Nedbryting av fettsyre

Av Nedbryting av fettsyre tjener til å generere energi i cellene og skjer via det som er kjent som beta-oksidasjon. I løpet av beta-oksidasjon dannes acetyl-koenzym A, som videre brytes ned til karbondioksid og vann eller føres tilbake til sitronsyresyklusen. Forstyrrelser i nedbrytningen av fettsyrer kan føre til alvorlige sykdommer.

Hva er nedbrytning av fettsyre?

Foruten nedbrytning av glukose i organismen, er nedbrytning av fettsyrer en viktig metabolsk prosess for å generere energi i cellen.

Fettsyrene brytes ned i mitokondriene. Nedbrytningen skjer via den såkalte beta-oksidasjonen. Begrepet "beta" stammer fra det faktum at oksidasjonen finner sted på det tredje karbonatom (beta-karbonatom) i fettsyremolekylet.

På slutten av en oksidasjonssyklus blir to karbonatomer delt i form av aktivert eddiksyre (acetyl-koenzym A). Siden nedbrytningen av en fettsyre krever flere oksidasjonssykluser, var prosessen tidligere også kjent som fettsyrespiralen.

Acetylkoenzym brytes videre ned i mitokondriene til ketonlegemer eller karbondioksid og vann. Når den kommer tilbake i cytoplasma fra mitokondrion, føres den tilbake til sitronsyresyklusen.

Mer energi produseres i nedbrytningen av fettsyrer enn i forbrenningen av glukose.

Funksjon & oppgave

Nedbrytningen av fettsyrer foregår i flere reaksjonstrinn og foregår i mitokondriene. Først av alt er fettsyremolekylene lokalisert i cytosolen til cellen.

De er inerte molekyler som først må aktiveres for nedbrytning og transporteres inn i mitokondriene. For å aktivere fettsyren overføres koenzym A med dannelse av acyl-CoA. Først blir ATP delt opp i pyrofosfat og AMP. AMP brukes deretter til å danne acyl AMP (acyladenylat).

Etter at AMP er blitt delt ut, kan fettsyren forestres med koenzym A for å danne acyl-CoA. Deretter overføres karnitin ved hjelp av enzymet karnitin acyltransferase I til den aktiverte fettsyren.

Dette komplekset blir transportert inn i en mitokondrion (mitokondriell matrise) av karnitin-acylcarnitin-transportøren (CACT). Der blir karnitin delt opp igjen og koenzym A. blir overført igjen. Karnitinet kanaliseres ut av matrisen og acyl-CoA er tilgjengelig i mitokondrion for den faktiske beta-oksidasjonen.

Selve beta-oksidasjonen finner sted i fire reaksjonstrinn. De klassiske oksidasjonstrinnene foregår med jevn nummererte mettede fettsyrer. Hvis oddetallige eller umettede fettsyrer brytes ned, må startmolekylet først forberedes for beta-oksidasjon gjennom ytterligere reaksjoner.

Acyl-CoA av jevn nummererte mettede fettsyrer oksyderes i et første reaksjonstrinn ved hjelp av enzymet acyl-CoA-dehydrogenase. Dette skaper en dobbeltbinding mellom det andre og tredje karbonatom i trans-posisjonen. I tillegg blir FAD konvertert til FADH2.

Normalt er dobbeltbindingene av umettede fettsyrer i cis-stilling, men neste trinn i fettsyrdegraderingsreaksjonen kan bare finne sted med en dobbeltbinding i trans-posisjonen.

I et andre reaksjonstrinn tilfører enzymet enoyl-CoA-hydratase et vannmolekyl til beta-karbonatomet for å danne en hydroksylgruppe. Den såkalte L-3-hydroksyacyl-CoA-dehydrogenase oksiderer deretter beta-karbonatomet til en ketogruppe. 3-Ketoacyl-CoA dannes.

I det siste reaksjonstrinnet binder ytterligere koenzym A til beta-karbonatomet. Acetyl-CoA (aktivert eddiksyre) deles av og en acyl-CoA som er to karbonatomer kortere. Dette kortere restmolekylet går gjennom neste reaksjonssyklus opp til en ytterligere spaltning av acetyl-CoA.

Prosessen fortsetter til hele molekylet blir brutt ned til aktivert eddiksyre. Den omvendte prosessen til beta-oksidasjon vil også være teoretisk mulig, men finner ikke sted i naturen.

Det er en annen reaksjonsmekanisme for fettsyresyntese. I mitokondrion brytes acetyl-CoA videre ned i karbondioksid og vann eller i ketonlegemer med frigjøring av energi. Når det gjelder odde-nummererte fettsyrer, er propionyl-CoA med tre karbonatomer til slutt igjen. Dette molekylet brytes ned på en annen måte.

Når umettede fettsyrer brytes ned, konverteres dobbeltbindingene fra cis til trans-konfigurasjoner av spesifikke isomeraser.

Sykdommer og plager

Forstyrrelser i nedbrytning av fettsyrer er sjeldne, men kan føre til alvorlige helseproblemer. Nesten alltid er dette genetiske sykdommer.

Det er en tilsvarende genmutasjon for nesten hvert relevant enzym som er involvert i nedbrytningen av fettsyrer. For eksempel oppstår en mangel i MCAD-enzymet av en genmutasjon som er arvet på en autosomal resessiv måte. MCAD er ansvarlig for å bryte ned fettsyrer med middels kjede. Symptomer inkluderer hypoglykemi (lavt blodsukker), anfall og hyppige komatose. Siden fettsyrene ikke kan brukes til å generere energi her, forbrennes økte nivåer av glukose. Dette fører til hypoglykemi og risikoen for koma.

Siden kroppen alltid må tilføres glukose for energiproduksjon, må det ikke være langsiktig matavhold. Om nødvendig må en høy dose glukoseinfusjon gis i en akutt krise.

Videre er alle myopatier karakteristiske for forstyrrelser i mitokondriell fettsyre. Dette fører til muskelsvakhet, forstyrrelser i levermetabolismen og hypoglykemiske forhold. Opptil 70 prosent av de berørte blir blind i løpet av livet.

Alvorlige sykdommer forekommer også når nedbrytningen av altfor lange fettsyrer forstyrres. Disse veldig langkjedede fettsyrene brytes ikke ned i mitokondriene, men i peroksisomene. Her er enzymet ALDP ansvarlig for innføring i peroksisomene. Men når ALDP er mangelfull, akkumuleres de lange fettsyremolekylene i cytoplasmaet og fører dermed til alvorlige metabolske forstyrrelser. Nervecellene og den hvite substansen i hjernen blir også angrepet. Denne typen nedbrytningsforstyrrelser i fettsyrer fører til nevrologiske symptomer som balanseforstyrrelser, nummenhet, kramper og underaktive binyrene.