Reakcja biochemiczna kwasów tłuszczowych

Kwasy tłuszczowe są nierozpuszczalne w wodzie. Po związaniu się z albuminami we krwi (10:1) są one transportowane do różnych tkanek i komórek w całym organizmie oraz utleniane i rozkładane w mitochondriach komórek, uwalniając dużą ilość energii. Najbardziej aktywne są wątroba i mięśnie. W 1904 roku Knoop użył pierścieni benzenowych jako markerów do śledzenia przemian kwasów tłuszczowych u zwierząt i odkrył, że w przypadku rozkładu pochodnych kwasów tłuszczowych o liczbie nieparzystej w moczu wykrywano kwas hipurowy, a jeśli były to atomy węgla o liczbie parzystej, fenyloacetyl w moczu wykryto kwas moczowy. Spekuluje się, że degradacja łańcuchów acylowych kwasów tłuszczowych zachodzi przy atomie węgla -, to znaczy, że za każdym razem odcinana jest jednostka dwuwęglowa z łańcucha kwasu tłuszczowego. Późniejsze eksperymenty wykazały, że teoria -oksydacji jest poprawna, a odciętą jednostką dwuwęglową jest acetylo-CoA. Kwasy tłuszczowe muszą zostać aktywowane przed wejściem do mitochondriów.
1) Aktywacja kwasów tłuszczowych;
2) Acylo-CoA tłuszczowy przedostaje się do mitochondriów
3) -utlenianie acylo-CoA tłuszczowego;
Utlenianie tłuszczowego acylo-CoA do acetylo-CoA obejmuje cztery reakcje - odwodornienie, dodanie wody, ponowne odwodornienie i siarkowanie. Za każdym razem wytwarzana jest jedna cząsteczka acetylo-CoA i tłuszczowy acylo-CoA o 2 C mniej niż oryginalna. Przeprowadza się następną rundę utleniania i cykl się powtarza.
4) Obliczanie energii utleniania kwasów tłuszczowych
Jedna cząsteczka kwasu palmitynowego (C16) może po 7 -utlenianiu wytworzyć 8 acetylo-CoA, 7 NADH i 7 FADH2. Każdy acetylo-CoA wchodzi w cykl TCA, wytwarzając 3 NADH, 1 FADH i 1 GTP oraz uwalnia 2 cząsteczki CO2.
Gdy tłuszcz wykorzystuje się jako energię, organizm może pozyskać także dużą ilość wody. Garb wielbłąda jest „magazynem” tłuszczu, który może dostarczyć zarówno energii, jak i niezbędnej wody.
Inne drogi utleniania kwasów tłuszczowych
(1) Utlenianie nieparzystych kwasów tłuszczowych. Ciało ludzkie zawiera śladowe ilości nieparzystych węglowych kwasów tłuszczowych, a wiele roślin, organizmów morskich i drożdży naftowych zawiera pewną ilość nieparzystych węglowych kwasów tłuszczowych. Oprócz wytwarzania acetylo-CoA, w wyniku jego -utleniania powstaje również jedna cząsteczka propionylo-CoA, która pod wpływem -karboksylazy i izomerazy przekształca się w sukcynylo-CoA i jest całkowicie utleniana na szlaku TCA.
(2) Utlenianie nienasyconych kwasów tłuszczowych. Około połowa kwasów tłuszczowych w organizmie to nienasycone kwasy tłuszczowe, w których wszystkie wiązania podwójne mają konfigurację cis. Nie mogą być katalizowane przez hydratazę enoilo-CoA, która katalizuje dodanie wody do podwójnych wiązań trans. Dlatego też, aby umożliwić utlenianie ogólnie nienasyconych kwasów tłuszczowych, niezbędny jest udział izomerazy i reduktazy. Na przykład kwas oleinowy to kwas oktadecenowy (cis-△9), a kwas oleinowy w cytoplazmie jest również aktywowany w celu wytworzenia oleoilo-CoA, który jest następnie transportowany w celu wytworzenia oleoilo-CoA w macierzy mitochondrialnej, a następnie przechodzi trzy rundy - utlenianie w celu wytworzenia 3 cząsteczek acetylo-CoA i cis-△3-dodecenoilo-CoA. Ten ostatni jest przekształcany w trans-△2-dodecenoilo-CoA przez izomerazę, a L- -hydroksyacylo-CoA jest wytwarzany przez hydratazę enoilo-CoA, a następnie przechodzi pięć rund -utleniania, w wyniku czego powstaje 6 cząsteczek acetylo-CoA, łącznie 9 cząsteczek acetylo-CoA.
Utlenianie wielonienasyconych kwasów tłuszczowych również wymaga udziału specjalnej reduktazy.
Ciała ketonowe
Ciała ketonowe to specjalne półprodukty powstające w wyniku normalnego rozkładu kwasów tłuszczowych w wątrobie, w tym kwasu acetylooctowego (stanowiącego około 30%), kwasu -hydroksymasłowego (kwas -hydroksymasłowy) i kwasu acetooctowego (stanowiącego około 30%). Keton stanowi około 70% całkowitej masy ciała) i bardzo małą ilość acetonu. Poziom ciał ketonowych we krwi normalnych ludzi jest bardzo niski, co jest normalnym zjawiskiem, w którym organizm ludzki wykorzystuje utlenianie tłuszczu do produkcji energii. Jednak w pewnych stanach fizjologicznych (głód, post) lub patologicznych (np. cukrzyca) dochodzi do zaburzenia źródła cukru lub dostaw energii oksydacyjnej, wzmożenia mobilizacji tłuszczu, a kwasy tłuszczowe stają się głównym źródłem energii dla organizmu człowieka. Jeśli ilość ciał ketonowych syntetyzowanych w wątrobie przekracza zdolność tkanek pozawątrobowych do wykorzystania ciał ketonowych, równowaga między nimi zostanie utracona, a stężenie we krwi będzie zbyt wysokie, co prowadzi do ketoacetemii i ketonurii. Zarówno kwas acetooctowy, jak i kwas -hydroksymasłowy są substancjami kwaśnymi, więc duże nagromadzenie ciał ketonowych w organizmie może również powodować kwasicę.