ZSÍRSAVAK OXIDÁCIÓJA máj, vese, szív, vázizom FRANZ KNOOP német biokémikus írta le először a mechanizmusát 1 lépés: a zsírsavak aktivációja ( a sejt citoplazmájában, rövid zsírsavak < C12 nem aktiválódnak)
O a, R-COOH + ATP + KoA
R – C ~ S – KoA + AMP + PPi
Acil-KoA szintetáz
b, PPi + H2O
3 izoenzime létezik, melyek a zsírsav hosszától függően vesznek részt a reakcióban
Pi + Pi
c, a mitokondriumban is található egy Acil-KoA szintetáz O R-COOH + GTP + KoA
R – C ~ S – KoA + GDP + Pi
2. lépés: az aktivált zsírsavak transzportja a citoplazmából a mitokondriumba
A transzportban a karnitinnek van kulcsszerepe!
CH3 H O + CH3 – N – CH2 – C – CH2 – C – O– CH3
OH karnitin
AZ ACIL-KARNITIN/KARNITIN TRANSZPORTRENDSZER Acil-KoA
citoszól -------------------------------------------------------------------------------------Acil-KoA
mitokondrium külső membránja
Karnitin Aciltranszferáz I. --------------------------------------------------------------------------------------
KoA
Acil-KoA karnitin
Acil-karnitin
-------------------------------------------------------------------------------------Karnitin/acilAcil-KoA
mitokondrium belső membránja
karnitin transzporter
Karnitin Aciltranszferáz II.
-------------------------------------------------------------------------------------matrix
KoA Acil-karnitin
karnitin Acil-KoA
Acil-karnitin
PÁROS SZÉNATOMSZÁMÚ, TELÍTETT ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA 3. lépés
O
γ α β R – CH2 – CH2 – CH2 – C – S – KoA
Palmitoil-KoA (C16)
FAD
Acil-KoA dehidrogenáz
FADH2
H
O
R – CH2 – C – C – C – S – KoA H Enoil-KoA hidratáz
H2O
O OH ∗ R – CH2 – C – CH2 – C – S – KoA H
Transz-enoil-KoA
L-β-hidroxiacil-KoA
OH
O
R – CH2 – C – CH2 – C – S – KoA H
L-β-hidroxiacil-KoA
NAD+
β-hidroxiacil-KoA dehidrogenáz
NADH + H+
O
O
R – CH2 – C – CH2 – C – S – KoA
Acil-KoA aciltranszferáz v. TIOLÁZ
KoA
O R – CH2 – C – S – KoA Mirisztoil-KoA(C14)
β-ketoacil-KoA
O +
CH3 – C – S – KoA Acetil-KoA
A PALMITINSAV β-OXIDÁCIÓJÁNAK ENERGIAMÉRLEGE (Tankönyvünk szerint)
C15H31COOH + 8 KoA + ATP + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acetil-KoA + AMP + 2 Pi + 7 FADH2 + 7 NADH + H+ ATP termelés:
DE!!
8 acetil-KoA 8 x 12 = 96 ATP 7 x 2 = 14 ATP 7 FADH2 7 NADH + H+ 7 x 3 = 21 ATP --------------------------------------------131 ATP
Egy ATP, illetve 2 nagyenergiájú kötés felhasználására volt szükség a zsírsavak aktiválásához, tehát: 131 ATP – 2 ATP = 129 ATP
A PALMITINSAV β-OXIDÁCIÓJÁNAK ENERGIAMÉRLEGE II. 2005-ös tankönyvi adatok szerint (Lehninger, Devlin)
Megmérték, hogy
1 molekula NADH + H+ 1 molekula FADH2
2,5 ATP 1,5 ATP
Valós ATP termelés: 8 acetil-KoA 8 x 10 = 80 ATP 7 x 1.5 = 10,5 ATP 7 FADH2 7 NADH + H+ 7 x 2,5 = 17,5 ATP --------------------------------------------108 ATP Egy ATP, illetve 2 nagyenergiájú kötés felhasználására volt szükség a zsírsavak aktiválásához, tehát: 108 ATP – 2 ATP = 106 ATP
TELÍTETLEN ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA
1,
H
O α Transz-enoil-KoA R – CH2 – C – C – C – S – KoA β H Nincs probléma, de ritka! transz
TELÍTETLEN ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA 2,
O
α β R – CH2 – C – C – C – S – KoA H cisz
Cisz-enoil-KoA
H H2 O
O H ∗ R – CH2 – C – CH2 – C – S – KoA
Enoil-KoA hidratáz
D-β-hidroxiacil-KoA
OH β-hidroxiacil-KoA epimeráz O OH ∗ R – CH2 – C – CH2 – C – S – KoA H
L-β-hidroxiacil-KoA
TELÍTETLEN ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA 3, O
α γ β R – C – C – CH2 – C – S – KoA H
Cisz-enoil-KoA, de!!
H
cisz Transzenoil-izomeráz
H
O
α R – CH2 – C – C – C – S – KoA β H transz
Transz-enoil-KoA
PÁRATLAN SZÉNATOMSZÁMÚ ZSÍRSAVAK β-OXIDÁCIÓJA
Páratlan szénatomszámú zsírsavak β-oxidációja során számos acetil-KoA és egy propionil-KoA keletkezik. O CH3 – CH2 – C – S – KoA
ATP ADP + Pi
Propionil-KoA
CO2 Propionil-KoA karboxiláz (biotin) O
HOOC – CH2 – CH2 – C – S – KoA
H O CH3 – C – C – S – KoA COOH
Metilmalonil-KoA
Metilmalonil-KoA mutáz (B12)
Szukcinil-KoA (B12: homocisztein-metiltranszferáz)
O CH3 – CH2 – C – S – KoA Propionil-KoA
A propionil-KoA, illetve metil-malonil-KoA átalakítása szukcinil-KoA-vá a következő molekulák lebontásakor figyelhető meg: 1, zsíranyagcserében: páratlan szénatomszámú zsírsavak lebontása
H O CH3 – C – C – S – KoA COOH
2, aminosav anyagcserében: valin, izoleucin, metionin és treonin lebontásakor szintén propionil-KoA keletkezik
Metil-malonil-KoA
B12
O
HOOC – CH2 – CH2 – C – S – KoA Szukcinil-KoA
3, nukleotid anyagcserében: a timin lebontásában, ahol β-amino-izobutirát keletkezik, mely metil-malonil-KoA-vá alakul tovább
A ZSÍRSAV OXIDÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA I. Májban: acil-KoA
glükóz Mitokondrium (β-oxidáció)
piruvát
acetil-KoA
gátlás
acetil-KoA-karboxiláz
citrát kör malonil-KoA zsírsav bioszintézis (citoplazma)
triglicerid foszfolipid koleszterin
szintézis
A ZSÍRSAV OXIDÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA II.
1, A malonil-KoA gátolja az acil-KoA/karnitin aciltranszferáz I-t. Ez az enzim katalizálja a β-oxidáció sebesség meghatározó lépését (az aktivált zsírsavak bejutását a mitokondriumba). 2, A β-hidroxiacil-KoA dehidrogenáz allosztérikus enzim NADH + H+ NAD+
gátolja aktiválja
3, magas acetil-KoA gátolja a tioláz által katalizált reakciót
TÉLI ÁLMOT ALVÓ GRIZZLY MEDVE ÉS A β-OXIDÁCIÓ
- 7 hónapig alszik - 32 -35 °C a testhőmérséklete a barlangban - 25000 kJ/nap az energiaszükséglete - nem eszik, nem iszik, nem ……..
A maci csak zsírsavoxidációból fedezi energia, illetve víz igényét!!! Sőt, a trigliceridek glicerin részéből glükózt állít elő
vércukor
A TEVE ÉS A β-OXIDÁCIÓ
TEVEPÚP
triglicerid raktár A teve napokig kibírja víz nélkül! Ok: a zsírsavak β-oxidációja révén egyrészt energiát termel a trigliceridek (púp) terhére, másrészt a β-oxidációja melléktermékeként vizet állít elő! O2 C15H31COOH acetil-KoA H2O + (CO2) mitokond. palmitinsav MS: 256
32 db hidrogén van benne
16 db H2O - 7 db H2O (9 x 18=162)
Így gyakorlatilag 1 kg zsírból 6 dl vizet tud a TEVE előállítani!
β-OXIDÁCIÓ A PEROXISZÓMÁKBAN Nagyon hosszú szénláncú zsírsavak oxidációja a peroxiszómákban történik!
O
Lignocerin-KoA (C24)
γ α β R – CH2 – CH2 – CH2 – C – S – KoA H2O O2
légzési lánc
FAD
FAD
H2O2
FADH2
FADH2
O2
H
O
kataláz
R – CH2 – C – C – C – S – KoA H
mitokondrium
Transz-enoil-KoA
peroxiszóma
H2O + 1/2O2
ZSÍRSAVAK α-OXIDÁCIÓJA O
γ α β R – CH2 – CH2 – CH2 – C – OH OH O
γ α β R – CH2 – CH2 – C – C – OH H O
O
γ α β R – CH2 – CH2 – C – C – OH
O
α β R – CH2 – CH2 – C – OH + CO2
FITOLOK:
- a klorofillban (növények) található speciális zsírsav - állatok megeszik - tehéntej, disznózsír tartalmazza
CH3
CH3 α β R – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH – CH2 – COOH α-oxidáció CH3
CH3 β α R – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH – COOH β-oxidáció CH3 R – CH – CH2 – CH2 – COOH + CH3 – CH – COOH propionsav
Refsum-betegség: - ritka genetikai betegség - α-oxidáció hiánya - fitánsav származékok felszaporodása - idegrendszeri problémák
ZSÍRSAVAK ω (omega)-OXIDÁCIÓJA
ω CH3 – (CH2) – COOH ω HO – CH2 – (CH2) – COOH O HO – C – (CH2) – COOH
dikarboxi zsírsav keletkezik
- endoplazmatikus retikulumban történik az omega-oxidáció - kevert funkciójú (v. mono-) oxigenáz katalizálja a folyamatot
