Nedbrytning av fettsyra

Av Nedbrytning av fettsyra tjänar till att generera energi i cellerna och sker via så kallad beta-oxidation. Under beta-oxidation bildas acetyl-koenzym A, som ytterligare bryts ned till koldioxid och vatten eller matas tillbaka till citronsyrecykeln. Störningar i nedbrytningen av fettsyror kan leda till allvarliga sjukdomar.

Vad är fettsyrafördelning?

Förutom nedbrytningen av glukos i organismen är nedbrytningen av fettsyror en viktig metabolisk process för att generera energi i cellen.

Fettsyrorna bryts ned i mitokondrierna. Nedbrytningen sker via den så kallade beta-oxidationen. Uttrycket "beta" härstammar från det faktum att oxidationen äger rum på den tredje kolatomen (beta-kolatom) i fettsyramolekylen.

I slutet av en oxidationscykel uppdelas två kolatomer i form av aktiverad ättiksyra (acetyl-koenzym A). Eftersom nedbrytningen av en fettsyra kräver flera oxidationscykler, var processen tidigare också känd som fettsyraspiralen.

Acetylkoenzym bryts ned ytterligare i mitokondrierna till ketonkroppar eller koldioxid och vatten. När den kommer tillbaka in i cytoplasma från mitokondrion matas den tillbaka in i citronsyrecykeln.

Mer energi produceras i nedbrytningen av fettsyror än i förbränningen av glukos.

Funktion & uppgift

Nedbrytningen av fettsyror sker i flera reaktionssteg och sker inom mitokondrierna.Först och främst är fettsyramolekylerna belägna i cytosolen i cellen.

Det är inerta molekyler som först måste aktiveras för nedbrytning och transporteras in i mitokondrierna. För att aktivera fettsyran överförs koenzym A med bildningen av acyl-CoA. Först delas ATP upp i pyrofosfat och AMP. AMP används sedan för att bilda acyl AMP (acyladenylat).

Efter det att AMP har delats bort kan fettsyran förestras med koenzym A för att bilda acyl-CoA. Sedan, med hjälp av enzymet karnitinacyltransferas I, överförs karnitin till den aktiverade fettsyran.

Detta komplex transporteras in i en mitokondrion (mitokondriell matris) av karnitin-acylkarnitintransportören (CACT). Där splittas karnitin igen och koenzym A. överförs igen. Karnitinet kanaliseras ur matrisen och acyl-CoA är tillgängligt i mitokondrion för den faktiska beta-oxidationen.

Den faktiska beta-oxidationen sker i fyra reaktionssteg. De klassiska oxidationsstegen äger rum med jämna nummererade mättade fettsyror. Om udda numrerade eller omättade fettsyror bryts ned måste startmolekylen först beredas för beta-oxidation genom ytterligare reaktioner.

Acyl-CoA av jämnmättade fettsyror oxideras i ett första reaktionssteg med hjälp av enzymet acyl-CoA-dehydrogenas. Detta skapar en dubbelbindning mellan den andra och den tredje kolatomen i transpositionen. Dessutom konverteras FAD till FADH2.

Normalt är dubbelbindningarna av omättade fettsyror i cis-läget, men nästa steg i fettsyranedbrytningsreaktionen kan endast äga rum med en dubbelbindning i trans-läget.

I ett andra reaktionssteg lägger enzymet enoyl-CoA-hydratas till en vattenmolekyl till beta-kolatomen för att bilda en hydroxylgrupp. Det så kallade L-3-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenaset oxiderar sedan beta-kolatomen till en ketogrupp. 3-Ketoacyl-CoA bildas.

I det sista reaktionssteget binder ytterligare koenzym A till beta-kolatomen. Acetyl-CoA (aktiverad ättiksyra) delas av och en acyl-CoA som är två kolatomer är kortare kvar. Denna kortare kvarvarande molekyl går igenom nästa reaktionscykel upp till en ytterligare klyvning av acetyl-CoA.

Processen fortsätter tills hela molekylen bryts ned till aktiverad ättiksyra. Den omvända processen till beta-oxidation skulle också vara teoretiskt möjlig, men sker inte i naturen.

Det finns en annan reaktionsmekanism för fettsyrasyntes. I mitokondrion bryts acetyl-CoA vidare ned i koldioxid och vatten eller i ketonkroppar med frisläppande av energi. När det gäller udda numrerade fettsyror förblir propionyl-CoA med tre kolatomer till slut. Denna molekyl bryts ned på ett annat sätt.

När omättade fettsyror bryts ned omvandlas dubbelbindningarna från cis till transkonfigurationer av specifika isomeraser.

Sjukdomar och sjukdomar

Störningar av fettsyrauppdelning är sällsynta men kan leda till allvarliga hälsoproblem. Nästan alltid är det genetiska sjukdomar.

Det finns en motsvarande genmutation för nästan varje relevant enzym som är involverat i nedbrytningen av fettsyror. Till exempel uppstår en brist i MCAD-enzymet från en genmutation som ärvs på ett autosomalt recessivt sätt. MCAD ansvarar för nedbrytning av fettsyror med medelkedja. Symtomen inkluderar hypoglykemi (lågt blodsocker), kramper och ofta komatosförhållanden. Eftersom fettsyrorna inte kan användas för att generera energi här förbränns ökade nivåer av glukos. Detta leder till hypoglykemi och risken för koma.

Eftersom kroppen alltid måste förses med glukos för energiproduktion får det inte finnas någon långsiktig avhållsamhet från livsmedel. Vid behov måste en högdos glukosinfusion administreras i en akut kris.

Dessutom är alla myopatier karakteristiska för mitokondriella fettsyranedbrytningsstörningar. Detta leder till muskelsvaghet, störningar i levermetabolismen och hypoglykemiska tillstånd. Upp till 70 procent av de drabbade blir blinda under deras liv.

Allvarliga sjukdomar uppstår också när nedbrytningen av alltför långa fettsyror störs. Dessa mycket långkedjiga fettsyror bryts inte ner i mitokondrierna utan i peroxisomerna. Här ansvarar enzymet ALDP för införandet av peroxisomerna. Men när ALDP är defekt, ackumuleras de långa fettsyramolekylerna i cytoplasma och leder således till allvarliga metaboliska störningar. Nervcellerna och hjärnans vita substans attackeras också. Denna typ av störning av fettsyra nedbrytning leder till neurologiska symtom som balansstörningar, domningar, kramper och underaktiv binjurar.