Деградация жирных кислот — это процесс, в котором жирные кислоты расщепляются на свои метаболиты, в конечном итоге образуя ацетил-КоА , входную молекулу для цикла лимонной кислоты , основного источника энергии живых организмов, включая бактерии и животных. [1] [2] Он включает в себя три основных этапа:
Первоначально в процессе деградации жирные кислоты хранятся в адипоцитах . Распад этого жира известен как липолиз . Продукты липолиза, свободные жирные кислоты , высвобождаются в кровоток и циркулируют по всему организму. Во время распада триацилглицеридов на жирные кислоты более 75% жирных кислот преобразуются обратно в триацилглицериды, естественный механизм сохранения энергии, даже в случаях голодания и физических упражнений.
Жирные кислоты должны быть активированы, прежде чем они смогут быть перенесены в митохондрии , где происходит окисление жирных кислот . Этот процесс происходит в два этапа, катализируемых ферментом жирной ацил-КоА-синтетазой .
Фермент сначала катализирует нуклеофильную атаку на α-фосфат АТФ с образованием пирофосфата и ацильной цепи, связанной с АМФ . Следующим шагом является образование активированной тиоэфирной связи между жирной ацильной цепью и коферментом А.
Сбалансированное уравнение для вышеизложенного имеет вид:
RCOO − + CoASH + ATP → RCO-SCoA + AMP + PP i
Эта двухступенчатая реакция свободно обратима, и ее равновесие лежит вблизи 1. Чтобы реакция двигалась вперед, реакция сопряжена с сильно экзергонической реакцией гидролиза: фермент неорганическая пирофосфатаза расщепляет пирофосфат, освобожденный из ATP, на два фосфатных иона, потребляя в этом процессе одну молекулу воды. Таким образом, чистая реакция становится:
RCOO − + CoASH + АТФ → RCO-SCoA+ AMP + 2P i
Внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для жирных кислот, а специализированная система переноса карнитина обеспечивает транспорт активированных жирных кислот из цитозоля в митохондрии.
После активации ацил -КоА транспортируется в митохондриальный матрикс . Это происходит через ряд схожих шагов:
Карнитин-ацилтрансфераза I подвергается аллостерическому ингибированию под действием малонил-КоА , промежуточного продукта биосинтеза жирных кислот, чтобы предотвратить бесполезное циклирование между бета-окислением и синтезом жирных кислот .
Митохондриальное окисление жирных кислот происходит в три основных этапа:
После активации АТФ, внутри митохондрий, происходит β-окисление жирных кислот, которое состоит из четырех повторяющихся этапов:
Конечным продуктом β-окисления четной жирной кислоты является ацетил-КоА , молекула-вход для цикла лимонной кислоты . [3] Если жирная кислота представляет собой нечетную цепь, конечным продуктом β-окисления будет пропионил-КоА. Этот пропионил-КоА будет преобразован в промежуточный метилмалонил-КоА и в конечном итоге в сукцинил-КоА, который также входит в цикл трикарбоновых кислот.