β -oksidaatio
Kasveilla
Useimmilla sienillä kuten leivinhiivalla
Rasvahapot ovat usein triglyserideinä kiinni glyserolissa, jota ei käsitellä
Rasvahappojen sisäänotto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Solukalvon läpäisy[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Veressä rasvahapot kuljetaan kylomikroneissa triglyserideinä ja paljon vähemmässä määrin albumiiniin sitoutuneina rasvahappoina.[5]
Ihmisillä kylomikronin apoC-II -lipoproteiini aktivoi verisuonten sisäpintaan (endoteeliin) sitoutuneen lipoproteiinilipaasin, joka hydrolysoi triglyserigit vapaiksi rasvahapoiksi ja glyseroleiksi. Lihassoluissa sisäänotetut rasvahapot päätyvät
Ihmisillä glukagonin ja epinefriinin sitoutuminen rasvasolujen pinnalle saa cAMP kautta PKA:n fosforyloimaan perilipiini A:n. Tämä kuljettaa rasvasolun pinnalle hormoniherkän lipaasin, joka hydrolysoi rasvasolun triglyseridejä vapauttaen vereen vapaita rasvahappoja.[1] Rasvahapot eivät liukene vereen sellaisenaan. Siksi ne ensin sitoutuvat vesiliukoiseen albumiiniin, joka sitoo jopa 7 rasvahappoa kerralla. Tähän sitoutuneena ne kelkevat veren mukana lähinnä lihassoluille.[5]
Mitokondrion läpäisy[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Likimain alle 12 hiilen rasvahapot voivat päästä solulimasta mitokondrion sisäkalvon läpi itsestään diffuusiolla ilman kuljetusproteiineja. Valtaosa ruoan rasvahapoista on kuitenkin yli 14 hiiltä pitkiä ja nämä kuljetetaan mitokondrion sisäkalvon sisäiseen nesteeseen, matriksiin.[1]
Kuljetus tapahtuu karnitiini-sukkula -järjestelmän avulla. Eripituisille rasvahapoille on useita pitkäketjuisten rasvahappojen CoA-ligaasien (EC 6.2.1.3) isotsyymejä. Solulimassa nämä katalysoivat tioesterin muodostumista rasvahapon karboksyylin (-COOH) ja koentsyymi A:n (lyhenne CoA) tiolin (-SH) välille ATP:n tuoman energian avulla:[1]
Rasva-asyyli-CoA päätyy satunnaisen liikkeen kautta mitokondrion ulkokalvon karnitiiniasyylitransferaasi I:lle (geeni CPT1A). Tapahtuu vaihtoesteröinti ja CoA vapautuu vaihtuen L-karnitiiniin. Rasvahappo sitoutuu karboksyylistään karnitiinin hydroksyyliin. Reaktio on:[1]
- rasva-asyyli-CoA + L-karnitiini ⇌ rasva-asyylikarnitiini + CoA
Rasva-asyylikarnitiini kulkeutuu mitokondrion sisäkalvon karnitiini-asyylikarnitiinitranslokaasin (geeni SLC25A20) kautta matriksiin. Matriksissa rasva-asyylikarnitiini vaihtoesteröityy karnitiiniasyylitransferaasi II:lla (geeni CPT2) CoA kanssa:[1]
- rasva-asyylikarnitiini + CoA ⇌ rasva-asyyli-CoA + L-karnitiini
Rasva voi nyt siirtyä
Tyydyttyneet rasvat ja yksöissidokset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Mitokondrio-oksidaatio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Dehydrauksessa FAD poistaa 2 vetyä rasvahaposta asyyli-CoA-dehydrogenaasilla (usea isotsyymi). C2-3 väliin tulee trans-sidos:[1]
Hydrataatiossa vesi liitetään C2-3 kaksoissidokseen enoyyli-CoA-hydrataasilla (EC 4.2.1.17). Sidos pelkistyy, C3:en liittyy OH-ryhmä ja muodostuu S- eli L-isomeeri:[1]
Hapetuksessa NAD+ poistaa 2 vetyä 3-hydroksiasyyli-CoA-dehydrogenaasilla (EC 1.1.1.35). C3:n OH hapettuu karbonyyliksi:[1]
Tiolyysissä
Reaktiosarja alkaa alusta. Joka toistossa rasvahaposta poistuu 2 hiiltä asetyyli-CoA:na kunnes rasvahappo on kulunut loppuun. Tiolyysin asetyyli-CoA siirtyy yleensä sitruunahappokiertoon mennen siten ATP:n tuottoon. Muissa vaiheissa saadut NADH ja FADH2 päätyvät ATP:n tuottoon menemällä mitokondrion elektroninsiirtoketjuun.[1]
Asyyli-CoA-dehydrogenaasista (AD) on ihmisillä (ja useilla muilla nisäkkäillä) 4 entsyymityyppiä (isotsyymiä), jotka dehydraavat rasvahappoja näiden pituuden mukaan:
- VLCAD, Very-Long-Chain AD (EC 1.3.8.9) - ei toimi alle 12 C rasvahapoille, toimii parhaiten 14–18 C rasvahapoille ja toimii jopa 24 C rasvahapoille.[6]
- LCAD, Long-
CAD (EC 1.3.8.8) - ei toimi alle 6 C tai yli 24 C rasvahapoille ja toimii parhaiten 14–16 C rasvahapoille.[7] - MCAD, Medium-
CAD (EC 1.3.8.7) - sian entsyymi ei toimi alle 4 C tai yli 16 C rasvahapoille ja toimii parhaiten 8–12 C rasvahapoille.[8] - SCAD, Short-
CAD (EC 1.3.8.2) - naudan entsyymi toimii 3–8 C rasvahapoille.[9]
Kun rasvahappo on alle 12 hiiltä pitkä, hapetetaan se mitokondrion matriksissa ja erillisin edellä reaktiovaiheissa mainituin entsyymein. Jos se on yli 12 hiiltä pitkä, hoitaa hydrataation, hapetuksen ja tiolyysin mitokondrion sisäkalvolla mitokondrion kolmitoiminen proteiini, MTP (eng. mitochondrial trifunctional protein).[1] Kompleksi koostuu kaksitoimisesta
Peroksisomioksidaatio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Mitä pidempiä rasvahappojen hiiliketjut ovat, sitä suuremmassa määrin niiden hapetus tapahtuu peroksisomeissa.[12] Näissä hapetaan pääasiassa lähinnä yli 20 hiilen rasvahappoja,[13] ja ketjujen lyhentyessä tarpeeksi hapetus siirtyy normaalisti lopulta kokonaan takaisin mitokondrioon, jossa se etenee loppuun asti.[12]
Rasvahapot hapetetaan peroksisomeissa samoin reaktioin kuin mitokondrioissa, mutta osin eri entsyymein. Peroksisomit käsittelevät jopa 26 hiilen rasvahappoja (kuten keroottihappo) ja haarautuneita rasvahappoja, kuten fytaanihappoja ja pristaanihappoja.[1] Fytaanihapon täytyy tosin ensin muuntua peroksisomin
Peroksisomissa ei dehydrausvaiheessa muodostu ATP:tä sillä FADH2 vedyt siirretään hapelle O2 ja saadaan vetyperoksidia (H2O2). Tämä on soluja vaurioittava hapetin ja siitä tulee päästä eroon, joten katalaasi muuntaa sen pian vedeksi.[1] Reaktiossa muodostuu lämpöä.[15] Hapetuksessa muodostuu kuitenkin NADH:ta, joka kuljetetaan mitokondrioon ATP tuottoon.[1]
cis-sidokset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
2-cis[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Esimerkiksi petroseliinihappo (18:1 cis-6) sisältää 2-cis -sidoksen
Jos tyydyttymätön rasvahappo sisältää 2-cis -sidoksen, enoyyli-CoA-hydrataasi hydratoi sidoksen ihmisillä kuten tyydyttyneiden rasvojen -osiossa. Tyydyttyneiden käsittelystä poiketen tuotteeksi muodostuu kuitenkin D-3-hydroksiasyyli-CoA (R-isomeeri). Eli:[16]
Ihmisten ja muiden nisäkkäiden 3-hydroksiasyyli-CoA-dehydrogenaasi ei voi hapettaa tätä isomeeriä,[16] mutta on eliöitä, joiden kyseinen entsyymi pystyy tähän.[17] Tiettävästi nisäkkäät, kasvit ja jotkin bakteerit käsittelevät D-3-hydroksiasyyli-CoA:n peroksisomeissa (käsittelyä ei tapahdu mitokondrioissa) kahdella vaihtoehtoisella reitillä.[4]
1. vaihtoehtoisessa reitissä 3-hydroksiasyyli-CoA-epimeraasi (EC 5.1.2.3) muuntaa D-3-hydroksiasyyli-CoA:n S- eli L-isomeeriksi, joka voidaan viedä
- R-hydroksiasyyli-CoA ⇌ L-3-hydroksiasyyli-CoA
2. vaihtoehtoisessa reitissä enoyyli-CoA-hydrataasi 2 (EC 4.2.1.119) muuntaa D-3-hydroksiasyyli-CoA:n (2E)-enoyyli-CoA:ksi, joka menee
3-cis[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Esimerkiksi linolihappo (18:2 9,12-cis) sisältää 3-cis -sidoksen
3-cis -sidosta ihmiset eivät voi hydratoida saatavilla olevin entsyymein, joten sen muuntaa 2-trans -sidokseksi 3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasi (EC 5.3.3.8):[1]
Sitten enoyyli-CoA-hydrataasi hydratoi trans-sidoksen kuten tyydyttyneiden rasvahappojen kohdalla ja
Luonnon monityydyttymättömissä rasvahapoissa cis-kaksoissidokset ovat tosin lähes poikkeuksetta kahden yksöissidoksen päässä toisistaan kuten vaikka linolihapossa. Siksi ensimmäisen kaksoissidoksen käsittelyn jälkeisen yhden
3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasi muuntaa tuotteen kaksoissidoksen taas 2-trans -sidokseksi josta tuote menee
Alla on kuvattu linolihapon loppuun asti etenevä
trans-sidokset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
2-trans[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Esimerkiksi linoelaidiinihappo (18:2 9,12-trans) sisältää 2-trans -sidoksen
Jos transrasvassa on 2-trans -sidos, enoyyli-CoA-hydrataasi hydratoi sidoksen ihmisillä ja reaktiot tästä eteenpäin jatkuvat normaalisti (katso Mitokondrio-oksidaatio). Muodostuu S- eli L-isomeeri:[18]
3-trans[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Esimerkiksi elaidiinihappo (18:1 9-trans) sisältää 3-cis -sidoksen
Jos trans-sidos on C3-4 välissä, 3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasi siirtää ihmisillä sidoksen yhdellä hiilellä eteenpäin ja enoyyli-CoA-hydrataasi jatkaa tästä kuten yllä (2-trans osio). Isomeraasin reaktio on:[18]
Hiililtään parittomat rasvahapot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Valtaosassa ruoan ja luonnon rasvahapoista ei ole paritonta lukumäärää hiiliä,[1] kuten vaikka margariinihapossa (17:0) on, mutta keho pystyy hajottamaan näitäkin.
Rasvahapon yksöis- ja kaksoissidokset hajotetaan tapauskohtaisesti tässä artikkelissa kuvatuin tavoin kunnes jäljellä on 3 hiilinen propionihappo tioesteröitynä propionyyli-CoA:ksi. Ihmisillä propionyyli-CoA-karboksylaasi liittää hiilidioksidin propionyylin C2:teen eli karboksyloi sen. Muodostuu S-metyylimalonyyli-CoA. Metyylimalonyyli-CoA-rasemaasi muuttaa tämän R-metyylimalonyyli-CoA:ksi. Metyylimalonyyli-CoA-mutaasi muuttaa tämän sukkinyyli-CoA:ksi, joka menee sitruunahappokiertoon. Reaktio on:[1]
Konjugoidut rasvahapot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Konjugoiduissa rasvahapoissa kuten rumeenihapossa (18:2 9-cis,11-trans) on vähintään kaksi kaksoissidosta, joita erottaa yksi yksöissidos kahden sijaan, kuten tyydyttymättömissä rasvahapoissa yleensä. Kaksoissidokset ovat siksi konjugoituneet ja niistä ei-kumpikaan, toinen tai molemmat voivat olla trans-sidoksia loppujen ollessa cis-sidoksia.
2,4-dienoyyli-CoA-reduktaasi käsittelee tuotteen kuten alla ja tätä seuraava reaktio on 3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasilla (katso 3-cis).[16]
Energiasaanto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Keho varastoi rasvahappojen kemiallisen energian ATP:ksi, jota käytetään sitten kehossa tuomaan energiaa esimerkiksi entsyymien reaktioihin.
Oksidatiivinen fosforylaatio ei tapahdu täydellisesti, joten ATP:tä muodostuu karkeasti noin 1.5 per FADH2, 2.5 per NADH ja 10 per asetyyli-CoA. Yksittäisessä tyydyttymättömän sidoksen
Tyydyttyneelle rasvahapolle, jossa on parillinen määrä hiiliä,
Siten tyydyttyneiden ja parillisen hiililuvun omaaville rasvahapoille ATP-saantokaava on:
- (n/2-1) * 14 + 10 - 2 = ATP-saanto
Siten palmitiinihappo (16:0) tuottaa 106 ATP:tä, eli:
- (16/2 - 1) * 14 + 10 - 2 = 106 ATP
Kaava vastaa likimääräisesti todellisuutta jos
Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
- Lipolyysi
- Glykolyysi, hiilihydraattien hajotusreitti
- Ureasykli, aminohappojen hajotusreitti
- Sitruunahappokierto, hiilihydraattien ja aminohappojen hajotusreitti
- Oksidatiivinen fosforylaatio, ATP:n tuottoreitti
Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
- ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab DL Nelson & MM Cox: Lehninger principles of biochemistry, s. 621, 648–665. 5. painos. New York: W.H. Freeman, 2008. OCLC: 191854286. LCCN: 2007941224. ISBN 9780716771081. Teoksen verkkoversio.
- ↑ a b A Stier et al.: Avian erythrocytes have functional mitochondria, opening novel perspectives for birds as animal models in the study of ageing. Frontiers in Zoology, 8.6.2013, 10. vsk, nro 1, s. 33. PubMed:23758841. doi:10.1186/1742-9994-10-33. ISSN 1742-9994. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b P Schönfeld, G Reiser: Why does brain metabolism not favor burning of fatty acids to provide energy? - Reflections on disadvantages of the use of free fatty acids as fuel for brain. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, lokakuu 2013, nro 10, s. 1493–1499. PubMed:23921897. doi:10.1038/jcbfm.2013.128. ISSN 0271-678X. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b c d e L Allenbach, Y Poirier: Analysis of the Alternative Pathways for the
β -Oxidation of Unsaturated Fatty Acids Using Transgenic Plants Synthesizing Polyhydroxyalkanoates in Peroxisomes. Plant Physiology, marraskuu 2000, 124. vsk, nro 3, s. 1159–1168. PubMed:11080293. doi:10.1104/pp.124.3.1159. ISSN 0032-0889. Artikkelin verkkoversio. - ↑ a b GJ van der Vusse: Albumin as fatty acid transporter. Drug Metabolism and Pharmacokinetics, 2009, 24. vsk, nro 4, s. 300–307. PubMed:19745557. doi:10.2133/dmpk.24.300. ISSN 1880-0920. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ ENZYME entry 1.3.8.9 enzyme.expasy.org. Viitattu 15.8.2018.
- ↑ ENZYME entry 1.3.8.8 enzyme.expasy.org. Viitattu 15.8.2018.
- ↑ ENZYME entry 1.3.8.7 enzyme.expasy.org. Viitattu 15.8.2018.
- ↑ ENZYME entry 1.3.8.2 enzyme.expasy.org. Viitattu 15.8.2018.
- ↑ HADHA uniprot.org. Viitattu 15.8.2018.
- ↑ HADHB uniprot.org. Viitattu 15.8.2018.
- ↑ a b K Shim, S Jacobi, J Odle, X Lin: Pharmacologic activation of peroxisome proliferator-activating receptor-
α accelerates hepatic fatty acid oxidation in neonatal pigs. Oncotarget, 8.5.2018, 9. vsk, nro 35, s. 23900–23914. PubMed:29844861. doi:10.18632/oncotarget.25199. ISSN 1949-2553. Artikkelin verkkoversio. - ↑ T Hu et al.: Hepatic Peroxisomal Fatty Acid
β -Oxidation Is Regulated by Liver X Receptorα . Endocrinology, joulukuu 2005, 146. vsk, nro 12, s. 5380–5387. PubMed:16123164. doi:10.1210/en.2005-0591. ISSN 0013-7227. Artikkelin verkkoversio. - ↑ PA Watkins, JM Ellis: Peroxisomal acyl-CoA synthetases. Biochimica et Biophysica Acta, syyskuu 2012, 1822. vsk, nro 9, s. 1411–1420. PubMed:22366061. doi:10.1016/j.bbadis.2012.02.010. ISSN 0006-3002. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ HK Delille, NA Bonekamp, M Schrader: Peroxisomes and Disease - An Overview. International Journal of Biomedical Science : IJBS, joulukuu 2006, 2. vsk, nro 4, s. 308–314. PubMed:23674998. ISSN 1550-9702. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b c d Y Ren, H Schulz: Metabolic functions of the two pathways of oleate beta-oxidation double bond metabolism during the beta-oxidation of oleic acid in rat heart mitochondria. The Journal of Biological Chemistry, 3.1.2003, 278. vsk, nro 1, s. 111–116. PubMed:12397064. doi:10.1074/jbc.M209261200. ISSN 0021-9258. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ E Volodina, A Steinbüchel: (S)-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase/enoyl-CoA hydratase (FadB’) from fatty acid degradation operon of Ralstonia eutropha H16. AMB Express, 28.8.2014, nro 4, s. 69. PubMed:25401070. doi:10.1186/s13568-014-0069-0. ISSN 2191-0855. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b EA Emken: Nutrition and biochemistry of trans and positional fatty acid isomers in hydrogenated oils. Annual Review of Nutrition, 1984, nro 4, s. 339–376. PubMed:6432011. doi:10.1146/annurev.nu.04.070184.002011. ISSN 0199-9885. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ a b T Silverstein: The mitochondrial phosphate-to-oxygen ratio is not an integer. Biochemistry and Molecular Biology Education, marraskuu 2005, 33. vsk, nro 6, s. 416–417. PubMed:21638612. doi:10.1002/bmb.2005.49403306416. ISSN 1470-8175. Artikkelin verkkoversio.