiga molekul ATP, yaitu total 5 molekul ATP terbentuk dalam satu siklus. Dalam kasus oksidasi asam palmitat, terjadi 7 siklus oksidasi β (16/2 - 1 = 7), yang mengarah pada pembentukan 5X7 = 35 molekul ATP. Dalam proses oksidasi β asam palmitat terbentuk molekul asetil-KoA yang masing-masing terbakar dalam siklus asam trikarboksilat menghasilkan 12 molekul ATP, dan 8 molekul akan menghasilkan 12X8 = 96 molekul ATP.

Jadi, secara total, dengan oksidasi sempurna asam palmitat, 35+96=131 molekul ATP terbentuk. Namun, dengan memperhitungkan satu molekul ATP yang dihabiskan pada awal pembentukan bentuk aktif asam palmitat (palmitoyl-CoA), total hasil energi untuk oksidasi lengkap satu molekul asam palmitat dalam kondisi hewan adalah 131-1 = 130 molekul ATP (perhatikan bahwa dengan oksidasi lengkap satu molekul glukosa hanya menghasilkan 36 molekul ATP).

Dihitung bahwa jika perubahan energi bebas sistem (ΔG) pada pembakaran sempurna satu molekul asam palmitat adalah 9797 kJ, dan ikatan fosfat terminal ATP yang kaya energi ditandai dengan nilai sekitar 34,5 kJ, maka ternyata sekitar 45% dari total energi potensial asam palmitat pada oksidasinya di dalam tubuh dapat digunakan untuk resintesis ATP, dan sisanya tampaknya hilang sebagai panas.

Asam lemak tak jenuh yang lebih tinggi (oleat, linoleat, linolenat, dll.) terlebih dahulu direduksi menjadi asam jenuh.

Selain oksidasi β yang merupakan proses utama degradasi asam lemak pada hewan dan manusia, terdapat juga oksidasi α dan oksidasi ω. α-Oksidasi terjadi pada tumbuhan dan hewan, namun seluruh proses terjadi pada peroksisom. ω-Oksidasi lebih jarang terjadi pada hewan (vertebrata), terutama terjadi pada tumbuhan. Proses ω-oksidasi terjadi di retikulum endoplasma (ER).

Cerita

β-Oksidasi ditemukan pada tahun 1904 oleh seorang ahli kimia Jerman Franz Knoop (Franz Knoop) dalam percobaan dengan memberi makan anjing dengan berbagai asam lemak, di mana satu atom hidrogen pada atom karbon terminal ω-C dari gugus metil -CH 3 digantikan oleh radikal fenil -C 6 H 5 .

Franz Knoop mengemukakan bahwa oksidasi molekul asam lemak dalam jaringan tubuh terjadi pada posisi β. Akibatnya, fragmen dua karbon secara berurutan dipisahkan dari molekul asam lemak di sisi gugus karboksil.

Teori oksidasi β asam lemak, yang dikemukakan oleh F. Knoop, sebagian besar menjadi dasar gagasan modern tentang mekanisme oksidasi asam lemak.

Proses metabolisme

β-Oksidasi adalah serangkaian proses:

Aktivasi asam lemak

Asam lemak yang terbentuk di dalam sel melalui hidrolisis triasilgliserida atau yang masuk dari darah harus diaktifkan, karena asam lemak itu sendiri merupakan zat inert metabolik, dan akibatnya tidak dapat mengalami reaksi biokimia, termasuk oksidasi. Proses aktivasinya terjadi di sitoplasma dengan partisipasi ion ATP, koenzim A (HS-CoA) dan Mg 2+. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim asam lemak rantai panjang asil-KoA sintetase ( Ligase asam lemak rantai panjang-CoA, EC 6.2.1.3), prosesnya bersifat endergonik, yaitu terjadi melalui penggunaan energi hidrolisis molekul ATP:

R − C O O H + A T P + C o A − S H → M g 2 + R − C O S − C o A + A M P + H 4 P 2 O 7 . (\displaystyle (\mathsf (R-COOH+ATP+CoA-SH(\xpanah kanan[()](Mg^(2+)))R-COS-CoA+AMP+H_(4)P_(2)O_( 7))).)

sintetase asil-KoA ditemukan di sitoplasma dan matriks mitokondria. Enzim-enzim ini berbeda dalam spesifisitasnya untuk asam lemak dengan panjang rantai hidrokarbon yang berbeda. Asam lemak dengan panjang rantai pendek dan menengah (dari 4 hingga 12 atom karbon) dapat menembus matriks mitokondria melalui difusi. Aktivasi asam lemak ini terjadi di matriks mitokondria.

Asam lemak rantai panjang, yang mendominasi tubuh manusia (12 hingga 20 atom karbon), diaktifkan oleh sintetase asil-KoA yang terletak di sisi luar membran luar mitokondria.

Pirofosfat yang dilepaskan selama reaksi dihidrolisis oleh enzim pirofosfatase (EC 3.6.1.1):

H 4 P 2 O 7 + H 2 O → 2 H 3 P O 4. (\displaystyle (\mathsf (H_(4)P_(2)O_(7)+H_(2)O\panah kanan 2H_(3)PO_(4))).)

Dalam hal ini, kesetimbangan reaksi bergeser ke arah pembentukan asil-KoA.

Karena proses aktivasi asam lemak terjadi di sitoplasma, maka diperlukan pengangkutan asil-KoA melalui membran ke dalam mitokondria.

Transportasi asam lemak melintasi membran mitokondria

Sistem transportasi karnitin. Rajah menunjukkan struktur dan mekanisme pengangkutan asid lemak dalam bentuk asil-KoA. Asam lemak bebas (FFA) dengan panjang rantai kecil dan menengah dalam bentuk ester asil-KoA mudah berdifusi melalui membran mitokondria, namun sebagian besar asam lemak ini memiliki rantai hidrokarbon yang panjang sehingga tidak memungkinkan jalan bebas melaluinya. Ini membutuhkan pembawa, yang perannya dimainkan oleh karnitin - 1 . Pada permukaan membran luar mitokondria terdapat enzim - karnitin palmitoyltransferase I (CPT1), yang mengasilasi karnitin bebas menjadi asilkarnitin (karnitin-COR) - 2 , yang kemudian berdifusi melalui membran luar dan menembus ke dalam ruang antar membran. Membran bagian dalam mitokondria kedap terhadap asilkarnitin; untuk melewatinya, terdapat translocase karnitin-asilkarnitin (CACT), yang memungkinkannya diangkut ke dalam matriks. Selanjutnya, asilkarnitin mengalami proses sebaliknya - pembelahan di bawah aksi enzim karnitin palmitoyltransferase II (CPT2) dan koframen A menjadi karnitin bebas dan asil-KoA, yang berubah menjadi oksidasi-β. karnitin gratis 1 diangkut oleh translokase yang sama melalui membran bagian dalam ke ruang antar membran mitokondria dan kemudian berdifusi ke dalam sitoplasma.

Pengangkutan asam lemak rantai panjang melintasi membran padat mitokondria dimediasi oleh karnitin. Pada membran luar mitokondria terdapat enzim karnitin asiltransferase I (karnitin palmitoiltransferase I, CPT1, EC 2.3.1.21), yang mengkatalisis reaksi dengan pembentukan asilkarnitin (gugus asil ditransfer dari atom sulfur CoA ke hidroksil sekelompok karnitin untuk membentuk asilkarnitin (karnitin-COR)), yang berdifusi melintasi membran dalam mitokondria:

R-CO~SCoA + karnitin ↔ karnitin-COR + CoA-SH

Asilkarnitin yang dihasilkan melewati ruang antar membran ke luar membran dalam dan diangkut oleh enzim karnitin asilkarnitin translocase (CACT).

Setelah asilkarnitin (karnitin-COR) melewati membran mitokondria, reaksi sebaliknya terjadi - pembelahan asilkarnitin dengan partisipasi CoA-SH dan enzim mitokondria karnitin asil-CoA transferase atau karnitin asiltransferase II (karnitin palmitoyltransferase II, CPT2, EC 2.3.1.21):

CoA-SH + karnitin-COR ↔ R-CO~SCoA + karnitin

Dengan demikian, asil-KoA menjadi tersedia untuk enzim oksidasi β. Karnitin bebas dikembalikan ke sisi sitoplasma membran mitokondria bagian dalam melalui translokase yang sama.

Setelah ini, asil-KoA dimasukkan dalam reaksi β-oksidasi.

Proses transfer asam lemak transmembran dapat dihambat oleh malonil-KoA.

Oksidasi asam lemak intramitokondria

Dalam matriks mitokondria, asam lemak dioksidasi dalam siklus Knoopp-Linene. Ini melibatkan empat enzim yang bekerja secara berurutan pada asil-KoA. Metabolit akhir dari siklus ini adalah asetil-KoA. Prosesnya sendiri terdiri dari empat reaksi.

Nama reaksi	Skema reaksi	Enzim	produk yang dihasilkan
Dehidrogenasi asam lemak aktif (asil-KoA). Oksidasi β dimulai dengan dehidrogenasi asil-KoA oleh asil-KoA dehidrogenase asam lemak rantai panjang (LCAD) yang bergantung pada FAD, membentuk ikatan rangkap antara atom karbon α dan β (C-2 dan C-3) di produk reaksi, enoil -KoA. Koenzim FADH 2, yang tereduksi dalam reaksi ini, mentransfer atom hidrogen di ETC ke koenzim Q. Hasilnya, 2 molekul ATP disintesis.		asil-KoA dehidrogenase (EC 1.3.99.3)	Trans-Δ2-enoil-KoA
Reaksi hidrasi. Asil-KoA tak jenuh (enoyl-CoA), dengan partisipasi enzim enoyl-CoA hidratase, mengikat molekul air. Akibatnya, β-hidroksiasil-KoA terbentuk. Reaksinya reversibel dan stereospesifik, produk yang dihasilkan berbentuk L.		Enoyl-CoA hidratase (EC 4.2.1.17)	L-β-hidroksiasil-KoA
Oksidasi yang bergantung pada NAD+ atau reaksi dehidrogenasi kedua. L-β-hidroksiasil-KoA yang dihasilkan kemudian dioksidasi. Reaksi ini dikatalisis oleh dehidrogenase yang bergantung pada NAD+.		L-β-hidroksiasetil dehidrogenase (EC 1.1.1.35)	L-β-ketoasil-KoA
Reaksi tiolase. Dalam reaksi ini, β-ketoasil-KoA berinteraksi dengan koenzim A. Akibatnya, β-ketoasil-KoA dibelah dan asil-KoA dipendekkan oleh dua atom karbon dan terbentuk fragmen dua karbon dalam bentuk asetil-KoA. Reaksi ini dikatalisis oleh asetil-KoA asiltransferase (atau β-ketothiolase).		β-Ketothiolase (EC 2.3.1.9)	Asil-KoA dan asetil-KoA

Asetil-KoA yang dihasilkan mengalami oksidasi dalam siklus Krebs, dan asil-KoA, yang diperpendek oleh dua atom karbon, sekali lagi melewati seluruh jalur oksidasi β hingga terbentuknya butiril-KoA (senyawa 4-karbon), yang pada gilirannya dioksidasi menjadi 2 molekul asetil-KoA. FADH 2 dan NADH H langsung masuk ke rantai pernapasan.

Untuk degradasi sempurna asam lemak rantai panjang, siklus harus diulang berkali-kali, misalnya diperlukan delapan siklus untuk stearil-KoA (C 17 H 35 CO ~ SCoA).

Ciri-ciri oksidasi asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil

Akibat oksidasi asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil, tidak hanya terbentuk asetil-KoA, FAD H 2 dan NADH, tetapi juga satu molekul propionil-KoA (C 2 H 5 -CO~SCoA).

Oksidasi asam lemak tak jenuh

Saat mengoksidasi asam lemak yang memiliki dua (-C=C-C-C=C-) atau lebih ikatan tak jenuh, diperlukan enzim tambahan lainnya, β-hidroksiasil-CoA epimerase (EC 1.1.1.35).

Laju oksidasi asam lemak tak jenuh jauh lebih tinggi dibandingkan asam lemak jenuh, hal ini disebabkan adanya ikatan rangkap. Misalnya, jika kita mengambil laju oksidasi asam stearat jenuh sebagai standar, maka laju oksidasi asam oleat adalah 11, linoleat adalah 114, linolenat adalah 170, dan asam arakidonat hampir 200 kali lebih tinggi dari asam stearat.

Oksidasi beta pada tanaman

Keseimbangan energi proses

Sebagai hasil transfer elektron sepanjang ETC dari FAD H 2 dan NADH, 5 molekul ATP disintesis (2 dari FADH 2, dan 3 dari NADH). Dalam kasus oksidasi asam palmitat, terjadi 7 siklus oksidasi β (16/2-1=7), yang mengarah pada pembentukan 5 7 = 35 molekul ATP. Dalam proses oksidasi β asam palmitat, N molekul asetil-KoA, yang masing-masing, jika terbakar sempurna dalam siklus asam trikarboksilat, menghasilkan 12 molekul ATP, dan 8 molekul akan menghasilkan 12 8 = 96 molekul ATP.

Jadi, secara total, dengan oksidasi sempurna asam palmitat, 35+96=131 molekul ATP terbentuk. Namun, dengan memperhitungkan satu molekul ATP, yang dihidrolisis menjadi AMP, yaitu 2 ikatan energi tinggi atau dua ATP dihabiskan, pada awal proses aktivasi (pembentukan palmitoyl-CoA), total energi yang dihasilkan karena oksidasi sempurna satu molekul asam palmitat pada kondisi organisme hewan akan menjadi 131 -2=129 molekul.

Persamaan keseluruhan oksidasi asam palmitat adalah sebagai berikut:

C 15 H 31 C O − S C o A + 7 F A D + + 7 N A D + + 7 H 2 O + 7 H S − C o A → 8 C H 3 C O − S C o A + 7 F A D H 2 + 7 N A D H (\displaystyle (\ matematikaf (C_(15)H_(31)CO-SCoA+7FAD^(+)+7NAD^(+)+7H_(2)O+7HS-CoA\panah kanan 8CH_(3)CO-SCoA+7FADH_(2)+ 7NADH)))

Rumus untuk menghitung jumlah total ATP yang dihasilkan dari proses oksidasi β adalah:

[ (n 2 ⋅ 12) + ((n 2 − 1) ⋅ 5) ] (\displaystyle (\left[((\frac (n)(2))\cdot 12)+(((\frac (n) (2))-1)\cdot 5)\kanan]))

Di mana N- jumlah atom karbon dalam molekul asam lemak.

Perhitungan energi oksidasi β untuk beberapa asam lemak disajikan dalam bentuk tabel.

Asam lemak	Jumlah molekul ATP yang dihasilkan per 1 molekul asam lemak	Jumlah molekul ATP yang dikonsumsi	Total keluaran energi molekul ATP
Asam kaprilat C 7 H 15 COOH	63	2	63-2=61
Asam laurat C 11 H 23 COOH	97	2	97-2=95
Asam miristat C 13 H 27 COOH	114	2	114-2=112
Asam pentadesilat C 14 H 29 COOH	122,5	2	122,5-2=120,5
Asam palmitat C 15 H 31 COOH	131	2	131-2=129
Asam margarat C 16 H 33 COOH	139,5	2	139,5-2=137,5
Asam stearat C 17 H 35 COOH	148	2	148-2=146
Asam arakidat C 19 H 39 COOH	165	2	165-2=163

Oksidasi asam lemak ekstramitokondria

Selain oksidasi β asam lemak yang terjadi di mitokondria, juga terjadi oksidasi ekstramitokondria. Asam lemak dengan panjang rantai yang lebih panjang (dari C20) tidak dapat dioksidasi di mitokondria karena adanya membran ganda yang padat, sehingga menghambat proses pengangkutannya melalui ruang antar membran. Oleh karena itu, oksidasi asam lemak rantai panjang (C 20 -C 22 dan lebih banyak) terjadi di peroksisom. Pada peroksisom, proses oksidasi β asam lemak terjadi dalam bentuk yang dimodifikasi. Produk oksidasi dalam hal ini adalah asetil-KoA, oktanoil-KoA dan hidrogen peroksida H 2 O 2. Asetil-KoA dibentuk dalam langkah yang dikatalisis oleh dehidrogenase yang bergantung pada FAD. Enzim peroksisomal tidak menyerang asam lemak rantai pendek, dan proses oksidasi β berhenti ketika oktanoil-KoA terbentuk.

Proses ini tidak terkait dengan fosforilasi oksidatif dan pembentukan ATP, dan oleh karena itu oktanoil-KoA dan asetil-KoA ditransfer dari CoA ke karnitin dan dikirim ke mitokondria, di mana mereka dioksidasi untuk membentuk ATP.

Aktivasi β-oksidasi peroksisomal terjadi bila terdapat kelebihan kandungan asam lemak pada makanan yang dikonsumsi, dimulai dari C20, serta saat mengonsumsi obat penurun lipid.

Peraturan

Laju pengaturan proses oksidasi β mencakup beberapa faktor:

Laju oksidasi β juga bergantung pada aktivitas enzim karnitin palmitoyltransferase I (CPTI). Di hati, enzim ini dihambat oleh malonil-KoA, suatu zat yang terbentuk selama biosintesis asam lemak.

Di otot, karnitin palmitoyltransferase I (CPTI) juga dihambat oleh malonil-CoA. Meskipun jaringan otot tidak mensintesis asam lemak, jaringan otot mengandung isoenzim asetil-KoA karboksilase yang mensintesis malonil-KoA untuk mengatur oksidasi β. Isoenzim ini difosforilasi oleh protein kinase A, yang diaktifkan dalam sel di bawah pengaruh adrenalin, dan oleh protein kinase yang bergantung pada AMP dan dengan demikian menghambatnya; konsentrasi malonil-KoA menurun. Akibatnya, selama pekerjaan fisik, ketika AMP muncul di dalam sel, oksidasi β diaktifkan di bawah pengaruh adrenalin, namun kecepatannya juga bergantung pada ketersediaan oksigen. Oleh karena itu, oksidasi β menjadi sumber energi bagi otot hanya 10-20 menit setelah dimulainya aktivitas fisik (disebut latihan aerobik), ketika aliran oksigen ke jaringan meningkat.

Pelanggaran proses

Cacat pada sistem transportasi karnitin

Cacat pada sistem transportasi karnitin memanifestasikan dirinya dalam fermentopati dan defisiensi karnitin dalam tubuh manusia.

Keadaan defisiensi karnitin

Kondisi defisiensi paling umum yang terkait dengan hilangnya karnitin pada kondisi tubuh tertentu adalah:

Tanda dan gejala defisiensi karnitin antara lain serangan hipoglikemia akibat penurunan glukoneogenesis akibat gangguan β-oksidasi asam lemak, penurunan pembentukan badan keton disertai peningkatan kadar asam lemak bebas (FFA) dalam plasma darah, kelemahan otot ( myasthenia gravis), dan juga akumulasi lipid.

Enzimopati

Kelainan genetik dehidrogenase asam lemak rantai menengah asil-KoA

Di dalam mitokondria terdapat 3 jenis asil-KoA dehidrogenase yang mengoksidasi asam lemak dengan radikal rantai panjang, sedang atau pendek. Asam lemak dapat dioksidasi secara berurutan oleh enzim-enzim ini karena radikalnya diperpendek selama oksidasi β. Cacat genetik dehidrogenase asam lemak dengan panjang radikal sedang (EC 1.3.8.7) - MCADD(disingkat dari M menengah- C hain A silinder-CoA D ehidrogenase D efisiensi) adalah yang paling umum dibandingkan dengan penyakit keturunan lainnya - 1:15.000 ACADM, mengkode asil-KoA dehidrogenase asam lemak rantai menengah, di antara populasi Eropa - 1:40. Ini adalah penyakit resesif autosomal akibat penggantian nukleotida T (timin) dengan A (adenin) pada posisi gen 985. Dimanifestasikan dalam akumulasi asam lemak rantai menengah (terutama kaprilat) dan turunannya dalam darah dan defisiensi karnitin sekunder. Gejala khasnya adalah serangan muntah, lesu, hipoglikemia non-ketotik parah yang disebabkan oleh penggunaan glukosa yang berlebihan (terutama berbahaya bagi bayi baru lahir), koma dapat terjadi dan kematian dapat terjadi. Penyakit ini paling berbahaya pada anak-anak, karena di antara mereka terdapat angka kematian tertinggi (hingga 60%).

Kelainan genetik dehidrogenase asam lemak asil-KoA rantai sangat panjang

Asiduria dikarboksilat

Asiduria dikarboksilat adalah penyakit yang berhubungan dengan peningkatan ekskresi asam dikarboksilat C 6 -C 10 dan mengakibatkan hipoglikemia, namun tidak berhubungan dengan peningkatan kandungan badan keton. Penyebab penyakit ini adalah MCADD. Dalam hal ini, oksidasi β terganggu dan oksidasi asam lemak rantai panjang ditingkatkan, yang disingkat menjadi asam dikarboksilat rantai sedang, yang dikeluarkan dari tubuh.

Sindrom Zellweger

Sindrom Zellweger atau sindrom serebrohepatorenal, penyakit keturunan langka yang dijelaskan oleh dokter anak Amerika Hans Zellweger (eng. H.U. Zellweger), yang memanifestasikan dirinya dengan tidak adanya peroksisom di seluruh jaringan tubuh. Akibatnya, asam polienoat (C 26 -C 38) yang merupakan asam lemak rantai panjang menumpuk di dalam tubuh, terutama di otak. Perkiraan kejadian kelainan biogenesis peroksisom spektrum sindrom Zellweger adalah 1:50.000 bayi baru lahir di Amerika Serikat dan 1:500.000 bayi baru lahir di Jepang. Sindrom ini ditandai dengan: keterbelakangan pertumbuhan prenatal; hipotensi otot; kesulitan menghisap; arefleksia; dolichocephaly; dahi tinggi; wajah bulat datar; kelopak mata bengkak; hipertelorisme; bentuk mata mongoloid;

Seperti yang telah disebutkan, tubuh hewan memperoleh sebagian besar energi yang diperoleh selama proses oksidasi dari asam lemak, yang dipecah melalui oksidasi pada atom karbon-β.

β-Oksidasi asam lemak pertama kali dipelajari pada tahun 19004 oleh F. Knoop. Belakangan diketahui bahwa oksidasi β hanya terjadi di mitokondria. Berkat karya F. Linen dan rekan-rekannya (1954-1958), proses enzimatik utama oksidasi asam lemak diklarifikasi. Untuk menghormati para ilmuwan yang menemukan jalur oksidasi asam lemak ini, disebut proses oksidasi β Siklus Knoop-Linen.

β-oksidasi- jalur spesifik katabolisme asam lemak, di mana 2 atom karbon dipisahkan secara berurutan dari ujung karboksil asam lemak dalam bentuk asetil-KoA. Jalur metabolisme - oksidasi β - dinamakan demikian karena reaksi oksidasi asam lemak terjadi pada atom karbon β. Reaksi β-oksidasi dan oksidasi asetil-KoA selanjutnya dalam siklus TCA (siklus asam trikarboksilat) berfungsi sebagai salah satu sumber energi utama untuk sintesis ATP melalui mekanisme fosforilasi oksidatif. β-Oksidasi asam lemak hanya terjadi dalam kondisi aerobik.

Semua reaksi oksidasi multitahap dipercepat oleh enzim tertentu. Oksidasi β asam lemak yang lebih tinggi adalah proses biokimia universal yang terjadi pada semua organisme hidup. Pada mamalia, proses ini terjadi di banyak jaringan, terutama hati, ginjal, dan jantung. Oksidasi asam lemak terjadi di mitokondria. Asam lemak tak jenuh yang lebih tinggi (oleat, linoleat, linolenat, dll.) terlebih dahulu direduksi menjadi asam jenuh.

Penetrasi asam lemak ke dalam matriks mitokondria didahului olehnya pengaktifan dengan membentuk koneksi dengan koenzim A(HS~CoA), mengandung ikatan berenergi tinggi. Yang terakhir ini rupanya berkontribusi pada kelancaran reaksi oksidasi senyawa yang dihasilkan, yang disebut asil koenzim A(asil-KoA).

Interaksi asam lemak yang lebih tinggi dengan CoA dipercepat oleh ligase spesifik - sintetase asil-KoA tiga jenis, masing-masing spesifik untuk asam dengan radikal hidrokarbon pendek, sedang dan panjang. Mereka terlokalisasi di membran retikulum endoplasma dan di membran luar mitokondria. Semua sintetase asil-KoA tampak multimer; Jadi, enzim dari mikrosom hati memiliki berat molekul 168 kDa dan terdiri dari 6 subunit yang identik. Reaksi aktivasi asam lemak terjadi dalam 2 tahap:

a) pertama, asam lemak bereaksi dengan ATP membentuk asiladenilat:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) maka terjadi pembentukan bentuk teraktivasi asil-KoA:

RCO~AMФ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Pirofosfat (PP) dengan cepat dihidrolisis oleh pirofosfatase, akibatnya seluruh reaksi tidak dapat diubah: PP + H 2 O → 2P

Persamaan ringkasan:

RCOOH + ATP+ HS~CoA→ RCO~SKoA + AMF + 2P

Asam lemak dengan panjang rantai pendek dan menengah (dari 4 hingga 12 atom karbon) dapat menembus matriks mitokondria melalui difusi, di mana terjadi aktivasi. Asam lemak rantai panjang, yang mendominasi tubuh manusia (12 hingga 20 atom karbon), diaktifkan oleh sintetase asil-KoA yang terletak di membran luar mitokondria.

Membran bagian dalam mitokondria kedap terhadap asil-KoA rantai panjang yang terbentuk di sitoplasma. Berfungsi sebagai pembawa asam lemak aktif karnitin (vitamin B t), yang berasal dari makanan atau disintesis dari asam amino esensial lisin dan metionin.

Membran luar mitokondria mengandung enzim karnitin asiltransferase I(karnitin palmitoyltransferase I), mengkatalisis reaksi dengan pembentukan asilkarnitin:

RCO~SKoA + H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH ↔ H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH + HS~KoA

Asil-KoA Karnitin (B t) Asilkarnitin Koenzim A

Enzim ini bersifat pengatur; mengatur laju masuknya gugus asil ke dalam mitokondria, dan akibatnya, laju oksidasi asam lemak.

Asilkarnitin yang dihasilkan melewati ruang antar membran ke sisi luar membran dalam dan diangkut oleh karnitin asilkarnitin translocase ke permukaan bagian dalam membran mitokondria bagian dalam, tempat enzim karnitin asiltransferase II mengkatalisis transfer asil ke CoA intramitokondria, yaitu reaksi sebaliknya (Gbr. 9).

Gambar.9. Transfer asam lemak dengan radikal hidrokarbon panjang melintasi membran mitokondria

Dengan demikian, asil-KoA menjadi tersedia untuk enzim oksidasi β. Karnitin bebas dikembalikan ke sisi sitosol membran mitokondria bagian dalam melalui translokase yang sama. Setelah ini, asil-KoA dimasukkan dalam reaksi β-oksidasi.

Dalam matriks mitokondria, katabolisme (pemecahan) asil-KoA terjadi sebagai akibat dari rangkaian proses yang berulang. empat reaksi.

1) Reaksi pertama dalam setiap siklus adalah oksidasi oleh enzim asil-KoA dehidrogenase, koenzimnya adalah FAD. Dehidrogenasi terjadi antara atom karbon β dan α, menghasilkan pembentukan ikatan rangkap pada rantai karbon dan produk dari reaksi ini adalah enoil-KoA:

R-CH 2 -CH 2 CO~SKoA + FAD → R-CH=CHCO~SKoA + FADN 2

Asil-KoA Enoil-KoA

2) Pada langkah kedua siklus oksidasi asam lemak, ikatan rangkap enoil-KoA terhidrasi, menghasilkan pembentukan β-hidroksiasil-KoA. Reaksinya dikatalisis oleh enzim enoil-CoA hidratase:

R-CH=CHCO~SKoA +H 2 O → R-CH-CH 2 CO~SKoA

Enoyl-CoA β-hydroxyacyl-CoA

3) Pada tahap ketiga siklus, β-hidroksiasil-KoA mengalami dehidrogenasi (oksidasi kedua) dengan partisipasi enzim β-hidroksiasil-KoA dehidrogenase, koenzimnya adalah NAD+. Produk dari reaksi ini adalah β-ketoasil-KoA:

R-CH-CH 2 CO~SKoA + NAD + → R-CОCH 2 CO~SKoA + NADH + H +

β-hidroksiasil-KoA β-ketoasil-KoA

4) Reaksi akhir dari siklus oksidasi asam lemak dikatalisis oleh asetil-KoA asiltransferase (tiolase). Pada tahap ini, β-ketoasil-KoA bereaksi dengan CoA bebas dan dibelah untuk membentuk, pertama, sebuah fragmen dua karbon yang mengandung dua atom karbon terminal dari asam lemak induk dalam bentuk asetil-KoA, dan kedua, sebuah CoA. ester asam lemak, sekarang disingkat menjadi dua atom karbon. Dengan analogi hidrolisis, reaksi ini disebut tiolisis:

R-COCH 2 CO~SKoA + HS~KoA → CH 3 CO~SKoA + R 1 CO~SKoA

β-ketoasil-KoA Asetil-KoA Asil-KoA,

dipersingkat oleh

2 atom karbon

Asil-KoA yang memendek kemudian mengalami siklus oksidasi berikutnya, dimulai dengan reaksi yang dikatalisis oleh asil-KoA dehidrogenase (oksidasi), dilanjutkan dengan reaksi hidrasi, reaksi oksidasi kedua, reaksi tiolase, yaitu proses ini diulangi berkali-kali. (Gbr. 10).

β- Oksidasi asam lemak yang lebih tinggi terjadi di mitokondria. Enzim siklus pernapasan juga terlokalisasi di dalamnya, yang mengarah pada transfer atom hidrogen dan elektron ke oksigen dalam kondisi fosforilasi oksidatif ADP, oleh karena itu oksidasi β asam lemak yang lebih tinggi merupakan sumber energi untuk sintesis ATP.

Gambar 10. Oksidasi asam lemak

Produk akhir dari β-oksidasi asam lemak yang lebih tinggi dengan jumlah atom karbon genap adalah asetil-KoA, A dengan aneh- propionil-KoA.

Jika asetil-KoA terakumulasi di dalam tubuh, maka cadangan HS~KoA akan segera habis, dan oksidasi asam lemak yang lebih tinggi akan terhenti. Namun hal ini tidak terjadi, karena CoA dengan cepat dilepaskan dari asetil-CoA. Sejumlah proses menyebabkan hal ini: asetil-KoA termasuk dalam siklus asam trikarboksilat dan dikarboksilat atau siklus glioksil yang sangat dekat dengannya, atau asetil-KoA digunakan untuk sintesis sterol dan senyawa yang mengandung gugus isoprenoid, dll.

Propionil-KoA, yang merupakan produk akhir oksidasi β asam lemak tinggi dengan jumlah atom karbon ganjil, diubah menjadi suksinil-KoA, yang dimanfaatkan melalui siklus asam trikarboksilat dan dikarboksilat.

Sekitar setengah dari asam lemak dalam tubuh manusia tak jenuh .

β-oksidasi asam-asam ini berlangsung dengan cara biasa sampai terbentuk ikatan rangkap antara atom karbon ketiga dan keempat. Kemudian enzim isomerase enoil-KoA memindahkan ikatan rangkap dari posisi 3-4 ke posisi 2-3 dan mengubah konformasi cis ikatan rangkap menjadi trans, yang diperlukan untuk oksidasi β. Dalam siklus oksidasi β ini, reaksi dehidrogenasi pertama tidak terjadi, karena ikatan rangkap pada radikal asam lemak sudah ada. Selanjutnya, siklus oksidasi β berlanjut, tidak berbeda dengan jalur biasanya. Jalur utama metabolisme asam lemak ditunjukkan pada Gambar 11.

Gambar 11. Jalur utama metabolisme asam lemak

Baru-baru ini ditemukan bahwa selain oksidasi β, jalur utama katabolisme asam lemak, jaringan otak α-oksidasi asam lemak dengan jumlah atom karbon (C 13 -C 18), yaitu eliminasi berurutan fragmen satu karbon dari ujung karboksil molekul.

Jenis oksidasi ini paling umum terjadi pada jaringan tumbuhan, tetapi dapat juga terjadi pada beberapa jaringan hewan. α-Oksidasi bersifat siklik, dan siklusnya terdiri dari dua reaksi.

Reaksi pertama terdiri dari oksidasi asam lemak oleh hidrogen peroksida menjadi aldehida dan CO 2 yang sesuai dengan partisipasi senyawa tertentu. peroksidase:

Akibat reaksi ini, rantai hidrokarbon diperpendek sebanyak satu atom karbon.

Inti dari reaksi kedua adalah hidrasi dan oksidasi aldehida yang dihasilkan menjadi asam karboksilat yang sesuai di bawah pengaruh aldehida dehidrogenase mengandung bentuk teroksidasi dari koenzim NAD:

Siklus oksidasi α kemudian berulang lagi. Dibandingkan dengan oksidasi β, jenis oksidasi ini kurang menguntungkan secara energetik.

ω-Oksidasi asam lemak. Di dalam hati hewan dan beberapa mikroorganisme, terdapat sistem enzim yang menyediakan ω-oksidasi asam lemak, yaitu oksidasi pada gugus terminal CH 3, yang ditandai dengan huruf ω. Pertama di bawah pengaruh monooksigenase hidroksilasi terjadi membentuk asam ω-hidroksi:

Asam ω-hidroksi kemudian dioksidasi menjadi asam ω-dikarboksilat melalui aksi yang sesuai dehidrogenase:

Asam ω-dikarboksilat yang diperoleh diperpendek pada kedua ujungnya melalui reaksi β-oksidasi.

Untuk mengubah energi yang terkandung dalam asam lemak menjadi energi ikatan ATP, terdapat jalur metabolisme oksidasi asam lemak menjadi CO2 dan air, yang berkaitan erat dengan siklus asam trikarboksilat dan rantai pernapasan. Jalan ini disebut β-oksidasi, Karena terjadi oksidasi atom karbon ke-3 dari asam lemak (posisi β) menjadi gugus karboksil, dan pada saat yang sama gugus asetil, termasuk C 1 dan C 2 dari asam lemak asli, dibelah dari asam.

Diagram dasar β-oksidasi

Reaksi β-oksidasi terjadi di mitokondria sebagian besar sel dalam tubuh (kecuali sel saraf). Asam lemak yang masuk ke sitosol dari darah atau muncul selama lipolisis TAG intraselulernya sendiri digunakan untuk oksidasi. Persamaan keseluruhan oksidasi asam palmitat adalah sebagai berikut:

Palmitoil-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Asetil-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH

Tahapan oksidasi asam lemak

1. Sebelum menembus matriks mitokondria dan teroksidasi, asam lemak harus mengaktifkan di sitosol. Hal ini dicapai dengan penambahan koenzim A ke dalamnya untuk membentuk asil-SCoA. Asil-SCoA adalah senyawa berenergi tinggi. Reaksi ireversibilitas dicapai dengan hidrolisis difosfat menjadi dua molekul asam fosfat.

Sintetase Asil-SCoA ditemukan di retikulum endoplasma, pada membran luar mitokondria dan di dalamnya. Ada berbagai macam sintetase yang spesifik untuk asam lemak yang berbeda.

Reaksi aktivasi asam lemak

2. Asil-SCoA tidak mampu melewati membran mitokondria, sehingga ada cara untuk mentransfernya dalam kombinasi dengan zat mirip vitamin karnitin (vitamin B11). Ada enzim di membran luar mitokondria karnitin asiltransferase I.

Transportasi asam lemak yang bergantung pada karnitin ke dalam mitokondria

Karnitin disintesis di hati dan ginjal dan kemudian diangkut ke organ lain. Di dalam intrauterin periode dan masuk tahun-tahun awal Dalam kehidupan, pentingnya karnitin bagi tubuh sangatlah besar. Pasokan energi ke sistem saraf anak-anak tubuh dan, khususnya, otak dilakukan karena dua proses paralel: oksidasi asam lemak yang bergantung pada karnitin dan oksidasi glukosa aerobik. Karnitin diperlukan untuk pertumbuhan otak dan sumsum tulang belakang, untuk interaksi seluruh bagian sistem saraf yang bertanggung jawab atas pergerakan dan interaksi otot. Ada penelitian yang menghubungkan kekurangan karnitin kelumpuhan serebral dan fenomena" kematian dalam buaian".

Bayi, bayi prematur, dan bayi dengan berat badan lahir rendah sangat sensitif terhadap defisiensi karnitin. Cadangan endogen mereka dengan cepat habis dalam berbagai situasi stres (penyakit menular, gangguan pencernaan, gangguan makan). Biosintesis karnitin tidak mencukupi, dan asupan makanan biasa tidak mampu mempertahankan tingkat yang cukup dalam darah dan jaringan.

3. Setelah berikatan dengan karnitin, asam lemak diangkut melintasi membran melalui translokase. Di sini, di sisi dalam membran, enzim karnitin asiltransferase II kembali membentuk asil-SCoA, yang memasuki jalur oksidasi-β.

4. Proses itu sendiri β-oksidasi terdiri dari 4 reaksi yang diulang secara siklis. Itu terjadi secara berurutan oksidasi(asil-SCoA dehidrogenase), hidrasi(enoyl-SCoA hidratase) dan lagi oksidasi Atom karbon ke-3 (hidroksiasil-SCoA dehidrogenase). Terakhir, reaksi transferase, asetil-SCoA dibelah dari asam lemak. HS-CoA ditambahkan ke sisa asam lemak (dipersingkat menjadi dua karbon), dan kembali ke reaksi pertama. Hal ini diulangi hingga siklus terakhir menghasilkan dua asetil-SCoA.

Urutan reaksi β-oksidasi asam lemak

Perhitungan keseimbangan energi β-oksidasi

Sebelumnya, ketika menghitung efisiensi oksidasi, koefisien P/O untuk NADH diambil sebesar 3,0, untuk FADH 2 – 2,0.

Menurut data modern, nilai koefisien P/O untuk NADH adalah 2,5, untuk FADH 2 – 1,5.

Saat menghitung jumlah ATP yang terbentuk selama oksidasi β asam lemak, perlu diperhitungkan:

• jumlah asetil-SCoA yang terbentuk ditentukan oleh pembagian biasa jumlah atom karbon dalam asam lemak dengan 2.
• nomor siklus β-oksidasi. Jumlah siklus β-oksidasi mudah ditentukan berdasarkan konsep asam lemak sebagai rantai unit dua karbon. Jumlah jeda antar unit sesuai dengan jumlah siklus β-oksidasi. Nilai yang sama dapat dihitung dengan menggunakan rumus (n/2 -1), dimana n adalah jumlah atom karbon dalam asam.
• jumlah ikatan rangkap dalam suatu asam lemak. Pada reaksi oksidasi β pertama, ikatan rangkap terbentuk dengan partisipasi FAD. Jika ikatan rangkap sudah ada dalam asam lemak, maka reaksi ini tidak diperlukan dan FADN 2 tidak terbentuk. Jumlah FADN 2 yang hilang sesuai dengan jumlah ikatan rangkap. Reaksi sisa siklus berlangsung tanpa perubahan.
• jumlah energi ATP yang dihabiskan untuk aktivasi (selalu sesuai dengan dua ikatan energi tinggi).

Contoh. Oksidasi asam palmitat

1. Karena ada 16 atom karbon, terjadi oksidasi β 8 molekul asetil-SCoA. Yang terakhir memasuki siklus TCA; ketika dioksidasi dalam satu putaran siklus, 3 molekul NADH (7,5 ATP), 1 molekul FADH 2 (1,5 ATP) dan 1 molekul GTP terbentuk, yang setara dengan 10 molekul dari ATP. Jadi, 8 molekul asetil-SCoA akan membentuk 8 × 10 = 80 molekul ATP.
2. Untuk asam palmitat jumlah siklus β-oksidasi adalah 7. Dalam setiap siklus, dihasilkan 1 molekul FADH 2 (1,5 ATP) dan 1 molekul NADH (2,5 ATP). Memasuki rantai pernafasan, totalnya “memberikan” 4 molekul ATP. Jadi, dalam 7 siklus 7×4 = 28 molekul ATP terbentuk.
3. Ikatan rangkap pada asam palmitat TIDAK.
4. 1 molekul ATP digunakan untuk mengaktifkan asam lemak, yang, bagaimanapun, dihidrolisis menjadi AMP, yaitu terbuang 2 koneksi makroergik atau dua ATP.
5. Jadi, kesimpulannya, kita dapatkan 80+28-2 =106 Molekul ATP terbentuk selama oksidasi asam palmitat.