वसा अम्लों का बीटा-ऑक्सीकरण

बीटा-ऑक्सीकरण चक्रीय अपचयी मार्ग है जो वसा अम्लों को एक बार में दो कार्बन से निम्नीकृत करता है, जिससे एसिटाइल-CoA के साथ-साथ अपचयित इलेक्ट्रॉन वाहक (NADH और FADH2) भी मुक्त होते हैं। यह वह प्रमुख मार्ग है जिसके द्वारा हृदय, कंकाल की मांसपेशियां और यकृत वसा से ऊर्जा प्राप्त करते हैं, और यह उपवास, लंबे समय तक व्यायाम और कार्बोहाइड्रेट प्रतिबंध के दौरान प्रमुख ईंधन स्रोत बन जाता है।

Definition

बीटा-ऑक्सीकरण माइटोकॉन्ड्रियल (और, बहुत लंबी-श्रृंखला वाले सबस्ट्रेट्स के लिए, पेरोक्सिसोमल) अपचयी मार्ग है जिसमें एक सक्रिय वसा एसिल-CoA ऑक्सीकरण, जलयोजन, एक दूसरे ऑक्सीकरण और थायोलिटिक विदलन के बार-बार चक्रों से गुजरता है, प्रत्येक चक्र श्रृंखला को दो कार्बन से छोटा करता है और एक एसिटाइल-CoA, एक FADH2 और एक NADH उत्पन्न करता है।

Scope

यह प्रविष्टि वसा अम्लों के सक्रियण और कार्निटाइन शटल के माध्यम से माइटोकॉन्ड्रियल आयात, प्रत्येक बीटा-ऑक्सीकरण चक्र के चार एंजाइमी चरण, ऊर्जा उत्पादन, और संश्लेषण के साथ ऑक्सीकरण का समन्वय करने वाले पारस्परिक विनियमन को शामिल करती है। यह बहुत लंबी-श्रृंखला वाले वसा अम्लों के पेरोक्सिसोमल ऑक्सीकरण का संक्षेप में वर्णन करती है और माइटोकॉन्ड्रियल मार्ग पर ध्यान केंद्रित करती है। यह एक जैव रासायनिक संदर्भ है, न कि वसा अम्ल ऑक्सीकरण विकारों पर नैदानिक मार्गदर्शन।

Core questions

• लंबी-श्रृंखला वाले वसा अम्ल आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली को कैसे पार करते हैं?
• एक बीटा-ऑक्सीकरण चक्र के चार रासायनिक चरण क्या हैं और कौन से एंजाइम उन्हें उत्प्रेरित करते हैं?
• वसा अम्ल संश्लेषण के सापेक्ष बीटा-ऑक्सीकरण की दर को कैसे नियंत्रित किया जाता है?
• विषम-श्रृंखला और असंतृप्त वसा अम्लों को अलग तरीके से कैसे संभाला जाता है?

Key concepts

• वसा एसिल-CoA सक्रियण
• कार्निटीन शटल (CPT1, CPT2, कार्निटीन-एसिलकार्निटीन ट्रांसलोकेस)
• एसिल-CoA डीहाइड्रोजनेज, एनोइल-CoA हाइड्रेटेस, हाइड्रॉक्सीएसिल-CoA डीहाइड्रोजनेज, थायोलेस
• एसिटाइल-CoA, NADH, FADH2 उत्पादन
• CPT1 का मैलोनिल-CoA अवरोध
• बहुत लंबी-श्रृंखला वाले वसा अम्लों का पेरोक्सिसोमल ऑक्सीकरण
• विषम-श्रृंखला और असंतृप्त वसा अम्ल का प्रबंधन

Key theories

विनियमित प्रवेश चरण के रूप में कार्निटीन शटल

लंबी-श्रृंखला एसिल-CoA सीधे आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली को पार नहीं कर सकता है; कार्निटीन पामिटॉयलट्रांसफेरेज़ 1 (CPT1) इसे परिवहन के लिए एसिलकार्निटीन में परिवर्तित करता है, और क्योंकि CPT1 मैलोनिल-CoA द्वारा बाधित होता है, यह चरण वह प्रमुख स्थल है जिस पर संश्लेषण सक्रिय होने पर ऑक्सीकरण बंद हो जाता है।

Mechanisms

एक मुक्त वसा अम्ल को पहले एसिल-CoA सिंथेटेस द्वारा दो उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट बंधों की लागत पर वसा एसिल-CoA में सक्रिय किया जाता है। लंबी-श्रृंखला एसिल-CoA को फिर कार्निटाइन शटल द्वारा माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में आयात किया जाता है: बाहरी झिल्ली पर CPT1 एसिलकार्निटीन बनाता है, एक ट्रांसलोकेस इसे आंतरिक झिल्ली के पार विनिमय करता है, और CPT2 अंदर एसिल-CoA को पुनर्जीवित करता है। प्रत्येक बीटा-ऑक्सीकरण चक्र फिर चार प्रतिक्रियाएं चलाता है: एक FAD-निर्भर एसिल-CoA डीहाइड्रोजनेज एक ट्रांस डबल बॉन्ड पेश करता है, एनोइल-CoA हाइड्रेटेस पानी जोड़ता है, एक NAD+-निर्भर 3-हाइड्रॉक्सीएसिल-CoA डीहाइड्रोजनेज हाइड्रॉक्सिल को कीटो समूह में ऑक्सीकृत करता है, और थायोलेस एसिटाइल-CoA को काट देता है, जिससे दो कार्बन से छोटा एक वसा एसिल-CoA चक्र में फिर से प्रवेश करने के लिए बच जाता है। एसिटाइल-CoA साइट्रिक एसिड चक्र (या यकृत में कीटोजेनेसिस) को पोषित करता है, जबकि NADH और FADH2 ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलीकरण को चलाते हैं। प्रवाह CPT1 के मैलोनिल-CoA नियंत्रण और AMP-सक्रिय प्रोटीन किनेज द्वारा नियंत्रित होता है, जो सेलुलर ऊर्जा कम होने पर मैलोनिल-CoA को कम करता है और इस प्रकार ऑक्सीकरण को बढ़ावा देता है।

Clinical relevance

बीटा-ऑक्सीकरण कार्डियक और हेपेटिक ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा प्रदान करता है और विरासत में मिले वसा अम्ल ऑक्सीकरण विकारों (जैसे MCAD की कमी) के लिए चयापचय संदर्भ है और यह समझने के लिए कि उपवास ईंधन के रूप में वसा पर निर्भरता क्यों बढ़ाता है। यह प्रविष्टि संदर्भ और शिक्षा के लिए सामान्य मार्ग और उसके विनियमन को प्रस्तुत करती है; यह किसी भी व्यक्ति के लिए नैदानिक मानदंड या प्रबंधन सलाह प्रदान नहीं करती है।

History

फ्रांज नूप ने 1904 में फेनिल-लेबल वाले वसा अम्लों का उपयोग करके वसा अम्ल निम्नीकरण की दो-कार्बन चरणबद्ध प्रकृति का अनुमान लगाया, जिससे बीटा कार्बन पर ऑक्सीकरण के विचार को जन्म मिला। एंजाइमी विवरण बीसवीं सदी के मध्य में कोएंजाइम ए और साइट्रिक एसिड चक्र की खोज के साथ उभरा, और मैलोनिल-CoA और कार्निटाइन शटल के माध्यम से ऑक्सीकरण को संश्लेषण से जोड़ने वाले नियामक तर्क को 1980 में मैकगैरी और फोस्टर द्वारा निर्धारित किया गया था। बाद के काम ने AMP-सक्रिय प्रोटीन किनेज को सेलुलर ऊर्जा सेंसर के रूप में रखा जो इस संतुलन को ट्यून करता है।

Key figures

• Franz Knoop
• J. Denis McGarry
• Daniel Foster
• D. Grahame Hardie

Seminal works

• mcgarry-foster-1980

Frequently asked questions

इस मार्ग को "बीटा"-ऑक्सीकरण क्यों कहा जाता है?

ऑक्सीकरण वसा एसिल श्रृंखला के बीटा कार्बन (तीसरा कार्बन, कार्बोक्सिल कार्बन को C1 के रूप में गिनते हुए) पर होता है, जिसे श्रृंखला के विखंडन से पहले कीटो समूह में परिवर्तित किया जाता है, इसलिए इस मार्ग का नाम ऑक्सीकृत कार्बन की स्थिति के लिए रखा गया है।

वसा अम्लों को माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करने के लिए कार्निटीन शटल का उपयोग क्यों करना चाहिए?

आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली लंबी-श्रृंखला एसिल-CoA के लिए अभेद्य है, इसलिए कार्निटीन शटल इसे परिवहन के लिए एसिलकार्निटीन में परिवर्तित करता है; यह चरण एक महत्वपूर्ण नियामक जांच बिंदु भी है, क्योंकि वसा अम्ल संश्लेषण सक्रिय होने पर CPT1 मैलोनिल-CoA द्वारा बाधित होता है।