Βeta-oxidace

β-oxidace je cyklický mechanismus k utilizaci mastných kyselin. Produktem je značné množství Ac-CoA, které postupuje do citrátového cyklu, a redukované koenzymy, které jsou využity v dýchacím řetězci.

Obecná β-oxidace

Vyšší mastné kyseliny se oxidují v matrix mitochondrie. Kromě aktivace koenzymem A musí mastné kyseliny od délky 12C použít karnitinového přenašeče, který se nachází mezi vnější a vnitřní membránou mitochondrie. Kyseliny delší než 18C se musí nejprve zkrátit na endoplazmatickém retikulu nebo peroxizomu.

K oxidaci kyselin dochází na β-uhlíku (tj. C3), proto se reakce jmenuje β-oxidace. Její průběh je aerobní a závislý na funkčnosti dýchacího řetězce.

Enzymy zastoupené v reakcích jsou specifické pro krátké, střední i dlouhé řetězce. Deficit acyl-CoA-dehydrogenázy pro střední řetězce je spojován se syndromem náhlého dětského úmrtí (SIDS) a Reyovým syndromem. V reakcích jsou využity celkem čtyři enzymy:

• Acyl-CoA-dehydrogenáza – odebírá dva vodíky a předává je FAD;
• enoyl-CoA-hydratasa – zajišťuje adici vody na dvojnou vazbu, vzniká tím hydroxylová skupina;
• β-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenáza – další dehydrogenací odebírá dva vodíky za vzniku NADH+H⁺;
• thiolasa – štěpí vzniklý oxoacyl za vzniku Ac-CoA a připojení HS-CoA na acyl. Tento acyl-CoA je nyní kratší o 2 uhlíky a může se znovu zapojit na začátek cyklu.

Přehled reakcí

1. Acyl-CoA + FAD → nenasycený acyl-CoA + FADH₂

• Na β-uhlíku acyl-CoA dochází k dehydrogenaci a tvorbě dvojné vazby, přičemž se redukuje flavinový koenzym.
• Katalyzováno enzymem acyl-CoA-dehydrogenáza.

2. Nenasycený acyl-CoA + H₂O → β-hydroxyacyl-CoA

• Adice vody na dvojnou vazbu.
• Katalyzováno enzymem enoyl-CoA-hydratasa.

3. β-hydroxyacyl-CoA + NAD+ → β-oxoacyl-CoA + NADH+H⁺

• Dehydrogenace hydroxylové skupiny a β-uhlíku za vzniku NADH+H⁺.
• Katalyzováno enzymem β-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenáza.

4. β-oxoacyl-CoA + HS-CoA → Ac-CoA + acyl-CoA(-2C)

• Konečný krok, kdy se odštěpí Acetyl-CoA a řetězec se tak zkrátí o dva uhlíky.
• Katalyzováno enzymem thiolasa.

Výtěžek β-oxidace

Mastné kyseliny jsou bohatým zdrojem jak Ac-CoA, tak vodíků, které redukují příslušné koenzymy FAD a NAD+. Jsou poté využity v dýchacím řetězci.

Orientační výtěžek pro kyselinu palmitovou (C16) činí:

• 8x Ac-CoA = 8x10= 80 ATP (v posledním kroku se ze čtyřuhlíkatého acylu-CoA vytvoří 2x Ac-CoA);
• 7x NADH+H⁺ = 17,5 ATP;
• 7x FADH₂ = 10,5 ATP;
• ztráta 2 ATP pro aktivaci acylu.

Dohromady je tedy teoretický výtěžek 106 ATP.

Regulace β-oxidace

Cyklus je ovlivněn:

• enzymem karnitintransferázou, tj. karnitinovým přenašečem;
• dostupností substrátů (mastné kyseliny, karnitin);
• odčerpáváním produktů;
• respirační kontrolou.

Hormonálně:

• insulin ↓ (inhibuje);
• glukagon ↑, adrenalin ↑ (aktivuje).

Modifikovaná β-oxidace

V případech degradace nenasycených mastných kyselin nastává modifikace cyklu. Naprostá většina má své dvojné vazby v poloze cis. Do doby, než mechanismus narazí na tuto vazbu, probíhá β-oxidace klasickým způsobem. Poté zasahuje enzym izomerasa, který převede dvojnou vazbu z polohy cis na polohu trans. Dále pokračuje oxidace znovu klasickým způsobem.

Další změnou cyklu je degradace mastných kyselin delších než 18 uhlíků. Zde nastupuje peroxizom, jehož úlohou je zkracování řetězců pod 18C. Ty jsou poté přijímány mitochondriemi ke zpracování.

Posledním a málo významným případem je β-oxidace mastných kyselin s lichým počtem uhlíků. V posledním stupni klasické β-oxidace zůstane propionyl-CoA, který se přemění na sukcinyl-CoA. Ten slouží jako substrát v citrátovém cyklu. Je to i jediná výjimka, kdy mastná kyselina může být substrátem glukoneogeneze.

Odkazy

Související články

• Citrátový cyklus
• Dýchací řetězec
• Acetyl-CoA
• Karnitinový transportní systém
• Regulace jednotlivých metabolických drah
• Ketolátky

Použitá literatura

• LEDVINA, Miroslav, et al. Biochemie pro studující medicíny. I. díl. 2. vydání. Praha : Karolinum, 0000. 269 s. s. 157-162. ISBN 978-80-246-1416-8.

• DUŠKA, František. Biochemie v souvislostech, 1.díl – základy energetického metabolizmu. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2006. 165 s. s. 75-79. ISBN 80-246-1116-3.