موضع العملية ومصير الأحماض الدهنية
أكسدة بيتا هي مسار هدمي لتحلل الأحماض الدهنية العليا، وتحدث في جميع الخلايا تقريباً التي تحتاج إلى طاقة. أثناء الصيام أو زيادة الطلب على الطاقة، يتم تحلل ثلاثي الغليسريد في الخلايا الدهنية، وتُنقل الأحماض الدهنية المتحررة عبر مجرى الدم إلى الأنسجة المستهلكة.
عند دخولها الخلية، تصبح الأحماض الدهنية أولاً في السيتوبلازم, بينما توجد إنزيمات أكسدة بيتا في المصفوفة الميتوكوندريا. الغشاء الداخلي للميتوكوندريا غير منفذ للأحماض الدهنية طويلة السلسلة (من 14 ذرة كربون فأكثر)؛ بينما تمر قصيرة السلسلة (تصل إلى 12 ذرة كربون) بحرية.
التنشيط ومكوك الكارنتين
قبل النقل، يجب تنشيط الحمض الدهني. يُحفز التفاعل بواسطة أسيل مرافق الكيموس A سينثيتاز مع استهلاك ATP وإضافة مرافق الكيموس A؛ والناتج هو أسيل مرافق الكيموس A. من المهم عدم الخلط بين أسيل مرافق الكيموس A (بقايا الحمض الدهني) وأسيتيل مرافق الكيموس A (القطعة ثنائية الكربون).
يتم نقل مجموعة الأسيل إلى المصفوفة على ثلاث مراحل:
- كارنتين أسيل ترانسفيراز I على الغشاء الخارجي ينقل الأسيل من مرافق الكيموس A إلى الكارنتين (عبر مجموعة OH)، لتكوين أسيل-كارنتين.
- الترانسلوكاز في الغشاء الداخلي ينقل أسيل-كارنتين إلى المصفوفة وفقاً لتدرج التركيز.
- كارنتين أسيل ترانسفيراز II في المصفوفة يعيد الأسيل إلى مرافق الكيموس A الخاص بالمصفوفة؛ ويعود الكارنتين الحر إلى الخلف.
أكسدة بيتا للأحماض الدهنية المشبعة
يعود اسم العملية إلى حقيقة أن التفاعلات الكيميائية تؤثر على ذرة كربون بيتا (الثانية من نهاية الكربوكسيل؛ والأولى هي ألفا). خلال دورة واحدة، تتم إزالة قطعة ثنائية الكربون من أسيل مرافق الكيموس A على شكل أسيتيل مرافق الكيموس A. تتضمن الدورة أربعة تفاعلات متتالية:
- نزع الهيدروجين - أسيل مرافق الكيموس A ديهيدروجيناز يشكل رابطة مزدوجة بين كربون ألفا وبيتا؛ ويتم اختزال مرافق الإنزيم FAD إلى FADH₂.
- الإماهة - إينويل مرافق الكيموس A هيدراتاز يضيف الماء عبر الرابطة المزدوجة: H إلى كربون ألفا، وOH إلى كربون بيتا؛ ويتكون بيتا-هيدروكسي أسيل مرافق الكيموس A.
- نزع الهيدروجين عند كربون بيتا - بيتا-هيدروكسي أسيل مرافق الكيموس A ديهيدروجيناز يؤكسد مجموعة OH إلى مجموعة كيتون؛ ويتم اختزال مرافق الإنزيم NAD⁺ إلى NADH.
- الانقسام الثيوليتي - بيتا-كيتوأسيل مرافق الكيموس A ثيولاز، بمشاركة الجزيء الثاني من مرافق الكيموس A، يزيل أسيتيل مرافق الكيموس A؛ ويدخل أسيل مرافق الكيموس A (الذي قصر بمقدار ذرتي كربون) في دورة جديدة.
العملية دورية: حمض البالمتيك (16 كربون) يعطي 8 جزيئات من أسيتيل مرافق الكيموس A في 7 دورات. يدخل أسيتيل مرافق الكيموس A الناتج في دورة حمض الستريك، بينما يدخل NADH وFADH₂ في سلسلة التنفس الخلوي.
أكسدة الأحماض الدهنية غير المشبعة
في الأحماض الدهنية غير المشبعة الطبيعية، تكون الروابط المزدوجة ذات ترتيب هندسي سيس (cis)، بينما يعمل إينويل مرافق الكيموس A هيدراتاز فقط مع متصاوغ ترانس (trans). عند وصول الأكسدة إلى موضع الرابطة المزدوجة، يتدخل إنزيم إضافي وهو إينويل مرافق الكيموس A إيزوميراز، والذي يحول رابطة سيس إلى شكل ترانس.
بما أن الرابطة المزدوجة موجودة بالفعل في الركيزة، يتم تخطي التفاعل الأول للدورة (نزع الهيدروجين بواسطة FAD): تبدأ العملية مباشرة بالإماهة. بعد تجاوز الرابطة المزدوجة، تستمر الأكسدة وفقاً للمخطط القياسي ذي التفاعلات الأربعة.
أكسدة الأحماض الدهنية ذات عدد الكربون الفردي
في الدورة قبل الأخيرة لمثل هذا الحمض، يتبقى بقايا خماسية الكربون؛ وبعد الإزالة المعتادة لأسيتيل مرافق الكيموس A، يتكون في النهاية بروبيونيل مرافق الكيموس A ثلاثي الكربون. ومصيره اللاحق:
- بروبيونيل مرافق الكيموس A كاربوكسيلاز (مرافق الإنزيم هو البيوتين) يضيف CO₂، لتكوين D-ميثيل مالونيل مرافق الكيموس A.
- ميثيل مالونيل مرافق الكيموس A إبيميراز يحول الشكل D إلى L-ميثيل مالونيل مرافق الكيموس A.
- ميثيل مالونيل مرافق الكيموس A ميوتاز (مرافق الإنزيم هو فيتامين B₁₂، الكوبالامين) يعيد ترتيب الجزيء إلى ساكسينيل مرافق الكيموس A.
يعتبر السكسينيل-مرافق الإنزيم أ مستقلباً في دورة كريبس، ولذلك يندرج الباقي البروبيونيل في المسار العام للتقويض ويُستخدم لتوليد الطاقة.
النقاط الرئيسية
- تحدث أكسدة بيتا في مصفوفة الميتوكوندريا وتزود الخلية بالطاقة أثناء تحلل الأحماض الدهنية.
- يُحفز تنشيط الحمض الدهني إلى أسيل مرافق الكيموس A بواسطة أسيل مرافق الكيموس A سينثيتاز مع استهلاك ATP.
- تُنقل أحماض أسيل مرافق الكيموس A طويلة السلسلة إلى المصفوفة عبر مكوك الكارنتين (CPT-I، الترانسلوكاز، CPT-II).
- تتضمن الدورة الواحدة نزع الهيدروجين (FAD)، الإماهة، نزع الهيدروجين (NAD⁺)، والانقسام الثيوليتي مع إزالة أسيتيل مرافق الكيموس A.
- أثناء أكسدة الأحماض غير المشبعة، يحول إينويل مرافق الكيموس A إيزوميراز رابطة سيس إلى ترانس، ويتم تخطي تفاعل FAD.
- تعطي الأحماض ذات الكربون الفردي بروبيونيل مرافق الكيموس A، والذي يتحول إلى ساكسينيل مرافق الكيموس A عبر الكربوكسلة وميوتاز تعتمد على فيتامين B₁₂.
- المنتجات النهائية هي أسيتيل مرافق الكيموس A لدورة كريبس، بالإضافة إلى NADH وFADH₂ لسلسلة التنفس الخلوي.